Biologische Prozesse in Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlsystemen
Bakterien sind durchaus in der Lage, in Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlsystemen zu existieren - schließlich kann dort Leben sein, wo Wasser ist. 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. Hier zwei häufige Fälle:

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 elektrische Leitfähigkeit des Heizungswassers steigt, was den Fluss des Korrosionsstroms begünstigt
• Die Sulfatkonzentration steigt, was zur Bildung von Gipskristallen führen kann, wenn Härte im Wasser vorhanden ist
• Unter Umständen kann das Wasser umkippen. Darunter versteht man in diesem Zusammenhang die Bildung von Schwefelwasserstoff. Das Wasser versäuert, stinkt und ist giftig

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.

Biofouling in Heizungs-, Trinkwasser- und Kühlsystemen
Es gibt eine Menge von Lebensformen die mit dem Wasser in die Anlagen hineinkommen und diese greifen die Materialien an. Diese als „Biofouling“ oder „MIC“ (microbially influenced corrosion) bekannten Schadensursachen nehmen deutlich zu. Sie sind noch weitgehend unbekannt, weil die analytischen Nachweise schwierig sind. Einige der Spezies sind vermutlich noch gar nicht mit der Laborwissenschaft in Kontakt gekommen. Eines allerdings haben sie gemeinsam: Dort, wo sie wachsen, verändern sie lokal den pH-Wert (nachgewiesen bisher Veränderungen bis zu pH 2!), das Redoxpotential, die Konzentration an Sauerstoff und gelösten Salzen, die Parameter, die aus chemischer Sicht für Korrosionen verantwortlich sind. „MIC“ bewirkt mithin keineswegs „neue“ Korrosionsmechanismen, sondern beeinflusst die chemischen bzw. elektrochemischen Prozesse an Grenzflächen zwischen Wasser und dem Material.
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.
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.
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.
Auch in Lufterdwärmetauscher wird die Biofilmbildung zunehmend beobachtet.
 
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.
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.
Zum Korrosionsverhalten von SF-Kupfer mit und ohne Wärmetausch in Wässern
Die gängigen Theorien zum Korrosionsverhalten von Kupfer werden einleitend dargestellt (Flächenkorrosion, Lochkorrosion nach Typ I and Typ II).
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.

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.
Quelle: Dipl.-Ing. G. Blümmel, Dipl.-Chem. R. Seyfarth
Institut für Werkstoffkunde und Staatliche Materialprüfungsanstalt an der TH Darmstadt, Grafenstraße 2, 6100 Darmstadt
Fachfirmen und Einrichtungen für Wasseraufbereitung
 
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