Wasserenthärtung

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, demineralisiertem oder vollentsalztem Wasser (VE-Wasser).

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Verfahren

Kationenaustausch

  Ein häufig eingesetztes Verfahren ist die Enthärtung mit einem Kationenaustauscher. Das Wasser strömt durch eine Kationenaustauschersäule. Die Ca²⁺- und Mg²⁺-Ionen werden in der Regel gegen Na⁺-Ionen getauscht. Das enthärtete Wasser enthält nun mehr Na⁺- sowie (fast) alle vor der Behandlung vorhandenen Kationen und alle Anionen wie SO₄²⁻-, Cl⁻-, NO₃⁻- und HCO₃⁻-Ionen. Die Regenerierung des erschöpften Kationenaustauschers erfolgt mit verdünnter Salzlösung (Regeneriersalz). Geschirrspüler sind mit solchen Kationentauschern ausgestattet. Das in Geschirrspüler einzufüllende Salz dient also der Regeneration der eingebauten Kationenaustauscher. Bei Enthärtungsanlagen für den Haushalt erfolgt die Regeneration oft automatisch, in festen Zeitintervallen oder abhängig von der Menge des verbrauchten Wassers. Große Anlagen arbeiten mit zwei Ionenaustauschern. Während des Regenerierens übernimmt der jeweils andere Behälter die Enthärtung. Im Ionenaustauscher werden die Ca-Ionen nahezu vollständig entfernt. Nun kann sich aber in den Wasserrohren keine schützende Kalkschicht mehr bilden, weshalb es zu erhöhter Korrosion kommen würde. Daher wird meist mittels eines Verschneideventils etwas unbehandeltes Wasser zugemischt, um eine Härte von ca. 8 °d.H. zu erreichen. Mögliche Probleme von Enthärtungsanlagen sind der zusätzliche Natriumkonsum mit dem Trinkwasser und Keimbelastung des Ionentauschers bei schlecht konstruierten oder schlecht gewarteten Anlagen.

Teilentsalzung

  Wird Wasser für verfahrenstechnische Prozesse oder zum Antrieb von Dampfturbinen benötigt, gehen die Anforderungen an das Wasser über die Entfernung oder Maskierung der Wasserhärte hinaus. Das sogenannte Speisewasser wird oft teilentsalzt oder es ist sogar demineralisiertes Wasser erforderlich. Abweichend vom dem oben beschriebenen Kationenaustauscher ist ein Austausch der Erdalkalimetallionen gegen Natriumionen nicht sinnvoll. Alle Arten der Kationen – und hier auch der Anionen – müssen in ausreichender Menge entfernt werden. Mögliche Verfahren sind beispielsweise die Umkehrosmose oder ein Ionenaustauscher. Bei diesen Ionenaustauscher werden in einer Stufe die Kationen durch H₃O⁺ (Oxoniumion) und in einem weiteren Schritt die Anionen gegen OH⁻ (Hydroxidion) ersetzt. In einer Reaktion neutralisieren sich diese Ionen zu Wasser: H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O. Die Regenerierung der erschöpften Austauscher erfolgt oft mit Salzsäure bzw. mit Natronlauge.

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 wirklich aus dem Wasser entfernt. Das Wasser zeigt aber nun das Verhalten, als wenn es weiches Wasser wäre.

Verbindungen, die Kationen austauschen:

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

Verbindungen, die durch Komplexierung 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.

weitere Verfahren

• Fällung mit Calciumhydroxid (Kalkmilch), der gebunde Kalk wird als Hartkorn bezeichnet.
• Innere Speisewasseraufbereitung z. B. bei Dampflokomotiven.
• Entfernung der temporären Härte durch Aufkochen des Wassers. Es bildet sich dabei Kesselstein. Im Wasser bleibt die permanente Wasserhärte zurück. Dieser Vorgang wird unter Wasserhärte näher beschrieben.

Physikalische Wasserenthärtung

• Umkehrosmose

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 Wasserohren 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 – konnten keine enthärtende Wirkung nachweisen.

Siehe auch

• Wasserhärte
• Wasseraufbereitung
• Regeneriersalz