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Biologische
Prozesse in Heizungs-, Trinkwasser-, Solar- und Kühlsystemen |
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Bakterien
sind durchaus in der Lage, in Heizungs-, Trinkwasser-, Solar- und Kühlsystemen
zu existieren, denn in jedem Wasser ist Leben. Alles Biologische in
einer Anlage wird als Bakterium bezeichnet, auch wenn es Pilze oder
Algen sein können. Bakterien benötigen eine Energiequelle. Das kann Wärme oder (was von ihnen bevorzugt wird) eine bestimmte chemische Reaktion sein. Sie nisten sich in Unebenheiten oder Poren ein, um dort Kolonien zu bilden. Sie bevorzugen vor allem ölige Oberflächen, Kunststoffe und Härtebeläge. Bakterien benötigen eine gewisse Konstanz der Lebensbedingungen, vor allem zu Beginn der Ansiedlung. |
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Sulfatreduzierende Bakterien Das früher häufig zur Sauerstoffbindung im Heizungs- und Kühlwasser eingesetzte Natriumsulfit verbindet sich mit Sauerstoff zu Natriumsulfat. Da ständig mit einem gewissen Eintrag an Sauerstoff zu rechnen ist, muss das Sauerstoffbindemittel ständig zugesetzt werden. Das hat drei Folgen
Die Verursacher sind sulfatreduzierende Bakterien, die Sulfat zu Sulfid umwandeln. Dabei entsteht Sauerstoff, der zur Oxidation von Metallen führt. Temperatur und Druck spielen für die Bakterien fast keine Rolle. Aus diesem Grunde verwendet man heute nur noch dann Sulfit als Sauerstoffbindemittel, wenn es unter ständiger Beobachtung ist. |
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Eine Bakterienansiedlung
(Schichtenbildung) ist in der Lage, ihr chemisches Milieu
weitgehend selbst zu bestimmen. Auch wenn der pH-Wert
des Wassers z. B. 9 ist, kann an der Oberfläche
des Metalls oder Kunststoffs ein pH-Wert von 4,5
(Essigsäure) vorliegen. Die In diesen
gallertartigen Schichten entstehen biologischen
Prozesse, die so vielfältig sein können, dass sie
praktisch nicht zu beherrschen sind.
Auch eine Behandlung mit giftigen Chemikalien und anderen Bioziden ist
in den meisten Fällen nicht erfolgreich, weil sie nur an der Oberfläche
wirken. Die in der darunter liegenden Bakterien bilden Resistenzen
und können die durch die Mittel entstehenden Produkte aufnehmen
und verarbeiten. |
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| Die Legionellen und Kolibakterien (Colibakterien) sind nur in Trinkwasserinstallationen relevant. | ||||||
Das Colibakterium
( Escherichia coli - E. coli ) hat eine säurebildende Eigenschaft
und kommt im menschlichen und tierischen Darm vor und hat eine wichtige
Funktionen im Immunsystem. Es gibt aber auch schädliche
Colibakterien die Toxine produzieren und beim Vorliegen einer
Immunschwäche Infektionen hervorrufen können. Solche Darminfektionen
sind unter dem Namen EHEC-Colitis bekannt. |
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| Biofouling in Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlsysteme | ||||||
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Diese biologische
Filmbildung tritt vorwiegend bei Niedertemperaturheizungen
und Kühlsystemen mit Kunststoffrohren
auf. Dabei nisten sich zunächst Pionierorganismen in den Poren
der Oberfläche ein und vermehren sich. Dadurch wird der Boden für
andere Organismen bereitet, die sich dann dort einnisten. Dieser Prozess
geht so weit, bis Teile des Biofilms abgestoßen werden und an
anderer Stelle aufwachsen. Dabei sind die Bakteriengesellschaften in
der Lage, ihr chemisches Milieu weitgehend selbst zu bestimmen. Das
heißt, auch wenn das Wasser einen pH-Wert von 9 hat, kann an der
Oberfläche des Metalls oder Kunststoffes ein pH-Wert von 4,5 vorliegen.
Die biologischen Prozesse in diesen gallertartigen Schichten sind äußerst
vielfältig. |
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Die Dosierung
von Chemikalien und anderen Bioziden
ist in der Regel nachträglich nicht erfolgreich,
weil nur die oberste Schicht der Bakterien abgetötet wird. Die
darunterliegende Schicht hat nun genügend Zeit, sich an die giftige
Substanz zu gewöhnen. Man spricht hier von Resistenzbildung. Deshalb
muss ausgeschlossen werden, das diese Lebewesen gar nicht erst in die
Anlage kommen. |
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| Auf
Dauer kann hier nur durch eine spezielle und
wiederkehrende Wasserbehandlung bzw. Reinigung
durch Beizen eine Verminderung oder gar Lösung
des Problems erreicht werden, die zur langsamen "Verbrennung"
des Biofilmes führt. Allerdings sollte man bei dieser Methode die
Materialspezifikation der Heizungsanlage genau prüfen, um nicht
unerwünschte Nebenwirkungen zu erhalten. deshalb sollten diese
Behandlungen nur Spezialfirmen überlassen werden. |
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Besonders in
Brauseschläuchen, die in der Regel Stagnationswasser
haben, setzen sich Mikroorganismen (Legionellen, Bakterien,
Viren, Keime und Pilze) ab, die besonders durch schleimige Ablagerungen
sichtbar werden. Der Einsatz von keimtötendem Silber
kann durch spezielle Duschschläuche (z. B. JUDO
LEGIOLAX - Silberspirale), die kleinste Mengen
von Silber an das Wasser abgeben, z. B. Legionellen abtöten. Wobei
aber der Einsatz von nanokristallinem Silber in der
"Fachwelt" umstritten ist. Auch Kupferrohrleitungen sollen
eine Biofilmbildung verhindern, was aber nicht einwandfrei belegt ist. |
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Silber
((Argentum)) wird wegen seiner bakterienabtötenden
und hygienischen Eigenschaften in Krankenhäuser
und Altenheime (medizinische Geräte, Türklinken) und auch
in Trinkwasserinstallationen (z. B. im Duschschlauch) verwendet. Eine
dünne Silberoxydschicht, die bei dem Kontakt von
Silber mit dem Luftsauerstoff entsteht, hat eine bakterienabtötende
Wirkung. Diese fast unsichtbare Schutzschicht
(AgO2) ist in geringen Mengen wasserlöslich
und nur ein Molekül dick. Die dabei frei werdenden Silber-Ionen
haben eine fungizide (pilz- und sporentötende)
und antiseptische (erregertötende) Wirkung.
Bakterien und Keime aller Art werden dadurch unschädlich. |
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| Auch in Lufterdwärmetauscher wird die Biofilmbildung zunehmend beobachtet. | ||||||
Bei einem hohen
Eisengehalt im Trinkwasser können sich
schleimige Beläge an Rohrwandungen
bilden. Der Grund liegt am bakteriologisch fixierten Eisen.
Diese Bakterien fixieren Eisen aufgrund ihrer Enzymaktivität
und reichern sich an. Der entstandene Bakterienrasen
kann durch geänderte Strömungsverhältnisse oder durch
den Einsatzes von Chlor im Versorgungssystem abgelöst werden. Abgelöste
Belagstücke können Auslaufarmaturen
verstopfen und rötliche bis bräunliche Flecken außerhalb
der Armatur hinterlassen. Im Spülkasten der WC-Spülung
lassen sich eine Besiedlung mit Eisenbakterien
durch rötliche bis bräunliche Beläge
nachweisen. Danach sollte über eine Probennahme
eine mikroskopische Analyse durchgeführt werden.
Wenn im Spülkasten schwarze
schleimige Ablagerungen festzustellen sind, dann handelt
es sich in den meisten Fällen um einzellige Algen,
die nicht als gesundheitsschädlich angesehen werden. |
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Da eine Filtration
das Problem nicht lösen kann, .sollten die Bakterien
durch eine hochdosierte Chlorung beseitigt und eine
Wiederbesiedlung durch ständiges Nachchloren
verhindert werden.werden. In der Regel wird das Trinkwasser im Wasserwerk
von Eisen befreit, aber besonders bei der Eigenwasserversorgung
durch Brunnenwasser kann der Eisengehalt besonders
hoch sein. |
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Die biogene
Schwefelsäure-Korrosion sind auch in Abwasseranlagen
seit Jahrzehnten bekannt. Da durch den stark rückläufigen
Wasserverbrauch und dem damit verbundenen Schmutzwasserabfluss wird
dieses Thema immer brisanter. Bei der Rohrmaterialentscheidung
sind die Kenntnisse und Erfahrungen über Fließ- und Transportvorgänge
und über Wechselwirkungen von Abfluss und Rohrmaterial von Bedeutung.
Hier hilft nur eine regelmäßige Wartung der Kanäle und
das Beseitigen von Ablagerungen, die biologische und
biochemische Prozesse einleiten, durch Hochdruckreinigungen. |
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Die biogene Schwefelsäure-Korrosion
greift zementgebundene Werkstoffe und solche mit Zementauskleidungen
an. Notwendige Voraussetzung für die biogene Schwefelsäurekorrosion
ist die Sulfidentwicklung. Dafür ist von entscheidendem
Einfluss die organische Verschmutzung des Abwassers.
Unterstützt wird die Sulfidentwicklung durch die Abwassertemperatur,
die Abflussverhältnisse und durch Ablagerungen im Kanalnetz. |
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Moderne
Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlanlagen bestehen nicht selten aus
ca. 20 verschiedenen Materialien. Die Auswahl an Produkten
ist sehr groß geworden, wodurch unweigerlich vielschichtige Probleme
auftreten können. Bei Mischinstallationen kommt
es neben dem Kontakt von verschiedenen Metallen miteinander (Stromfluss)
auch zum verstärkten Sauerstoffzutritt (Kunststoffrohre, O-Ringe
und Stopfbuchsen, Verschraubungen,...). Dadurch kommt es zu einer elektrochemischen
Korrosion, dem unedle Metalle zum Opfer fallen. Dies kann z.B. Aluminium
sein. Aber auch andere Materialien können betroffen sein. Eine
Möglichkeit des Schutzes besteht darin, die betroffenen Bauteile
elektrisch zu Isolieren, damit kein Strom fließen kann. Darüber hinaus kann es bei Mischinstallationen zu Lokalelementbildungen kommen. Das bedeutet, dass beispielsweise Kupfer gelöst wird und das gelöste Kupferion sich zum Beispiel am Aluminium anlagert. Kommen noch weitere Kupferionen hinzu, entsteht ein Lokalelement, bei dem Stahl gelöst wird. |
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Korrosion von feuerverzinktem
Stahl - Aufgrund der Temperaturen in Trinkwassererwärmungs-
und Heizungsanlagen dürfen wasserseitig feuerverzinkte Bauteile
wegen der Blasenbildung im Bereich des Zinküberzuges und der möglichen
Folge von Abplatzungen nicht zum Einsatz kommen. |
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Zum Korrosionsverhalten von
SF-Kupfer mit und ohne Wärmetausch in Wässern |
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Die gängigen Theorien zum Korrosionsverhalten
von Kupfer werden einleitend dargestellt (Flächenkorrosion, Lochkorrosion
nach Typ I and Typ II). |
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Ergebnisse aus eigenen Schadenuntersuchungen
an Kupferrohren aus der Wasserinstallation zeigen, dass die meisten
Korrosionsschäden an Kupferrohren nicht aus den Resten gecrackter
Ziehmittelrückstände resultieren. Vielmehr werden die Schäden
in der Regel durch eine nicht fachgerechte Verlötung der Rohre
ausgelöst. Dabei gelangt, aufgrund unterschiedlichster Ursache,
Flußmittel in das Rohrinnere und wird durch die Löttemperatur
gecrackt. Die so entstandenen Korrosionsstellen finden sich dann bahnförmig
von der Lötstelle ausgehend an der Rohrinnenwand. |
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| Eigene Laborversuche mit Stromdichte-Potentialuntersuchungen
(potentiostatisch und potentiodynamisch) zeigen folgende Ergebnisse:
- Bei Wärmetauschung ist der Massenverlust deutlich größer
als bei eingetauchten Proben. - Die Deckschichtausbildung von Kupfer
ist stark potentialabhängig. - Die Stromdichte - Potentialcharakteristik
von Kupfer ist stark abhängig von der Wasserhärte. |
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Quelle: Dipl.-Ing. G.
Blümmel, Dipl.-Chem. R. Seyfarth Institut für Werkstoffkunde und Staatliche Materialprüfungsanstalt an der TH Darmstadt, Grafenstraße 2, 6100 Darmstadt |
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Wenn Viren
(z. B. H5N1-Vogelgrippe, Norwalkvirus) im Trinkwasser vorhanden sind,
dann stammen diese in fast allen Fällen aus menschlichen
und tierischen Ausscheidungen. Diese kommen über
Abwasser, Oberflächenwasser und
dann über eine unzureichende Trinkwasseraufbereitung
in das Wasserversorgungssystem. Aber auch durch Arbeiten
an den Rohrleitungen (z. B. Wasserrohrbruch, unhygienische
Installation) können sie in das System kommen. |
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Da sich die Viren
nicht selbst vermehren können, brauchen sie zur
Vermehrung eine Wirtszelle und diese sind dann die Zellen des Menschens.
Die Viren sind Krankheitserreger, weil sie bei ihrer Vermehrung die
Wirtszelle schädigen. Das Infektionsrisiko hängt
davon ab, inwieweit der Mensch als Wirt für das Virus empfänglich
ist. Die Festlegung eines Trinkwassergrenzwertes für Viren ist
problematisch. Sie dürfen im Trinkwasser überhaupt nicht nachweisbar
sein. Außerdem ist ein Nachweis sehr schwierig. Viren können
durch das Gießen bzw. Beregnen von Pflanzen für die Ernährung
mit virenhaltigem Wasser übertragen werden. |
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Wenn Viren im Trinkwasser auftreten, so ist eine einfache Chlorung ist in den meisten Fällen zur Elimination oder Desaktivierung der Viren nicht ausreichend. Effektiver ist eine gute Filtration oder Flockungsfiltration des oberflächennahen Wassers. Aber auch bei gut filtrierenden Bodenschichten werden die Viren zurückgehalten und inaktiviert. Leider ist das bei Karstgrundwässer und Uferfiltrate nicht der Fall. Wenn Viren im Trinkwasser vorhanden sind, dann könne diese durch eine passende Desinfizierung (Ultraviolett-Desinfektion, Elektrolytische Desinfektion) entfernt werden. In besonderen Bereichen, so z. B. in Krankenhäusern, Alten- und Pflegeheimen, Schwimmbädern, wird diese Desinfizierung vorbeugend durchgeführt. |
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Viren
im Trinkwasser, ein Problem? - Juan M. López-Pila,
Regine Szewzyk - Umweltbundesamt |
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Gefährliche
Viren im Trinkwasser - Caroline Schuppisser |
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Trinkwasser
ist nicht keimfrei - Umweltbundesamt |
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Die neue
Trinkwasserverordnung sollte hier helfen, für die
Hygiene in der Trinkwasserinstallation zu sorgen. Nur wird sie den meisten
Betreibern nicht bekannt bzw. zugänglich sein. |
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| Wasser, das Flecken und Ablagerungen hinterlässt | ||||||
Rote und rotbraune
Ablagerungen |
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Organoleptische
Prüfung (Sinnenprüfung) - HS für Technik,
Wirtschaft und Kultur Leipzig |
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Gerüche
und Geruchsbelästigungen - Bayerisches Landesamt
für Umwelt |
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Fachfirmen
und Einrichtungen für Wasseraufbereitung |
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