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- Eine variable Rohwasserhärte muss bei der manuellen Einstellung einer Enthärtungsanlage beachtet werden. Wird dabei der maximale Härtegrad eingestellt, erhöhen sich die Betriebskosten.
- Die Gesamthärte eines Rohwassers kann nicht über seine Leitfähigkeit und eine werkseitig voreingestellte Kalibrierkennlinie berechnet werden.
- Wird vor Ort eine Kalibrierkurve auf Basis der Wasseranalyse eingestellt, kann über die Messung der Leitfähigkeit eine automatische Anpassung an variable Rohwasserhärten erfolgen.
Der ordnungsgemäße Betrieb einer Enthärtungsanlage hängt unter anderem davon ab, dass die Rohwasserhärte korrekt bestimmt wird. Üblicherweise wird bei der Inbetriebnahme einer Enthärtungsanlage vor Ort durch den Fachhandwerker die Härte des zu behandelnden Wassers mit einem Härtemessbesteck bestimmt. Die elektronische Steuerung der Enthärtungsanlage gewährleistet dann einen minimalen Salzverbrauch und ein minimales Abwasservolumen.
Wie wichtig die korrekte Einstellung der Enthärtungsanlage auf die örtlichen Gegebenheiten ist, verdeutlicht ein Rechenbeispiel: Bei einer Rohwasserhärte von 14 °dH, einer Weichwasserhärte 5 °dH sowie einem Wasserverbrauch von 150 m3/a ergeben sich bei einer Enthärtungsanlage auf dem aktuellen technischen Stand etwa Verbrauchskosten von 14 Euro/a für Salz und 14 Euro/a für Abwasser. Würde die Enthärtungsanlage anstelle der tatsächlich vorliegenden Rohwasserhärte von 14 °dH beispielsweise auf 23 °dH falsch eingestellt, würden sich die Verbrauchskosten bereits verdoppeln.
Rohwasserhärte kann schwanken
Üblicherweise liefert das Trinkwassernetz eine annähernd konstante Wasserqualität und damit auch eine gleichbleibende Rohwasserhärte. Vereinzelt kommt es aber vor, dass Wasserversorger in Abhängigkeit der Wasserentnahme der Verbraucher zusätzliche Brunnen in das Wassernetz dazuschalten, die eine deutlich niedrigere oder deutlich höhere Härte als die anderen Brunnen liefern. So kann dann beim Endverbraucher die Rohwasserhärte variieren.
Obwohl diese Schwankungen in Deutschland nur bei ca. 2 bis 3 % der Wasserversorger auftreten, stellt sich bei Enthärtungsanlagen dann die Frage der Programmierung der Rohwasserhärte in der elektronischen Steuerung. Bisher wurde das Problem dadurch umgangen, dass die Fachhandwerker den maximal möglichen Härtegrad eingestellt haben, damit die Anlage nicht überfahren wird. Der sich dadurch ergebende Nachteil, dass der Salzverbrauch und das Abwasservolumen durch eine oft zu früh eingeleitete Regeneration überhöht sind, wurde zugunsten der sicheren Fahrweise vernachlässigt.
Überwachung der Rohwasserhärte
Seit Langem gibt es Ansätze, die Rohwasserhärte in einer Enthärtungsanlage zu überwachen und den Anlagenbetrieb bei Veränderungen sofort anzupassen, um so den Salzverbrauch und das Abwasservolumen zu minimieren. Es gibt dazu diverse Messmethoden, beispielsweise Calcium-sensitive Sensoren und Titration über Reagenzien. Alle diese Messmethoden besitzen den Nachteil, dass sie sehr teuer und deshalb bei kleinen Enthärtungsanlagen für Ein- und Zweifamilienhäuser aus wirtschaftlichen Gründen nicht einsetzbar sind.
Viele Hersteller im Bereich der Wasseraufbereitung experimentieren daher mit alternativen Messmethoden, bei denen die eingesetzten Sensoren in einem wirtschaftlich vertretbaren Bereich liegen. Der Hauptfokus liegt dabei auf einer Leitfähigkeitsmessung, da es sich dabei um ein bekanntes, bewährtes und kostengünstiges Messsystem handelt.
Auf der Basis von über 700 Wasseranalysen von Grünbeck Wasseraufbereitung, bei denen die Wasserproben von öffentlichen Wasserversorgungsunternehmen entnommen wurden, wird in Abb.: 1 der Zusammenhang zwischen Leitfähigkeit und Gesamthärte dargestellt. Jeder Punkt repräsentiert eine Wasseranalyse. In dem Diagramm kann man gut den Trend erkennen, dass bei größerer Leitfähigkeit auch die Gesamthärte zunimmt. Die Daten streuen aber so stark, dass kein verlässlicher Zusammenhang für ein Rückrechnen der Gesamthärte aus der Leitfähigkeit über eine pauschale Kalibrierkennlinie (z.B. Linie FJ in Abb.: 1) abgeleitet werden kann. Durch die gestrichelte Linie sind exemplarisch zwei Wasseranalysen hervorgehoben. Bei beiden Wasserproben beträgt die Leitfähigkeit ca. 730 µS/cm. Aufgrund sehr unterschiedlicher Wasserzusammensetzungen beträgt bei der einen Wasseranalyse die Gesamthärte nur ca. 9 °dH (Landkreis Holzminden), wohingegen bei der anderen Wasseranalyse die Gesamthärte bei ca. 25 °dH (Landkreis Mühldorf am Inn) liegt.
Der Betrieb einer Enthärtungsanlage, bei der die Rohwasserhärte über eine Leitfähigkeitsmessung und die werkseitig voreingestellte Kalibrierkennlinie FJ vorgegeben wird, würde bei dem Rohwasser mit 9 °dH einem um 140 % erhöhten Salz- und Abwasserverbrauch bedeuten. Bei dem Rohwasser mit 25 °dH würde die gleiche Einstellung die Regeneration zum optimalen Zeitpunkt einleiten. Die extremen Differenzen der Wasserhärte bei gleicher Leitfähigkeit resultieren aus wasserchemischen Eigenschaften:
- Die Gesamthärte des Wassers bestimmt die Konzentration der im Wasser gelösten Ionen der Erdalkalimetalle, vorrangig Calcium- und Magnesiumionen.
- Die Leitfähigkeit eines Wassers beruht auf der Wanderung der enthaltenen Ionen im elektrischen Feld. Dabei besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Leitfähigkeit und der Konzentration aller gelösten Ionen. Diese entspricht dem Gesamtsalzgehalt des Wassers.
Die Region Unterfranken ist beispielsweise für einen sehr hohen Sulfatgehalt im Wasser bekannt. Der Gesamtsalzgehalt und somit die Leitfähigkeit im Wasser ist relativ hoch. Aufgrund eines normalen Calcium- und Magnesiumsanteils bewegt sich die Gesamthärte aber im üblichen Bereich.
Manuelle Kalibrierung vor Ort
Wenn durch die unterschiedliche Wasserzusammensetzung kein fester Zusammenhang zwischen Leitfähigkeit und Gesamthärte hergestellt werden kann, erscheint deshalb eine Leitfähigkeitsmessung zur Überwachung der Rohwasserhärte über werkseitige Kalibrierkennlinien völlig ungeeignet zu sein. Analysiert man jedoch die Vor-Ort-Situation beim Kunden genauer, gibt es doch eine Möglichkeit zur Überwachung der Rohwasserhärte über eine Leitfähigkeitsmessung innerhalb der Enthärtungsanlage: Indem die Anlage bei der Inbetriebnahme auf die vor Ort gegebenen Wasserverhältnisse kalibriert wird. Dafür bietet der ab Herbst 2010 lieferbare Weichwassermeister GSXplus von Grünbeck Abb.: 2 zwei Möglichkeiten:
Bei der Ein-Punkt-Kalibrierung erfasst das Gerät die Leitfähigkeit des Rohwassers. Bei der Inbetriebnahme muss – wie bei jeder anderen Enthärtungsanlage auch – die Gesamthärte mittels eines mitgelieferten Härtemessbestecks bestimmt und dieser Wert in die elektronische Steuerung eingeben werden. Die Anlage erstellt dann automatisch eine Kalibrierkennlinie durch diesen Punkt (in Abb.: 1 als F1P dargestellt). Kommt es durch das Zuschalten eines Brunnens mit geringerer Gesamthärte zu Schwankungen in der Rohwasserhärte, erkennt die Anlage dies anhand der kontinuierlich gemessenen Leitfähigkeit.
Bei der Zwei-Punkt-Kalibrierung besteht die Möglichkeit, Leitfähigkeit und Gesamthärte der unterschiedlichen Brunnen anhand vom Wasserversorger zur Verfügung gestellten Wasseranalysen in das Gerät einzuprogrammieren. Der Aufwand dazu ist nur geringfügig größer als bei der Ein-Punkt-Kalibrierung, die Genauigkeit der Kalibrierkennlinie (in Abb.: 1]# als F2P dargestellt) wird aber noch höher.
Bei beiden Einstellungs-Varianten wird beim Weichwassermeister GSXplus mithilfe einer elektronisch geregelten Verschneideeinrichtung Abb.: 2 die gewünschte Verschnitthärte permanent auf der Basis der verlässlichen Kalibrierung eingeregelt. Dies geschieht durch eine kontinuierliche Messung der Durchflussmengen von Roh- und Weichwasser, die immer einem von Roh- und Weichwasserhärte bestimmten Verhältniswert folgen.
Grünbeck setzt mit dieser Justierung der Enthärtungsanlage auf die Wasserzusammensetzung vor Ort auf das Know-how des geschulten Fachhandwerkers bei der Inbetriebnahme. Die Inbetriebnahme ist als letztes Glied der Qualitätskette von großer Bedeutung, da in diesem Arbeitsschritt die ordnungsgemäße Funktion der Anlage sichergestellt wird. Dies gilt jedoch unabhängig von der Ausführung der Enthärtungsanlage.
Mehr Infos zum Thema im TGAdossier Wasserenthärtung: Auf https://www.tga-fachplaner.de/ einfach Webcode 1010 eingeben.
Dr.-Ing. Günter Stoll
ist Geschäftsführer von Grünbeck Wasseraufbereitung, Höchstädt, Telefon (0 90 74) 4 10, info@gruenbeck.de, https://www.gruenbeck.de/
Dipl.-Ing. Markus Pöpperl ist Abteilungsleiter Konstruktion Serie bei Grünbeck Wasseraufbereitung, Höchstädt, Telefon (0 90 74) 4 10, info@gruenbeck.de, https://www.gruenbeck.de/
