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Siehe auch: Calciumcarbonat, Wasser - Überblick, Wasser - Chemisch-Physikalische Eigenschaften 
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Wasserhärte

Autor: Hans Lohninger

In Leitungswasser ist immer eine gewisse Menge an Mineralien gelöst, von denen einige dazu neigen, als feste Niederschläge auszufallen. Für die festen Niederschläge aus dem Wasser sind vor allem die Erdalkalielemente Calcium und Magnesium verantwortlich. Man bezeichnet Wasser, das hohe Mengen an diesen Elementen enthält als hartes Wasser. Die Härte von Wasser wird maßgeblich von der Wasserquelle bestimmt. Stammt das Wasser aus Kalk- oder Dolomit-haltigem Untergrund ist die Wasserhärte hoch, stammt es aus Gegenden, in denen kein Kalk vorhanden ist, ist sie entsprechend niedrig. So liegt die Härte von "Radkersburger" Mineralwasser (stammt aus den südlichen Kalkalpen) bei rund 85°dH während das französische Mineralwasser "volvic" (aus der Auvergne, einer Region im vulkanischen französischen Zentralmassiv) eine Härte von knapp 3°dH aufweist. Regenwasser hat eine Härte von null. Dies ist auch der Grund dafür, dass manche Stauseen Wasser mit geringer Härte enthalten, obwohl sie in den Kalkalpen liegen (die Stauseen werden hauptsächlich aus Regenwasser mit kurzem Zulauf gespeist).

Die Wasserhärte wird im deutschen Sprachraum in Grad deutscher Härte (°dH) angegeben, in anderen Ländern mit anderen Maßen, z.B. als ppm CaCO3 in den USA, oder Grad französischer Härte (°fH) in Frankreich. Streng genommen ist die Maßeinheit °dH veraltet und ist im SI-System durch die Gesamthärte GH (Summe der Erdalkalikonzentrationen in mmol/L) ersetzt worden. Allerdings hält sich die Angabe in °dH hartnäckig.

Formal ist 1 °dH definiert als 10 mg CaO pro Liter Wasser, was einer Konzentration von 0.1783 mmol/L entspricht, für die anderen Härtebildner wird mit äquivalenten Mengen gerechnet (0.1783 mmol/L Mg entspricht formal 7.185 mg MgO pro Liter Wasser). Kennt man die Konzentration von Calcium und Magnesium in mg/L, so kann man sowohl die Gesamthärte GH in mmol/L als auch den Grad deutscher Härte °dH nach folgenden Formeln berechnen:

GH = 0.02495*[Ca] + 0.04114*[Mg]
°dH = 0.1402*[Ca] + 0.2307*[Mg],

mit
[Ca] .... Konzentration von Calcium in mg/L, und
[Mg] .... Konzentration von Magnesium in mg/L.
Unter weichem Wasser versteht man im Allgemeinen Wasser mit einer Härte von kleiner als 8.4°dH, Wasser mit einem Härtegrad von 8.4 bis 14°dH bezeichnet man als mittel-hartes Wasser, über 14°dH spricht man von hartem Wasser.

Der Prozess der Entstehung von hartem Wasser ist kompliziert und schließt einige Löslichkeitsgleichgewichte mit ein. Wichtig sind vor allem Magnesium, Calcium, Strontium und Barium als Kationen, und Carbonat und Sulfat als Anionen (Gips, Kalk, Schwerspat, Dolomit). Zusätzlich spielen das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensäure und die Löslichkeit von Kohlendioxid im Gesamtsystem eine wichtige Rolle.

Wasserenthärtung

Zur Enthärtung von Wasser stehen im Prinzip vier Methoden zur Verfügung: Verschiebung des Löslichkeitsgleichgewichts, Entkarbonisierung, Ionenaustausch und Vollentsalzung.

Die Verschiebung des Löslichkeitsgleichgewichts ist die älteste Methode und erfolgt durch Zugabe von Natriumcarbonat (Waschsoda). Das sehr gut lösliche Natriumcarbonat verschiebt das Gleichgewicht durch die eingebrachten Carbonatanionen nach links, so dass Calcium- und Magnesiumcarbonat ausfallen:
CaCO3 Ca2+ + CO32- Ksp = 8x10-9
MgCO3 Mg2+ + CO32- Ksp = 310-5

Bei der Entkarbonisierung wird Kalkwasser zugesetzt, was zum Ausfällen von Calciumcarbonat führt:

Ca2+ + 2 HCO3- + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2 H2O

Beim Enthärten durch Ionenaustausch wird Calcium und Magnesium gegen Natrium getauscht. Dabei wird ein sulfoniertes Harz verwendet, das im ursprünglichen Zustand Natriumionen gebunden hat. Die Calcium- und Magnesiumionen aus dem durchströmenden harten Wasser verdrängen nun die Natriumionen und bleiben im Austauscherharz, das eine äquivalente Menge an Natriumionen an das Wasser abgibt. Solche Ionenaustauscher werden z.B. in Geschirrspülern eingesetzt. Ist die Kapazität des Harzes erschöpft, muss es regeneriert werden. Dazu spült man es mit einer 10%igen Kochsalzlösung wodurch die Ca- und Mg-Ionen ausgeschwemmt werden und deren Plätze auf dem Harz wieder durch Natrium eingenommen werden.

Bei der Vollentsalzung werden sowohl alle Kationen als auch alle Anionen entfernt. Dies kann durch Ionenaustauscher geschehen, durch Umkehrosmose, oder durch Destillation.

Darüberhinaus besteht auch die Möglichkeit, die Wasserhärte zu maskieren in dem man dem Wasser Reagentien zusetzt, die mit den Calcium- und Magnesiumionen Komplexe bilden und dadurch weitere Reaktionen dieser Ionen verhindern. Früher verwendete man dazu in Waschmitteln Natriumpolyphosphate (z.B. Pentanatriumtriphosphat), was aber zur Überdüngung der Gewässer führte. Heute werden in Waschmitteln Zeolithe eingesetzt, die die Erdalkaliionen fest in sich einschließen und dadurch der Waschlauge als Reaktionpartner entziehen.


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Last Update: 2013-08-08