Grundlagen der Wasseranalyse: Härte, Verschmutzung & Probenahme

Wasserhärte und ihre Arten

Hartes Wasser ist Wasser, das erhebliche Mengen an gelösten Calcium- und Magnesiumverbindungen enthält. Diese Ionen bilden mit Seife schwerlösliche Verbindungen. Um das Wasser zu enthärten, können Ionenaustauscher eingesetzt werden.

Temporäre Härte

Die temporäre Härte, auch Karbonathärte genannt, wird durch gelöste Calcium- und Magnesiumbikarbonate verursacht. Durch Erhitzen des Wassers fallen diese als unlösliche Karbonate aus und können entfernt werden.

Chemische Reaktion: Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃↓ + CO₂↑ + H₂O

Permanente Härte

Die permanente Härte wird durch die übrigen Calcium- und Magnesiumsalze (z. B. Sulfate, Chloride) verursacht. Sie wird als „permanent“ bezeichnet, weil sie nicht durch einfaches Erhitzen entfernt werden kann. Zur Beseitigung ist die Zugabe einer Chemikalie erforderlich.

Chemische Reaktion: CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2 NaCl

Thermische Umweltverschmutzung durch Wärme

Wärme wird im Allgemeinen nicht als direkter Schadstoff betrachtet, hat aber erhebliche Auswirkungen auf Gewässer. Die Hauptquelle ist die Industrie, die Wasser als Kühlmittel verwendet und es anschließend erwärmt in die Umwelt zurückleitet.

Auswirkungen der Wärmebelastung:

• Abnahme von gelöstem Sauerstoff: Warmes Wasser kann weniger Sauerstoff binden, was für Wasserlebewesen kritisch ist.
• Beschleunigung chemischer Reaktionen: Eine Temperaturerhöhung um 10 °C kann die Reaktionsgeschwindigkeit verdoppeln.
• Störung des biologischen Gleichgewichts: Das Leben im Wasser ist an bestimmte Temperaturbereiche angepasst. Werden thermische Grenzwerte überschritten, kann dies letale Folgen haben.

Als Gegenmaßnahme muss die Industrie das Wasser vor der Einleitung abkühlen oder es für Prozesse wiederverwenden, die warmes Wasser benötigen.

Zusammensetzung und Wirkung von Reinigungsmitteln

Reinigungsmittel (Detergenzien) bestehen aus Tensiden, Strukturierern (Buildern) und weiteren Zusatzstoffen.

Hauptkomponenten von Waschmitteln

• Tenside: Ihre Hauptaufgabe ist es, die Oberflächenspannung des Wassers zu senken, damit es besser in das Gewebe eindringen kann. Tensidmoleküle sind bipolar: Ein Teil löst sich in Wasser, der andere (organische) Teil bindet den Schmutz. Ein häufig verwendetes Tensid ist Natriumdodecylbenzolsulfonat.
• Strukturierer (Enthärter): Ihre Aufgabe ist es, die Calcium- und Magnesiumionen zu binden und so das Wasser zu enthärten. Sie sorgen zudem für einen basischen pH-Wert, was den Waschvorgang begünstigt. Früher wurde oft Natriumtripolyphosphat (P₃O₁₀Na₅) verwendet.
• Weitere Zusatzstoffe: Dazu gehören optische Aufheller, die UV-Licht absorbieren und als bläulich-weißes Licht wieder abgeben, sowie Vergrauungsinhibitoren, die verhindern, dass sich der im Wasser gelöste Schmutz wieder auf dem Gewebe absetzt.

Umweltprobleme durch Waschmittel

Früher waren viele Tenside nicht biologisch abbaubar. Heute werden lineare statt stark verzweigte Molekülketten verwendet, die besser abgebaut werden können. Ein weiterhin bestehendes Problem ist die Eutrophierung von Gewässern durch die Nährstoffe Stickstoff (N) und Phosphor (P) aus den Waschmitteln. Daher wird nach phosphorbasierten Strukturierern gesucht oder es werden Tenside eingesetzt, die keine Builder benötigen.

Arten von Proben und Probenahmeverfahren

Probenarten

• Einzelprobe: Eine Probe, die an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit entnommen wird.
• Mischprobe (Kompositprobe): Eine Probe, die aus mehreren Einzelproben zusammengesetzt ist. Man unterscheidet:
  • Zeitintegrierte Proben: Entnahme am selben Ort, aber zu unterschiedlichen Zeiten.
  • Ortsintegrierte Proben: Entnahme zur selben Zeit, aber an unterschiedlichen Orten.

Probenahmeverfahren

• Einfache Zufallsstichprobe: Jede Probe wird unabhängig von den anderen an einem zufälligen Ort oder zu einer zufälligen Zeit entnommen.
• Geschichtete Stichprobe: Das Untersuchungsgebiet wird in Abschnitte (Schichten) unterteilt, und aus jeder Schicht wird eine einfache Zufallsstichprobe entnommen.
• Systematische Probenahme: Die Proben werden in einem festen zeitlichen oder räumlichen Intervall entnommen.
• Geschichtete systematische Probenahme: Eine Kombination der beiden vorhergehenden Methoden.