Annons Kamstrup 2024

Mekanismer bakom snabb nedbrytning av monokloramin

Internationell VA-utveckling 1/12

I en studie av lukt- och smakklagomål från en nybyggd fastighet på University of North Carolina i Chapel Hill, NC, USA har Caroline Nguyen och medarbetare (2012) undersökt vilka mekanismer som ligger bakom den snabba nedbrytningen av monokloramin i kopparledningar.

Av: Kenneth M Persson

Nya kopparledningar utan rejält oxiderade ytor bidrar till att katalysera sönderfallet av kloramin i desinficerat vatten vilket kan ge lukt- och smakproblem och även ökade halter mikroorganismer i dricksvatten hos abonnenten. I en studie av lukt- och smakklagomål från en nybyggd fastighet på University of North Carolina i Chapel Hill, NC, USA har Caroline Nguyen och medarbetare (2012) undersökt vilka mekanismer som ligger bakom den snabba nedbrytningen av monokloramin i kopparledningar. Fastigheten är modern och konstruerad för att minska den specifika vattenanvändningen så mycket som möjligt. Det innebär att vattenomsättnignen är liten och att vattnets uppehållstid inne i kopparledningarna är lång. Som en konsekvens sönderfaller kloramin snabbt. Detta i sin tur gör att residualeffeketen från kloramin, som egentligen skall förhindra återväxt av mikroorganismer, också avtar snabbt. När residualeffekten är borta ökar halterna mikroorganismer liksom deras illaluktande och illasmakande metaboliska restprodukt. Vattnet smakar illa. Bakteriehalterna kunde stiga till över 1000 cfu/ml i dricksvattnet.

Laboratorieexperiment med nya kopparledningar och referensledningar i glas bekräftade attkloramin kunde sönderfalla snabbt, inom några timmar, i kontakt med nya kopparrör, vilket kan förklara varför kloramin sönderfaller så snabbt och att återväxt av bakterier kunde ske i fastigheten. Om vattnets pH minskade eller om vattentemperaturen ökade, gick nedbrytningen av kloramin ännu snabbare. I USA är det tillåtet att tillföra kemiska korrosionsinhibitorer i dricksvatten. Om korrosionsinhibitorer med fosfat eller aluminium tillfördes vattnet minskade kloraminsönderfallet signifikant. Men Nguyen och medarbetare menar att mer forskning behövs för att bättre förstå hur man kan vidmakthålla en hög vattenkvalitet i byggnader som har byggts för att spara på vatten.

Den exakta anledningen till varför kopparrör bidrar till att bryta ned kloramin i dricksvatten är inte fastlagd. En hypotes är att kopparmetallen (i ytan på kopparröret) i närvaro av koppar(II) joner kan bilda koppar(I)joner. Dessa reagerar med nitrat i vattnet och bildar nitrit, som i sin tur kan reducera kloramin till kloridjon och ammonium:

Cu 0 + Cu2+ -> 2 Cu+ (1)

Cu+ + NO3 + 2H+ -> Cu2+ + NO2 + H2O (2)
NH2Cl + NO2 + H2O -> NH4+ + NO3 + Cl (3)

Alternativt reagear koppar(I)jonen direkt med monokloramin reducer den till ammonium och klorid:

2 Cu+ + NH2Cl + 2H+ -> Cu2+ + NH4+ + Cl (4)
Ekvationera (3) respektive (4) kan förklara varför tillförsel av koppar(II)joner i vatten i nya kopparledningar påskyndar nedbrytningen av kloramin.

I studierna av de installerade ny kopparledningarna fann Ngyuen och medarbetare att de krävdes spolning under mer än 40 min innan kloramin kunde detekteras i vattnet. I stillastående vatten bröts 90% av kloraminet ned inom 6 timmar och allt kloramin var försvunnet efter 12 h. Inkommande vatten hade en bunden klorhalt (kloramin-klor) på omkring 4 mg/l.Genom att sätta in ett automatiskt spolsystem i fastigheten för att forcera vattenomsättnignen kunde kloraminhalterna hållas uppe och bakterieåterväxten dämpas. Vid mätningar på fastigheter där kopparledningarna suttit en längre tid visade studien de behövde stabiliseras i över fyra år för att sönderfallet skulle minska ordentligt. Om koppar(II)joner tillfördes ökade nedbrytningshastigheten av kloramin, men störst effekt hade nya metalliska kopparledningar (Cu0).

Korrosionsinhibitor genom fosfattillsats (>3 mg/l P) är tveeggat, eftersom kloramin i bulkvatten bryts ned snabbare i närvaro av fosfat. Men inne i kopparledningen bidrar fosfat till minskad kopparkorrosion och därmed minskad koppar(II)jonhalt. Aluminium lägger sig som ett tunt slamlager på kopparledningen och minskar den sammanlagda kopparkorrosionen. Då hämmas reaktion (1) ovan.

Om pH sänktes i vattnet med 0,7 pH-enheter ökade sönderfallet av kloramin signifikant. Likaså påskyndar förhöjda temperaturer (20oC och 40oC) sönderfallet av kloramin.
 

Deras sammanlagda slutsats av studierna var att åtgärder för att minska vattenförbrukning i en fastighet (genom snålspolande toaletter, snålspolande kranar, duschar eller användning av regnvatten för spolning av klosetter) gav oväntade effekter på lukt- och smakkvalitet och bakterietillväxt. Långa perioder med stillatstående vatten i nya kopparledningar orsakade snabbt sjunkande kloraminhalter och stigande bakteriehalter. Vid nybyggnad eller ombyggnad för att minska en fastighets vattenanvändning måste därför hänsyn tas till att kloramin kan försvinna fullständigt. För att slippa återväxt kanske andra material behöver användas i fastigheten så att inte kopparjoner katalyserar kloraminsönderfall.

För svenska förhållanden kan noteras att de aktuella kloraminkoncentrationerna är mycket högre i USA än i Sverige, så att sönderfallet kan gå än snabbare i Sverige. Resultaten är ännu en påminnelse om hur komplex vattenkemi kan vara. Det kan diskuteras om koppar är ett lämpligt material för drickvatten i fastigheter. Vattendistributionen i en fastighet blir ännu känsligare för störningar när uppehållstiden ökar. Kanske behöver ledningsdiametrarna göras mindre för att minska kontaktytan mellan vatten och ledningsmaterial.

Källa: Caroline Nguyen, Carolyn Elfland och Marc Edwards (2012). Impact of advanced water conservation features and new copper pipe on rapid chloramine decay and microbial regrowth, Water Research 46, 611-621
 
Artikeln i Water Research finns att köpa från utgivaren här.

Annons Wateraid