DE4035555C3 - Verfahren zum Korrosionsschutz von metallischen Werkstoffen in Trinkwasser-Durchflußsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrosionsschutz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In wasserführenden Systemen finden chemische Wechselwirkungen zwischen dem Wasser und den Werkstoffen des Systems statt. Die Größe dieser Wechselwirkungen hängt im wesentlichen von der Zusammensetzung des Wassers, vom verwendeten Werkstoff und von den Betriebsbedingungen ab. Besondere Anforderungen stellen wasserführende Systeme aus Eisen- und Kupferwerkstoffen. Übermäßige Korrosio­ nen zerstören den Werkstoff des wasserführenden Systems und beeinträchtigen die Wasserqualität durch die Korrosionsprodukte. Aus diesem Grunde werden wasser­ führende Systeme durch Zusatz von Chemikalien korrosionsgeschützt. Das ist bei im Kreislauf geführtem Wasser kein Problem, wohl aber bei Durchflußsystemen. Insbe­ sondere im Bereich der Trinkwasserversorgung ist dabei zu berücksichtigen, daß die Korrosionsschutzmittel den Vorschriften für Trinkwasser entsprechen.

Grundlage der Korrosion von metallischen Werkstoffen in wasserführenden Syste­ men ist die kathodische Reduktion des im Wasser gelösten Sauerstoffes. Mit anderen Worten dient der Sauerstoff als Oxidationsmittel am metallischen Werkstoff. Die am metallischen Werkstoff gebildeten Korrosionsprodukte können mit den Inhaltsstoffen des Wassers und mit Chemikalien, die dem Wasser zu diesem Zweck zugegeben wer­ den, schützende Deckschichten bilden. Die Eigenschaften dieser Deckschichten be­ einflussen die Erscheinungsformen und das Ausmaß der Korrosion. In unbehandeltem Wasser ergeben sich nicht vollständige und nicht durchgehende Deckschichten, da einerseits der normalerweise gelöste Sauerstoff nur zu einer langsamen Oxidationsre­ aktion führt, andererseits insbesondere in welchem Wasser zu wenig reaktionsbe­ schleunigende Carbonate und Hydrogencarbonate vorhanden sind. Man hat daher schon vorgeschlagen, dem Wasser neben den Phosphaten und/oder Silikaten Na­ trium- oder Kaliumcarbonate oder Hydrogencarbonate in bestimmter Menge zuzuset­ zen (EP-B 0 102 587). Der Zusatz der zuvor genannten Chemikalien zum Wasser hat zwar nicht die extrem problematischen ökologischen Auswirkungen, die Korrosions­ inhibitoren haben würden, die bei geschlossenen Systemen ohne weiteres eingesetzt werden können, gleichwohl sind die ökologischen Auswirkungen dieser Chemikalien bei Wasser-Durchflußsystemen in den Vorflutern und später im Grundwasser bzw. in Gewässern nicht unproblematisch.

Es ist für sich bekannt, in Wasser-Durchflußsystemen, insbesondere in Trinkwassersy­ stemen mit weichem Wasser, den Sauerstoffgehalt des Wassers künstlich zu erhöhen, um dadurch den Korrosionsschutz der metallischen Werkstoffe zu verbessern (DE-A- 36 35 411). Dazu wird durch Querströmung von reinem Sauerstoff in einer Belüf­ tungskammer der Sauerstoffgehalt des durchfließenden Wassers auf mindestens 6 mg/l angereichert. Ökologisch ist diese Erhöhung des Sauerstoffgehaltes unproble­ matisch, wenn nicht gar positiv zu bewerten.

In einem geschlossenen wasserführenden System eines Kraftwerkes (JP-P-A 58-207­ 378 = Patent Abstracts of Japan C 213 March 9, 1984 Vol. 8/52) ist es bekannt, den Korrosionsschutz durch Einspeisung von reinem Sauerstoff und/ oder von Wasser­ stoffperoxid sicherzustellen. Da dieses bekannte System allerdings einen abgeschlos­ senen Wasserkreislauf mit entsalztem und entgastem Wasser aufweist, ist es mit dem Durchflußsystem der vorliegenden Erfindung nicht vergleichbar.

Weiterhin ist es aus der Trinkwasser-Aufbereitungs-Verordnung vom 19. Dezember 1959, Bundesgesetzblatt, Teil I, Seite 762-763, sowie den Änderungen dazu von 1960, 1975, 1977 und 1979 bereits bekannt, daß Ozon ein gesetzlich zugelassener Trinkwasserzusatz ist. Diese Verordnung betrifft jedoch lediglich die Aufbereitung von Trinkwasser, nicht aber den Korrosionsschutz eines dafür notwendigen Lei­ tungssystems.

Aus der Literaturstelle "Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, 1983, Band 17" ist es bekannt, daß H₂O₂ zum Korrosionsschutz in Dampfkesseln und kommunalen Abwassersystemen dient.

Aus der Literaturstelle "Chemical Abstracts, Vol. 102, 1985, 154604" ist ein Verfahren zum Korrosionsschutz von Wärmeaustauschflächen bekannt, wobei Eisensulfate, Na₃PO₄ und H₂O₂ dem Kühlwasser zugegeben werden. Bei dieser Literaturstelle geht es darum, den Wärmeübergang verschlechternde Verschmutzungen, Ablagerun­ gen und Korrosion auf den Wärmeaustauschflächen zu verhindern. Zu diesem Zweck werden dem Kühlwasser bewußt Fe-Ionen in Form von Eisensulfat zugegeben. Auf Trinkwasser-Durchflußsysteme, ist dies nicht übertrag­ bar.

Aus der Literaturstelle "Chemical Abstracts, Vol. 82, 1975, 6525" ist ein Verfahren zum Korrosionsschutz in Heißwassersystemen und anderen mit Wasser gefüllten che­ mischen Apparaten durch Bildung korrosionsschützender Filme bekannt. Hierbei werden Natriumphosphat und MgO₂ verwendet, um eine Deckschicht zum Korro­ sionsschutz zu bilden.

Aus der Literaturstelle "Werkstoffe und Korrosion, Vol. 35, 7/84, Seite 572" geht ein Feldversuch zum Korrosionsverhalten schwarzer Stahlrohre in Wasser nach Ozonung hervor. Dabei wurde festgestellt, daß es bei schwarzen Stahlrohren in Verbindung mit Phosphaten enthaltendem Bodenseewasser nach Ozonung zu verringerten Korro­ sionsraten kam. In Einzelfällen wurde bei diesen Versuchen allerdings auch verstärkt lokaler Angriff in Form raupenförmiger, in Fließrichtung ausgerichteter Pusteln mit Korrosionsmulden festgestellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eisenkonzentration im Wasser bei Wasser-Durchflußsystemen durch einen ausreichenden Korrosionsschutz zu verrin­ gern, dabei gleichzeitig den erforderlichen Chemikalieneinsatz zu verringern und so den Korrosionsschutz in ökologischer Hinsicht zu verbessern.

Die zuvor aufgezeigte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß man Deckschichten hervorragender Qualität, die zu einem sehr guten Korrosionsschutz der metallischen Werkstoffe füh­ ren, dadurch erzeugen kann, daß man in Verbindung mit der Zugabe von Phosphaten und Silikaten den Oxidationsschritt künstlich beschleunigt. Diese Erkenntnis stellt das Ergebnis von Versuchen dar, bei denen festgestellt worden ist, daß durch die gemeinsame Verwendung von Phosphaten und Silikaten und von Peroxiden in Form von Wasserstoffperoxid ein kombinatorischer Effekt auftritt, der offensichtlich dafür verantwortlich ist, daß ein effektiver Korrosionsschutz innerhalb relativ kurzer Zeit erreicht werden kann. Dies geschieht durch das stärker als der im Wasser gelöste Sauerstoff wirkende Wasserstoffperoxid. Dieses Mittel weiset Radikalgruppen auf, die insbesondere unbehandeltes Eisen direkt an der Anodenoberfläche oxidieren. Die Deckschicht aus Korrosionsprodukten wächst sehr schnell und dicht, ein schneller und guter Korrosionsschutz der metallischen Werkstoffe des wasserführenden Sy­ stems ist gewährleistet. Gleichzeitig werden die Korrosionsprodukte an das Wasser in stark verringertem Maße abgegeben, Loch- und Muldenfraß durch Ablagerung von Biomasse werden vermindert bzw. verhindert und vorhandene, jedoch unvollständig ausgebildete oder teilweise zerstörte Deckschichten werden schnell saniert.

Durch die Kombination von Phosphaten und Silikaten und des erfindungsge­ mäß eingesetzten Wasserstoffperoxids werden die insgesamt für einen ausreichenden Korrosionsschutz erforderlichen Zugabemengen stark vermindert; insgesamt ist ein ökologisch verbessertes Verfahren das Ergebnis der Erfindung. Insbesondere muß man natürlich bei den Zugabemengen die üblichen gesetzlichen Vorschriften be­ rücksichtigen. Soweit Trinkwasser betroffen ist, versteht es sich, daß die geltenden Grenzen, d. h. die zulässigen Grenzwerte der Trinkwasser-Aufbereitungs-Verordnung der Trinkwasserverordnung etc. beachtet werden, so daß die Zugabemengen ent­ sprechend gesteuert und die zugelassenen Werte nicht überschritten werden.

In einem konkreten Beispiel (Fernwassersystem Ritterode) konnte durch Anwen­ dung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein anfangs hoher Eisengehalt im Wasser innerhalb von zehn Tagen erheblich reduziert werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum Korrosionsschutz von metallischen Werkstoffen in Trinkwasser- Durchflußsystemen mit weichem Wasser, bei dem dem Wasser Phosphate und Silikate zugegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser zusätzlich Wasserstoffperoxid zugegeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser 0,1 bis 20 g/m³ H₂O₂, und 0,1 bis 7 g/m³ Phosphat, insbesondere Ortho­ phosphat, berechnet als P₂O₅, und 0,2 bis 50 g/m³ Silikate, berechnet als SiO₂, zugegeben werden.