23 September 2017    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Korrosionsvorgänge


Ein Metallangriff, der durch chemische oder elektrochemische Vorgänge eingeleitet und unterhalten wird und zur allmählichen Zersetzung des betreffenden Werkstoffes führt, bezeichnet man als Korrosion. An den Innenwandungen von Rohrleitungen werden von harten sauerstoffhaltigen Wässern ohne aggressive Kohlensäure meist von selbst Schutzschichten ausgebildet. Wässer mit einem pH-Wert, der niedriger ist als 7,0 und solche, die nicht im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht stehen, also harte und weiche Wässer mit aggressiver Kohlensäure, können das Rohrmaterial und das Material der Warmwasserspeicher angreifen.

 

Ausschlaggebend für die korrosiven Eigenschaften eines Wassers sind neben dem pH-Wert und der aggressiven Kohlensäure auch die Carbonathärte, die u.a. für die Ausbildung der Schutzschicht verantwortlich ist.

Stehendes Wasser erzeugt in Rohren durch Sauerstoffverarmung stärkere Korrosion, daher wirkt sich eine ungünstige Wasserzusammensetzung immer an den Endsträngen eines Rohrnetzes besonders negativ aus. Bei langsamer Fließgeschwindigkeit nimmt die Konzentration an Sauerstoff ab, was in den Endsträngen eines Trinkwassernetzes häufig zu einem Angriff führt.

Wasserleitungsrohre

 

verzinkte Rohrleitungen aus Stahl


Für Wasserleitungen sind feuerverzinkte Rohre wesentlich günstiger als galvanisch verzinkte, da sie eine wesentlich dickere Zinkhaut haben. Angegriffen wird verzinkter Stahl vor allem von luftfreien, kohlensäurehaltigen und weichen Wässern. Auch Wässer mit pH-Werten kleiner als 6,5 oder größer als 9,0 lösen die Zink-Schutzschicht der Rohrleitungen an. Folge ist, dass leicht milchig trübes Wasser, oft in Kombination mit braunem Wasser, auftritt. Beim Stehen setzt sich dann ein flockiger Niederschlag von Eisenoxidhydrat (Rost) ab. Die Feinfilter am Auslauf sind öfters mit einer sandartigen Substanz (Zinkgeriesel) verstopft.


Zink ist ein essentielles Element der menschlichen Ernährung. Der tägliche Bedarf wird überwiegend durch die Nahrung gedeckt; Trinkwasser ist hierbei nur sehr gering beteiligt. Die WHO-Guidelines empfehlen einen Grenzwert von 5 mg/l Zink. Höhere Konzentrationen führen zu einem unerwünschten adstringierenden metallischem Geschmack. Die Trinkwasserverordnung (TrinkwV) vom 21. Mai 2001 enthält keinen Grenzwert für Zink. Bei der Revision der TrinkwV wurde der Parameter gestrichen. Bei hohen Zinkkonzentrationen können toxische Begleitelemente wie z.B. Blei im Wasser vorkommen.


Als Begleiterscheinung bei Zinkkorrosion erscheint das Eisen als weitere Verunreinigung. Eisen ist ebenfalls ein essentielles Element für den menschlichen Organismus. Wie beim Zink wird der tägliche Eisenbedarf im Wesentlichen durch die Nahrung gedeckt. Da die Resorption von Eisen im menschlichen Organismus von verschiedenen Faktoren abhängt, durchschnittlich aber nur bei 10% liegt, sind Eisenvergiftungen durch orale Aufnahmen unwahrscheinlich und beim Wasserkonsum nicht zu befürchten. Allerdings verursachen schon Eisengehalte von 0,2 bis 0,3 mg/l einen metallischen adstringierenden Geschmack, sowie eine aus hygienischen Gründen unerwünschte Färbung und Trübung des Wassers, daher ist eine Enteisenung des Rohwassers zur Trinkwassergewinnung nötig. Hieraus resultiert auch der Grenzwert der TrinkwV von 0,2 mg/l.


In ungünstigen Fällen kommt es zu Überschreitungen des Grenzwertes für Blei von 0,025 mg/l, da sich mit dem Zink auch die Legierungsbestandteile lösen. Der Grenzwert für das Blei bezieht sich auf eine durchschnittliche wöchentliche Aufnahme, man muss somit aus mehreren 4-Stunden Stagnationsproben einen Mittelwert bilden. Ab dem 01.Dezember 2013 ist der Grenzwert auf 0,010 mg/l festgelegt.


Kupferleitungen


Sauerstoffarme Wässer führen bei Kupferrohren zu einer Lochkorrosion. Bei sauerstoffreichen und weichen Wässern erfolgt bei neuen Kupferrohren ein Angriff, der durch die sich bildende Kupfer(I)-oxidschicht im Laufe der Zeit stark abnimmt. Die natürlichen Salze des Wassers greifen das Kupfer nicht an. Sofern das Wasser keine überschüssige freie Kohlensäure enthält, lagern sich auf der anfangs gebildeten Kupfer(I)-oxidschicht im Laufe der Zeit noch grün gefärbte basische Kupfercarbonate ab. In Warmwasserteilströmen bildet sich durch die gleichzeitige Ausfällung von Carbonaten diese Schicht wesentlich schneller. Das eingelagerte Carbonat führt zu einem hellgrünen Belag.


Saure Wässer mit pH-Werten unter 6 und geringer Carbonathärte geben in Kupferrohren Lochfraß und Flächenangriff. In heißen Teilbereichen des Leitungsnetzes sind diese Wirkungen besonders stark ausgeprägt. Lochfraß tritt bei Kupferrohren bei jeder Wasserbeschaffenheit auf, falls kleinste Partikel von Eisen- und Manganoxiden oder Partikel anderer Art sich an der Innenwand ansetzen. Daher müssen vor Kupfer-Hausleitungen immer Feinstfilter,die regelmäßig zu warten sind, eingebaut werden. Immer wieder führen Installationsfehler, Einbau von Kupferrohren oder Messingteilen vor Stahlrohren oder verzinkten Rohrleitungen zu Korrosionen.


Kupfer ist ein essentielles Spurenelement mit einer verhältnismäßig niedrigen Konzentrationsspanne zwischen der notwendigen Zufuhr und dem Eintreten von gesundheitlichen Störungen. Ein erhöhter Kupfergehalt im Trinkwasser macht sich bereits geschmacklich bemerkbar. Die im Trinkwasser normalerweise vorkommenden niedrigen Konzentrationen sind in der Regel nicht toxisch wirksam. Aus ästhetischen Gründen empfehlen die WHO-Guidelines, einen Wert von 1 mg/l im Trinkwasser nicht zu überschreiten. Höhere Werte, vor allem über 5 mg/l, verursachen eine grünliche Färbung des Wassers und einen Bittergeschmack.


Da Kupfer als sekundäre Belastung aus häuslichen Leitungen und Armaturen in das Trinkwasser gelangen kann, muss bei höheren Kupfergehalten deren Herkunft analytisch geklärt werden. Hierzu geben die EG-Trinkwasserrichtlinien einen Richtwert von 0,1 mg/l beim Austritt aus den Leitungen an. In der TrinkwV ist der Grenzwert für Kupfer auf 2 mg/l festgelegt. Wie beim Blei und Nickel ist auch hier die Grundlage für die Einhaltung des Grenzwertes ein Wochenmittelwert. Dieser ist maßgebend für die Beurteilung nach TrinkwV aber nur schwer ermittelbar. Daher empfiehlt das Umweltbundesamt die Untersuchung von einer gestaffelten Stagnationsprobe. Bei diesem Verfahren wird eine Gebrauchs- und eine 4 Stunden Stagnationsprobe untersucht.


Edelstahlrohre


Rohrleitungen aus Edelstahl sind gegenüber den üblichen Wasserqualitäten soweit inert, dass es zu keinen erkennbaren Korrosionen kommt. Zum Teil kann der Nickelanteil im Edelstahl Allergien auslösen. Die in Lösung gehenden Anteile an Nickel sind hierfür unter Umständen genügend hoch.


In seltenen Fällen ist es bei der Verwendung von Edelstahl im Warmwasserspeicher oder in Kombination mit Kunststoffrohren bei der Hausinstallation schon zu erhöhten Keimzahlen im Warmwasserkreislauf gekommen, einhergehend mit Geruchsbildungen durch die Stoffwechselprodukte der Keime. Hier sind geeignete konstruktive Maßnahmen und entsprechende Vorlauftemperaturen zur Vermeidung der erhöhten Keimbildungsrate zu ergreifen (Warmwassertemperatur 60°C oder höher).


Kunststoffrohre haben den Vorteil, dass sie nur sehr gering bzw. nicht angegriffen werden. Manche Kunststoffe können allerdings mikrobiologischen Verunreinigungen als Nährboden dienen, so dass es zur Aufkeimung mit unangenehmen Geruchsbildungen, durch die Stoffwechselprodukte der Keime, kommen kann. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn im Zuge von Sparmaßnahmen die Warmwassertemperaturen deutlich unter 60°C gehalten werden. Bei diesen verhältnismäßig niedrigen Temperaturen besteht zudem die Gefahr der Aufkeimung an Legionellen.


Bei Untersuchungen wurde festgestellt, dass organische Stoffe vor allem bei Stagnation (längerer Verbleib in der Leitung) in das Wasser übergehen können. Dies dürfte die Hauptursache für die zum Teil starke Keimvermehrung in Kunststoffrohren sein. Hauptsächlich tritt diese Keimvermehrung bei gebrauchsneuen Rohren auf, die neuesten Rohre sind hier wesentlich besser.

 

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Aufbereitungsstoffe zur Korrosionsvermeidung

 

 

In einer fehlerhaften bzw. angegriffenen Hausinstallation kann die Korrosion durch Zusatz von entsprechenden zugelassenen Aufbereitungsstoffen zurückgedrängt werden. Ziel von Maßnahmen zur Korrosionsminderung sind sowohl die Beschädigung des Werkstoffes, Rohrbruch mit Wasserschaden, wie auch die Beeinträchtigung der Wasserqualität zurückzudrängen. Um bei bestehenden Hausinstallationen die Beeinträchtigung der Trinkwasserbeschaffenheit durch Korrosionsprodukte zu verringern und die Korrosionsschäden zu begrenzen, besteht die Möglichkeit, die in der Liste zugelassener Stoffe für die Trinkwasserbehandlung aufgeführten Stoffe zu dosieren.

 

Die Aufbereitungsstoffe sollen nach Möglichkeit keine über den eigentlichen Verwendungszweck hinausgehende Wirkung aufweisen. Es soll keine Qualitätsbeeinträchtigung des Lebensmittels Trinkwasser erfolgen. Die Dosierung ist auf jeden Fall so niedrig wie technisch möglich einzustellen. Dosieranlagen sollen zur Sicherstellung der Wirkung und zur Minimierung des Risikos durch eine Fachfirma regelmäßig gewartet werden. Als Zusätze für die Korrosionsvermeidung sind seit längerer Zeit Silikate und Phosphate im Einsatz. Je nach Korrosionsform, die es zu beseitigen oder vermeiden gilt, ist eine differenzierte Betrachtung der Ausgangssituation erforderlich. Die folgenden Aussagen sind eine kurze Zusammenfassung. Aufgrund der komplexen Zusammenhänge kann kein Anspruch auf Allgemeingültigkeit erhoben werden. Die jeweilige Hausinstallation mit der entsprechenden Wasserqualität erfordert eine dem Problem angepasste Vorgehensweise.

 

Die Dosierung von Orthophosphat kann die Bildung von schützenden Deckschichten auf Eisenwerkstoffen und feuerverzinktem Stahl begünstigen. Das führt zu einer deutlichen Verringerung der Flächen und Muldenkorrosion und ist auch für eine Sanierung geeignet. Durch die reduzierten Korrosionseigenschaften verringert sich die Bildung von Rostwasser. Auch bei Kupferleitungen führt eine Phosphatdosierung zu einer Verringerung der Korrosion.

 

Polyphosphate sind nur in Kombination mit Orthophosphaten korrosionsmindernd einsetzbar. Bei langen Leitungen bildet sich durch Hydrolyse aus den Polyphosphaten Orthophosphat nach, dessen Konzentration im Verlauf der Rohrleitung durch die Reaktion mit der Rohrwand abnimmt.

 

Neben den Phosphaten sind auch Natriumsilikate in Kombination mit den Phosphaten und mit Alkalien als Aufbereitungsstoffe zur Hemmung der Korrosion zugelassen. Die Dosierung von Silikaten scheint eine geringere Konzentration an Phosphat bei gleicher Wirksamkeit zu ermöglichen. Über die mögliche Minderung der erforderlichen Phosphatmenge hinaus stellt das Silikat in Verbindung mit anderen alkalisierenden Stoffen insbesondere für Hausinstallationen eine Möglichkeit zur Korrosionsminderung durch Anhebung des pH-Wertes dar.

 

Wasserdurchflossene Systeme sind komplex. Die für Trinkwasserinstallationen typischen Erscheinungen, Korrosion, Kalkablagerung und Veränderung der Wasserzusammensetzung, sind eng miteinander verknüpft. Durch die Art der Installation, die Wahl der Werkstoffe und das Konzept der Installation wird das wasserführende System beeinflusst. Weitere wichtige Faktoren sind die Zusammensetzung des Wassers und die Betriebsbedingungen der Wasserversorgungsanlage. Durch entsprechende Installationen lassen sich Korrosionschäden in der Regel vermeiden. Aber eine Wasserbehandlung hat nicht in allen Fällen den gewünschten Erfolg. Bei ungünstigen Betriebsbedingungen führt nur die Wahl des richtigen Werkstoffes für die gegebene Wasserzusammensetzung zur gewünschten Korrosionsfreiheit im System.

 

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Problemlösungen

 

 

Die Auswahl geeigneter Werkstoffe hat sich nach den Eigenschaften des Wassers im Versorgungsgebiet zu richten, die allgemein anerkannten Regeln der Technik sind anzuwenden und die AVB WasserV und DIN 50930 sind zu beachten. Verantwortlich für die Wasserversorgungsanlage ist nach der Übergabe an der Wasseruhr der Hausbesitzer.

 

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Das Institut Alpha ein, guter Partner für Sie

 

Durch unsere über 30-jährige Erfahrung auf dem speziellen Gebiet können wir bei entsprechenden Problemen oder Fragestellungen schnell und kompetent reagieren.
Beratung, Gebäudebegehung, Probennahme, Labor-Analytik und Gutachtertätigkeit aus einer Hand sind Ihr Vorteil.
Sollten Sie Probleme mit bereits vorliegenden Gutachten, Messungen oder Anfragen haben, stehen wir auch beratend zur Seite.


Auf Wunsch stellen wir Ihnen gerne unser Konzept in einem persönlichen Gespräch vor.


Als Ansprechpartner in unserem Hause stehen zur Verfügung:

 

       Die Chemiker

 

       Dr. rer. nat. Dieter Heileman, VDI
       öbuv Sachverständiger für die Untersuchung von Wasser

 

       Dipl.-Ing. (FH) Timo Schwarz

       Sachverständiger für analytische Probleme

 

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