Der Kern der Kalkenthärtung besteht darin, die Wasserhärte durch Zugabe von Kalk zu reduzieren, der chemisch mit der vorübergehenden und dauerhaften Härte des Wassers reagiert und unlösliche Calciumcarbonat- und Magnesiumhydroxid-Niederschläge bildet.
Grundlage für die Abschätzung sind die wichtigsten chemischen Reaktionen:
1. Entfernung der Karbonathärte (Reaktion mit CO₂ und Ca(HCO₃)₂):
CO₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃↓ + H₂O
Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + 2H₂O
2. Entfernung der Magnesiumhärte (Reaktion mit Mg(HCO₃)₂ und Mg²⁺):
Mg(HCO₃)₂ + 2Ca(OH)₂ → 2CaCO₃↓ + Mg(OH)₂↓ + 2H₂O
Mg²⁺ + Ca(OH)₂ → Mg(OH)₂↓ + Ca²⁺ (Diese Reaktion führt eine äquimolare Menge an Calciumionen ein)
3. Übermäßige Zugabe: Zusätzlicher Kalk ist erforderlich, um OH⁻ bereitzustellen, das mit HCO₃⁻ unter Bildung von CO₃²⁻ reagiert, und um den pH-Wert über 10,3 zu halten, um eine vollständige Ausfällung von Mg(OH)₂ sicherzustellen.
Unter Berücksichtigung der Gesamthärte (TH), der Calciumhärte (Ca-H), der Magnesiumhärte (Mg-H) und der Gesamtbasizität (TA) lässt sich die zuzugebende Kalkmenge (basierend auf 100 % reinem CaO) in folgende Teile aufteilen:
1. Zur Neutralisierung von freiem CO₂ (L₁) erforderlicher Kalk:
Stöchiometrisches Verhältnis: 1 Mol CO₂ : 1 Mol CaO
L₁=[CO₂] (Einheiten sind konsistent; wenn alle als CaCO₃ mg/L ausgedrückt werden, sind die Werte gleich.)
2. Zur Entfernung der Karbonathärte (L₂) erforderlicher Kalk:
In diesem Teil geht es um die der Basizität entsprechende Härte. Stöchiometrisches Verhältnis: 2 Mol HCO₃⁻ (dh 1 Mol Ca(HCO₃)₂) : 1 Mol CaO
L₂=[TA] (Da beide als CaCO₃ berechnet werden, ist die Molmasse nach der Umrechnung numerisch gleich.)
Kalk-Natriumkarbonat-Enthärter-Aktivkohle-Dosiergerät* - Umweltschutz online
3. Erforderliche Kalkmenge (L₃), um die Magnesiumhärte zu entfernen:
Für die Magnesiumfällung werden zwei Teile OH⁻ benötigt und eine äquivalente Menge an Calciumionen gelangt nach der Reaktion ins Wasser. Stöchiometrisches Verhältnis: 1 Mol Mg²⁺ : 2 Mol CaO
L₃=2 × [Mg - H] (Unter der Annahme von CaCO₃ beträgt der Massenverhältniskoeffizient (56/100) × 2 ≈ 1,12, wird jedoch häufiger direkt unter Verwendung molarer Beziehungen berechnet, d Magnesiumhärte.
4. Überschusskalkdosierung (L₄):
Um eine vollständige Reaktion, insbesondere die Magnesiumfällung, zu gewährleisten, ist es in der Regel notwendig, einen pH-Wert von 10–11 einzuhalten, was die Zugabe von überschüssigem Kalk erfordert. Der Überschusswert wird normalerweise empirisch auf etwa 25–50 mg/L (als CaCO₃) geschätzt. Für eine weitergehende Erweichung kann der Überschusswert größer sein.
5. Theoretische Kalkdosierung (bezogen auf 100 %) (bezogen auf CaO):
L_theoretisch=L₁ + L₂ + L₃ + L₄=[CO₂] + [TA] + 2 × [Mg-H zu entfernen] + Überschusswert
Handelsüblicher Kalk (Branntkalk oder Löschkalk) ist nicht 100 % rein. Tatsächliche Dosierung (kg/m³ oder g/L)=L_theoretisch / Reinheit von kommerziellem Kalk (%)
Wenn beispielsweise L_theoretisch 200 mg/L CaO beträgt und handelsüblicher Branntkalk mit 85 % Reinheit verwendet wird, dann beträgt die tatsächliche Dosierung=200/0,85 ≈ 235 mg/L.