|
Metalafgivelse til drikkevand, DEL 2 3 Udførte forsøg3.1 Prøvemetode3.1.1 Design af testrigI testriggen kan 24 prøveemner monteres med mellemliggende rørstykker af plast og med plast-aftapningsventiler, som muliggør aftapning af henstået vand fra hvert enkelt prøveemne for sig. Der er anvendt limet ABS-plast til mellemliggende rørstykker, udluftningsventiler, afspærringsventiler og aftapningsventiler. Vandtrykket på testriggen styres ved tilgangen ved hjælp af en reguleringsventil til et tryk på 3 atm. Der er simuleret vandforbrug. Ved styring med motorventil med ur kan der således udføres systematisk aftapning af vand. Testriggene er placeret på selve vandværket, hvor variationerne i vandsammensætning er begrænsede, og hvor rumtemperaturen er konstant og lav. Temperaturen på vand ved tilgang er lidt lavere, 10 - 12°C. Metalemner af samme materiale er anbragt i serie. Metalemner af forskelligt materiale er anbragt parallelt. Testriggen indeholder således 7 parallelle grene. Hvert prøveemne er altid testet i 2 eksemplarer, og alle resultater er derfor gennemsnit af analyseresultaterne for de 2 prøver.
Figur 2. Principskitse af den danske testrig. Testemner i form af ventiler afprøves fuld åbne. Blandingsbatterier står under daglig drift med åbne ventiler, således at der ved det simulerede vandforbrug automatisk strømmer vand ud i testriggens samlebakke. Når testriggen ikke gennemskylles, står tuden på blandingsbatterierne vandfyldt. Dette er under forudsætning af, at emnerne er korrekt udluftede. Prøvevand aftappes fra blandingsbatterier nedefra. Om prøvemetode se også Appendix B. Testriggen ses i sin helhed i figur 3. Eksempler på sammenkoblede emner ses i figur 4, 5 og 6.
Figur 3. Testrig opstillet på Vester Gjesing Vandværk.
Figur 4. Samlede testemner. Fra oven: emne 19/20, 15/16, 17/18 og 13/14.
Figur 5.Eksempler på sammenkoblede testemner fra forsøgsperioden 2002-2003 eksponeret på Lysholt Vandværk. Øverst ses fordelerrør af afzinkningsbestandig messing, A-metal, emne 17/18. Nederst ses vandmåler med afspærringsventil og fittings, emne 19/20. Dette emne indeholder både almindelig messing og DZR-messing. Måler og ventil er forniklet.
Figur 6.Standard testemner monteret i rør af rustfrit stål. Indeholdt vandvolumen i fittings relativt til testrør er tilnærmet 15 %. Se også Appendix C og F.
Figur 7. Testemner, som monteret i Lysholt. De 3 øverste, emne 1, 3 og 5, er kobberlegeringer, som er monteret i rustfri rør (15%). De 3 nederste rør, emne 7, 9 og 11, er af varmforzinket stål.
Figur 8. Installationsdetalje fra testrig. Rustfrit stålrør med overgangsfittings af rustfrit stål, emne 1-6.
Figur 9. Installationsdetalje fra testrig. Kobberrør med overgangsfittings af messing. Der er gevindsamling mellem messing og plast. 
Figur 10.Installationsdetalje fra testrig. Standard testemner fra tyskland [8]-[13]. Øverst et DZR-mesingemne placeret i rør af varmforzinket stål, emne 11-12 (2002) Lysholt. Nederst, emne 3-4 (2002) som placeret i 4 vandtyper.
Figur 11. To forskellige typer blandingsbatterier af forchromet messing, monteret i testrør. Varianter af samme fabrikat blev eksponeret i Regnemark fra henholdsvis 1999 og fra 2002. 3.1.2 ProcedureDer er opsat i alt 4 ens testrigs på 4 vandværker, som har hver sin vandtype. 3.1.2.1 Daglig driftSom simulering af dagligt vandforbrug er valgt et aftapningsprogram på to gange 15 min. i døgnet med aftapning henholdsvis kl. 8 morgen og kl. 16 eftermiddag. Der sendes gennemsnitlig 1400 liter vand gennem en testrig pr. døgn. Vandet fordeles i testriggens 7 parallelle grene, der varierer i indvendig geometri og derfor har forskelligt tryktab og forskellig vandmængde. Den gennemsnitlige vandmængde pr. gren (og for et emne) er 200 liter pr. døgn, og vandhastigheden under aftapning er i mange prøveemner omkring 0,6 meter pr. sekund. 3.1.2.2 Prøvetagning12 TIMERS STAGNATIONSTEST Der blev aftappet 12-timers henstandsprøver 8 eller 9 gange i den 1-årige forsøgsperiode. Målingerne lå med korteste intervaller ved forsøgsstart, hvor der sker de største forandringer i metalafgivelsen. Ved prøvetagning blev motorventilen omstillet til manuel betjening. Herefter blev testriggen gennemskyllet i 10 minutter, og der blev udtaget vandprøve til blindværdibestemmelse og til bestemmelse af enkelte vandparametre. (Jfr. Appendix D). Herefter blev der lukket for vandtryk, og alle afspærringsventiler blev lukket. 12 timer senere blev prøveemner successivt tømt for vand i forud rensede og mærkede prøveflasker, idet de første 50 ml vand, som henstod i taphane, blev bortkastet. For afgrening 1 og 2 blev aftapning startet oppefra efter åbning af udluftningsventil. Andre stagnationstider Testriggene kan anvendes til prøvning ved andre henstandstider, f.eks. 1-16 timer. Der er i denne projektdel udelukkende prøvet ved 12 timers henstand. I den tyske standard DIN 50931-1 [8] arbejdes med forskellige stagnationstider, hvorved der gives anvisning på bestemmelse af metalafgivelsen ved en gennemsnits henstandstid M(t), som skal afspejle det ugentlige gennemsnit, der henvises til i drikkevandskravene. Målinger viser, at M(t) i mange tilfælde udgør ca. halvdelen af metalindholdet i en 12 timers stagnationsprøve [15]. Det gælder dog ikke for alle metaller. 3.1.2.3 Kemiske analyserVandprøver er undersøgt for de legeringselementer, som indgår i legeringerne. Der er dog ikke analyseret for jern. Der kan i legeringer, som indeholder zink, forekomme små mængder cadmium som følgemetal; derfor er der også bestemt cadmium i vandprøverne. Analyser er udført på akkrediteret laboratorium ved atomabsorption til detektionsgrænse 0,01 µg/l for Cd, 0,1 g/l for As, Pb og Ni, 0,2 μg/l for Sb, 50 μg/l for Cu og 100 μg/l for Zn. Se analysemetoder i Appendix E. 3.1.2.4 Forsøgs usikkerhedUsikkerheden for gennemførelse af undersøgelsen er for de fleste testemner mindre end 20%. For visse af testemnerne konstateres større variationer, hvilket tilskrives testemnernes variation. Usikkerheder i øvrigt hidrører fra metalafgivelsens natur, variationer i vandsammensætning, testrig design-type, betjeningsvariationer ved prøvetagning og i mindre grad af analyseusikkerhed. I MP603 [1] Appendix F er der mere detaljeret redegjort for mulige fejlkilder. 3.2 Testemner og materialerI forsøgene blev der målt på nye testemner i perioden 2002 – 2003, og der blev udført fortsatte målinger på tidligere emner, som var blevet sat i drift 1999. Målinger foregik i vandværkerne Astrup, V. Gjesing, Lysholt og Regnemark. 3.2.1 Ny emnerI den ny testrunde med driftsperiode marts 2002 – marts 2003 blev der testet nye emner og materialekvaliteter i 4 testrigs. En oversigt ses nedenfor i tabel 1. I Appendix C ses flere oplysninger om materialesammensætning, produkter og dimensioner.
* Kun Lysholt Vandværk ** Kun Regnemark Vandværk Tabel 1. Oversigt over testemner og materialer. Driftsperiode marts 2002-marts 2003. Vandværker: Astrup, V. Gjesing, Lysholt og Regnemark. Emnerne 1/2 , 3/4 og 5/6 er standardemner i henhold til DIN 50931 – 1. Emnerne er monteret i rør af rustfrit stål, og de udgør ca. 15% af hele testrørets areal. Emnerne er venligst stillet til rådighed af Eckert Meyer, Umweltbundesamt, Berlin. Samme serie af emner er testet i en række forskellige vandtyper i Tyskland [13, 14 og 15]. Appendix C og F. 3.2.2 Tidligere emnerEndvidere fortsattes driften og måleperioden på prøveemner fra den tidligere undersøgelse, MP603 [1], således at i alt 6 forskellige prøveemner i dubletter blev testet i knap 4 år, Maj 1999-marts 2003 i de 3 vandtyper Astrup, V. Gjesing og Regnemark. Testriggen fra de tidligere forsøg i Birkerød Vandværk var blevet demonteret, bestykket med ny emner (tabel 1) og opstillet på det nye eksponeringssted, Lysholt Vandværk, der leverer en mindre hård vandtype. I tabel 2 ses i oversigt, hvilke emner fra tidligere forsøg der fortsatte operationsperioden indtil 2003.
Tabel 2. Oversigt over testemner og materialer. Driftsperiode marts 1999-marts 2003. I Appendix C ses flere oplysninger om materialesammensætning, produkter og dimension for tidligere emner. 3.3 VandkvalitetDe vigtige parametre med indflydelse på korrosionshastigheden er vandets pH, ledningsevne, hårdhed og indhold af ilt, hydrogencarbonat, og neutralsalte [5 og 14]. Det er et krav, at vandet beluftes, og det er ofte iltmættet, når det forlader vandværket. De i projektet valgte vandtyper er i alle tilfælde beluftet grundvand, som opfylder gældende danske krav for drikkevand. Vandtyperne spænder fra de blødest mulige, der er behandlet med kuldioxyd og calciumhydroxyd, til middel hårde vandtyper. Det er tilstræbt at udføre forsøg i vand med samme iltindhold, temperatur (ca.11°C) og nogenlunde samme pH, men med varierende indhold af hydrogencarbonat (og hårdhed) og neutralsaltindhold. I tabel 3 ses en oversigt over de i alt 5 vandtyper, der er anvendt i forsøg i første (1999) og anden (2002) testserie.
Tabel 3. Vigtigste vandparametre for det færdigbehandlede grundvand, som leveret af de 5 vandværker, der har udført testrigforsøg. Flere detaljer om vandsammensætningen ses i Appendix D, som gengiver resultater fra de udvidede vandanalyser fra de 5 vandværker i årene 1998-2003. Enkelte parametre er målt løbende i forsøgsperioden. Der blev i forbindelse med aftapninger i testrigforsøgene udtaget en prøve af det vand, som blev fyldt i testriggen aftenen før henstandperioden efter 10 minutters skylning. Oversigt over de løbende målinger af enkelte vandparametre ses også i Appendix D. Det fremgår heraf, at de i tabel 1 anførte karakteristika i praksis har varieret indenfor et vist interval. De i Appendix D anførte variationer vil have indflydelse på metalafgivelsen. Men det har ikke været muligt at knytte de observerede variationer i vandsammensætningen til de samtidig målte metalafgivelser, jfr. data i Appendix G og H. Specielt kan bemærkes, at de laveste pH-værdier, målt i Astrup, vil svare til vand med indhold af aggressivt kuldioxid. En sådan forandring vil betyde, at opløseligheden af korrosionsprodukternes salte stiger og derfor kan medføre, at belægningerne i en eller anden udstrækning løsnes fra overfladerne. Der er ved enkelte måletidspunkter set forøget metalafgivelsesniveauer for en række emner. De ekstreme, afvigende værdier, som kan ses i resultattabellerne, er udeladt af de grafiske afbildninger. En mulig kilde til uregelmæssighederne kan f.eks. være en meget kortvarig ændring i vandsammensætning, f.eks. et stort pH-fald ved kort svigt i calciumhydroxyd dosering. 3.4 Driftsafvigelse, RegnemarkI det eksperimentelle arbejde opstod en udstyrsfejl på Regnemark i perioden juli/august 2002, d.v.s. 5 måneder inde i ny test serie (2002) og 3½ år inde i gammel testserie (1999). Timeren gik i stykker i en sommerferieperiode, og testriggen stod i 14 dage fyldt med stillestående vand. Herefter blev foretaget udskiftning af timer. Under reparationen var testriggen kun meget kortvarig uden vand, d.v.s. luftfyldt. Fejlen har betydet, at der midlertidigt skete forstyrrelse i metalafgivelsesmålinger, og enkelte data er taget ud af graferne. Det kan ikke afvises, at fejlen har haft indflydelse på efterfølgende metalafgivelsesmålinger.
|
