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Anwendungen

Die Alkalinität bei der Wasseraufbereitung

Veröffentlicht von Sabrina Mesters-Wöll am 25.01.2022 14:17:51

water-2057924_1920Die Alkalinität, auch (veraltet) „Karbonathärte“ genannt, unterscheidet sich vom pH-Wert. Während der pH-Wert die Wasserstoffionenaktivität anzeigt, und damit angibt, ob ein Medium sauer oder basisch ist, besagt die Alkalinität, wie viel Säure ein Medium (Boden, Gestein, natürliches Wasser) aufnehmen und „binden“ kann, ohne dass sich der pH-Wert ändert. Demnach gilt die Alkalinität als ein Maß für die „Pufferkapazität“ einer wässrigen Lösung.

Hydroxid-(OH-)-Ionen, Bicarbonat-(HCO-)-Ionen und Carbonat-(CO32-)-Ionen tragen alle zur Wasseralkalinität bei. Die korrekte SI-Einheit für die Alkalinität ist mmol/L Ca2+. 1 mmol/L Ca2+ entspricht 100 ppm Calciumcarbonat (CaCO3). Sie wird jedoch immer noch häufig in „deutschen Härtegraden“, °dH angegeben (1 °dH = 0,178 mmol/L CaCO3).

Trinkwasser

Wenn Sie sich einen Wasserwertebericht für Ihre Stadt ansehen, werden Sie den Begriff „Alkalinität“ in der Regel nicht unter den gelisteten Parametern finden. In diesen Berichten wird die Alkalinität meist als „Karbonathärte“ gelistet und in °dH angegeben (1 °dH = 0,178 mmol/L CaCO3).
Bei der Trinkwassererzeugung kann die Alkalinität die Art und Weise beeinflussen, wie das Wasser während des gesamten Wasseraufbereitungsprozesses behandelt werden muss. Sie wird in der Regel in Quell- und Verteilungswasser gemessen, wird aber auch insbesondere während des Ausflockungsprozesses (s. u.) überwacht.

Die nachstehende Tabelle listet verschiedene Alkalinitäten und ihre Auswirkungen auf Trinkwassersysteme auf.

Alkalinität

°dH

Effekt

Niedrig:
0 bis 1 mmol/L CaCO3 
(0 – 100 ppm)

0 – 5,6

Korrosives Wasser (bei einem pH-Wert < 7)

Mittel:
0 bis 2 mmol/L CacO3
(100 – 200 ppm)

5,6 – 11, 2

Ideale Trinkwasserwerte

Hoch:
> 2 mmol/L CaCO3
(> 200 ppm)

> 11,2

Ablagerungen in Leitungen

Ausflockungsprozess

Verfügt das Wasser über eine ausreichend hohe Alkalinität, werden pH-Schwankungen abgepuffert. Während der Trinkwasseraufbereitung ist dies vor allem während des sogenannten Ausflockungsprozesses wichtig. Hierbei werden dem Wasser Chemikalien, sogenannte Koagulanzien, zugegeben, die Huminsäuren und andere gelöste Stoffe ausfällen und zur Flockung bringen sollen. Diese Chemikalien können den pH-Wert absenken, was sich wiederum signifikant auf den Verbrauch der Koagulanzien auswirkt. Sinkt der pH-Wert zu weit ab, muss er zudem vor den weiteren Prozessschritten entsprechend angepasst werden, was Zeit, Ressourcen und Kosten bedeutet.

Eine ausreichende Alkalinität kann die pH-Wert-Absenkung abpuffern. Im Idealfall sollte die Alkalinität während der Ausflockungsphase mindestens 1,1 mmol/L (6 °dH) betragen. Durch die Kontrolle der Alkalinität kann die Koagulanziendosierung entsprechend eingestellt werden.

Abwasser

Wie im Trinkwasser ist die Alkalinität auch im Abwasser ein Indikatklaeranlage_luftaufnahmeor dafür, wie anfällig das Wasser für pH-Änderungen ist. Sie kann auch Rückschlüsse auf den pH-Wert und die Härte des Wassers geben.

Alkalinität und flüchtige Säure im Faulschlamm

Der Begriff flüchtige Säure bezieht sich auf die flüchtigen Fettsäuren im Abwasser. Der Gehalt an flüchtigen Säuren ist ein Indikator für eine biologische Aktivität im Sinne einer anaeroben Gärung. Diese erfolgt im Faulschlamm.
Die Alkalinität muss zusammen mit der flüchtigen Säure überwacht werden. Damit Feststoffe aufgeschlossen werden können, muss das Verhältnis von flüchtiger Säure zu Alkalinität unter 0,25 liegen. Wenn dieses Verhältnis nicht eingehalten wird, wird die Gärung gehemmt und langsam oder nicht vollständig durchgeführt. Der typische Wert für flüchtige Säure in einem Faulschlammbehälter liegt zwischen 50 - 300 mg/L (Essigsäure). Die Alkalinität beträgt normalerweise 2500 - 3500 mg/L CaCO3.

Belebungsbecken

Die Alkalinität wird ebenfalls in der Belebungsphase des biologischen Abwasserbehandlungsprozesses überwacht, um die korrekte Nitrifikation (s. u.) sicherzustellen. Nitrifikationsprozesse senken die Alkalinität, während die Denitrifikation die Alkalinität erhöht. Bei der Nitrifikation entsteht zudem Salpetersäure, die unbedingt durch eine ausreichende Alkalinität abgepuffert werden muss. Anderenfalls können die Mikroorganismen im Belebtschlamm inaktiviert oder sogar geschädigt werden oder es können korrosive Schäden an der Anlage auftreten. Die Alkalinität kann durch Optimierung der Nitrifikations-/Denitrifikationsprozesse und die Zugabe von alkalischen Hilfsstoffen bei einem optimalen Wert gehalten werden.

Nitrifikation ist die Umwandlung von Ammoniak im Abwasser über Nitrit in Nitrat. Die Nitrifikation erfordert einen pH-Wert von 6,5 - 8,5. Bei Alkalinitätswerten unter 0,5 mmol/L können große pH-Schwankungen auftreten, die den Nitrifikationsprozess verlangsamen. Der Nitrifikationsprozess verbraucht pro mg abgebautem Ammoniakstickstoff 0,14 mmol Alkalinität. Daher ist es sehr wichtig, während der Belebungsphase sowohl den Ammoniakstickstoffgehalt als auch die Alkalinität regelmäßig zu messen.

Entfernung von Phosphat

Bevor das Abwasser wieder in den Wasserkreislauf gelangt, muss eventuell vorhandenes Phosphat entfernt werden. Hierzu wird oftmals Kalk verwendet. Für eine effektive Wirkung muss dem Abwasser Kalk in 1,4- bis 1,6-facher Menge seiner Gesamtalkalität zugesetzt werden. Das zugegebene Calcium reagiert mit den alkalischen Komponenten des Wassers, es entsteht Calciumkarbonat. Der pH-Wert erhöht sich und es kommt zu einem Calciumüberschuss. Calcium reagiert mit dem Phosphat im Abwasser und bildet einen Niederschlag, welcher durch Filtration entfernt werden kann.

Flotation, Fällung und Flockung bei der chemischen Abwasserbehandlung

Der richtige Alkalinitätswert sorgt dafür, dass bei Fällungs- und Flockungsprozessen bei der chemischen Wasseraufbereitung der pH-Wert nicht zu stark absinkt. Bei zu geringer Alkalinität würden die zugesetzten Chemikalien den pH-Wert zu stark senken, und es erfolgt keine ausreichende Klärung.

Abwassereinleitung

Bei der Einleitung von Abwässern in natürliche Gewässer ist es wichtig, dass die wasserchemischen Parameter des Abwassers an das aufnehmende Gewässer angepasst werden. Dies mindert Säureschocks und große pH-Schwankungen. Das Abwasser sollte in der Regel eine Alkalinität von mindestens 50 mg/L aufweisen.

Alkalinitätsmessung im Labor

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Haben Sie noch Fragen? Kontaktieren Sie uns, unsere Mitarbeiter beraten Sie gern.

Themen: Titration, Wasser, Wasserhärte, Abwasser

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