Wasserhärte Messung (°dh) und Überwachung in Wasser Enthärtungsanlagen

Bestimmungsmethoden der Wasserhärte Messung

Die bekannteste und genaueste Bestimmungsmethode für die Gesamthärte ist die Bestimmung auf Basis einer komplexometrischen Titration.

Hierdurch ist eine hoch genaue IST-Wert Analyse möglich.

Je nach Einsatzbereich und Aufbereitungsverfahren ist die Überwachung der Wasserhärte für verschiedenste Prozesse von entscheidender Relevanz.

Bei Messgeräten zur Grenzwertüberwachung, wie beispielsweise dem Testomat 808, wird eine fest definierte Menge Indikator, welcher von der chemischen Formulierung auf ein spezifisches „Aufnahmevermögen“ an Ca²⁺ und Mg²⁺ ausgelegt ist, verwendet. Wird durch die dosierte Menge ein Überschuss der Wasserprobe zugeführt, entsteht eine grüne Färbung des Messwassers.Umgekehrt gilt, dass sofern die Konzentration an Ca²⁺ und Mg²⁺ in der zu analysierenden Wasserprobe höher ist entsteht eine rote Färbung des Wassers.

Mittels der Geräte unserer Testomat Familie bieten wir Ihnen sowohl Geräte für die Grenzwertüberwachung, als auch zur genauen Bestimmung des IST-Wertes an.
Das am häufigste eingesetzte Verfahren zur Wasserenthärtung ist das Ionenaustauschverfahren.

Funktionsweise einer Enthärtungsanlage

Beim Ionenaustauschverfahren strömt das zu enthärtende Wasser durch einen mit Kationenaustauscherharz gefüllten Behälter, welcher umgangssprachlich auch als Säule bezeichnet wird. Innerhalb des Behälters werden die im Wasser enthaltenen Calcium- und Magnesiumionen durch die im Kationenaustauscherharz gebundenen Natrium-Ionen ersetzt.
Das Wasser verliert die härtebildenden Calcium- und Magnesiumionen und wird dadurch weich.
Dieser Prozess funktioniert jedoch nur so lange, bis das Kationenaustauscherharz alle seine Na+ Ionen abgegeben hat.
Sobald das Kationenaustauscherharz „erschöpft“ ist, können keine Calcium- und Magnesiumionen mehr aufgenommen werden und die Wasserhärte steigt erneut an. Um eine Stillstandsverkeimung zu vermeiden, wird dem Harz 3% Bio Resin hinzugefügt.

Um kontinuierlich weiches Wasser für die Prozesse zur Verfügung zu stellen, werden Enthärtungsanlagen häufig mit mindestens zwei Säulen betrieben. Bei diesem Verfahren wird die erste Säule bis zur Erschöpfung des Kationenaustauscherharzes genutzt, während die zweite Säule im Standby ist.
Ist das Aufnahmevermögen der ersten Säule für Calcium- und Magnesiumionen erreicht, schaltet die Anlage automatisch auf die zweite Säule um.
Technisch kann diese Umschaltung z.B. anhand mathematischer Berechnungen erfolgen.
Hierbei wird von einer kontinuierlich gleichbleibenden Rohwasserqualität (Anteil: Calcium- und Magnesiumionen im Rohwasser) ausgegangen, um die theoretische Nutzzeit der Säule zu ermitteln.
Nachteil dieser volumenbezogenen Steuerung ist, dass auf Schwankungen nur mittels Sicherheitsfaktoren reagiert werden kann und somit die Regeneration nicht zum optimalen Zeitpunkt bzw. auf Basis des tatsächlichen Erschöpfungsgrades erfolgt.

Mittels der Geräte unserer Testomat Familie bieten wir Ihnen sowohl Geräte für die Grenzwertüberwachung, als auch zur genauen Bestimmung des IST-Wertes an. Durch die genaue Bestimmung der Wasserhärte hinter der Enthärtungsanlage ist eine effektive Anlagensteuerung sichergestellt, welche eine optimale Nutzung der Aufnahmekapazität der einzelnen Säulen sicherstellt und hierbei gleichzeitig zu Einsparungseffekten auf der Betriebskostenseite beiträgt.

Neben der Überwachung von Enthärtungsanlagen stehen weitere Indikatoren für die Prozessüberwachung der Gesamthärte bis 25° dH zur Verfügung.

Die Säurekapazität ist ein Maß für die Pufferkapazität (pH-Wert-Stabilität) des Wassers gegenüber Säuren. In der Praxis werden hierbei die beiden nachstehenden Säurekapazitäten für die Umsetzung von verfahrenstechnischen Prozessen herangezogen.

In Bezug auf die Wasserhärte ist die Konzentration des Anions Hydrogencarbonat (HCO₃−) von besonderer Bedeutung. Man bezeichnet diese Konzentration als Carbonathärte, temporäre Härte, vorübergehende Härte, Restalkalität, m-Wert oder Säurekapazität bis zu einem pH-Wert von 4,3 (KS 4,3). Die Bezeichnung m-Wert basiert hierbei auf dem Einsatz des Indikators Methylorange, welcher seinen Umschlagspunkt bei einem pH-Wert von 4,3 hat.

Die Bestimmung der Carbonathärte (m-Wert, KS 4,3) erfolgt durch die Ermittlung des Salzsäure-Bindungs-Vermögens. Hierzu wird eine definierte Menge Wasserprobe mit Salzsäure (c = 0,1 mol/l) bis zum pH-Wert 4,3 titriert. Durch Verwendung des Indikators Methylorange, ist hierdurch eine hoch genaue Bestimmung möglich. Der Säureverbrauch in ml entspricht hierbei der Hydrogencarbonatkonzentration in mval/l. Die Multiplikation mit dem festen Umrechnungsfaktor 2,8 ergibt das Ergebnis in Grad deutscher Härte (°dH).

Die „Säurekapazität (KS) bis pH 8,2″ (p-Wert, KS 8,2) erfasst alle alkalischen Bestandteile des Wassers, die Hydroxid-Ionen bilden, wie freie Basen, sowie die ersten Hydrolysestufen der Alkali- und Erdalkalisalze schwacher, mehrwertiger Säuren (z.B. Karbonate, Phosphate, Silicate). Die Bezeichnung p-Wert basiert hierbei auf der Verwendung des Indikators Phenolphtalein. Sie gibt an, wieviel Säure eine Wasserprobe bis zum Umschlagpunkt des Indikators Phenolphthalein (pH 8,2) aufnimmt.

Die Bestimmung erfolgt durch die Ermittlung des Salzsäure-Bindungs-Vermögens bis zum pH-Wert 8,2 Hierzu wird eine definierte Menge Wasserprobe mit Salzsäure (c = 0,1 mol/l) bis zum pH-Wert 8,2 titriert. Durch Verwendung des Indikators Phenolphtalein, ist hierdurch eine hoch genaue Bestimmung möglich. Der Säureverbrauch in ml entspricht hierbei der Hydrogencarbonatkonzentration in mval/l. Die Multiplikation mit dem festen Umrechnungsfaktor 2,8 ergibt das Ergebnis in Grad deutscher Härte (°dH).

Die Basekapazität (KB) bis zum pH-Wert 4,3 (negativer m-Wert, KB 4,3) gibt die Summe des Gehaltes an stark sauren Anionen (Cl, SO₄, NO₃) an und dient beispielsweise deren Bestimmung, nachdem die Wasserprobe über einen stark sauren Kationenaustauscher geleitet wurde. Im Gegensatz zur Enthärtungsanlage, welche Calcium- und Magnesiumionen durch Natrium-Ionen ersetzt, erfolgt hierbei der Austausch gegen H⁺-Ionen. Durch diesen Austausch wird das Wasser „angesäuert“. Die Bestimmung erfolgt durch eine Titration mit NaOH (c = 0,1 mol/l) bis zum Erreichen des pH-Wertes 4,3. Auch in diesem Verfahren kommt der Indikators Methylorange, dessen Umschlagspunkt bei einem pH-Wert von 4,3 liegt, zum Einsatz.

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