Projekt 09721/01

Fertigung von Trinkwasserrohren aus Kupfer mit Schutzschichten zur Verbesserung der Wasserqualität (Vorphase)

Projektträger

Indus Oel Gesellschaft mbH
Pferdestr. 23
49084 Osnabrück

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Nach einer Betriebsdauer von 1-3 Jahren entsteht im Kupferrohr eine basische Kupfercarbonatschicht, welche die Korrosion und den Kupferabrieb und damit die Belastung des Trinkwassers mit Kupfer-Ionen vermindert. Bis zur Ausbildung dieser Schicht übersteigen die Belastungen die zulässigen Grenz- und Richtwerte nach der Trinkwasserverordnung, der EU-Richtlinie 95/c131/03 oder der WHO. Kupferbe-dingte Fälle von frühkindlicher Leberzirrhose mit schwerer Erkrankungs- bzw. Todesfolge sind zuverläs-sig ab Kupferkonzentrationen im konsumierten Wasser in Höhe von ca. 10 mg/L Kupfer oder mehr be-legt.

Zielsetzung des Vorhabens ist es, Rohre zur Verwendung im sanitären Trinkwasserbereich zu fertigen, die eine geringere Kupferlöslichkeit aufweisen als beim jetzigen Stand der Produktion. Angestrebt wird, eine Schutzschicht auf der Innenoberfläche der Rohre zu erzeugen, so dass sich Werte für die Kupfer-löslichkeit ergeben, die deutlich unterhalb des Wertes nach der Trinkwasserverordnung vom 12.12.1990 von 3 mg Kupfer/l Wasser und möglichst unterhalb des von der Weltgesundheitsorganisation geforderten Wertes von 0,05 mg Kupfer/l Wasser liegen. Diese Schutzschichtbildung wird während des fließenden Produktionsprozesses erzeugt, so dass dadurch eine wirtschaftlich vertretbare Kostensteigerung nicht überschritten wird. Das Ergebnis des Forschungsvorhabens soll bei der Produktion von Kupferrohren eingesetzt werden.
Durch die Schutzschicht wird nicht nur die Trinkwasserbelastung verringert, sondern ebenso die Bela-stung des Grundwassers, der Flüsse und Meere. Ebenfalls wird auch die Kupferaufnahme des menschli-chen Organismus durch die Nahrungskette verringert. Die Wasseraufbereitung wird entlastet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenEs erfolgt zunächst die Herstellung von beschichteten Kupferrohren im halbproduktionstechnischen Maßstab. Anschließend erfolgt eine umfangreiche Untersuchung und Beschreibung der Schichteigen-schaften. Kernstück ist die Korrosionsuntersuchung nach DIN 50931


Ergebnisse und Diskussion

Die Herstellung der beschichteten Kupferrohre erfolgte im halbproduktionstechnischen Maßstab an der Fachhochschule Iserlohn. Die Ziehmaschine arbeitet mit fliegendem Dorn und in der Industrie üblichen Querschnittsabnahmen von 27 bzw. 32 %. Die Ziehgeschwindigkeit liegt mit 30 m/min unter dem indu-striellen Standard von 120 - 150 m/min. Es wurden die in der Industrie üblichen Werkzeuge aus Hart-metall verwendet. Insofern liegt eine halbindustrielle Fertigung vor, die zuverlässige Rückschlüsse auf die vollindustrielle Fertigung zuläßt. Das Prozeßmittel wird zur Schmierung beim letzten Zug eingesetzt. Durch die entstehende Prozeßwärme erfolgt eine Umwandlung zu der gewünschten Schicht, welche die Kupferlöslichkeit mindert.

Bei den beschichteten Rohren wurde zunächst der Effekt der Kontaktverhinderung zwischen Trinkwasser und Kupferrohr aufgrund übermäßiger Fettbelegung untersucht. Übermäßige Fettbelegung aus Resten des Prozeßmittels unterbindet den Austauschprozeß zwischen Trinkwasser und Kupferrohr und führt so zu niedrigen Kupferwerten im gemessenen Trinkwasser. Diese Restfettschicht ist allerdings nicht be-ständig und bietet keinen dauerhaften Schutz. Indikator für die Restfettbelegung ist der Restkohlenstoff-gehalt gemäß des Untersuchungsverfahrens der Güte- und Prüfbestimmungen für das Gütezeichen Kupferrohr/RAL der Gütegemeinschaft Kupferrohr e.V. RAL-RG 641/1 von Oktober 1994. Umfangrei-che Untersuchungen mit Standardprozeßmitteln haben ergeben, daß bei Restkohlenstoffwerten oberhalb von 0,8 mg/dm2 der Trennungseffekt signifikant dominiert. Im Umkehrschluß daraus ergibt sich unterhalb dieses Wertes eine Vernachlässigung dieses Effektes.

Messungen der Kupferlöslichkeit bei Rohren, die nach der Produktion mit Trichlorethylen gereinigt wur-den, um die Restfettbelegung zu entfernen, ergaben zunächst sehr niedrige Werte. Bei der Wiederholung der Kupferlöslichkeitsmessung traten jedoch überproportional hohe Werte zu Tage. Das heißt, daß die-ser Minderungseffekt nicht von Dauer ist.

Die Messungen der Kupferlöslichkeit erfolgten maximal 24 Stunden nach der Rohrherstellung im 15-stündigen Stagnationsversuch. Die Kupferionenabgabe in mg/l lag bei den beschichteten Rohren mit Werten von 0,2 - 0,4 deutlich unter dem Wert der Trinkwasserverordnung vom 12.12.1990 von 3 mg Kupfer/l Wasser. Der Wert der Trinkwasserverordnung basiert auf 12-stündiger Stagnation bei über 2 Jahre alten Rohren. Änderungen des Meßverfahrens in Richtung der Berücksichtigung von Fließphasen (z.B. neue EU-Trinkwasserrichtlinie) führen zu niedrigeren Kupferwerten. Die Messung mittels Stagnati-onsversuch verdeutlicht die bemerkenswerte Verbesserung durch die neue Beschichtung. Die Restkoh-lenstoffwerte bei diesen Rohren lagen bei 0,4 mg/dm2.

Zur Überprüfung der Beständigkeit der Schicht wurde der Stagnationsversuch mehrfach an ein und dem-selben Rohr wiederholt. Mit einem Prozeßmittel wurden dauerhaft Kupferionenabgabewerte von nur 0,5 mg/l erzielt. Die Schicht ist äußerst dünn und paßt sich jeder Veränderung des Rohres an.


Fazit

Es ist gelungen, ein Prozeßmittel zu entwickeln, welches die Kupferlöslichkeit deutlich unter die derzeit zulässigen Werte absenkt. Hiermit kann die Belastung des Trinkwassers mit Kupfer-Ionen deutlich redu-ziert werden. Die Schutzwirkung wird direkt nach der Produktion erzielt. Der weitere Schichtaufbau und somit weitere Verminderung der Kupferlöslichkeit wird im Langzeittest untersucht.
Durch die Integration in den Prozeßablauf ist die Erzeugung der Schutzschicht unter prozeßökonomi-schen Gesichtspunkten als äußerst günstig zu bezeichnen.