Miedź - instalacje wodne

Dzięki odporności na korozję i bakteriostatycznym właściwościom, miedź znalazła szerokie zastosowanie do transportu wody. Podstawowym parametrem decydującym o przydatności wody do picia jest jej mikrobiologiczna jakość. Określa się ją na podstawie oznaczeń zawartości mikroorganizmów - wirusów i bakterii w wodzie, które stanowią potencjalne zagrożenie ludzkiego życia.

Woda i jej jakość

Woda jest powszechnie występującym i najbardziej ruchliwym związkiem chemicznym w przyrodzie. Jest rozpuszczalnikiem 0 dużej zdolności "roztwarzania", choć rozłączenie sąsiadujących ze sobą, zaasocjowanych cząsteczek w celu przyjęcia drobin substancji rozpuszczanej wymaga znacznych ilości energii. W przyrodzie nie ma substancji całkowicie nierozpuszczalnych. Dlatego w odróżnieniu od wody chemicznie czystej, wody naturalne są złożonymi roztworami soli mineralnych, gazów rozpuszczonych 1 substancji organicznych. Są także układami wielofazowymi, w których obok substancji rozpuszczonych występuj ą domieszki stałe. Są wreszcie środowiskiem bytowania i rozwoju mikroorganizmów i organizmów wyżej zorganizowanych, w którym tętni życie, w szeroko pojętym znaczeniu tego słowa.

Rodzaj, proporcje ilościowe i stężenia składników wody zależą przede wszystkim od drogi, jaką ona przebywa w cyklu hydrologicznym. Skład i właściwości wód naturalnych mogą więc zmieniać się w czasie i w przestrzeni, podlegając także modyfikacjom sezonowym. W wielu przypadkach wody ulegaj ą zanieczyszczeniu antropogenicznemu, będącemu rezultatem działalności człowieka. Zanieczyszczenie może osiągać rozmiary upodabniające wody naturalne do wód zużytych, czyli do ścieków. Odpowiednio do zmian fizyczno-chemicznych zmienia się również biocenoza1 wód.

Dzięki rozwojowi metod analitycznych liczba związków chemicznych identyfikowanych w wodach stale wzrasta. Różne jest praktyczne znaczenie obecności tych domieszek lub zanieczyszczeń. Niektóre w żaden sposób nie wpływają na ekosystemy wodne i na ocenęjakości wody albo oddziałuj ą tylko na jej walory estetyczne, inne mogą być szkodliwe dla zdrowia, a jeszcze inne - z racji potencjalnych właściwości toksycznych, kancerogennych2, mutagennych3 czy teratogennych4 - mogą stwarzać poważne zagrożenia dla użytkowników wody. Stopień niebezpieczeństwa wynikający z obecności składników szkodliwych jest jednak zawsze związany z ich stężeniem. Typowym przykładem są cyjanki, które -jak powszechnie wiadomo - są zaliczane do najsilniejszych trucizn, a których obecność, nawet w wodzie do picia, dopuszczaj ą zarówno zalecenia Światowej Organizacji Zdrowia, nowa dyrektywa Unii Europejskiej, jak i przepisy polskie.

Instrumentem prawnym służącym zachowaniu należytej czystości wód w aspekcie różnego ich użytkowania, są wymagania określające dopuszczalne wartości stężeń składników i umownych wskaźników jakościowych. Są one formułowane w przepisach państwowych lub zaleceniach regionalnych (np. dyrektywach Unii Europejskiej) i światowych (np. w rekomendacji Światowej Organizacji Zdrowia). Rodzaj i liczba normatywnych wskaźników składu i stanu wód naturalnych, wody do picia, co pewien czas zmieniają się. W miarę pozyskiwania danych rozszerzających lub weryfikujących wiedzę o oddziaływaniu różnych form pierwiastków lub związków występujących w wodach zmieniają się także wartości dopuszczalnych stężeń, choć nie zawsze w kierunku zaostrzenia wymagań.

Monitorowanie i ocena jakości zasobów wodnych oraz egzekwowanie obowiązujących wymagań jakościowych stawianych wodzie do picia, wymagają dysponowania sprawdzonymi metodami analiz fizycznych, chemicznych i biologicznych. Celowi temu służy między innymi normalizacja krajowa, regionalna i międzynarodowa. Produkty finalne prac normalizacyjnych - normy krajowe PN, europejskie EN i międzynarodowe ISO - są wzorcami technicznymi, które mogą, a w niektórych przypadkach powinny być uznane za obowiązujące w rutynowych badaniach składu, właściwości fizyczno-chemicznych i biologicznych wód.

Bakteriostatyczne właściwości miedzi

Bakteriostatyczne właściwości miedzi znali już Fenicjanie nacierając proszkiem miedzi, czyjej tlenków, zewnętrzne części kadłubów statków, co zabezpieczało je przed porastaniem przez organizmy morskie [i]. Zmniejszano w ten sposób znacznie opory przepływu.

W referacie [i] autorzy przywołują również wyniki badań instytutów zagranicznych [5-9] wskazujące, że w wodzie transportowanej rurami miedzianymi obniża się koncentracja:

• wirusa polio oraz bakteriofagów MS-2,
• bakterii legionalla pneumophila,
• bakterii escherichia coli 157.

Biostabilizujące działanie jonów miedzi wykorzystano w procesie dezynfekcji wody, (metoda oligodynamiczna) do:

• dezynfekcji wody w basenach kąpielowych,
• niszczenia zakwitów glonów w zbiornikach wodnych,
• ochrony instalacji chłodniczych przed obrostami biologicznymi [2].,

Niedobór miedzi w organizmie człowieka może prowadzić do:

• choroby Menkesa - charakteryzuje się ona opóźnieniem rozwoju umysłowego, degeneracją tkanki łącznej, nieprawidłowym rozwojem kości i włosów,
• anemii i chorób naczyniowych serca.

Miedź jest niezbędna do syntezy hemoglobiny, jej niedobór wywołuje anemię. Niektórym chorobom towarzyszy wysoki poziom miedzi gromadzonej w wątrobie tj: choroba Wilsona, dziecięca marskość wątroby, zaczopowanie przewodów żółciowych, samoistna toksykoza miedziowa (idiopathic copper toxicosis).

Wymagania i zalecenia dotyczące instalacji miedzianych

Dotyczą one: wymagań materiałowych, wymagań jakości wody zasilającej, wytycznych projektowania instalacji, warunków technicznych wykonania instalacji, warunków eksploatacyjnych.

Gatunek miedzi oraz stan twardości jest oznaczony odpowiednio wg:

Łączniki miedziane muszą być wykonane z tego samego gatunku miedzi co rury.

Łączniki z mosiądzów, brązów winny być odporne na odcynkowanie.

Zalecane gatunki

Rury w termoizolacyjnych koszulkach stosuje się do instalacji centralnego ogrzewania.

Woda zasilająca instalacje powinna spełniać następujące wymagania [4]:

• odczyn wody pH > 7
• S1>2
  S1 = Zasadowość Ogólna (określona wg PN - 90/C - 04540) / (stężenie jonów siarczanowych wyrażone w mol/dm3)
• stężenie jonów amonowych < 0,5 mg/dm3

Wymagania dotyczące montażu są również zróżnicowane w zależności od rodzaju instalacji:
wodociągowych, grzewczych, olejowych, gazowych, klimatyzacyjnych, np. w instalacjach olejowych i gazowych wszystkie połączenia należy wykonać spoiwem twardym.
Rury miedziane nie mogą być stosowane do przesyłania acetylenu, amoniaku, wilgotnego chloru, chlorowodoru, fozgenu, siarkowodoru.

Instalacje gazów medycznych (tlen, powietrze sterylne, próżnia) obowiązują szczególne wymagania dotyczące czystości. Połączenia rur należy wykonywać spoiwem twardym w osłonie gazu obojętnego, np. argonu.
Przy projektowaniu i montażu należy również uwzględnić wydłużenie liniowe rurmiedzianych.

Współczynnik rozszerzalności cieplnej miedzi jest ok. 1,5 razy większy niż dla stali, a około 3,5 razy mniejszy niż dla tworzyw sztucznych.

Różnica temperatury podczas montażu, instalacji i w czasie jej eksploatacji powoduje zmianę ich długości.

Temperatura pracy rur, której nie należy przekraczać wynosi 250°C.

Prawidłowo wykonana instalacja z rur miedzianych, wytworzenie szczelnych warstw ochronnych z tlenków miedzi Cu2O, CuO lub węglanu miedzi Cu2[CO3][OH], w początkowym okresie eksploatacji, ogranicza przedostawanie się jonów miedzi do wody i gwarantuje długi okres eksploatacji instalacji. Jednym z podstawowych warunków jakie stawiane są materiałom instalacyjnym jest ich jednorodność w całej instalacji. Przykładowo, w połączeniu rura miedziana - łącznik stalowy, stal ulega tzw. korozji kontaktowej (galwanicznej). Szczelina między łączonymi elementami (rura-złączka) musi być równomierna i tak mała, aby powstał efekt zwany kapilarnym lub naczynia włoskowatego (napięcie powierzchniowe, wciąganie cieczy w wąskie rurki).

Bezpośrednio po zakończeniu montażu należy przeprowadzić próbę szczelności instalacji. Po stwierdzeniu szczelności instalację należy poddać próbie podwyższonego ciśnienia. Wielkość ciśnienia próbnego powinna być l,5 -krotnie wyższa od ciśnienia roboczego i nie mniejsza od 0,9 hPa. Instalację uważa się za szczelną, jeżeli w ciągu 20 min trwania próby manometr kontrolny nie wykaże spadku ciśnienia.

Zawartość jonów miedzi w wodzie

Dla zdrowia człowieka równie istotny jest niedobór, jak i nadmiar miedzi.

W związku ze stale wzrastającym udziałem miedzi w instalacjach do transportu wody w poszczególnych państwach, jak również w Unii Europejskiej, ustala się normy dopuszczające maksymalne stężenie jonów miedzi w wodzie transportowanej rurami miedzianymi.

Oto niektóre:

• wymagania HS EPA -1,3 mg Cu/l
• zalecenia WHO -2,0 mg Cu/1
• dyrektywa UE -2,0 mg Cu/1
• wymagania krajowe -0,5 mg Cu/1

Bazą do określenia maksymalnych stężeń Cu w wodzie do picia jest średnia dobowa lub średnia tygodniowa dawka miedzi dopuszczalna do spożycia przez człowieka. Państwowy Zakład Higieny pismem HK/II-1/333/84 podwyższył graniczne stężenie jonów miedzi do l mg Cu/1 w wodzie ciepłej i zimnej z instalacji miedzianych. Rury przeznaczone do wody pitnej muszą posiadać pozytywną ocenę Państwowego Zakładu Higieny.

WSZYSTKIE WYROBY ZNAJDUJĄCE SIĘ NA RYNKU KRAJOWYM,
PRZEZNACZONE DO WYKONYWANIA INSTALACJI MIEDZIANYCH,
WINNY POSIADAĆ DOPUSZCZENIE DO STOSOWANIA W BUDOWNICTWIE.

Jednostką wydającą dopuszczenia do stosowania w budownictwie jest:

lub

Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Techniki Instalacyjnej "INSTAL" przy współudziale Polskiego Centrum Promocji Miedzi S. A. prowadzi badania, wydaje najnowsze publikacje związane z szeroko pojętą techniką instalacji. Centrum Informacji o Instalacjach z Miedzi przy Centralnym Ośrodku Badawczo-Rozwojowym Techniki Instalacyjnej "INSTAL"[tel./ fax (022) 853 57 22, (022) 843 71 65 w. 26, e-mail: ciim@ciim.pl; tin@ciim.pl; instal@ciim.pl] prowadzi doradztwo w zakresie: zasad doboru matriałów instalacyjnych w zależności od charakteru instalacji i jakości wody, projektowania instalacji z miedzi, oceny jakości wody pod kątem jej oddziaływania na materiał instalacyjny, sposobów wykonania instalacji z miedzi, eksploatacji instalacji z miedzi.

LITERATURA

1. Joszt K., Malec W., 1MN Gliwice, Jurasz P., PCPM Wrocław. Miedziane instalacje wodne w budownictwie. Materiały z konferencji: Instalacje z miedzi.
2. Toczyłowska B., Aspekt sanitarny stosowania instalacji wodociągowych z miedzi. COBRTI "INSTAL"
3. Zarbe J., Informator PKN, Zeszyt 1/2000, Warszawa, Woda i jej jakość.
4. Górecki A., Michalski K., Nowicki J., Bartold-Wiśniewska G., Rutkicwicz A., Barczyński A., Koźlecki A.: Wewnętrzne instalacje wodociągowe, ogrzewcze i gazowe z rur miedzianych - wytyczne stosowania, projektowania COBRTI "INSTAL" Warszawa.
5. Yahya M.T., Straub T.M., Gerba C. P., Margolin A. B.: Inactivation of bacteriophage MS-2 and polioyirus in cooper, galyanized and plastic domestic water pipes. Intcr. J. Eiwironmental Health research, 1 99 1, t. I, s. 76.
6. Rogers J., Keevil C. W.: Immunogold and fluorescein immunolabelling of Legionella pneumophila within an aquatic biofilm yisualizcd by using episcopic differcntial interference contrast microscopy, Appl. Environmental Microbiołogy, 1993, 1. 58, s. 1585.
7. Pongratz A., Schwarzkopf A., HahnH., Heeseraann J., KarchH., Doli W.: Impact of materiał of water supply systems on prevalenceof Legionella sp. inanhospital. Zbl. Hyg., 1994,t. 195, s. 483.
8. Nuttall J.L.: The use of copper water systems in controlling bacterial growth including Legionella pneumophila - Proc. Copper '90, 1990, s. 154-160.
9. New research indicates cooper work surfaces may be effective in reducing me health thread from E. coli 157. International Wrought Copper Council. London 1998.