Die Wasserhärte ist einer der gebräuchlichsten und einer der wichtigsten Indikatoren für die allgemeine Wasserqualität.
Sie sollte in verschiedenen Anwendungen regelmäßig überwacht werden, um kostspielige Ausfälle in Kesseln, Kühltürmen, Schwimmbädern und anderen Geräten, die mit Wasser arbeiten, zu vermeiden.
Im häuslichen Bereich wird hartes Wasser oft durch fehlende Schaumbildung beim Rühren von Seife im Wasser und durch Kalkbildung in Wasserkochern und Warmwasserbereitern angezeigt.
Überall dort, wo die Wasserhärte ein Problem darstellt, wird üblicherweise eine Wasserenthärtung eingesetzt, um die nachteiligen Auswirkungen von hartem Wasser zu reduzieren.
Hartes Wasser ist Wasser, das einen hohen Mineralgehalt hat (im Gegensatz zu „weichem Wasser“). Hartes Wasser entsteht, wenn Wasser durch Ablagerungen von Kalkstein, Kreide oder Gips sickert, die größtenteils aus Kalzium- und Magnesiumkarbonaten, Bikarbonaten und Sulfaten bestehen.
Hartes Wasser bildet auch Ablagerungen, die Rohrleitungen verstopfen. Diese Ablagerungen, die als „Kesselstein“ bezeichnet werden, bestehen hauptsächlich aus Kalziumkarbonat (CaCO3), Magnesiumhydroxid (Mg(OH)2) und Kalziumsulfat (CaSO4). Kalzium- und Magnesiumkarbonate neigen dazu, sich als weißliche Feststoffe an den Innenflächen von Rohren und Wärmetauschern abzusetzen. Die daraus resultierenden Ablagerungen behindern den Wasserdurchfluss in den Leitungen. In Heizkesseln beeinträchtigen die Ablagerungen den Wärmefluss in das Wasser, wodurch die Heizleistung sinkt und sich die metallischen Kesselkomponenten überhitzen können. In einem unter Druck stehenden System kann diese Überhitzung zum Ausfall des Kessels führen.
In der folgenden Gleichgewichtsreaktion können wir die Auflösung und Bildung von Calciumcarbonat und Calciumbicarbonat (rechts) beobachten:
CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O (l) ⇌ Ca2+ (aq) + 2 HCO-3 (aq)
Ionen, die eine dauerhafte Wasserhärte verursachen, können mit einem Wasserenthärter oder einer Ionenaustauschersäule entfernt werden.
| Klassifizierung | Härte in mg-CaCO3/L | Härte in mmol/L | Härte in dGH/°dH | Härte in ppm |
| Weich | 0–60 | 0–0.60 | 0–3.37 | 0–60 |
| Mäßig hart | 61–120 | 0.61–1.20 | 3.38–6.74 | 61–120 |
| Hart | 121–180 | 1.21–1.80 | 6.75–10.11 | 121–180 |
| Sehr hart | ≥ 181 | ≥ 1.81 | ≥ 10.12 | ≥ 181 |
Wie misst man die Wasserhärte?
Es stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, von Schnelltestkits über Photometer bis hin zu Titrationssystemen.
Tragbares Photometer für die Gesamthärte – HI97735
Das HI97735 Gesamthärte-Photometer kombiniert Genauigkeit und Benutzerfreundlichkeit in einem einfachen, tragbaren Design. Das fortschrittliche optische System bietet Genauigkeit in Laborqualität, während das benutzerfreundliche Design für jeden Anwender einfach zu handhaben ist, was es zum perfekten Photometer für Ihre Wasserqualitätstests macht. Das Messgerät HI97735 misst die Gesamthärte in Wasserproben bis zu 750 mg/L (ppm) CaCO3.
- Keine Aufwärmzeit vor der Messung erforderlich.
- Tutorial-Modus für einfache Schritt-für-Schritt-Anweisungen.
- CAL Check zur Leistungsüberprüfung und Kalibrierung
- Einfache Navigation zwischen den chemischen Formen mit einem Tastendruck:
- mg/L (ppm)
- Französische Grad (°f)
- Deutsche Gradzahlen (°dH)
- Englische Grade (°E)
Es ist in 2 Versionen erhältlich HI97735 & HI97735C
Jedes HI97735 wird in einer Pappschachtel geliefert und ist im Lieferumfang enthalten:
- Probenküvette (2 Stk.)
- Probenküvettenkappe (2 Stk.)
- Kunststoffstopfen (2 Stck.)
- 1,5 V AA-Alkalibatterien
- Gebrauchsanweisung
- Qualitätszertifikat für das Messgerät
Jedes HI97735C wird in einem robusten Tragekoffer geliefert und ist im Lieferumfang enthalten:
- Probenküvette (2 Stk.)
- Probenküvettenkappe (2 Stk.)
- Kunststoffstopfen (2 Stck.)
- HI97735A – CAL CheckKüvette A
- HI97735B – CAL-Check-Küvette B
für Gesamthärte LR, MR, HR
- Tuch zum Abwischen der Küvetten
- Schere
- 1,5 V AA-Alkalibatterien
- Gebrauchsanweisung
- Qualitätszertifikat für das Messgerät
- CAL Check Standard-Zertifikat
Reagenzien&Bereiche Richtlinien:
HI93735-00 (100 Tests) LR – niedriger Bereich – 0 do 250 mg/L (ppm) CaCO₃; 0-14dH
HI93735-01 (100 Tests) MR – mittlerer Bereich – 200 do 500 mg/L (ppm) CaCO₃; 11-28dH
HI93735-02 (100 Tests) HR – hoher Bereich – 400 do 750 mg/L (ppm) CaCO₃; 22-42 dH
*auch als kompletter Satz HI97735-0 (LR+MR+HR) erhältlich
ROLLE DER TITRATIONSSYSTEME BEI DER WASSERHÄRTEBESTIMMUNG
Die Titration ist der Goldstandard bei der Messung der Wasserhärte, wobei Calcium und Magnesium mit dem Titriermittel EDTA Komplexe bilden. Wenn diese Titration mit einem automatischen potentiometrischen Titrator durchgeführt wird, gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten, diese Reaktion zu überwachen:
(1) mit einer ionenselektiven Kalziumelektrode (ISE) HI4104
(2) mit einer photometrischen Elektrode.
Die Verwendung der einen oder anderen Methode hängt von der Zielsetzung der Messung und der Präferenz des Anwenders ab, wobei beide Methoden Vor- und Nachteile haben. Im Folgenden werden die Unterschiede zwischen den beiden Verfahren detailliert beschrieben, um Sie bei der Entscheidung zu unterstützen, welche Methode für Ihre Anwendung besser geeignet ist.
| Vor- und Nachteile der Härtebestimmung mit einer ISE und einer photometrischen Elektrode. | ||
| Pros | Calcium ISE | Photometrische Elektrode |
| Bestimmen Sie Calcium und Magnesium in einer Titration (einer Probe). | Minimale Wartung der Elektroden erforderlich. | |
| Minimale Änderungen am manuellen Titrationsverfahren. | ||
| Cons | Erheblich mehr Wartung der Elektroden erforderlich. | Erfordert zwei separate Titrationen (zwei Proben) zur Bestimmung der Calcium- und Magnesiumhärte. |
| Höhere Anlauf- und wiederkehrende Kosten (ISE, Module und benötigte Chemikalien). | ||
Kalzium ISE-Methode HI4104
In Anwesenheit von TRIS-Puffer kann die Calcium-ISE verwendet werden, um sowohl Calcium als auch Magnesium in einer Titration nachzuweisen, wobei jedes Ion differenziert und als eigener spezifischer Äquivalenzpunkt angezeigt wird. Nach Abschluss der Titration werden die Ergebnisse automatisch für die Gesamthärte, die Calciumhärte und die Magnesiumhärte berechnet. Dadurch kann eine Probe für alle drei Analyten verwendet werden, was Anwendern mit einem hohen Probendurchsatz zugute kommt. Allerdings erfordert diese Methode etwas höhere Anlauf- und laufende Kosten für notwendige Materialien und Verbrauchsmaterialien. Außerdem erfordert die ISE mehr Zeit für die Elektrodenvorbereitung und -wartung, was eine steilere Lernkurve für diejenigen bedeutet, die mit ionenselektiven Elektroden nicht vertraut sind.
Photometrische Elektrodenmethode HI90060x
Wie in den Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater[4] vorgeschrieben, können die Gesamthärte und die Calciumhärte mit einem Farbindikator bestimmt werden, wobei die Magnesiumhärte durch Abzug wie in (1) dargestellt berechnet wird:
Magnesiumhärte = Gesamthärte (Titration #1) – Calciumhärte (Titration #2) (1)
Bei Vorhandensein eines Indikatorfarbstoffs ändert die Prüflösung ihre Farbe und signalisiert damit das Ende der Titration. Indikatorfarbstoffe werden bei der manuellen Härtetitration verwendet und können auch bei der automatischen Titration unter Verwendung einer photometrischen Elektrode eingesetzt werden. Während manuelle Titrationen oft durch menschliche Fehler beeinflusst werden (aufgrund der subjektiven Bestimmung des Farbendpunkts), entfällt diese Subjektivität bei automatischen Titrationen durch die Verwendung einer Elektrode zur Erkennung des Farbwechsels.
Mit der Einführung der applikationsbasierten photometrischen Elektroden von Hanna Instruments ist diese alternative Erkennung von Farbindikatoren nun zugänglicher und erschwinglicher denn je. Durch die Entwicklung von vier verschiedenen photometrischen Elektroden mit unterschiedlichen Wellenlängen hat Hanna Instruments die Kosten für die photometrische Bestimmung erheblich gesenkt. Photometrische Elektroden erfordern nur minimalen Wartungsaufwand und senken die wiederkehrenden Kosten erheblich, wobei für Kunden, die derzeit mittels manueller Titration testen, die aktuellen Verfahren und Chemikalien nahtlos in die Automatisierung übernommen werden können.
Referenzen:
- „Hartes Wasser“. Nationaler Grundwasserverband.
- https://www.who.int/water_sanitation_health/dwq/chemicals/hardness.pdf
- http://www.chem1.com/CQ/hardwater.html
- Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater Methoden 2340 C. und 3500-Ca D., EDTA Titrimetric Method
Autor: Nives Vinceković Budor, mag,ing.chem.ing.
