Calciumcarbonat (CaCO₃) ist ein weit verbreitetes anorganisches Salz, das natürlicherweise in Form von Kalkstein, Marmor oder Kreide vorkommt. In der industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung spielt Calciumcarbonat eine zentrale Rolle, sowohl als chemischer Bestandteil des Wassers als auch in Bezug auf die Ablagerungsproblematik (Scaling) und die Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht in Wasserkreisläufen.
Inhaltsverzeichnis
Technische Hintergründe
In Wasser löst sich Calciumcarbonat teilweise in Form von Calcium-Ionen (Ca²⁺) und Carbonat-Ionen (CO₃²⁻). Die Löslichkeit von Calciumcarbonat hängt stark vom pH-Wert, der Temperatur und der Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) im Wasser ab.
Hartes Wasser enthält in der Regel hohe Konzentrationen von Calcium- und Magnesiumionen, wobei Calciumcarbonat die Hauptursache für die Wasserhärte darstellt. Bei einem hohen Calciumcarbonatgehalt kann es zu Ablagerungen in Rohrleitungen, Wärmetauschern und Membranen kommen, was den Wärmeübergang verschlechtert und die Effizienz der Anlagen reduziert.
Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht beschreibt das Verhältnis von Calciumcarbonat und gelöstem Kohlendioxid im Wasser. Dieses Gleichgewicht ist für die Korrosions- und Ablagerungseigenschaften des Wassers entscheidend. Wasser, das im Gleichgewicht ist, neigt weder zu Kalkablagerungen noch zu Korrosion.
Calciumcarbonat in der industriellen Wasseraufbereitung
Vermeidung von Ablagerungen (Scaling): In Systemen wie Kühlwasserkreisläufen, Kesseln und Umkehrosmoseanlagen kann die Ausfällung von Calciumcarbonat zu erheblichen Betriebsproblemen führen. Diese Ablagerungen, auch als Kesselstein oder Scaling bekannt, bilden feste Schichten auf Oberflächen, die den Wärmeübergang behindern und die Effizienz des Systems drastisch verringern. Um dies zu verhindern, werden Antiscalants und Härtestabilisatoren eingesetzt, die die Kristallisation von Calciumcarbonat hemmen oder verlangsamen.
Wasserenthärtung: In der Enthärtung von Wasser wird Calciumcarbonat durch chemische Fällung oder Ionenaustausch entfernt. Bei der chemischen Enthärtung wird Calciumhydroxid oder Soda hinzugefügt, um das Calciumcarbonat auszufällen. Beim Ionenaustauschverfahren werden Calciumionen durch Natriumionen ersetzt, wodurch die Wasserhärte reduziert wird.
Foto: Enthärtungsanlage für kleine Wasserströme (ALMA ION)
Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht und Calciumcarbonat-Sättigung
Das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht beschreibt die chemische Balance zwischen gelöstem Calciumcarbonat und Kohlensäure (H₂CO₃) im Wasser. Diese Balance entscheidet, ob das Wasser aggressiv (korrosiv), skalierend (Ablagerungen bildend) oder im chemischen Gleichgewicht ist.
Aggressives Wasser: Wenn im Wasser zu wenig Calciumcarbonat enthalten ist, kann das Wasser korrosiv wirken und Metalloberflächen angreifen. Dies tritt typischerweise bei weichem Wasser auf, das wenig Kalzium und Carbonat enthält.
Übersättigtes Wasser: Ein zu hoher Calciumcarbonatgehalt führt zur Ausfällung von Calciumcarbonat, was zu Kalkablagerungen in Rohren und Anlagen führt. Dieser Zustand wird auch als Scaling bezeichnet.
Gleichgewichtszustand: In einem ausgeglichenen Zustand besteht eine Balance zwischen gelöstem Kohlendioxid und Calciumcarbonat. In diesem Zustand neigt das Wasser weder zu Korrosion noch zu Ablagerungen.
Härtestabilisatoren und Antiscalants von ALMAWATECH
Die ALMA AQUA -Produktreihe von ALMAWATECH umfasst Chemikalien, die auf die pH-Stabilisierung, Härtestabilisierung und Fällung von Calciumcarbonat abzielen. Diese Produkte werden gezielt eingesetzt, um Probleme wie Scaling zu verhindern und die Wasserqualität in verschiedenen industriellen Prozessen zu optimieren.
Härtestabilisatoren und Antiscalants aus der ALMA AQUA-Produktlinie verhindern die Bildung von Calciumcarbonatablagerungen in Kühlwasser- und Umkehrosmoseanlagen. Sie hemmen die Kristallisation von Calciumcarbonat und tragen somit zur langfristigen Effizienz der Systeme bei.
Foto: Härtestabilisatoren, Dispergatoren und Antiscalante der Produktreihe ALMA AQUA
Herausforderungen bei Wässern mit einer hohen Calciumcarbonatkonzentration
Scaling: Eine der größten Herausforderungen bei der Verwendung von Calciumcarbonat ist das Risiko von Scaling, insbesondere in hochentwickelten Membrananlagen wie der Umkehrosmose. Ohne den Einsatz von geeigneten Antiscalants kann es zu schweren Ablagerungen kommen, die die Leistungsfähigkeit der Membranen drastisch reduzieren.
Korrosion bei falscher Dosierung: Ein Ungleichgewicht im Kalk-Kohlensäure-System kann zu Korrosionsproblemen führen, wenn das Wasser entweder zu wenig oder zu viel Calciumcarbonat enthält.
Fazit
Calciumcarbonat ist ein zentraler Faktor in der industriellen Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung, insbesondere in Bezug auf Wasserhärte, Korrosion, Ablagerungen und Scaling. Hohe Calciumcarbonatkonzentrationen im Wasser führen zu Ablagerungen, die den Wärmeaustausch und die Effizienz von Anlagen beeinträchtigen. Gleichzeitig kann ein Ungleichgewicht im Kalk-Kohlensäure-System entweder zu Scaling oder zu Korrosion führen. Daher ist es entscheidend, das Calciumcarbonat-Verhalten im Wasserkreislauf zu kontrollieren, um Ablagerungen zu minimieren und die Lebensdauer der Anlagen zu verlängern. Mit den geeigneten Härtestabilisatoren und Antiscalants, wie sie in der ALMA AQUA-Produktreihe angeboten werden, können diese Probleme effektiv gelöst und der Anlagenbetrieb optimiert werden.
