Lagnaefni, efnisval – Efnasamsetning vatns

Efnasamsetning vatns á Íslandi, bæði kalds neysluvatns og hitaveituvatns, er mjög breytileg eftir landshlutum. Jafnframt er neysluvatn á Íslandi verulega frábrugðið vatni í nágrannalöndum okkar og þar eru hitaveitur af þeirri gerð sem helst tíðkast hérlendis óþekktar.Vegna þess hversu vatnsgerðir eru mismunandi á ýmsum stöðum á landinu má alls ekki yfirfæra reynslu frá einu svæði til annars að óathuguðu máli heldur þarf að skoða gaumgæfilega aðstæður á hverjum stað svo að tryggt sé að lagnaval sé heppilegt fyrir aðstæður á viðkomandi lagnasvæði. Einnig er varasamt að yfirfæra reynslu frá öðrum löndum yfir á íslensk lagnakerfi.

Áður en teknar eru ákvarðanir um efnisval og hönnun lagnakerfa, svo og hitaveitna og vatnsveitna, þurfa því að liggja fyrir áreiðanlegar upplýsingar um efnasamsetningu vatnsins sem leiða skal um þau. Í því sambandi ber að gæta þess að sýnataka til efnagreininga á vatni er sérfræðivinna og til að efnagreiningin á vatninu sé marktæk þurfa sérfræðingar að taka sýnin og meðhöndla þau á réttan hátt strax á staðnum.

Jafnframt þarf að huga gaumgæfilega að því við val á mismunandi lagnaefnum og við hönnun kerfanna hvaða breytingar geti orðið á vatninu í dreifikerfum og húskerfum. Frá slíkum athugunum er síðan metin sú hætta sem er á tæringu og útfellingum í hverju tilviki, hvað sé heppilegasta hönnun og hvaða lagnaefni skuli valið.

Háð ýmsum þáttum

Efnasamsetning vatns er háð ýmsum þáttum eins og t.d. hvort um er að ræða yfirborðsvatn eða grunnvatn. Einnig skiptir nálægð við sjó máli, svo og gerð jarðvegs og berggrunns, sem vatnið rennur um. Þannig er grunnvatn á gömlu blágrýtissvæðunum allt annarrar gerðar en grunnvatn í ungu virku eldfjallabeltunum. Sé súrt berg í berggrunni hefur það áhrif á efnasamsetningu grunnvatnsins og mismunandi basaltgerðir móta einnig efnasamsetningu grunnvatns sem um þær rennur. Hitastig vatnsins skiptir einnig meginmáli þegar um jarðhitavatn er að ræða.Þau atriði í efnasamsetningu vatnsins sem einkum skipta máli við val á lagnaefni eru selta þess, heildarefnastyrkur, súrefnisstyrkur, sýrustig (pH), styrkur brennisteinsvetnis og tilvist frírrar kolsýru en ýmis önnur efni skipta einnig verulegu máli. Samspil efnaþátta innbyrðis skipta jafnframt máli, svo og samspil þeirra við mismunandi lagnaefni og meðhöndlun vatnsins.

Uppleyst súrefni og kolsýra í vatni tæra stállhluti. Tæringin er því hraðari sem hitastig vatnsins er hærra og vatnið saltara og efnaríkara. Kalt neysluvatn er nær alltaf mettað af súrefni en tæring er yfirleitt óveruleg við lágt hitastig. Í kaldavatnslögnum er því meiri hætta á súrefnistæringu því heitara sem vatnið er og því óheppilegt að lagnirnar liggi nálægt illa einangruðum heitavatnslögnum.

Lágt sýrustig (pH) vatns eykur einnig hættu á tæringu, einkum þar sem það eykur styrk frírrar kolsýru. Sýrustig vatns á Íslandi er yfirleitt fremur hátt. Erlendis er sýrustig neysluvatns alla jafna verulega lægra en í íslensku neysluvatni og það jafnframt mun efnaríkara. Reyndar getur mjög hátt sýrustig einnig valdið tæringu lagna. Lægst er sýrustig í yfirborðsvatni eins og er t.d. notað sums staðar á Austfjörðum en hæst í grunnvatni úr ungum basalthraunum, eins og t.d. í vatnsbólum Reykvíkinga í Heiðmörk.

Jarðhitavatn, sem er yfir 80°C heitt, er undantekningarlaust súrefnissnautt þegar það kemur upp úr jörðinni, en getur tekið í sig súrefni í miðlunargeymum og óþéttum rörasamskeytum, eða „streymt“ gegnum veggi plaströra í dreifikerfi hitaveitu.

Aukin selta örvar efnahvörf

Þar sem aukin selta vatns örvar öll efnahvörf og þar með tæringu er súrefnistæring mjög hröð í söltu, efnaríku vatni. Því er ekki mögulegt að nýta salt jarðhitavatn beint til upphitunar, heldur verður að nota varmaskipta. Brennisteinsvetni tærir stál, en yfirleitt fellur jafnharðan út járnsúlfíðhúð innan á stállagnir sem ver þær frekari tæringu.Brennisteinsvetni í hitaveituvatni virkar einnig sem innbyggður tæringarvari þar sem það hvarfast við og eyðir súrefni úr vatninu. Brennisteinsvetni tærir kopar mjög hratt og þótt koparsúlfíð falli út í koparlögnum þá binst það ekki eins vel við rörveggina og myndar ekki varnarhúð á sama hátt og járnsúlfíð í stállögnum.

Því er óráðlegt að nota kopar í lagnir þar sem brennisteinsvetni er til staðar í hitaveituvatni. Uppleystur kopar í vatni getur einnig örvað mjög stáltæringu.

Almennt má segja að hætta geti verið á súrefnistæringu stáls í húskerfum sé klóríðstyrkur hitaveituvatns hærri en 50 mg/l og vatnið snautt af brennisteinsvetni.

Þó eru dæmi um að hitaveitur noti mun saltara vatn beint til hitunar en lítið má út af bera til að tæring verði. Nær ómögulegt er að halda hitaveitukerfum alveg súrefnisfríum og sé vatnið saltmengað er hætt við tæringu þótt súrefnisstyrkur sé mjög lítill.

Í sumum hitaveitum þar sem annaðhvort er súrefni í vatninu eða ekkert brennisteinsvetni er blandað súrefniseyðandi efni (oftast natríumsúlfíti) í það til að koma í veg fyrir tæringu. Slíkt er nokkuð kostnaðarsamt og krefst góðs eftirlits ef það á að virka rétt og vel. Oftast hefði slík íblöndun verið ónauðsynleg hefði hönnun og lagnaval veitunnar verið sniðið í upphafi að eiginleikum þess vatns sem notað er í veitunni.

Vatn frá háhitasvæðum óhæft til beinnar upphitunar

Vatn frá háhitasvæðum er með öllu óhæft til beinnar upphitunar vegna þess m.a. hversu tærandi það er og er því brugðið á það ráð að hita upp ferskvatn í varmaskiptistöðvum. Þannig varmaveitur eru t.d. á Nesjavöllum og í Svartsengi. Þetta upphitaða ferskvatn hefur að sjálfsögðu allt aðra eiginleika en jarðhitavatn. Það er í heildina mun efnasnauðara en jarðhitavatnið, en sum efni eru þó í hærri styrk eins og t.d. magnesíum sem í jarðhitavatninu hefur nær allt fallið út þegar það var að hitna upp í berggrunninum.Þegar ferskvatn er hitað upp í varmaskiptistöðvum á háhitasvæðum er yfirleitt blandað í það þéttri gufu, sem inniheldur m.a. brennisteinsvetni, til að eyða súrefni úr ferskvatninu. Þessi íblöndun veldur því jafnframt að vatnið verður súrara og þar með getur það orðið meira tærandi.

Vatn, einkum jarðhitavatn, er mettað af ýmsum efnasamböndum og getur við vinnslu orðið yfirmettað með tilliti til einhverra þeirra og er þá hætta á útfellingu. Einnig getur tæring í lögnum orðið til þess að útfellingar myndast, eins og nefnt var dæmi um hér að framan um járnsúlfíð og koparsúlfíð í vatni sem inniheldur brennisteinsvetni.

Þannig veldur útleysing sinks í galvanhúðuðum rörum jafnan útfellingu á sínksilíkötum í lögnunum. Flestar hitaveitur, sem hafa átt við veruleg útfellingavandamál að stríða, nýta saltmengað vatn og fara þá gjarnan saman vandamál vegna tæringar. Mun minni hætta er á útfellingum í kaldavatnslögnum en þó eru dæmi um slíkt og stafar það nær undantekningalaust af óheppilegu lagnavali eða hönnun lagnakerfis.

Gagnagrunnur um val á lagnaefni

Iðntæknistofnun og Orkustofnun í samvinnu við Ásbjörn Ólafsson efnaverkfræðing eru nú að hefja samstarf um að byggja upp gagnagrunn til leiðbeiningar um val á lagnaefni þar sem settar verða inn tiltækar upplýsingar um eiginleika vatns á hinum ýmsu lagnasvæðum og jafnframt um heppilegt val á lagnaefnum fyrir þau.Fengist hefur styrkur til verkefnisins frá Orkusjóði og Orkuveitu Reykjavíkur og standa vonir til að unnt verði að afla frekari styrkja til þess. Grunnurinn verður öllum opinn á alnetinu. Til að byrja með er hætt við að víða á landinu muni lagnagrunnurinn þó ekki nýtast sem skyldi vegna þess að upplýsingar um efnasamsetningu vatns vantar enn sem komið er.

Umfangsmiklar upplýsingar eru til um efnainnihald uppsprettuvatns, gass og gufu frá gufuhverum og vatns úr borholum frá flestum jarðhitasvæðum á landinu í gagnagrunni Orkustofnunar. Verulega vantar hins vegar á að nægilega góð gögn séu til um efnasamsetningu vatns sem nýtt er í vatnsveitum og nauðsynlegt að bæta úr því sem allra fyrst.