CC BY
61
УДК 624.154.2 + 502:69
Е.Н. Покровская, Ю.Л. Ковальчук*
ФГБОУВПО «МГСУ»; *ИПЭЭ РАН
ХИМИКО-МИКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И УЛУЧШЕНИЕ ЭКОЛОГИИ ВНУТРИ ЗДАНИЙ
Микологическим анализом установлено значительное поражение сооружений монастырей и других зданий биоповреждающими микроорганизмами. Показано влияние температуры и увлажнения на рост грибов на поверхности конструкций и в воздухе помещений. Установлено, что улучшение экологических условий внутри помещений в течение длительного времени возможно путем обработки поверхности конструкций составом «Мипор».
Ключевые слова: биокоррозия, микологический анализ, поверхностное модифицирование, антисептический состав «Мипор».
Биологическая коррозия становится определяющим фактором сохранности и долговечности зданий и сооружений. Поражению микроорганизмами подвержены жилые, общественные здания, памятники истории и культуры. Наиболее интенсивно идет поражение при повышенной влажности, относительно высоких температурах, обилии пыли и загрязнений. Наибольшее повреждающее действие оказывают микроскопические грибы, высокая деструктивная активность которых обусловлена наличием хорошо развитого ферментного комплекса [1].
Ряд грибов, например, Aspergillus, могут вызывать заболевания человека и животных (аспергиллезы). Черная «плесень» на стенах сырых помещений — это преимущественно Aspergillus niger. Аспергиллез чаще развивается при проникновении возбудителей в дыхательные пути со слизистой оболочки, полости рта, миндалин, главным образом у людей, ослабленных заболеваниями или страдающих туберкулезом, раком легких.
При обследовании большого количества зданий и сооружений была обнаружена высокая концентрация жизнеспособных спор биоповреждающих грибов внутри помещений на поверхности конструкций и большое количество спор грибов в воздухе этих помещений (табл. 1).
Табл. 1. Результаты микологического анализа (ГБ — гетеротрофные бактерии; ГПБ — грамположительные бактерии; ЖС — жизнеспособные споры; МО — микроорганизмы)
Место отбора проб и характер повреждений МО, обнаруженные в пробе Кол-во ЖС на 1 см2 поверхности Кол-во спор в 1 м3 воздуха Кол-во МО в 1 г пробы, КОЕ
Деревянные конструкции
1. Серафимо-Ди-веевский женский монастырь. Архиерейская гостиница. Центральный коридор 3-го этажа, правое крыло, деревянная балка пола Ophistoma sp. Aspergillus niger; Aspergillus sp; Penicillium cyaneo-fulvum; Penicillium biforme 178 892 КОЕ 5-104
© Покровская Е.Н., Ковальчук Ю.Л., 2012
181
Окончание табл. 1
Место отбора проб и характер повреждений
МО, обнаруженные в пробе
Кол-во ЖС на 1 см2 поверхности
Кол-во МОв 1 г пробы, КОЕ
Деревянные конструкции
2. Жилой дом 1902 г., ул. Б. Ордынка, 46, стр. 3. Затяжка стропильной системы. Потемнение, трухлявость, черный налет, порошкообразное разрушение Aspergillus griscus, Aspergillus niger, Penicillium pinophillum, Penicillium biforme, Penicillium notatum, Peniophora mollis. ГБ — 8 изолятов, ГПБ — 8 изоля-тов, микрококки — 5 изолятов 232 1067 КОЕ 9-106
3. 1-я городская больница им. Пирогова, корпус № 2. Чердак, обрешетка у крыши. Черный налет Aspergillus niger, Penicillium cyaneo-fulvum, Cladosporium herbarum, Peniophora sp. ГБ — 7 изолятов 102 766 КОЕ 2-103
4. Здание на М. Власьевском пер, д. 4, стр. 1. Чердачное помещение, брус полового настила. Ветхость, трухлявость Aspergillus niger, Cladosporium herbarum, Penicillium biforme, Ophistoma sp., Stemphylium sp., Дрожжи Lypomyces 109 782 КОЕ 5-103
Кирпич, бетон
5. СТСЛ. Книжный склад. Помещение перед дверью. Расслоение кирпичной кладки Penicillium cyaneo-fulvum, Penicillium biforme, Aspergillus niger, дрожжи Candida 114 955 КОЕ 8-104
6. СТСЛ. Троицкий собор. За-алтарная часть. Расслоение штукатурки и порошок Trichoderma koningii, Penicillium cyaneo-fulvum, Penicillium chry-sogenum, Aspergillus glaucus, Aspergillus niger 137 1012 КОЕ 3-104
7. Арзамас. Сергиевский храм. Зимний храм. Церковная комната. Серый цвет. Порошкообразное разрушение бетонной кладки Aspergillus niger, Mucor hiemalis, Penicillium biforme, Penicillium capculatum, Aspergillus glaucus, Penicillium ochro-chloron, Aspergillus flavus, ГБ — 14 изолятов, ГПБ — 9 изолятов 175 2378 КОЕ 4-107
8. СТСЛ. Трапезный храм. Бывший склад продуктов. Штукатурка. Черный налет. Порошковидное разрушение Penicillium capculatum, Aspergil-lus flavus, Penicillium biforme, Trichoderma viride, Mucor sp. ГБ — 8 изолятов, ГПБ — 4 изо-лята 152 1148 КОЕ 5-106
По принятым в настоящее время нормативам Всемирной организации здравоохранения число спор грибов в воздухе жилых помещений не должно превышать допустимый уровень в 500 КОЕ/м3 [2], а нормативный показатель содержания спор грибов в промышленных помещениях не должен превышать 800 ед./м3.
В табл. 1 приведены результаты микологического анализа поверхности стен и воздуха внутри помещений зданий и сооружений, в том числе исторических памятников, выявленные на твердых агаровых средах (сусло-агар и картофельный агар).
Как показывают данные, приведенные в табл. 1, количество жизнеспособных спор в воздухе помещений возрастает практически пропорционально с увеличением их численности на поверхности материалов конструкций.
Микроорганизмы-биоразрушители отрицательно влияют на механические свойства строительных материалов: кирпич, бетон подвергаются расслоению и принимают порошкообразный вид, но наиболее сильно подвержены биокоррозии древесные материалы. Древесина, являясь органическим материалом, служит источником углеродного питания для организмов-биодеструкторов [1].
Влияние влажности и температуры (15...28 °С) на рост жизнеспособных спор биоразрушителей (сп./см2) исследовалось на образцах древесины свай южной стены Свято-Троицкой Сергиевой лавры (СТСЛ) с увлажнением и без увлажнения (табл. 2). Анализ полученных данных показал, что изменение скорости роста жизнеспособных спор от температуры можно выразить уравнением
И>2 = И1 у1-3,
где Vt2 и У^ — скорости роста жизнеспособных спор при разных температурах; у — температурный коэффициент, значения которого по опытным данным в рассматриваемом случае 1.1,5, ^ >
V2 / И^ у1'3.
Табл. 2. Влияние увлажнения на концентрацию жизнеспособных спор
№п/п Т, °С т, сут Концентрация ЖС, сп./ см2
Без увлажнения С увлажнением 35 %
1 15 7 50 138
2 28 7 75 350
3 15 7 9 17
4 28 7 10 27
Невысокие значения температурного коэффициента у и данные табл. 2 позволяют сделать вывод о наиболее значимом влиянии влажности на рост жизнеспособных спор на поверхности конструкций и, соответственно, в воздухе помещений.
Как видно из рис. 1, в присутствии влажности происходит значительное изменение структуры древесины, в то время как сухая древесина остается неизменной.
а б в
Рис. 1. Структура древесины Никольской церкви села Лявля: а, б—образцы древесины, взятые внутри храма; в — наружная сторона восточной стены
Для улучшения экологических условий внутри зданий необходимо уничтожать биоразрушителей путем антисептирования. В настоящее время существует много составов, которые представляют как биозащитные. Данные по биозащитным свойствам и устойчивость к старению широко используемых составов приведены в табл. 3.
Табл. 3. Биозащитные, огнезащитные свойства и устойчивость к старению применяемых защитных средств
Наименование состава Расход, г/м2 Биозащитный эффект, % Огнезащитная эффективность для древесины Устойчивость к старению
1. Пиролакс 180 90 II группа +
2. КСДА М1 180 80 II группа +
3. БИО-1 80 — +
4. Латик-В 300 80 — —
5. Аттик 400 80 II группа —
6. КСД 500 80 — —
7. Сенеж Огне Био 600 90 II группа —
8. ББ-11 1200 90 — —
9. Картоцид 300 90 — —
10. Белинка 300 80 — —
Как видно из табл. 3, наиболее широко используемые в настоящее время биозащитные составы по данным выпускаемых фирм не имеют устойчивости к старению. Отсутствие устойчивости во времени биозащитного эффекта не может обеспечить стабильность улучшения экологии внутри зданий. Стабильность биозащитного эффекта может быть достигнута путем модифицирования поверхности конструкций биоцидом.
В наших работах исследовались в качестве биоцидов только те соединения, которые вступают в поверхностное модифицирование с древесиной, бетоном [3—7].
В качестве биоцидов использовали эфиры фосфористой кислоты диметилфос-фит (СН3О)2Р(О)Н — ДМФ и диэтилфосфит (С2Н5О)2Р(О)Н — ДЭФ. Предварительно были исследованы их антисептические свойства, биоцидная активность. Поскольку биоразрушению наиболее подвержена целлюлоза, изучалось взаимодействие целлюлозы с диметилфосфитом.
Методом ГЖХ в реакционной массе были идентифицированы низкомолекулярные спирты — метиловый при фосфорилировании ДМФ и этиловый для ДЭФ.
Как видно из рис. 2, 3, в спектрах модифицированной целлюлозы появляется полоса 1230... 1250 см-1, которая отвечает за группу = Р = О. Происходит изменение полос 1371 ^ 1314 см-1, это, очевидно, связано с взаимодействием ДМФ с ОН — группами пиранозного кольца в интервале температур 20.80 °С [8].
Схема реакции может быть представлена следующим образом: ОО II целл ||
(СН3О)2 - Р - Н ^ целл-О-Р-ОСН3 + СН3ОН .
I I
(ОН)2 Н
В образцах бетона, модифицированных ДМФ, после 10-часового вымачивания в воде обнаруживается 0,84 % химически связанного фосфора, что позволяет схему реакции фосфорилирования поверхности бетона представить уравнением.
О ОН O OH O
|| / || | ||
(СН3О)2 - Р - Н + Ca(OH)2 ^ Ca + Р-(ОСН3)2 ^ Ca - P - (ОСН3)2 + Н20
\ |
ОН H
2000 1500 1000
Волновое число (см-1)
Рис. 2. ИК-спектры целлюлозы
S s
■ s 4 !
1 Ы ГС stjî ' s
w f LH
• ■ 'J 1 . /
V
2000 1500 1000
Волновое число (см-1)
Рис. 3. ИК-спектры целлюлозы, обработанной ДМФ
На основе ДМФ был создан состав «Мипор» (ТУ 2435-001-47366993—01). Проведенный сравнительный анализ биоцидных свойств составов «Мипор», КСД-А, «Бе-линка» и др. показал высокую биоцидную способность этого состава (табл. 4).
Табл. 4. Эффективность биоцидного действия разных антисептических препаратов
Наименование состава Внешний вид после испытаний Балл по ГОСТ 9.048—89 Эффективность, %
Препарат биозащитный универсальный «Био-1» Под микроскопом и визуально неразвитые гифы грибов Aspergillus 2 80
Антисептик проникающий «Экобио Сенеж» Под микроскопом и визуально 2 колонии Pénicillium 1 90
Огнебиозащитный состав КСД (Рогнеда) Под микроскопом гифы Pénicillium. Спороношения нет 2 80
Грунтовка для защиты древесины «Белинка» (Словения) Под микроскопом гифы Pénicillium. Спороношения нет 2 80
Картоцид-компаунд «Г» Под микроскопом неразвитые гифы грибов 1 90
Биозащитный состав «Ми-пор» Поверхность чистая 0 100
Биоогнезащитный состав МГСУ Поверхность чистая 0 100
Контроль (без пропитки) 90.100 % поверхности обрастание грибами 5 0
Многочисленные исследования образцов древесины, кирпича, бетона, обработанных составом «Мипор» в камере погоды, в натурных условиях тропического климата на полигоне ИПЭЭ РАН в г. Нячанг (СРВ) показали устойчивость защитного действия этого состава во времени [9].
Результаты испытаний образцов конструкций, обработанных составом «Мипор», представлены в табл. 5. Как видно из табл. 5, после обработки составом «Мипор» в поверхностном слое отсутствуют жизнеспособные споры, содержание их в воздухе снижается на два порядка до допустимых концентраций. При этом улучшается экология внутри помещений на длительное время.
Табл. 5. Результаты микологического анализа конструкций зданий после обработки составом «Мипор» (МО — микроорганизмы)
Место отбора проб МО, обнаруженные в пробе ЖС на 1 см2 поверхности Концентрация МО в 1 м3 воздуха
После обработки Через 1 год После обработки Через 1 год После обработки Через 1 год
Деревянные конструкции
1. Серафимо-Дивеевский женский монастырь. Архиерейская гостиница. Центральный коридор 3-го этажа, правое крыло, деревянная балка пола Нет Peni-cШmm 0 3 0 18
2. Жилой дом 1902 г, ул. Б. Ордынка, д. 46, стр. 3. Затяжка стропильной системы нет Нет 0 0 8 12
3. 1-я городская больница им. Пирогова, корпус № 2. Чердак, обрешетка у крыши Нет Нет 0 0 5 11
4. Здание на М. Власьевском пер., дом 4, стр. 1 Чердачное помещение, брус полового настила Нет Нет 0 0 0 6
Кирпич, бетон
5. СТСЛ. Книжный склад. Помещение перед дверью. Кирпичная кладка Нет Нет 0 0 10 18
6. СТСЛ. Троицкий собор. За-алтарная часть. Штукатурка Нет Нет 0 0 0 4
7. Арзамас. Сергиевский храм. Зимний храм. Церковная комната. Бетонная кладка Нет Нет 0 0 0 8
8. СТСЛ. Трапезный храм. Бывший склад продуктов. Штукатурка Нет Peni-ciШum 0 4 12 25
Проведенные исследования показали, что для улучшения экологии внутри помещений в течение длительного времени могут быть рекомендованы составы, содержащие активный биоцид, который за счет поверхностного химического модифицирования обеспечивает длительный биоцидный эффект. Обработка пораженных конструкций таким составом, например, составом «Мипор», приводит к уменьшению концентрации жизнеспособных спор на поверхности и в воздухе, что улучшает экологию внутри зданий на длительное время.
Библиографический список
1. Биологическое сопротивление материалов / В.И. Соломатов, В.Т. Ерофеев, В.Ф. Смирнов и др. Саранск : Изд-во Мордовского ун-та, 2001. 196 с.
2. Богомолова Е.В., Кирцидели И.Ю., Миненко Е.А. Потенциально опасные микромицеты жилых помещений // Микология и фитопатология. 2009. Т. 43. Вып. 6. С. 506—513.
3. Покровская Е.Н. Получение гидрофобных биостойких материалов при поверхностной модификации древесины // Лесной журнал. 2008. № 3. С. 91—96.
4. Покровская Е.Н. Химико-физические основы увеличения долговечности древесины. Сохранение памятников деревянного зодчества с помощью элементорганических соединений. М. : Изд-во АСВ, 2003. 104 с.
5. Покровская Е.Н. Сохранение памятников деревянного зодчества с помощью элементор-ганических соединений. М. : Изд-во АСВ. 2009. 136 с.
6. Покровская Е.Н., Чистов И.Н. Долговечность древесины и биокоррозия // Вестник МГСУ 2008. Спецвып. № 1. С. 575—577.
7. Чистов И.Н., Покровская Е.Н. Исследование древесины исторических памятников архитектуры методом ИК-спектроскопиии // Вестник МГСУ 2009. Спецвып. № 1. С. 455—457.
8. Карпова Е.В. Изучение модифицированной древесины методом ИК-Фурье спектроскопии : автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2002.
9. Исследование биозащитных свойств состава «Мипор» в тропических условиях / В.А. Карпов, Е.Н. Покровская, Ю.Л. Ковальчук и др. // Климатическая и биологическая стойкость материалов. М.-Ханой : ГЕОС, 2003. С. 103—105.
Поступила в редакцию в мае 2012 г.
Об авторах: Покровская Елена Николаевна — доктор технических наук, профессор, академик РАЕН, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (495) 684-68-64, [email protected];
Ковальчук Юлия Лукинична — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН (ИПЭЭ РАН), 119071, г. Москва, Ленинский проспект, д. 33, (499) 135-98-82, [email protected].
Для цитирования: Покровская Е.Н., Ковальчук Ю.Л. Химико-микологические исследования и улучшение экологии внутри зданий // Вестник МГСУ 2012. № 8. С. 181—188.
E.N. Pokrovskaya, Yu.L. Koval'chuk
CHEMICAL ANALYSIS, MYCOLOGICAL EXAMINATION AND IMPROVEMENT OF THE INDOOR ECOLOGY
Substantial fungosity of numerous historic buildings has been identified in the course of my-cological examinations performed by the authors. The authors demonstrate a correlation between the interior temperature, the moisture content, and the intensity of fungi growth over the surfaces of walls and in the indoor air of premises. The findings have proven that there is a pressing need for an antiseptic treatment of premises. The research completed by the authors demonstrates that a substantial improvement of the ecological condition of the premises requires the use of the chemicals that contain an active biocide that has a long-term antiseptic effect.
The authors have also identified that any long-term improvement of ecological conditions is possible, if the premises are treated by Mipor, a fungicide and an antiseptic. Any treatment causes a long-term reduction in the concentration of viable spores both on the surfaces and in the air. Mipor, designed at Moscow State University of Civil Engineering, may be applied to stone, masonry, and concrete surfaces to assure a long-term protection from microorganisms that represent a hazard to the human health and destruct indoor surfaces.
Key words: biological corrosion, mycological examination, Mipor, antiseptic, fungicide.
References
1. Solomatov V.I., Erofeev V.T., Smirnov V.F., Semicheva A.S., Morozov E.A. Biologicheskoe sopro-tivlenie materialov[Biological Resistance of Materials]. Saransk, Ogarev Mordovia State University Publ., 2001, 196 p.
вестник 812012
2. Bogomolova E.V., Kirtsideli I.Yu., Minenko E.A. Potentsial'no opasnye mikromitsety zhilykh po-meshcheniy [Potentially Hazardous Fungi Inside the Living Space]. Mikologiya I Fitopatologiya [Mycology and Phytopathology]. 2009, no. 6, vol. 43, pp. 506—513.
3. Pokrovskaya E.N. Poluchenie gidrofobnykh biostoykikh materialov pri poverkhnostnoy modifikat-sii drevesiny [Generation of Hydrophobic Biostable Materials as a Result of the Surface Modification of Timber]. Lesnoy zhurnal [Forest Journal]. 2008, no. 3, pp. 91—96.
4. Pokrovskaya E.N. Khimiko-fizicheskie osnovy uvelicheniya dolgovechnosti drevesiny. Sokhrane-nie pamyatnikov derevyannogo zodchestva s pomoshch'yu elementorganicheskikh soedineniy. [Longer Durability of Wood: Chemical and Physical Fundamentals. Preservation of Monuments of Wooden Architecture by Organic Compounds]. Moscow, ASV Publ., 2003, 104 p.
5. Pokrovskaya E.N. Sokhranenie pamyatnikov derevyannogo zodchestva s pomoshch'yu elementorganicheskikh soedineniy [Preservation of Monuments of Wooden Architecture by Organic Compounds]. Moscow, ASV Publ., 2009, 136 p.
6. Pokrovskaya E.N., Chistov I.N. Dolgovechnost' drevesiny i biokorroziya [Durability of Wood and Biological Corrosion]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2008, Special Issue no. 1, pp. 575—577.
7. Chistov I.N., Pokrovskaya E.N. Issledovanie drevesiny istoricheskikh pamyatnikov arkhitektury metodom IK-spektroskopiii [Examination of the Wood of Historic Monuments through the Employment of the Method of IR Spectroscopy]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, Special Issue no. 1, pp. 455—457.
8. Karpova E.V. Izuchenie modifitsirovannoy drevesiny metodom IK-Fur'e spektroskopii [IR Fourier Spectroscopy in Research of Modified Wood]. Krasnoyarsk, 2002.
9. Karpov V.A., Pokrovskaya E.N., Kovalchuk Yu.L., Filichev N.L., Nguen Kuang Tan, Chuong Khiu Tan. Issledovanie biozashchitnykh svoystv sostava Mipor v tropicheskikh usloviyakh [Examination of Properties of Biological Protection Demonstrated by Mipor in the Tropical Environment]. Klimaticheskaya I biologicheskaya stoikost' materialov [Climatic and Biological Resistance of Materials]. Moscow-Hanoi, GEOS Publ., 2003, pp. 103—105.
About the authors: Pokrovskaya Elena Nikolaevna — Doctor of Technical Sciences, Professor, Member of the Russian Academy of Natural Sciences (RAEN), Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; elenapokropvskaya@ bk.ru;
Kovalchuk Yuliya Lukinichna — Candidate of Technical Sciences, Senior Researcher, A.N. Se-vertsov Institute of Ecology and Evolution of the Russian Academy of Sciences (IEE RAS), 33 Leninskiy prospekt, Moscow, 119071, Russian Federation; [email protected]; + 7 (499) 135-98-82.
For citation: Pokrovskaya E.N., Koval'chuk Yu.L. Khimiko-mikologicheskie issledovaniya i uluchsh-enie ekologii vnutri zdaniy [Chemical Analysis, Mycological Examination and Improvement of the Indoor Ecology]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 4, pp. 181—188.
