Wasserenthärtung

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Unter Wasserenthärtung versteht man die Beseitigung oder Maskierung der im Wasser gelösten Erdalkali-Kationen Ca2+ und Mg2+, die die Waschwirkung von Waschmitteln durch Bildung von Kalkseifen reduzieren und zu störenden Kesselsteinablagerungen in Rohrleitungen und Apparaten führen können. Aus umgangssprachlich hartem Wasser wird weiches Wasser erzeugt. Enthärtetes Wasser darf nicht verwechselt werden mit destilliertem oder demineralisiertem / vollentsalztem Wasser (VE-Wasser).

Neben der Vollenthärtung wird Wasser auch nur teilenthärtet. Häufig reicht es, wenn nur die Carbonathärte vermindert oder weitgehend entfernt wird. Diese Art der Aufbereitung wird Entcarbonisierung genannt.

Verfahren[Bearbeiten]

Kationenaustausch[Bearbeiten]

Enthärtung des Rohwassers durch Austausch der Erdalkaliionen gegen Natriumionen.

Ein häufig eingesetztes Verfahren ist die Enthärtung mit Kationenaustauscherharz. Das Wasser strömt durch einen Behälter, der ein Kationenaustauscherharz enthält. In diesem werden vorwiegend die Ca2+- und Mg2+-Ionen gegen eine äquivalente Menge Na+-Ionen getauscht. Das enthärtete Wasser enthält nun entsprechend mehr Na+- und fast keine Ca2+- und Mg2+-Ionen. Alle übrigen Ionen verbleiben im Wasser.

Die chemische Gleichung für die Enthärtung des Wassers für die Aufnahme von Calciumionen lautet:

\mathrm{ 2 \ R-SO_3Na \ + \ Ca^{2+}_{(aq)} \ \longrightarrow \ (R-SO_3)_2Ca \ + \ 2 \ Na^+_{(aq)} }
Mit R−SO3X: Grundgerüst eines sulfonierten Harzes.

Die Regenerierung eines erschöpften Kationenaustauscherharzes erfolgt mit einer 8-12 %-igen Natriumchlorid-Lösung (Regeneriersalz). Bei der Regeneration wird die vom Ionenaustauschharz aufgenommene Härte (Calcium- und Magnesiumionen) gegen die Natriumionen der Salzlösung wieder ausgetauscht und zum Beispiel das Calcium wieder durch Natrium ersetzt. Die Gleichung hierfür lautet:

\mathrm{ (R-SO_3)_2Ca \ +\  2 \ Na^{+}_{(aq)} \ \longrightarrow \ 2 \ (R-SO_3)Na  \ + \ Ca^{2+}_{(aq)} }

Die Regenerierlösung wird mit Rohwasser aus dem Behälter des Austauschers gespült und verworfen. Geschirrspüler sind mit solchen Kationentauschern ausgestattet. Das in Geschirrspüler einzufüllende Salz dient also der Regeneration des eingebauten Kationenaustauscherharzes. Bei Enthärtungsanlagen erfolgt die Regeneration oft automatisch, in festen Zeitintervallen, abhängig von der Menge des verbrauchten Wassers oder von der Qualität des aufbereiteten Wassers, welche mit Hilfe des Härteliters beschrieben werden. Da während der Regeneration bei einer Einzelanlage (ein Behälter) kein enthärtetes Wasser zur Verfügung steht, müssen für die kontinuierliche Versorgung mit enthärtetem Wasser sogenannte Doppelanlagen vorgesehen werden. Eine Doppelanlage besteht aus zwei getrennten Behältern mit Kationenaustauscherharz. Diese werden parallel betrieben. Einer der Behälter liefert enthärtetes Wasser, während der zweite regeneriert werden kann.

Chemikalien zur Enthärtung von Wasser[Bearbeiten]

Substanzen zur Wasserenthärtung werden vielen Zubereitungen für Haushalt und Industrie beigefügt. Sie gehen starke Wechselwirkungen mit den Erdalkali-Kationen ein, die dann nicht mehr für störende Reaktionen zur Verfügung stehen. Die Erdalkali-Kationen werden dabei nicht aus dem Wasser entfernt, sondern „maskiert“. Das Wasser zeigt nun in gewissen Grenzen das Verhalten weichen Wassers.

Verbindungen, die Kationen austauschen:

Verbindungen, die durch Komplexbildung wirken:

  • Triphosphate wurden früher gerne in Waschmitteln verwendet, führen aber zur Überdüngung von Gewässern.
  • EDTA und NTA, beide werden auch in Waschmitteln verwendet.
  • Das Anion der Zitronensäure, Citrat, kann teilweise als Ersatz für Phosphate eingesetzt werden.
  • Kurzkettige Polyacrylsäure wird häufig als Ersatz für Phosphate z. B. in Waschmitteln eingesetzt.

Physikalische Wasserenthärtung[Bearbeiten]

Unter diese Bezeichnung fallen Verfahren, die vorgeblich[1] mittels elektrischer oder magnetischer Felder die Struktur der Kalkkristalle so verändern, dass eine Ablagerung an Rohren vermindert ist. Hierbei werden z. B. Magneten oder stromführende Drähte außen an Wasserrohre angebracht oder mit Wechselspannung angesteuerte Platten im Inneren des durchströmten Gerätes unmittelbar in den Weg des Wassers verbracht. Manche Geräte sind noch mit einem „Vorfilter“ ausgestattet, der in Wirklichkeit ein kleiner Ionenaustauscher ist. So ist es möglich, dass die Geräte tatsächlich eine enthärtende Wirkung zeigen, auf Grund der geringen Größe und fehlenden Regenerationsfähigkeit jedoch nur für einige Kubikmeter Wasser (je nach Verbrauch etwa 30–60 Tage).[2]

Die Stiftung Warentest veröffentlichte im Januar 2000 eine Untersuchung derartiger Wasserbehandlungsgeräte. Es konnte meist keinerlei Wirkung festgestellt werden; allein die drei Geräte mit regelmäßig zu wechselnder Filterpatrone zeigten eine deutliche Verminderung von Kalkablagerungen in Elektroboilern.[3] Das Ergebnis eines früheren Tests der Stiftung Warentest[4] wurde damit bestätigt.

Eine plausible Hypothese für eine Wirksamkeit solcher Verfahren existiert nicht, und veröffentlichte “wissenschaftliche” Experimente zur Wirksamkeit sind nicht reproduzierbar.[5] Dazu gehört eine vom schweizerischen Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft in Auftrag gegebenen Studie[6] im Rahmen einer Dissertation.[7]

Weitere Verfahren[Bearbeiten]

  • Eines der ältesten Verfahren für eine weitgehende Enthärtung ist das Kalk-Soda-Verfahren. Mit diesem, bereits im 19. Jahrhundert entwickelten Verfahren kann die Gesamthärte auf weniger als 2,0 °dH (ca. 1.1 °fH) vermindert werden. Calcium und Magnesium werden bevorzugt als Dolomit gefällt. Für die Beschleunigung der Fällungsreaktion wird das Wasser erhitzt. Durch den Zusatz von Soda wird jedoch der Natriumgehalt des Wassers erhöht. Dieses Verfahren war für die Herstellung härtearmer Wässer für den Betrieb von Dampfmaschinen und Dampf-Lokomotiven wichtig. Durch die Entwicklung und Einführung von Ionenaustauschern zur Enthärtung verlor das Verfahren an Bedeutung und wird heute nicht mehr angewendet.

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Forum auf wasser.de, missglückte Produktwerbung.
  2. Christoph Caspari: Magnetische Wasserenthärtung.
  3. Stiftung Warentest: Physikalische Wasserbehandler – Ein Schlag ins Wasser. Ausgabe Januar 2000, S. 59–63.
  4. Kalkkiller ohne Wirkung, Zeitschrift test, 8/1985.
  5. Burkhard Wricke, Wolfgang Baumgardt (DVGW-Technologiezentrum Wasser): Studie „Trinkwasseraufbereiter“. Januar 2003.
  6. Elektromagnetische Wasserbehandlung – Fallstudien in Abwasseranlagen und Trinkwasser-Anwendungen. Mitteilungen zum Gewässerschutz 30 D, 1999.
  7. Dr. Regula Müller, ETH Zürich, 1998 (Diss. ETH No. 12644).