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Wasserbehandlung im Haushalt

Das übliche Verfahren zur Enthärtung im Haushalt ist die teilweise Entfernung der Härtebildner durch Ionenaustausch. Ein Teilstrom des Wassers wird über Ionenaustauschersäulen geführt und dabei werden die Härtebildner Calcium und Magnesium vollständig entfernt. Anschließend wird dieser Teilstrom wieder mit dem Hauptstrom, der die ursprüngliche Härte enthält, gemischt, so dass nach der Mischung eine geringere Härte im Wasser vorliegt. Man kann hier eine einfache Mischungsrechnung durchführen: z.B.: Hauptstrom 50 % 22 °dH 3,92 mmol/L Nebenstrom 50 % 0 °dH 0 mmol/L Gesamtstrom 100 % 11 °dH 1,96 mmol/L

Enthärtung im Haushalt

Bei der Enthärtung im Haushalt spricht man von einer Nachaufbereitung des Trinkwassers, das ja eventuell vor der Verteilung bereits zentral aufbereitet wurde. Wurde bereits im Wasserwerk eine Enthärtung des Wassers durchgeführt, so spricht man von einer zentralen Enthärtung .
Enthärtung im Teilstrom

Wie funktioniert ein Ionenaustauscher

Der Ionenaustauscher (in diesem Fall ein Kationenaustauscher) besteht aus einem Ionenaustauscherharz, das austauschbare Ionen enthält. Im üblichen Fall sind dies Natrium-Ionen Na + . Die Härtebildner Ca 2+ und Mg 2+ werden vollständig gegen diese Natrium-Ionen ausgetauscht, so dass das Wasser anschließend keine Härtebildner mehr enthält, dafür erfolgt aber eine äquivalente Erhöhung der Natriumkonzentration im Wasser.
Abbildung: Schema einer Teilstrom- Enthärtung
Der Ionenaustauscher hat eine bestimmte Kapazität, bis zu der er die Härtebildner aufnehmen kann. Wenn diese Kapazität erschöpft ist, muss er regeneriert werden. Zur Regeneration (Ionenaustauscher in der Na-Form) verwendet man Kochsalz NaCl (Natriumchlorid). Die im Ionenaustauscher befindlichen Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen werden wieder gegen Na+-Ionen ausgetauscht und die Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen sowie die Chlorid-Ionen Cl - ins Abwasser abgeleitet. Dann ist der Ionenaustauscher wieder betriebsbereit. Bei Geräten im Haushalt läuft diese Regeneration automatisch ab. Der Betreiber bemerkt nur einen Wasserabfluss. Es muss aber regelmäßig Salz nachgefüllt werden. Kationenaustauscher können auch mit Salzsäure regeneriert werden. Für private Haushalte kommt diese Art der Regeneration jedoch nicht in Frage.
Abbildung: Ionenaustauscher in Betrieb
Abbildung: Ionenaustauscher während der Regeneration

Enthärtung im Geschirrspüler

Damit im letzten Spülgang des Geschirrspülers keine Kalkflecken auf dem Geschirr zurückbleiben wird auch hier für diesen Spülgang enthärtetes Wasser verwendet. Dafür befindet sich im Geschirrspüler eine integrierte Ionenaustauscherpatrone. Der Vorgang verläuft analog zur oben beschriebenen Enthärtung . Zur Regeneration muss auch im Geschirrspüler regelmäßig Salz nachgefüllt werden. Manche Geschirrspül-Tabs (3 in 1) machen die Salzzugabe häufig überflüssig.

Wasserhärte in der Waschmaschine

In der Waschmaschine führt hartes Wasser definitionsgemäß zu harter Wäsche bei Verwendung von Seifen. Besonders problematisch ist jedoch auch hier die Kalkfällung auf den Heizstäben bei der Erwärmung des Wassers. Man führt hier jedoch keine Enthärtung des Wassers durch sondern eine sogenannte Härtestabilisierung. Die Härtebildner bleiben im Wasser, werden jedoch in eine Form gebracht, in der sie nicht ausfallen können. Man setzt dem Spülmittel Stoffe zu (Komplexbildner), die die Härtebildner in einer Komplexbindung an sich binden und damit am Ausfallen hindern. Solche Komplexbildner sind zum Beispiel Polyphosphate, Natrium-Aluminium-Silikate und Nitrilotriacetat (NTA). Diese Stoffe sind in unterschiedlichem Maß für die Umwelt schädlich.

Entkalkung

Wenn sich in Haushaltsgeräten zur Erwärmung von Wasser Kalk abgelagert hat, muss dieser zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit regelmäßig entfernt werden. Besonders bei Heizspiralen ist dieses wichtig, da der Wärmeübergang behindert wird und der Energieverbrauch erhöht wird. Die Entkalkung erfolgt im Prinzip durch eine Umkehrung der Fällungsreaktion. Wird der pH-Wert in einem kalkgesättigten Wasser erhöht (Abnahme der H+-Konzentration), so fällt Kalk aus. Senkt man den pH-Wert (Zunahme der H+-Konzentration), so kommt es wieder zur Kalklösung. Man verwendet also Säuren zur Kalklösung. Dies kann im Haushalt am einfachsten Essigsäure (Essig) sein. Normalerweise reicht Haushaltsessig (5%) aus. Preiswerter ist die Entkalkung mit Essigessenz (25%), die auch entsprechend verdünnt werden kann. Bei empfindlichen Geräten, zum Beispiel Kaffeevollautomaten, sollte man die für diesen Zweck empfohlenen Mittel verwenden. Diese enthalten dann oft Zitronensäure oder Milchsäure. Auch Haushaltsreiniger zur Beseitigung von Kalkflecken haben einen sauren pH-Wert. Die Wirkung der Säure bei der Entkalkung erkennt man an dem freiwerdenden Kohlendioxid, das zum Teil heftig aufschäumt und Gasblasen bildet.
Abbildung: Chemische Reaktionsabfolge bei der Entkalkung
Lösung von Kalk durch Säure
Abbildung: Auflösung von Kalk durch Säure unter CO 2 -Bildung
Um die Nachteile der Härte im Trinkwasser auszugleichen wird im Haushalt bei hartem Trinkwasser häufig eine Wasserbehandlung durchgeführt. Man spricht dann von einer Nachaufbereitung des Trinkwassers im Vergleich zu einer zentralen Aufbereitung im Wasserwerk.

Wasserbehandlung im Haushalt

Das übliche Verfahren zur Enthärtung im Haushalt ist die teilweise Entfernung der Härtebildner durch Ionenaustausch. Ein Teilstrom des Wassers wird über Ionenaustauschersäulen geführt und dabei werden die Härtebildner Calcium und Magnesium vollständig entfernt. Anschließend wird dieser Teilstrom wieder mit dem Hauptstrom, der die ursprüngliche Härte enthält, gemischt, so dass nach der Mischung eine geringere Härte im Wasser vorliegt. Man kann hier eine einfache Mischungsrechnung durchführen: z.B.: Hauptstrom 50 % 22 °dH 3,92 mmol/L Nebenstrom 50 % 0 °dH 0 mmol/L Gesamtstrom 100 % 11 °dH 1,96 mmol/L

Enthärtung im Haushalt

Bei der Enthärtung im Haushalt spricht man von einer Nachaufbereitung des Trinkwassers, das ja eventuell vor der Verteilung bereits zentral aufbereitet wurde. Wurde bereits im Wasserwerk eine Enthärtung des Wassers durchgeführt, so spricht man von einer zentralen Enthärtung .
Enthärtung im Teilstrom

Wie funktioniert ein Ionenaustauscher

Der Ionenaustauscher (in diesem Fall ein Kationenaustauscher) besteht aus einem Ionenaustauscherharz, das austauschbare Ionen enthält. Im üblichen Fall sind dies Natrium-Ionen Na + . Die Härtebildner Ca 2+ und Mg 2+ werden vollständig gegen diese Natrium-Ionen ausgetauscht, so dass das Wasser anschließend keine Härtebildner mehr enthält, dafür erfolgt aber eine äquivalente Erhöhung der Natriumkonzentration im Wasser.
Abbildung: Schema einer Teilstrom- Enthärtung
Der Ionenaustauscher hat eine bestimmte Kapazität, bis zu der er die Härtebildner aufnehmen kann. Wenn diese Kapazität erschöpft ist, muss er regeneriert werden. Zur Regeneration (Ionenaustauscher in der Na- Form) verwendet man Kochsalz NaCl (Natriumchlorid). Die im Ionenaustauscher befindlichen Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen werden wieder gegen Na+-Ionen ausgetauscht und die Ca 2+ - und Mg 2+ -Ionen sowie die Chlorid-Ionen Cl - ins Abwasser abgeleitet. Dann ist der Ionenaustauscher wieder betriebsbereit. Bei Geräten im Haushalt läuft diese Regeneration automatisch ab. Der Betreiber bemerkt nur einen Wasserabfluss. Es muss aber regelmäßig Salz nachgefüllt werden. Kationenaustauscher können auch mit Salzsäure regeneriert werden. Für private Haushalte kommt diese Art der Regeneration jedoch nicht in Frage.
Abbildung: Ionenaustauscher in Betrieb
Abbildung: Ionenaustauscher während der Regeneration

Enthärtung im Geschirrspüler

Damit im letzten Spülgang des Geschirrspülers keine Kalkflecken auf dem Geschirr zurückbleiben wird auch hier für diesen Spülgang enthärtetes Wasser verwendet. Dafür befindet sich im Geschirrspüler eine integrierte Ionenaustauscherpatrone. Der Vorgang verläuft analog zur oben beschriebenen Enthärtung . Zur Regeneration muss auch im Geschirrspüler regelmäßig Salz nachgefüllt werden. Manche Geschirrspül-Tabs (3 in 1) machen die Salzzugabe häufig überflüssig.

Wasserhärte in der Waschmaschine

In der Waschmaschine führt hartes Wasser definitionsgemäß zu harter Wäsche bei Verwendung von Seifen. Besonders problematisch ist jedoch auch hier die Kalkfällung auf den Heizstäben bei der Erwärmung des Wassers. Man führt hier jedoch keine Enthärtung des Wassers durch sondern eine sogenannte Härtestabilisierung. Die Härtebildner bleiben im Wasser, werden jedoch in eine Form gebracht, in der sie nicht ausfallen können. Man setzt dem Spülmittel Stoffe zu (Komplexbildner), die die Härtebildner in einer Komplexbindung an sich binden und damit am Ausfallen hindern. Solche Komplexbildner sind zum Beispiel Polyphosphate, Natrium-Aluminium-Silikate und Nitrilotriacetat (NTA). Diese Stoffe sind in unterschiedlichem Maß für die Umwelt schädlich.

Entkalkung

Wenn sich in Haushaltsgeräten zur Erwärmung von Wasser Kalk abgelagert hat, muss dieser zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit regelmäßig entfernt werden. Besonders bei Heizspiralen ist dieses wichtig, da der Wärmeübergang behindert wird und der Energieverbrauch erhöht wird. Die Entkalkung erfolgt im Prinzip durch eine Umkehrung der Fällungsreaktion. Wird der pH-Wert in einem kalkgesättigten Wasser erhöht (Abnahme der H+-Konzentration), so fällt Kalk aus. Senkt man den pH-Wert (Zunahme der H+- Konzentration), so kommt es wieder zur Kalklösung. Man verwendet also Säuren zur Kalklösung. Dies kann im Haushalt am einfachsten Essigsäure (Essig) sein. Normalerweise reicht Haushaltsessig (5%) aus. Preiswerter ist die Entkalkung mit Essigessenz (25%), die auch entsprechend verdünnt werden kann. Bei empfindlichen Geräten, zum Beispiel Kaffeevollautomaten, sollte man die für diesen Zweck empfohlenen Mittel verwenden. Diese enthalten dann oft Zitronensäure oder Milchsäure. Auch Haushaltsreiniger zur Beseitigung von Kalkflecken haben einen sauren pH-Wert. Die Wirkung der Säure bei der Entkalkung erkennt man an dem freiwerdenden Kohlendioxid, das zum Teil heftig aufschäumt und Gasblasen bildet.
 Lösung von Kalk durch Säure
Abbildung: Auflösung von Kalk durch Säure unter CO 2 -Bildung
Um die Nachteile der Härte im Trinkwasser auszugleichen wird im Haushalt bei hartem Trinkwasser häufig eine Wasserbehandlung durchgeführt. Man spricht dann von einer Nachaufbereitung des Trinkwassers im Vergleich zu einer zentralen Aufbereitung im Wasserwerk.
Abbildung: Chemische Reaktionsabfolge bei der Entkalkung