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Wenn saures Regenwasser bei der Versickerung in den Boden auf kalkhaltige Mineralien (z.B. Gips) trifft, so werden Calcium- und Magnesiumsalze aus den Gesteinen herausgelöst und verbleiben im Wasser. Je höher die Konzentration der beiden Stoffe ist, desto härter ist das Wasser.

Die offizielle Einheit der Wasserhärte wird in mmol/l (Millimol pro Liter) Calcium und Magnesium angegeben. Daneben gibt es die Einheit "°dH = Grad deutscher Härte". Die Waschmittelindustrie gibt die Wasserhärte in 4 Bereiche an.

Härtebereiche des Wassers:

Sicherlich ist ein erhöhter Gehalt an Calcium- und Magnesium im Wasser für Heißwassergeräte schädlich. Ein kalkarmes Wasser schmeckt aber fade.

Um einer Verkalkung von Heißwassergeräten zu minimieren sollte man die Heiztemperatur unter 60 °C einstellen, da es unter diesem Temperaturbereich nicht zu einer erhöhten Kalkausfällung kommt.

Ein sehr kalkarmes Wasser ist meistens aggressiv, da der Kalk die im Wasser vorhandene natürliche Kohlensäure abpuffert (neutralisiert). Ist kein Kalk im Wasser, so kann die Kohlensäure metallische Werkstoffe angreifen.

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Ionentauscheranlagen

Die Reaktionsbehälter der Ionentauscher sind mit einem Harz gefüllt. Das Harz besteht aus kleinen Kügelchen die synthetisch hergestellt werden. Die Größe der Kugeln liegt bei ca. 1-3 Millimeter.

Vergrößerung mehrere Ionentauschkügelchen.

Die Kügelchen haben ein festes Grundgerüst welches Matrix genannt wird. An der Kugeloberfläche befinden sich Ankerplätze, an denen Natriumionen locker gebunden sind.

Strömt nun das harte Wasser an den Ionentauscherkugeln vorbei, so lagern sich die Calcium- und Magnesiumionen an den Ankerplätzen der Natriumionen an. Für ein Calcium- oder Magnesiumion gehen zwei Natriumionen in Lösung. Dies kommt durch die unterschiedliche Ladung der Ionen. Calcium- und Magnesiumionen haben eine zweifach positive Ladung, während Natriumionen nur einfach positiv sind.

Sind alle Ankerplätze vollkommen durch die Härtebildenden Calcium- und Magnesiumionen belegt, so muss das Tauscherharz regeneriert werden.

Für die Regeneration wird Natriumchlorid (Kochsalz) verwendet, welches meist in Tablettenform im Regenerationsbehälter vorhanden ist. Bei einer Zweitankanlage kann bei der Regeneration ein Behälter weiter in Betrieb bleiben, während der andere Behälter regeneriert wird. Bei einer Eintankanlage muss die Wasserversorgung für die Zeit der Regeneration unterbrochen werden.

Bei der Regeneration wird eine starke Lösung von Kochsalz durch die Tauscheranlage gepumpt. Die Calcium- und Magnesiumionen werden von den Ankerplätzen getrennt und wieder durch die Natriumionen der Kochsalzlösung ersetzt. Die entfernten Calcium- und Magnesiumionen werden in den Abfluss geleitet. Nach der Regeneration kann die Anlage wieder in Betrieb genommen werden.

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Umkehrosmose

Ein Behälter wird durch eine sehr feine Membran in zwei Kammern getrennt. In der einen Kammer wird destilliertes Wasser gefüllt, in die andere Kammer eine Kochsalzlösung.

Nach einiger Zeit kann man folgendes feststellen: Der Wasserstand der mit Kochsalzlösung gefüllten Kammer steigt, während der Wasserstand der mit destillierten Kammer fällt. Nach einiger Zeit bleibt der Wasserstandsunterschied stabil.

Dieser natürliche Prozess der Konzentrationsausgleichung nennt man Osmose. Die niedrig konzentrierte Lösung strömt immer zur stärker konzentrierten Lösung um eine gleich bleibende Konzentration beider Lösungen zu erreichen. Der entstehende Höhenunterschied nennt sich osmotischer Druck.

Eine Lösung mit 20.000 mg/l Kochsalz erzeugt einen Höhenunterschied von 300 Metern (=30 bar). Wenn die Lösung nur 200 mg/l Kochsalz enthält wird nur ein Höhenunterschied von 3 Metern erzeugt (=0,3 bar.) Der osmotische Druck wird also durch den Konzentrationsunterschied hervorgerufen.

Wird nun die Kammer mit der höher konzentrierten Lösung mit einem Druck beaufschlagt der höher wie der osmotische Druck ist, so findet eine entgegengesetzte Osmose statt (Umkehrosmose). Mann kann dies mit einer Art "Filtration" vergleichen. Nur das das Filter so klein ist, dass keine großen Moleküle das Filter passieren können.

Um den Prozess aufrechtzuerhalten, muss permanent das aufzubereitende Wasser unter Druck in die Umkehrosmoseanlage gepumpt werden. In der Regel entstehen durch die Umkehrosmose 75% aufbereitetes Wasser und 25% aufkonzentriertes Permeat (Abfall), welches abgeleitet werden muss.

Aus physikalischen Gründen kann nicht alles an Stoffen aus dem Wasser entfernt werden, was auch nicht immer erwünscht ist. Die folgende Tabelle zeigt die prozentuale Entfernung verschiedenster Stoffe mittels Umkehrosmose:

Da die Umkehrosmose nicht selektiv arbeitet (es kann nicht ein bestimmter Stoff entfernt werden), werden durch die Enthärtung auch Stoffe wie Sulfat, Bakterien und Viren, Chlorid und Nitrat aus dem Wasser entfernt oder reduziert.

Um eine größtmögliche Membranoberfläche zu erreichen, werden die Membranen zu langen Rollen gewickelt. Im Wasser gelöstes Eisen und Mangan sollte vor der Aufbereitung entfernt werden, da es die Membranen zerstört.