Du lernst für: Studiengang Technischer Umweltschutz: Wasserreinhaltung II

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Thema: Wasserreinhaltung →Vorlesung Wasserreinhaltung II →Entsäuerung (Kap. 9)

• Entsäuerung (Kap. 9)

• ? Welchen pH-Bereich schreibt die Trinkwasserverordnung vor?
• 6,5 <= pH <= 9,5

• ? Wie hoch darf die Calcitlösekapazität am Wasserwerksausgang höchstens sein?
• Max. 5 mg/l. Diese Bedingung gilt als erfüllt, wenn pH > 7,7

• ? Wie hoch darf die Calcitlösekapazität bei Mischung verschiedener Wässer im Leitungsnetz höchstens werden?
• Max. 10 mg/l.

• ? Sind Grundwässer aus Buntsandsteingebieten hart oder weich?
• Die Wässer aus Buntsandsteingebieten sind sehr weich [Skript, S. 101]

• ? Worauf beruht die Aushärtung von Zement und worauf die Zementkorrosion?
• Die Aushärtung beruht auf der Umwandlung von Ca-Hydroxid (Ca(OH)₂) zu dichtendem CaCO₃ ("Carbonatisierung des Zements"). Zementkorrosion beruht auf dem Herauslösen des CaCO₃ aus dem Zement durch calcitlösendes Wasser.

• ? Wie ist die Ionenstärke definiert?
• Als die Hälfte der Summe aus den Produkten der einzelnen Ionenkonzentrationen c(i) und den Quadraten der zugehörigen Ladungszahlen z(i):
  Ionenstärke = 1/2 * Summe(c(i) * z(i)²)

• ? Zeichne das Verteilungsdiagramm für die drei Kohlensäureformen für T = 25 °C und eine Ionenstärke von 0 mol/l mit den charakteristischen Punkten (c(CO₂) = c(HCO₃^-), c(CO₂) = c(CO₃^2-), c(HCO₃^-) = c(CO₃^2-))!
• Siehe [Skript, S. 103].

• ? Wie lautet die Tillmanns-Gleichung und welche Abhängigkeit stellt sie dar?
• Die Tillmanns-Gleichung lautet: c(CO₂) = K_S,2 / (K_S,1 * L_CaCO3) * c(HCO₃^-)³
  Die Gleichung stellt die Abhängigkeit der CO₂-Konzentration von der HCO₃^--Konzentration in einem sich im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht befindlichen Wasser, bei dem die Ca²⁺-Konzentration etwa der halben Hydrogencarbonat-Konzentration entspricht, dar.

• ? Zeichne das Tillmanns-Diagramm für das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht bei Wässern mit der Eigenschaft c(Ca²⁺) ungefähr gleich 1/2 * c(HCO₃^-), T = 25 °C, Ionenstärke = 0 mol/l!
• Siehe [Skript, S. 105].

• ? Welche Art von Wässern (kalkabscheidend oder kalklösend) repräsentieren die Punkte oberhalb der Tillmannskurve, welche die Punkte unterhalb?
• Die Punkte oberhalb der Tillmannskurve repräsentieren kalklösende Wässer (deren pH-Wert kleiner ist als der Gleichgewichts-pH-Wert) und die Punkte unterhalb der Kurve repräsentieren kalkabscheidende Wässer (deren pH-Wert oberhalb des Gleichgewichts-pH-Wertes liegt).

• ? Je höher die Hydrogencarbonat-Konzentration im Wasser ist, desto ... ist der pH-Wert, der sich im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht einstellt.
• ... niedriger ...

• ? Wie lautet die Gleichung für die chemische Lösung von Kalkstein?
• CaCO₃ + CO₂ + H₂O <--> Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

• ? Wie ist der Sättigungsindex definiert?
• SI = pH_real - pH_{Gleichgewicht} [Skript, S. 105]

• ? Was ist die Aufgabe der Entsäuerung?
• Anhebung des pH-Wertes, bis der Sättigungsindex nahe bei Null liegt. Dazu muss die überschüssige, sog. kalklösende Kohlensäure entfernt (physikalische Entsäuerung) oder neutralisiert (chemische Entsäuerung) werden. [Skript, S. 106]

• ? Was passiert, wenn bei der Entsäuerung zu viel CO₂ ausgeblasen wird?
• Es kommt zur Ausfällung von CaCO₃. [Skript, S. 106]

• ? Wann wird bevorzugt die physikalische Entsäuerung eingesetzt?
• Bei einem großen Unterschied zwischen tatsächlicher CO₂-Konzentration und zu erzielender Gleichgewichts-Konzentration (mehr als 0,2 bis 0,5 mol/m³ Differenz).

• ? Wie lautet die Gleichung der bei der Marmorfiltration zur Entsäuerung ablaufenden Reaktion?
• CO₂ + H₂O + CaCO₃ <--> Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

• ? Welche gesundheitlichen Bedenken gibt es gegenüber niedrigen pH-Werten?
• Keine direkten, jedoch führen niedrige pH-Werte zu einer erhöhten Löslichkeit von Metallen wie Kupfer, Blei. Kupfer steht in Verdacht, frühkindliche Leberzirrhose hervorzurufen.

• ? Welche Verfahren der Entsäuerung unterscheidet man?
• Grundsätzlich unterscheidet man zwischen physikalischer und chemischer Entsäuerung. Physikalische Entsäuerung geschieht durch Gasaustausch (Ausblasen, Strippen), chemische Entsäuerung durch Dosierung alkalischer Stoffe (NaOH, Ca(OH)₂) oder Filtration über alkalische Stoffe (Marmor, Dolomit).

• ? Wieviel mg/l CO₂ können sich in offenen Systemen maximal im Wasser lösen?
• Maximal etwa 0,6 mg/l CO₂.

• ? Welches Problem kann sich bei der Entsäuerung mit Natronlauge ergeben?
• Sehr hohe pH-Werte an der Dosierstelle können zum Ausfallen von CaCO₃ und zur Belagbildung führen.
  Abhilfe: vorherige Verdünnung der Natronlauge.

• ? Die Konzentrationen welcher Stoffe nehmen bei den chemischen Entsäuerungsverfahren zu?
• Die HCO₃^--Konzentration und teilweise auch die Ca²⁺-Konzentration nimmt zu. Bei Dosierung von NaOH steigt die Natrium-Konzentration im Wasser.

• ? Wie hoch ist der Grenzwert für Na⁺ laut Trinkwasserverordnung?
• 200 mg/l [7, Anlage 3: Indikatorparameter, S. 974].

• ? Was ist die Juraperle?
• Ein besonders poröses Filtermaterial bei der chemischen Entsäuerung mit alkalischen Materialien [Skript, S. 108].

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