Enthärtung

Unter Wasserenthärtung versteht man die Beseitigung 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 werden Wässer auch nur teilenthärtet. Häufig reicht es, wenn nur die Carbonathärte vermindert oder weitgehend entfernt wird. Diese Art der Aufbereitung wird Entkarbonisierung genannt.

Verfahren

Kationenaustausch

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 aquivalente Menge Na⁺-Ionen getauscht. Das enthärtete Wasser enthält nun entsprechend mehr Na⁺- , fast kein Ca²⁺- und Mg²⁺Ionen. Alle übrigen Ionen verbleiben im Wasser.

Die Regenerierung des erschöpften Kationenaustauschersharzes erfolgt mit einer 8-12% NaCl-Lösung (Regeneriersalz). 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. 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 Kationeneaustauscherharz. Diese werden parallel betrieben. Einer der Behälter z.B. Nr 1 liefert enthärtetes Wasser, während der zweite (Nr 2) regeneriert wird, bzw nach der Regeneration in Bereitschaft steht. Wenn Nr 1 erschöpft ist, wird Nr 2 in Betrieb genommen und Nr 1 abgesperrt und regeneriert. Nach der Regeneration steht nun Nr 1 in Breitschaft. Wenn dann Nr 2 erschöpft ist, erfolgt ein erneuter Wechsel.

Da in enthärtetem Wasser keine Ca-Ionen mehr vorhanden sind, besitzt dieses eine deutlich erhöhte Korrosionsneigung.

Chemikalien zur "Enthärtung" von Wasser

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. Das Wasser zeigt aber nun in gewissen Grenzen das Verhalten, als wenn es weiches Wasser wäre. Dieser Vorgang ist also keine Enthärtung, sondern wird nur zu Werbezwecken so genannt.

Verbindungen, die Kationen austauschen:

• Zeolithe, genauer Zeolith A, sind heute in den meisten Waschmitteln enthalten.
• Schichtsilikate werden alternativ zu Zeolithen eingesetzt.

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.

weitere Verfahren

• Entfernung der temporären Härte (Carbonathärte) durch Aufkochen des Wassers. Es bildet sich dabei Kesselstein. Im Wasser bleibt die permanente Wasserhärte zurück. Dieser Vorgang wird unter Wasserhärte näher beschrieben.

• Fällung durch Zusatz einer Suspension von Calciumhydroxid (Kalkmilch); das gebildete Calciumcarbonat wird bei der Langzeit-Entkarbonisierung als Schlamm und bei der Schnell-Entkarbonisierung als so genanntes Hartkorn ausgefällt. Das Verfahren führt nur zur Entfernung der Carbonathärte. Besonders Magnesium bleibt in Lösung, da Magnesiumcarbonat löslicher als Calciumcarbonat ist.

• 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 ‹ 2,0°dH vermindert werden. Calcium wird als Calciumcarbonat und Magnesium als Magnesiumhydroxid 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 Ionenaustauscher zur Enthärtung verlor das Verfahren an Bedeutung und wird heute nicht mehr angewendet.

• Innere Speisewasseraufbereitung z. B. bei Dampflokomotiven.

Physikalische Wasserenthärtung

Auch unter den Begriff der physikalischen Wasserenthärtung fallen Verfahren, die versuchen, mit Magneten oder elektrisch betriebenen Geräten, die magnetische oder sonstige Felder erzeugen, Wasser zu enthärten.

Hierbei werden z. B. Magneten außen an Wasserrohren angebracht oder stromführende Drähte um die Wasserleitung gewickelt. Für Verfahren, die mittels Magnetfeldern die Struktur der Kalkkristalle so verändern sollen, dass eine Ablagerung an Rohren nicht möglich ist, existiert kein wissenschaftlicher Nachweis der Wirksamkeit. Bereits die Grundannahme, die Ablagerungen in den Rohren entstünden durch anhaftende Kalkkristalle, ist falsch. Vielmehr entsteht die Kalkablagerung in den Rohren durch Ausfällung des im Wasser gelösten (also nicht kristallinen) Calciumhydrogencarbonat. Da weder Wasser noch Kalkkristalle selbst magnetisch sind, ist physikalisch eine Wirkung auch nicht denkbar. Zahlreiche Tests solcher Geräte – unter anderem von der Stiftung Warentest^[1] – konnten keine enthärtende Wirkung nachweisen.

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 (ca. 30-60 Tage, nach Verbrauch). ^[2]

Einzelnachweise

1. ↑ Die Stiftung Warentest veröffentlichte im Januar 2000 eine Untersuchung von derartigen Wasserbehandlungsgeräten. Sie fand erwartungsgemäß keine enthärtende Wirkung, jedoch bei 3 von 13 getesteten Geräten eine Verminderung der Kalkablagerung in Elektroboilern ("test" 1/2000).
2. ↑ http://www.elektronikinfo.de/magnete/wasserenthaertung.htm

Siehe auch

• Regeneriersalz
• Speisewasser
• Wasserhärte
• Wasseraufbereitung

Weblinks

• Testbericht der Stiftung Warentest
• Stiftung Warentest - Wasserenthärter - Keine Angst vor Kalk
• Testbericht über Reduktion von Kalkablagerungen per Magnetfeld
• Kritische Position zur sog. magnetischen Wasserenthärtung
• Neuheit in der Wasserenthärtung Artikel aus IHKS-Fachjournal (Ausgabe 2008)