Wasserhärte – was sollte man darüber wissen?

Warum ist Wasser hart?

Die Wasserhärte wird durch die Anzahl der Milligramm an Ionen von Ca²⁺ und Mg²⁺ bestimmt, die im Wasser enthalten sind.  Der Teil der Härte, der der Gesamtalkalität (einem weiteren Indikator für die Wasserqualität) entspricht, wird als Karbonathärte bezeichnet, die auch als vorübergehende Härte bezeichnet wird.  Der mengenmäßige Überschuss über die allgemeine Alkalität wird als Nichtkarbonathärte (Dauerhärte) bezeichnet.  Der Gesamtwert der Karbonathärte und der Nichtkarbonathärte bildet die Gesamthärte (allgemeine Härte).  Je höher der Gehalt an Calcium- und Magnesiumionen im Wasser ist, desto höher ist seine Härte. Darüber hinaus beeinflussen die Ionen von Eisen und Mangan indirekt den Wert dieses Indikators. Wasser wird hart, weil es im Laufe seines Kreislaufs mit vielen Faktoren wie Gestein oder Boden in Berührung kommt, aus denen elementare Ionen in unterschiedlichen Konzentrationen in das Wasser gelangen. Natürlich vorkommende Wässer enthalten normalerweise bis zu 10 mg Mg/l. Selten übersteigt der Magnesiumionengehalt 100 mg pro Liter. In natürlichen Wasserquellen überwiegt in der Regel die Härte aufgrund des hohen Gehalts an Calciumionen, d.h. die Calciumhärte.

In den Labors für Analytik und Qualitätskontrolle wird die Gesamthärte mit der komplexometrischen EDTA-Methode bestimmt. Für die Bestimmung der Karbonathärte (die der Gesamtalkalität entspricht) wird nach wie vor die alkazimetrische Methode mit einer visuellen (eventuell potentiometrischen) Bestimmung des Titrationsendpunkts verwendet. Das Prinzip der EDTA-Methode ist die Bestimmung des Gesamtgehalts an Calcium- und Magnesiumionen. Die zu analysierende Probe wird mit einer Lösung von Dinatriumedetat (d.h. dem Natriumsalz der Ethylendiamintetraessigsäure) bei einem pH-Wert von 9 bis 10 in Gegenwart von Eriochromschwarz T als Indikator titriert. Am Endpunkt der Titration erfolgt ein Farbumschlag von rot nach blau. Das bei dieser Bestimmung verwendete Titriermittel wird mit dem Buchstabenkürzel EDTA bezeichnet. In wässrigen Lösungen wird Dinatriumedetat elektrolytisch dissoziiert und das entstehende Dinatriumedetat-Ion bildet einen Komplex mit den zu bestimmenden Ionen. Die ungefähre Härte des Wassers kann auch selbst überprüft werden (zusätzlich zur Bestellung einer Wasseranalyse). Hierfür sollten geeignete Streifen- oder Tropfentests gekauft werden. Bei deren Verwendung ist unbedingt die Anleitung zu beachten, die den genannten Tests beiliegt.

Folgen einer hohen Wasserhärte:

• Verschlechterung der physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers.
• Zerstörung von Elektrogeräten und Haushaltsgeräten, die Wasser mit hohem Härtegrad verwenden. Die Ablagerungen lassen sich nicht immer vollständig aus den Geräten entfernen. Dies führt im Laufe der Zeit zur Beschädigung und Zerstörung der Geräte.
• Auftreten von Kesselstein. Er manifestiert sich als eine weiße Ablagerung von Kalzium- und Magnesiumkarbonat. Er fällt bei der thermischen Behandlung von Wasser aus und ist daher z.B. in Wasserkochern am häufigsten anzutreffen. Die Bildung von Kesselstein führt zu erheblichen Energieverlusten.
• – Eine Erhöhung der Oberflächenspannung von Wasser, die z.B. zu einer Verringerung der Benetzungseigenschaften führt. Infolgedessen müssen erheblich mehr Detergenzien verwendet werden, z.B. für die Textilwäsche.
• Zerstörung von Heizungsanlagen. Besonders anfällig sind Heizkessel, die in direktem Kontakt mit hartem Wasser stehen.  Die Ansammlung von unlöslichen Ablagerungen führt unter anderem zu einer Verstopfung der Rohre und damit zu erheblich höheren Heizkosten.

Einteilung der Wasserhärte

Im Allgemeinen wird die Härte in die folgenden Typen unterteilt:

• Karbonathärte – dies ist die Art von Härte, die auf dem Geschirr oder im Wasserkocher leicht sichtbar ist. Die Karbonathärte wird durch Kalzium- und Magnesiumkarbonate sowie Hydrogenkarbonate verursacht. Sie lassen sich jedoch leicht aus dem Wasser entfernen, z.B. durch Wärmebehandlung, weshalb diese Härte oft als vorübergehende Härte bezeichnet wird.  Diese Verbindungen fallen im heißen Wasser als weißer Niederschlag aus, der sich im Gefäß ansammelt.
• Nichtkarbonathärte – wird auch als feste Härte bezeichnet. Sie ist schwer aus dem Wasser zu entfernen. Während für die Karbonathärte Salze der nicht beständigen Kohlensäure verantwortlich sind, handelt es sich bei der Nichtkarbonathärte um Salze anderer Säuren, z.B. Schwefel- (VI), Salz– oder Salpetersäure (V). Sie bilden hartnäckige Sulfate (VI), Chloride und Nitrate (V), die auch nach dem Abkochen im Wasser verbleiben.
• Gesamthärte des Wassers – dies ist die Summe aus Karbonathärte und Nichtkarbonathärte.

Wie kann der Härtegrad von Wasser ausgedrückt werden?

Der Grad der Wasserhärte kann in verschiedenen Einheiten ausgedrückt werden.  Am häufigsten verwendet werden deutsche Grade, französische Grade, englische Grade oder die Angabe des Gehalts an härtebildenden Salzen in Millimol pro Liter Volumen oder in Millival pro Liter.  In Laboratorien ist es üblich, Härtewerte in deutschen Graden (^on) anzugeben.  Wasser mit einer Härte von einem deutschen Grad enthält eine Menge an Calcium- und Magnesiumsalzen in 1 dm³, die 10 mg CaO entspricht.

Ist der Härtewert des Wassers bekannt, kann das Wasser anhand des Ergebnisses in deutschen Grad eingeteilt werden:

• sehr weiches Wasser: weniger als 5,6,
• weiches Wasser: 5,6 – 11,2,
• mittelhartes Wasser: 11,2 – 19,6,
• hartes Wasser: 19,6 – 30,8,
• sehr hartes Wasser: mehr als 30,8.

Wie kann man die Wasserhärte reduzieren?

Eine hohe Wasserhärte kann sich im täglichen Leben als erhebliches Hindernis erweisen.  Wenn Sie die Qualität des von Ihnen verwendeten Wassers nicht kennen oder den Verdacht haben, dass die physikalisch-chemischen Parameter nicht den Normen entsprechen, lohnt es sich, das Wasser von einem kompetenten Labor analysieren zu lassen.

Das wichtigste Mittel zur Entfernung von Härte aus Wasser ist die thermische Methode. Sie ist nur bei vorübergehender Härte wirksam. Bei der thermischen Methode wird das Wasser auf eine Temperatur von etwa 80^oC erhitzt. Bei der Erhöhung der Temperatur fallen Kalzium- und Magnesiumbikarbonate in Form von unlöslichem Kalziumkarbonat und Magnesiumkarbonat aus. Der entstandene Niederschlag kann z.B. durch Filtration entfernt werden. Die thermische Methode ist häufig der erste Schritt zur weiteren Reduzierung der Wasserhärte.

Kalzium- und Magnesiumionen können auch durch eine chemische Methode ausgefällt werden.  Dabei werden dem Wasser spezielle Enthärter zugesetzt, d.h. chemische Verbindungen, deren Aufgabe es ist, die entsprechenden Niederschläge auszufällen oder Komplexverbindungen zu bilden.  Die ausgefällten Calcium- und Magnesiumionen in Form von Salzen werden durch Filtration oder Dekantieren abgetrennt. Enthärter können auch im häuslichen Bereich eingesetzt werden.  Viele Heizkesselhersteller bieten heute den Einbau von zentralen Wasserenthärtern an, die nach dem Prinzip von Ionenaustauschern funktionieren.

Eine Ad-hoc-Methode zur Wasserenthärtung ist die Verwendung von Filterkannen, die in den letzten Jahren sehr beliebt geworden sind.  Das in sie eingefüllte Wasser wird durch ein spezielles Sorptionsbett geleitet, das nach dem Prinzip eines Ionenaustauschers funktioniert. Die Auswahl an Filterkartuschen für solche Kannen ist groß, und im Handel kann man zum Beispiel solche kaufen, die das gefilterte Wasser sofort mit den notwendigen Mineralstoffen anreichern.

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