Wasserenthärtung – Wikipedia

Idealisiertes Bild eines Wasserenthärtungsprozesses, bei dem Calciumionen in Wasser durch Natriumionen ersetzt werden, die von einem Kationenaustauscherharz abgegeben werden.

Wasserenthärtung ist die Entfernung von Kalzium, Magnesium und bestimmten anderen Metallkationen in hartem Wasser. Das resultierende weiche Wasser benötigt bei gleichem Reinigungsaufwand weniger Seife, da keine Seife verschwendet wird, die sich mit Calciumionen verbindet. Weiches Wasser verlängert auch die Lebensdauer von Rohrleitungen, indem Kalkablagerungen in Rohren und Formstücken verringert oder beseitigt werden. Die Wasserenthärtung wird normalerweise unter Verwendung von Kalkenthärtungs- oder Ionenaustauscherharzen erreicht, wird jedoch zunehmend unter Verwendung von Nanofiltrations- oder Umkehrosmosemembranen erreicht.

Begründung[edit]

Das Vorhandensein bestimmter Metallionen wie Calcium und Magnesium, hauptsächlich als Bicarbonate, Chloride und Sulfate, in Wasser verursacht eine Vielzahl von Problemen.^[1]

Hartes Wasser führt zur Bildung von Kalk, der die Rohrleitungen verschmutzen und die galvanische Korrosion fördern kann.^[2] In Wasserenthärtungsanlagen im industriellen Maßstab kann der Abwasserstrom aus dem Wiedererzeugungsprozess Kalkablagerungen auslösen, die die Abwassersysteme stören können.^[3]

Das mit dem Waschen in weichem Wasser verbundene Rutschgefühl wird durch die schwächere Anziehung der Seife zu den Wasserionen verursacht, wenn das Wasser von seinem Mineralgehalt befreit wurde. Die Oberfläche der menschlichen Haut weist eine leichte Ladung auf, an die sich die Seife tendenziell bindet. Dies erfordert mehr Kraftaufwand und ein größeres Wasservolumen zum Entfernen.^[4]. Hartes Wasser enthält Calcium- oder Magnesiumionen, die bei der Reaktion mit Seife unlösliche Salze bilden und auf Wannen- und Duschoberflächen eine Schicht unlöslicher Stearate hinterlassen, die üblicherweise als Seifenschaum bezeichnet werden.^[4][5]

Methoden[edit]

Die gebräuchlichsten Mittel zur Entfernung der Wasserhärte sind Ionenaustauscherharz oder Umkehrosmose. Andere Ansätze umfassen Fällungsverfahren und Sequestrierung durch Zugabe von Chelatbildnern.

Ionenaustauscherharzverfahren[edit]

Herkömmliche Wasserenthärtungsgeräte für den Hausgebrauch hängen von einem Ionenaustauscherharz ab, in dem “Härteionen” – hauptsächlich Ca.²⁺ und Mg²⁺– werden gegen Natriumionen ausgetauscht.^[6] Wie im NSF / ANSI-Standard 44 beschrieben,^[7] Ionenaustauschvorrichtungen verringern die Härte durch Ersetzen von Magnesium und Calcium (Mg²⁺ und Ca.²⁺) mit Natrium- oder Kaliumionen (Na⁺ und K.⁺). ”

Ionenaustauscherharze in Form von Perlen sind ein funktioneller Bestandteil von Brauchwasserenthärtungseinheiten.

Ionenaustauscherharze sind organische Polymere mit anionischen funktionellen Gruppen, zu denen die zweiwertigen Kationen (Ca.²⁺) binden stärker als einwertige Kationen (Na⁺). Anorganische Materialien, sogenannte Zeolithe, weisen ebenfalls Ionenaustauscheigenschaften auf. Diese Mineralien werden häufig in Waschmitteln verwendet. Harze sind auch erhältlich, um die absorbierten Carbonat-, Bicarbonat- und Sulfationen sowie die aus dem Harz freigesetzten Hydroxidionen zu entfernen.^{[citation needed]}

Wenn alle verfügbaren Na⁺ Wurden Ionen durch Calcium- oder Magnesiumionen ersetzt, muss das Harz durch Eluieren des Ca wieder aufgeladen werden²⁺ und Mg²⁺ Ionen unter Verwendung einer Lösung von Natriumchlorid oder Natriumhydroxid, abhängig von der Art des verwendeten Harzes.^[8] Für anionische Harze wird bei der Regeneration typischerweise eine Lösung von Natriumhydroxid (Lauge) oder Kaliumhydroxid verwendet. Das von der Ionenaustauschersäule eluierte Abwasser, das die unerwünschten Calcium- und Magnesiumsalze enthält, wird typischerweise in das Abwassersystem eingeleitet.^[3]

Das Aufladen erfolgt normalerweise mit den folgenden Schritten:^[9]

Rückspülung[edit]

Wasser wird entgegengesetzt zum normalen Durchfluss durch das Harz geleitet und der Ausstoß zur Entsorgung in einen Abfluss geleitet. Dieser 10-minütige Prozess spült Feststoffe aus und erweitert das Harzbett.

Sole ziehen[edit]

Das Wasser wird durch eine Strahlpumpe geleitet, die Salzwasser aus dem Soletank zieht, bevor das Wasser und die Salzlösung in normaler Richtung durch das Harzbett gelangen. Die Ausgabe dieses typischen 30-minütigen Prozesses wird durch den Ablaufschlauch verworfen.

Spülen[edit]

Die Soleentnahme stoppt, aber das Wasser fließt weiter vom Einlass zum Auslass und spült die Sole allmählich aus dem Harzbett. Das Spülwasser fließt einige Minuten lang langsam und dann eine Stunde lang schneller. Irgendwann wird das Solereservoir wieder mit frischem Wasser gefüllt.

Kalk erweicht[edit]

Das Erweichen von Kalk ist der Prozess, bei dem hartem Wasser Kalk zugesetzt wird, um es weicher zu machen. Es hat mehrere Vorteile gegenüber dem Ionenaustauschverfahren, ist jedoch hauptsächlich für kommerzielle Behandlungsanwendungen geeignet.^[10]

Chelatbildner[edit]

Chelatoren werden in der chemischen Analyse als Wasserenthärter verwendet und sind Bestandteile vieler kommerzieller Produkte wie Shampoos und Lebensmittelkonservierungsmittel. Zitronensäure wird verwendet, um Wasser in Seifen, Körperpflegeprodukten und Waschmitteln zu erweichen. Ein häufig verwendeter synthetischer Chelator ist Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), die als Tetranatrium- oder Dinatriumsalz vorliegen kann. Aufgrund von Bedenken hinsichtlich der Umwelt- und Wassertoxizität hinsichtlich der weit verbreiteten Verwendung von EDTA in Haushalts- und Körperpflegeprodukten werden Alternativen wie Natriumphytat / Phytinsäure, Tetranatriumglutamatdiacetat und Trinatriumethylendiamindisuccinat häufiger verwendet.

Waschsoda-Methode[edit]

Bei diesem Verfahren wird Wasser mit einer berechneten Menge Waschsoda (Na) behandelt₂CO₃), die die Chloride und Sulfate von Calcium und Magnesium in ihre jeweiligen Carbonate umwandelt, die ausgefällt werden.

CaCl₂ + Na₂CO₃ -> CaCO₃ + 2NaCl
MgSO₄ + Na₂CO₃ -> MgCO₃ + Na₂DAMIT₄

Destillation und Regenwasser[edit]

Da Ca.²⁺ und Mg²⁺ Da sie als nichtflüchtige Salze vorliegen, können sie durch Destillation des Wassers entfernt werden. Die Destillation ist in den meisten Fällen zu teuer. Regenwasser ist weich, weil es während des Wasserkreislaufs von Verdunstung, Kondensation und Niederschlag auf natürliche Weise destilliert wird.^[11]

Umkehrosmose[edit]

Bei der Umkehrosmose wird ein an eine semipermeable Membran angelegter Druckgradient verwendet, um den osmotischen Druck zu überwinden und Wassermoleküle mit Härteionen aus der Lösung zu entfernen. Die Membran hat Poren, die groß genug sind, um Wassermoleküle zum Durchgang einzulassen; Härteionen wie Ca.²⁺ und Mg²⁺ passt nicht durch die Poren. Die resultierende Weichwasserversorgung ist frei von Härteionen, ohne dass andere Ionen hinzugefügt werden. Membranen sind eine Art Wasserfilter, der regelmäßig gereinigt oder ausgetauscht werden muss.

Destillation und Umkehrosmose sind die am häufigsten verwendeten zwei nicht-chemischen Methoden zur Wasserenthärtung.

Nicht chemische Geräte[edit]

Einige Hersteller behaupten, dass die von ihnen hergestellten elektrischen Geräte die Wechselwirkung von Mineralien mit Wasser beeinflussen können, so dass die Mineralien nicht an Oberflächen binden. Da diese Systeme nicht wie herkömmliche Wasserenthärter durch Ionenaustausch funktionieren, besteht ein für den Benutzer geltend gemachter Vorteil darin, dass das System nicht mehr mit Salz versetzt werden muss. Solche Systeme entfernen keine Mineralien aus dem Wasser. Sie können vielmehr nur die nachgeschalteten Effekte verändern, die das mineralhaltige Wasser sonst hätte. Diese Systeme fallen nicht unter den Begriff “Wasserenthärtung”, sondern unter “Wasserkonditionierung”.

Ähnliche Ansprüche für die magnetische Wasseraufbereitung gelten nicht als gültig. Beispielsweise wurde keine Verringerung der Schuppenbildung gefunden, wenn eine solche Magnetvorrichtung wissenschaftlich getestet wurde.^[12]

Auswirkungen auf die Gesundheit[edit]

Die CDC empfiehlt, die tägliche Gesamtnatriumaufnahme auf 2.300 mg pro Tag zu begrenzen.^[13] obwohl der durchschnittliche Amerikaner 3.500 mg pro Tag verbraucht.^[14] Da die im Trinkwasser vorhandene Natriummenge – auch nach dem Erweichen – keinen signifikanten Prozentsatz der täglichen Natriumaufnahme einer Person darstellt, ist es nach Ansicht der EPA unwahrscheinlich, dass Natrium im Trinkwasser gesundheitsschädliche Auswirkungen hat.^[15]

Für diejenigen, die sich natriumarm ernähren, wird durch die Verwendung einer Umkehrosmoseanlage für Trinkwasser und Kochwasser Natrium zusammen mit anderen möglicherweise vorhandenen Verunreinigungen entfernt. Kaliumchlorid kann anstelle von Natriumchlorid auch als Regenerationsmittel verwendet werden, obwohl es teurer ist. Bei Menschen mit eingeschränkter Nierenfunktion können jedoch erhöhte Kaliumspiegel oder Hyperkaliämie zu Komplikationen wie Herzrhythmusstörungen führen.

Eine hohe Wasserhärte im Haushalt kann auch mit der Entwicklung von Ekzemen in jungen Jahren zusammenhängen.^[16]

Umweltbelastung[edit]

Erweichtes Wasser (gemessen als Restnatriumcarbonatindex), in dem Calcium und Magnesium teilweise durch Natrium ersetzt wurden, ist für die Bewässerung nicht geeignet, da es dazu neigt, Alkaliböden zu entwickeln.^[17] Für diese Anwendung werden häufig nicht chemische Geräte anstelle der herkömmlichen Wasserenthärtung verwendet.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]