Trinkwasserleitungen in der Hausinstallation

3 Hausinstallationen aus Metallrohren

3.1 Trinkwasserleitungen aus Blei

Das Problem von Blei im Trinkwasser wird ausschließlich dadurch hervorgerufen, daß Trinkwasser durch Bleirohre fließt, oder daß bleihaltige Lote zur Installation von Kupferrohren benutzt worden sind. Eine Bleikontamination des von den Wasserwerken abgegebenen Trinkwassers ist auszuschließen. 10 - 20 % aller Hausinstallationen in der BRD sind noch in Blei ausgeführt, in der ehemaligen DDR sind wahrscheinlich noch erheblich mehr Trinkwasserrohre aus Blei vorhanden [WAS90].

Da vom Blei im Trinkwasser im Vergleich mit anderen chemischen Verunreinigungen zur Zeit eine der größten bekannten Gesundheitsgefährdungen ausgeht, legt die TrinkwV einen Grenzwert von
40 µg/l fest, der jedoch bei Hausinstallationen aus Blei häufig überschritten wird [ART87, MES90].

Bei einer geringen  Kontamination des Trinkwassers (10 - 20 µg/l) beträgt der Anteil des durch das Trinkwasser aufgenommenen Blei im Vergleich zur Gesamtaufnahme (zusätzlich durch Nahrung und Atemluft) für einen Erwachsenen bereits ca. 15 % [AUR87], wobei die Resorptionsraten von Alter, Ernährungszustand u. a. Faktoren abhängig sind. Besonders gefährdet sind Kleinkinder und Säuglinge, die durch ihre höhere Stoffwechseltätigkeit eine wesentlich höhere Resorptionsquote für Blei haben als Erwachsene und deren Gehirn durch eine noch unvollständig ausgebildete Blut-Hirn-Schranke weniger geschützt ist.

Die gesundheitsgefährdende Wirkung des im menschlichen Organismus nicht notwendigen Schwermetalls Blei ergibt sich im wesentlichen aus der Störung der Funktionstüchtigkeit des Zentralnervensystems durch Blei bzw. der Verursachung von Entwicklungsstörungen des sich ausbildenden Gehirns bei Föten und Kleinkindern [SRU88]. Weiterhin stört Blei die Bildung des roten Blutfarbstoffes und eventuell biochemisch ähnlicher Substanzen. Blei wirkt schon im Mikrogrammbereich als chronisches Gift und gilt als krebsverdächtig [WAS90]. Die Symptome einer chronischen Bleivergiftung, wie schnelle Ermüdbarkeit, nervöse Störungen, Blutarmut und Verdauungsstörungen, aber auch die Gefahr von Fehlgeburten werden selten als Bleierkrankungen diagnostiziert, weil sie mit einer Vielzahl anderer Erkrankungen in Zusammenhang gebracht werden können.

Die Bleilöslichkeit wird durch eine Reihe von chemischen und physikalischen Faktoren beeinflußt. Ein weiches, saures Wasser und ein hoher Sauerstoffgehalt begünstigen sie. Die Gegenwart von Chloriden, Nitraten und Sulfaten im Trinkwasser hat einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Löslichtkeit von Blei, dagegen reduzieren bereits geringe Orthophosphatkonzentrationen den Bleigehalt des Leitungswassers. Physikalische Einflußgrößen, die den Bleigehalt im Wasser erhöhen, sind lange Standzeiten, niedrige Fließgeschwindigkeit, geringer Rohrdurchmesser und erhöhte Temperaturen. In älteren Rohren kann sich eine Korrosionsdeckschicht bilden, die eine gewisse "schützende" Wirkung bietet.


3.2 Trinkwasserleitungen aus Kupfer

Kupfer ist ein häufig verwendeter Werkstoff in der Hausinstallation. In den alten Bundesländern bestehen ca. 75 % aller Trinkwasserrohre in Neubauten aus diesem Metall. Wegen der leichten Verarbeitbarkeit und der vermeintlichen Unschädlichkeit für den Menschen galt Kupfer lange Zeit als idealer Werkstoff für den Trinkwasserleitungsbau.

Daß Kupfer durch das Trinkwasser aus den Rohrleitungen gelöst wird, schien nicht bedenklich, da es für den Menschen ein lebensnotwendiges Spurenelement darstellt. Der tägliche Mindestbedarf für Erwachsene liegt bei 20 - 40 µg, für Säuglinge bei ca. 50 µg je Kilogramm Körpergewicht und Tag.

In größeren Mengen kann Kupfer gesundheitsschädigend wirken. Beim erwachsenen Menschen wird Kupfer nicht im Körper angereichert, sondern über die Galle ausgeschieden. Bei Säuglingen und Kleinkindern dagegen speichert sich dieses Schwermetall in der Leber und kann zu Lebervergiftungen führen. Zum ersten Mal wurde 1987 ein Zusammenhang zwischen einer tödlich verlaufenden Leberzirrhose von Säuglingen und deren Ernährung mit stark kupferhaltigem Trinkwasser (3 mg/l) nachgewiesen [EIF87]. Der in der Neufassung der TrinkwV [TV090] vorgeschriebene Richtwert von 3 mg/l Cu ist vor diesem Hintergrund entschieden zu hoch anzusehen (gesundheitliche Störungen beginnen schon bei 0,8 mg/l Cu) und kann für Säuglinge sogar tödliche Folgen haben.

In diversen Publikationen ist der Einfluß verschiedener Wasserparameter auf den Kupfergehalt im Trinkwasser untersucht wurden. Dabei wird deutlich, daß Wasserhärte und pH-Wert ausschlaggebend für die Konzentration des Metalles im Wasser sind. Besonders aggressiv ist ein weiches, kalkarmes Wasser
(< 7 °d), welches Kupfer- und andere Metallrohre stärker angreift als ein Wasser mit 10 bis 25 °d. Ein sehr hoher Kupfergehalt ist bei saurem Wasser (pH-Wert um 6.5, der nach TrinkwV noch zulässig ist) zu verzeichnen [WAG88]. Unter diesen Bedingungen korrodieren Kupferleitungen stark und es treten hohe Kupferkonzentrationen im Trinkwasser auf [BGA90].

Ein extrem hoher Kupfergehalt wurde ebenfalls im Falle von Rohren, die nicht nach DIN 1798 hergestellt wurden oder die bei der Verlegung stark verformt wurden, nachgewiesen. Bei diesen Rohren tritt verstärkt eine Loch- und Spaltkorrosion auf, die zusätzlich durch Rohrverunreinigungen gefördert wird. Bei einer Sanierung bzw. Neuverlegung sollte deshalb unbedingt auf eine fachgerechte Installation [DIN 1988 Teil 2] geachtet werden [WAN85, HEI86]. Bei Neuinstallationen sind unter vergleichbaren Bedingungen die Kupferkonzentrationen durchgehend höher, als bei zwei und mehr Jahre alten Anlagen, da sich innerhalb der ersten Jahre eine Deckschicht an den Rohrinnenwandungen ausbildet, die einen gewissen Schutz vor weiterer Korrosion bietet. Bei höheren Temperaturen, also im Warmwasserbereich, bildet sich diese Deckschicht schneller und zuverlässiger aus, so daß keine Installationszeitabhängigkeit der Cu-Konzentration zu beobachten ist [WAG88].

Die Verwendung bleihaltigen Weichlotes zur Verbindung kupferner Rohre führt zur elektrolytischen Korrosion des Lotes, was extrem hohe Bleikonzentrationen im Trinkwasser nach sich zieht [LYA77]. Deshalb ist nach DIN 1798 für die Installation von Trinkwasserleitungen aus Kupfer die Verwendung von bleifreiem Lot vorgeschrieben.


3.3 Trinkwasserleitungen aus Eisenwerkstoffen (verzinkter Stahl, Edelstahl)

Neben den Kupferrohren haben Trinkwasserleitungen aus Eisenwerkstoffen den größten Marktanteil. Da Eisen in sauerstoffhaltigem Wasser stark rostet, werden Eisenrohre im Bereich der Hausinstallation durch eine Zinkschicht oder durch Legierung zu Edelstahl davor geschützt.

Eisen ist ein essentielles Spurenelement und von zentraler Bedeutung für den menschlichen Organismus. Zur Deckung des täglichen Bedarfs sind ca. 5 - 30 mg Eisen erforderlich, die aus der Nahrung und dem Trinkwasser aufgenommen werden.

Der Eisengehalt im Trinkwasser liegt weit unter der als schädlich für den Menschen angesehenen Grenze von 200 mg/l. Trotzdem treten bei den vorkommenden Mengen unangenehme Auswirkungen auf, da Eisenionen bei Kontakt mit gelöstem Sauerstoff ausflocken. Färbungen, Trübungen, Ablagerungen, Rostflecken und metallischer Geschmack sind Folgen dieses Vorgangs. Aus diesen Gründen werden bereits kleine Mengen als Störstoff betrachtet, obwohl Eisen als Spurenelement im Trinkwasser wünschenswert wäre. Die TrinkwV setzt den Grenzwert auf 0,2 mg/l fest. Dies ist eine technische Vorgabe, die dem Schutz vor Ablagerungen in Behältern und Rohrleitungen und zur Vermeidung aufwendiger Reinigungsmaßnahmen dient [WAS90].

Bei gleichbleibender Qualität des Wassers (konstante Wasserparameter) und gleichmäßiger Strömung bildet sich in Rohren aus Gußeisen und unlegiertem Stahl eine Deckschicht aus, die eine weitere Korrosion verhindert. Ändert sich jedoch die Wasserqualität und die Fließgeschwindigkeit, steigt der Eisengehalt des Trinkwassers stark an [ERG84].

Hohe Eisengehalte sind häufiger in Trinkwasser aus Hausbrunnen nachweisbar, das durch verzinkte Eisenrohre gefördert wird. Nach teilweiser Abtragung der Zinkschicht kann sich wegen der stoßweisen Entnahme keine Deckschicht ausbilden und der meist sowieso schon höhere Eisengehalt des Grundwassers wird durch das Rohrmaterial zusätzlich erhöht.

Stahlrohre werden häufig mit einem Zinküberzug versehen, da Zink eine schützende Oxidschicht bildet. Die Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit des Überzugs hängt von seinem Herstellungsverfahren, den Wasserparametern und dem Kontakt zu anderen Metallen ab.

Vorgeschrieben ist eine Verzinkung nach DIN 2444. Es wird eine gut haftende ca. 50 - 100 µm dicke Schicht je zur Hälfte aus Reinzink und Hartzink (Eisen/Zink-Legierung) aufgetragen. Früher hergestellte sogenannte luftausgeblasene Verzinkungen sind ebenso wie neu entwickelte Verzinkungen [KRU83] mit höherem Rein- bzw. Hartzinkanteil in ihren Korrosionseigenschaften schlechter zu beurteilen.

Dauerversuche an verzinkten Stahlrohren ergaben:
 
  • Eine pH-Absenkung um 0,5 auf pH 7 führt zu einem vollständigen Zinkabtrag bereits nach ca. 2 Jahren, während bei einem pH-Wert von 8 noch nach 10 Jahren Restzinkschichten von 25 - 40 µm Dicke vorhanden waren [RUE88].
  • Bei einem unausgewogenen Kalk-Kohlensäure-Verhältnis (vorhandene freie Kohlensäure) kann sich keine schützende Deckschicht ausbilden und es treten starke Korrosionserscheinungen auf.
  • Ein Einfluß von erhöhten Neutralsalzgehalten (bis zu 500 mg/l Chlorid bzw. Sulfat) konnte nicht festgestellt werden [KRU87].
  • Das Elektrodenpotential des Zinks ist mit -0,76 V negativer als das des Eisens (-0,44 V) und des Kupfers (+0,34 V). Die Korrosion von Zink ist daher gegenüber Eisen thermodynamisch begünstigt. Durch die Bildung der schützenden Oxidschicht (halbleitend) korrodiert auch das Zink nur langsam. Bei Temperaturen von 60 °C wird diese Oxidschicht jedoch leitend und die Korrosion nimmt stark zu.
  • Mischinstallationen mit Bauteilen aus Kupfer erhöhen die Spannungsdifferenz und forcieren Lochkorrosion im unedleren Metall (Zink) [EHR89].
Zink ist ein essentielles Spurenelement für den menschlichen Organismus. Der Tagesbedarf liegt für Erwachsene bei etwa 200 µg/kg Körpergewicht, bei Kindern sogar fünfmal so hoch. Bei Aufnahme von größeren Mengen (150 facher Tagesbedarf) treten Unterleibskrämpfe und blutiger Durchfall auf. Große Zinkmengen blockieren die Kupferaufnahme durch die Darmwand und können so zu Kupfermangelerscheinungen führen. Trotz dieser aufgeführten Wirkungen gilt Zink in den Konzentrationen, in denen es normalerweise von verzinkten Stahlrohren abgegeben wird, als unbedenklich.

Zink ist häufig mit den chemisch ähnlichen Elementen Blei und Cadmium verunreinigt. Nach DIN 2444 darf in der Zinkschicht jedoch maximal 0,01 % Cadmium enthalten sein, wobei höchstens 1 µg/l an das Trinkwasser abgegeben wird.

Cadmium ist ein für den Stoffwechsel nicht benötigtes Schwermetall und daher in jeder Konzentrationen unerwünscht. Das langfristig in kleinen Mengen aufgenommene Cadmium reichert sich hauptsächlich in der Nierenrinde und in der Leber an und kann dort oberhalb einer kritischen Konzentration (ca. 200 mg/kg) zu Nierenschäden bzw. Nierenversagen führen. Bei bestimmten Risikogruppen ist Vorsicht geboten, da sie Cadmium stärker resorbieren. Bei leichtem Eisenmangel, wie er bei Kindern in den ersten Lebensjahren und bei Schwangeren auftritt, erhöht sich die Resorptionsrate von 6 % auf ca. 15 %.

Desweiteren wird Edelstahl als Werkstoff für Trinkwasserleitungen verwendet. Edelstahl entsteht aus Eisen durch Legierung mit Chrom und Nickel. Als weitere Legierungsbestandteile kommen Molybdän, Mangan, Silizium, Wolfram, Vanadium, Kobalt, Titan und Niob in Frage. Edelstähle sind durch eine Cr3O4-Schicht passiviert und korrodieren somit nur geringfügig. Bei mechanischen Verletzungen (Kratzen, Stoßen) bildet sich diese Oxidschicht sofort wieder nach. Sofern die Passivitat durch hohe Chloridgehalte im Wasser nicht aufgehoben wird (Loch- und Spaltkorrosion) ist die Korrosion von Edelstahl sehr gering und somit auch die Metallkonzentration von Chrom und Nickel im Trinkwasser.

Der Schwachpunkt der Edelstahlrohre ist die elektrolytische Korrosion. Sie tritt bei Kombination mit anderen Installationsteilen aus Metall, bei Schweißnähten und Lötstellen auf, da diese ein anderes Elektrodenpotential besitzen als die Edelstahllegierung. Der Verbindung von Edelstahlrohren sollte deshalb große Aufmerksamkeit geschenkt werden. Es sollte auf Pressfittinge mit nichtleitenden Dichtungsmaterialien zurückgegriffen werden [HER89].

Trotz des hohen Energiebedarfs (20 kWh/kg Al) und der hohen Schadstoffemission bei der Aluminiumherstellung wurden in den letzten Jahren Aluminiumrohre für den Einsatz in der Hausinstallation getestet [ERG84]. Aluminium und Aluminiumlegierungen werden allerdings durch verschiedene Trink- und Brauchwässer angegriffen. Die Kombination mit anderen Metallen führt zur Korrosion, die nicht zu stoppen ist. Darüberhinaus gibt es einen Zusammenhang zwischen der Alzheimer Krankheit und einer erhöhten Aluminiumkonzentration im Gehirn [WAS90]. Aluminiumrohre sind deshalb keine Alternative in der Hausinstallation.