DE69510608T2 - Verfahren zur Behandlung von Komponenten einer Trinkwasserversorgungsanlage aus Legierungen auf Kupfer-Basis - Google Patents
Verfahren zur Behandlung von Komponenten einer Trinkwasserversorgungsanlage aus Legierungen auf Kupfer-BasisInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft Komponenten einer Trinkwasserversorgungsanlage aus Kupferlegierungen, speziell, aber nicht ausschließlich, Rohrformstücke aus verbleitem Messing.
- Es ist bekannt, Wasserrohrformstücke, beispielsweise Rohrkuppelstücke und Ventil- und Hahnkörper, aus Messing oder anderen Legierungen auf Kupferbasis, wie Gußzinnbronze, herzustellen. Normalerweise müssen derartige Legierungen uneingeschränkt bearbeitbar sein, so daß beispielsweise erforderliche Schraubengewinde leicht maschinell auf den Formstücken angefertigt werden können. Es ist bekannt, aus diesem Grund eine geringe Menge, typischerweise etwa 1 bis 5 Gew.-%, an Blei während der Herstellung der Legierung zuzugeben.
- In letzter Zeit wurde jedoch im Zusammenhang mit Trinkwasserinstallationssystemen die Sorge ausgedrückt, daß das Blei aus derartigen Legierungen während des Betriebs extrahiert werden könnte, wodurch möglicherweise ein Gesundheitsproblem entsteht.
- Bislang wurde beispielsweise in einer Veröffentlichung von B. P. Boffardi in Materials Performance, Band 29, Nr. 8, August 1990, Seite 45 bis 49 berichtet, daß eine solche Bleiextraktion durch chemische Behandlung von Trinkwasservorräten zur Modifizierung ihres pH und/oder ihrer Basizität verringert werden kann. Insbesondere berichtet Boffardi, daß die Zugabe von Orthophosphationen, speziell in Form von Zinkorthophosphat, zu Wasservorräten in Konzentrationen von um die 1 bis 2 mg/l PO&sub4;³&supmin; die Bleiextraktion deutlich verringern kann.
- Durch die vorliegende Erfindung wird eine zuverlässige Maßnahme zur Milderung des Problems der Bleiextraktion aus Komponenten von Trinkwasserversorgungsanlagen aus Legierungen auf Basis verbleiten Kupfers bereitgestellt, die eine Behandlung der Komponenten selbst während ihrer Herstellung einschließt.
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung einer Komponente einer Trinkwasserversorgungsanlage aus einer Legierung auf Basis verbleiten Kupfers bereitgestellt, um die Extraktion von Blei aus der Legierung durch Trinkwasser während des Betriebs zu verhindern, wobei das Verfahren das Behandeln von zumindest den inneren Oberflächen der Komponente während ihrer Herstellung mit einer wäßrigen Lösung einer Säure umfaßt, die eine Verbindung mit Blei bildet, deren Löslichkeit in Wasser bei irgendeiner Temperatur zwischen 0 und 25ºC kleiner als 0,01 g/l ist, wobei die Lösung 1 bis 30 Vol.% der Säure enthält.
- Vorzugsweise ist die Säure eine Oxosäure des Phosphors, beispielsweise Orthophosphorsäure, und der restliche Teil dieser Beschreibung bezieht sich aus praktischen Gründen hauptsächlich auf die Verwendung speziell von Orthophosphorsäure. Jedoch wird klargestellt, daß prinzipiell alternative Säuren verwendet werden können. Während wir nicht vollständig verstehen, wie die Säurebehandlung wirkt, wird in diesem Zusammenhang angenommen, ohne den Umfang der Erfindung auf irgendeine Weise einzuschränken, daß die Säure Blei an oder in der Nähe der inneren Oberflächen der behandelten Komponente stabilisiert oder "passiviert", indem die Bildung eines physikalisch stabilen, haftenden Films einer im wesentlichen wasserunlöslichen einfachen oder komplexen Bleiverbindung herbeigeführt wird, beispielsweise eines Phosphats im Fall der Verwendung einer Oxosäure des Phosphors wie Orthophosphorsäure. Zusätzlich kann die Säure während der Behandlung aktuell wirken, um an oder in der Nähe derartiger Oberflächen vorliegendes Blei zu entfernen.
- Die spezielle Säurebehandlung und Reinigungsbedingungen, die im folgenden in bezug auf Orthophosphorsäure genannt werden, sind ebenfalls auf die Verwendung solcher anderer Säuren anwendbar, und in jedem Fall können die optimalen Bedingungen durch einfache Versuche und Experimente bestimmt werden.
- Vorzugsweise ist die Phosphorsäure eine Phosphorsäure technischer oder allgemein verwendbarer Qualität, die hauptsächlich Orthophosphorsäure, gegebenenfalls zusammen mit relativ geringen Mengen an anderen Oxosäuren des Phosphors wie Pyrophosphorsäure, umfaßt. Die Phosphor- oder alternative Säurelösung enthält vorzugsweise 10 bis 20 Vol.% der Säure.
- Die Phosphorsäurebehandlung kann im wesentlichen bei jeder Umgebungsraumtemperatur durchgeführt werden, obwohl es bevorzugt ist, sie zwischen 20 bis 80ºC, stärker bevorzugt zwischen 25 und 40ºC, beispielsweise um 35ºC, für eine längere Zeitdauer, beispielsweise zwischen 30 und 120 Minuten und typischerweise zwischen 60 und 90 Minuten, durchzuführen.
- Ebenfalls vorzugsweise werden zumindest die inneren Oberflächen der Komponente vor der Behandlung mit der Säure gereinigt, insbesondere entfettet. Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer milden Detergenslösung vorzugsweise unter gleichzeitigem Rühren, beispielsweise mechanischem Rühren oder Ultraschallrühren, bewirkt werden. Das Rühren, beispielsweise mechanisches Rühren oder Ultraschallrühren, kann ebenfalls während des Schritts der Säurebehandlung durchgeführt werden.
- Nach dem Schritt der Säurebehandlung wird die Komponente vorzugsweise mit Wasser gespült und anschließend trocknen gelassen oder in einem warmen Luftstrom zwangsweise getrocknet.
- Während natürlich die erfindungsgemäße Behandlung nur dieser inneren Oberflächen der Komponente notwendig ist, die während des Betriebs mit dem Trinkwasser in Kontakt kommen, ist es vorteilhaft, die gesamte Komponente beispielsweise in ein Bad einzutauchen, wobei vorzugsweise eine Anzahl an Komponenten gleichzeitig in einem Batch-Verfahren behandelt wird.
- Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Zwölf replizierte machinell bearbeitete Proben aus verbleitem Entzinkungs-resistentem Messing (Bezeichnung CZ132 nach der British Standard Institution) wurden gemäß dem Anhang A.4.1 des britischen Standards 7766 : 1994 mit dem Titel "Assessment of the potential for metallic materials to affect adversely the quality of water intended for human consumption" (vorher in der Publikation DD201 : 1991 der British Standard Institution ausgeführt) hergestellt, dessen Inhalt auf dem Weg des Verweises darauf hier eingeschlossen ist. CZ132-Messing enthält 1,7 bis 2,8 Gew.-% Blei, 0,08 bis 0,15 Gew.-% Arsen, 35 bis 37 Gew.-% Zink, Rest Kupfer, abgesehen von bis zu 0,5 Gew.-% nebensächlichen Verunreinigungen.
- Die eine von jeder der replizierten Proben wurde in einem Ultraschalltank unter Verwendung einer 5%igen wäßrigen Detergenslösung (von Canning) bei 35ºC entfettet. Anschließend wurden sie in 20%ige Orthophosphorsäure allgemein verwendbarer Qualität (GPR-Qualität von BDH) 1 1/2 Stunden lang bei 35ºC unter gelegentlichem Rühren eingetaucht. Die Proben wurden dann mit deionisiertem Wasser gründlich gespült und an warmer Luft getrocknet.
- Die andere von jeder der replizierten Proben wurden ähnlich behandelt, außer daß der Schritt des Eintauchens in Orthophosphorsäure ausgelassen wurde.
- Alle 24 Proben wurden dann dem Extraktivschritt, ausgeführt im Anhang A5 von BS7766 : 1994, unterzogen, und die Extrakte wurden auf Blei unter Verwendung eines Kohleofen- Atomabsorptionsspektrophotometers analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
- Das "Gesamtergebnis" nach der Definition im Anhang A.7.1 von BS7766 : 1994, multipliziert mit 0,25 (siehe Abschnitt 3.1 der Beschreibung von BS7766 : 1994), lag somit für die mit Orthophosphorsäure behandelten Proben bei 8,69 ug/l, d. h. klar unter dem maximal erlaubten Bleilevel von 50 ug/l, während das Gesamtergebnis · 0,25 für die unbehandelten Kontrollproben bei 86,66 ug/L lag, d. h. klar über dem maximal erlaubten Bleilevel.
- Eine Anzahl an replizierten gegossenen Proben aus Gußzinnbronze, nach dem britischen Standard 1400 : 1985 als "LG1" bezeichnet, wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß sie maschinell unbearbeitet gelassen wurden, d. h. sie waren in ihrer gegossenen Form. LG1 enthält 2,0 bis 3,5 Gew.-% Zinn, 7,5 bis 9,5 Gew.-% Zink, 4,0 bis 6,0 Gew.-% Blei, 0 bis 2,0 Gew.-% Nickel, Rest Kupfer, abgesehen von nebensächlichen Verunreinigungen.
- Die Proben wurden unter den in der folgenden Tabelle 2 gezeigten Bedingungen gereinigt, und die replizierten wurden ferner mit einer 20 Vol.%igen wäßrigen Lösung von Orthophosphorsäure unter den ebenfalls in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen behandelt. Die rechte Spalte zeigt das "Gesamtergebnis" · 0,25 des in BS7766 : 1994 beschriebenen Extraktivschritts. Während verglichen mit der unbehandelten CZ132-Legierung signifikant weniger Blei aus der unbehandelten LG1 extrahiert ist, ist es offensichtlich, daß die mit Phosphorsäure behandelte LG1 eine deutliche Verbesserung zeigt. Tabelle 2
Claims (11)
1. Verfahren zur Behandlung einer Komponente einer
Trinkwasserversorgungsanlage aus Legierungen auf Basis verbleiten
Kupfers, um die Extraktion von Blei aus der Legierung durch
Trinkwasser während des Betriebs zu verhindern, wobei das
Verfahren das Behandeln von zumindest den inneren
Oberflächen der Komponente während ihrer Herstellung mit einer
wäßrigen Lösung einer Säure umfaßt, die eine Verbindung mit
Blei bildet, deren Löslichkeit in Wasser bei irgendeiner
Temperatur zwischen 0 und 25ºC kleiner als 0.01 g/l ist,
wobei die Lösung 1-30 Vol.% der Säure enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Säure aus einer oder
mehreren Oxosäuren des Phosphors ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Säure
Orthophosphorsäure enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die
Lösung 10-20 Vol.% der Säure enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das bei einer
Temperatur zwischen 20 und 80ºC durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, das bei einer Temperatur
zwischen 25 und 40ºC durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, das bei einer Temperatur von
etwa 35ºC durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der
Säurebehandlungsschritt für eine Dauer von zwischen 30 und
120 Minuten durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der
Säurebehandlungsschritt für eine Dauer von zwischen 60 und 90 Minuten
durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei
zusätzlich zumindest die inneren Oberflächen der Komponente
vor der Säurebehandlung mit einer Reinigungslösung gereinigt
werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Reinigungslösung
ein Detergens einschließt.
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