Wasserhärte Überwachung | Messung der Karbonathärte online überwachen - Neomeris: Industrielle Wasseraufbereitung

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Wasserhärte Messung und Überwachung in Wasser Enthärtungsanlagen

Methoden zum Messen des Härtegrades sowie der Wasserhärte Überwachungg

Präzise Wasserhärte Messung und Überwachung

Die Härte des Wassers entsteht durch gelöste Salze. In natürlichen Wässern bildet sich die Härte vor allem aus Magnesium- und Calciumhydrogencarbonat und -sulfat, welche aus dem Boden und/oder Grundwasserleitern gelöst wurden. Die Härte des Wassers ist umso höher, je mehr dieser Salze im Wasser gelöst sind.
 
Aufgrund der regional sehr unterschiedlichen Beschaffenheit des geologischen Untergrunds, sind somit verschiedenste Wasserhärten und Zusammensetzungen anzutreffen. In diesem Zusammenhang unterteilt man die Wasserhärte in folgende Bereiche:
< 4 Grad deutscher Härte (°dH)
Sehr weiches Wasser
4 - 7 Grad deutscher Härte (°dH)
weiches Wasser
7 - 14 Grad deutscher Härte (°dH)
mittelhartes Wasser
14 – 21 Grad deutscher Härte (°dH)
hartes Wasser
> 21 Grad deutscher Härte
Sehr hartes Wasser

Begriffe in der Wasserhärte Überwachung

Magnesium- und Calcium Ionen können beispielsweise durch einfache Löseprozesse in das Wasser gelangen, wie z.B. das Auflösen von Gips.
Der überwiegende Teil der Wasserhärte entsteht jedoch als Carbonathärte durch Auflösung von Kalk (CaCO3) bzw. Dolomit (Ca-Mg-Mischcarbonat). Unter Einwirkung von Kohlensäure (CO2) erfolgt die Bildung löslicher Hydrogencarbonate (HCO3). Das CO2 stammt überwiegend aus dem Boden und entsteht insbesondere durch den mikrobiellen Abbau organischer Substanzen.
Weitere Eintragswege sind unter anderem das Herauslösen durch saure Komponenten des Niederschlags oder aber durch Salpetersäure aus der Nitrifikation im Ergebnis landwirtschaftlicher Düngung.
Im technischen Zusammenhang werden unterschiedlichste Begrifflichkeiten verwendet um die spezifischen Eigenschaften des Wassers als messtechnische Größe abzubilden.

Gesamthärte, Carbonathärte, temporäre Härte, vorübergehende Härte, Restalkalität, m-Wert oder Säurekapazität bis zu einem pH-Wert von 4,3 (KS 4,3)
Säurekapazität (KS) bis pH 8,2 (p-Wert, KS 8,2)
Basekapazität (KB) bis pH-Wert 4,3 (-m-Wert, KB 4,3)
Die Gesamthärte ist definiert als die Summe aller Erdalkali-Ionen; dies sind v.a. Calcium und Magnesium. In Lösung sind diese "gepaart" mit Chloriden, Sulfaten, Carbonaten und anderen Anionen.

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 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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Wasseraufbereitungsanlagen
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Messbereich
0,05-25 °dH Wasserhärte
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