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Vollentsalzer-Berechnung

Inhaltsverzeichnis

1. Zusammenfassung

Beim Studium von Angeboten über Vollentsalzer fiel mir auf, daß je nach Hersteller verschieden große Harzmengen für die gleiche Leistung vorgesehen waren. Dieses konnte ich mir nicht erklären, da alle Hersteller die absolut gleichen Harze verwenden. Auf der Basis der Wasserwerte (protokolliert durch die Wasserwerke) habe ich dann einen Vollentsalzer selbst durchgerechnet und diesen mit den Angeboten verglichen. Als Ergebnis kam heraus, daß nicht alle Hersteller (von 3 getesteten) sich an eine exakte Berechnung halten.

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2. Vorbemerkung

Es hat sich in der Aquaristik eingebürgert, die Kapazität eines Vollentsalzer (VE) in Härtelitern (HL) zu definieren. Beispiel: Ein VE von 9000 HL kann bei einer Wasserhärte von 18° Gesamthärte 9000/18 = 500 l Rohwasser entsalzen, bis seine Kapazität erschöpft ist und er regeneriert werden muß. Diese Kalkulation mag, da sie schnell durchgeführt werden kann, in der Regel auch genügen. Wenn man sich nun einen VE kaufen will und einen technischen Vergleich verschiedener Anbieter vornimmt, stellt man mit Verwunderung fest, daß z.B. der Bieter X 9000 HL mit 2 Liter Harz schafft, Bieter Y hingegen für die gleiche Kapazität 3 Liter Harz benötigt. Warum dieser Unterschied? Da der Preis eines VEs im wesentlichen durch die Harzmenge bestimmt wird, unterscheiden sich Bieter X und Y logischerweise auch in den Kosten - bei gleicher Kapazität, wohlgemerkt! Dieses "Unverständnis" hat mich veranlaßt, einen VE mal nachzurechnen.

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3. Ionen, die für eine Auslegung bestimmend sind

Zur Auslegung eines VEs werden, und das genügt meistens, die vorhandenen Kationen im Wasser betrachtet. Es wird also nur eine Säule, die Kationensäule berechnet. Da es im Prinzip genau so viele Kationen wie Anionen in einem Wasser (ich spreche vom Trinkwasser) gibt, gilt die Auslegung sinngemäß auch für die Anionensäule. (Es wird daher weiterhin nur von der Kationensäule gesprochen). Die Wasserhärte wird im wesentlichen durch die Ionen der Alkalielemente Natrium (Na) und Kalium (K) sowie die der Erdalkalielemente Magnesium (Mg) und Calcium (Ca) bestimmt. Daneben gibt es auch noch andere Kationen, die liegen aber meistens in so kleinen Konzentrationen vor, daß sie vernachlässigt werden können. Um Wasser zu enthärten, müssen diese Ionen durch Wasserstoff - Ionen ausgetauscht werden. Chemisch gesehen sind Na und K einwertig (eine Ladung, mit + gekennzeichnet) und Mg und Ca zweiwertig (zwei Ladungen, mit++ gekennzeichnet). Wenn also in der Kationensäule Na+ und K+ gegen Wasserstoff H+ getauscht werden, dann im Verhältnis 1:1, jeweils ein Na+ (K+) - Ion gegen ein H+ - Ion. Werden dagegen Mg++ und Ca++ getauscht, dann geschieht das im Verhältnis 1:2, jeweils ein Mg++ (Ca++) - Ion gegen zwei H+ - Ionen . (Das ganze ist durch das Gesetz der chemischen "Äquivalenzen" beschrieben, das im Prinzip besagt, daß Stoffe nur mit ihren "äquivalenten" Mengen miteinander reagieren oder Verbindungen eingehen).

Man sieht hieraus, daß ein Tauscher, hätte er nur Na+ und K+ zu tauschen, eine doppelte Kapazität gegenüber einem Tausch von nur Mg++ bzw. Ca++ hat. Um diese Tatsache quantitativ zu berücksichtigen, bedient man sich der Äquivalentgewichte, ausgedrückt in val oder eq. Das Äquivalentgewicht eines Stoffes wird als "Molgewicht/Wertigkeit" definiert..

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4. Beispielrechnung für den Kationentauscher

Zunächst müssen die Äquivalentgewichte bestimmt werden.

Für das 1-wertige Na+ - Ion sieht die Rechnung so aus:
Molgew. Na = 23 g/mol, Wertigkeit = 1 eq/mol
Äquivalentgewicht = 23 g/mol dividiert durch 1 eq/mol = 23 g/eq.

Für das 2-wertige Mg++ - Ion gilt sinngemäß:
Molgew. Mg = 24,3 g/mol, Wertigkeit = 2 eq/mol
Äquivalentgewicht = 24,3 g/mol dividiert durch 2 eq/mol = 12,15 g/eq

Zum Harz.
Die Kapazität eines Harzes wird in "eq pro Liter Harz" angegeben. Lewatit S 100 G1 (Kationen-Harz) hat eine Totalkapazität von 2100 meq pro Liter Harz (m = milli), davon nutzbar 1000-1500 meq (abhängig von der Regenerierung). Lewatit MP 62 (Anionen-Harz) hat eine Totalkapazität von 1800 meq/l, davon nutzbar 1000-1300 meq/l. Zur Säulenauslegung geht man so vor, daß die Kapazität des Harzes durch die Summe der Äquivalentgewichte aller Kationen im Wasser dividiert wird. Das Ergebnis ist die Menge Wasser, die bis zur nächsten Regeneration entnommen werden kann.

Ich mache dies an einer Rechnung für Trinkwasser deutlich. Die Wasseranalyse (vom Wasserwerk) gibt folgende Konzentrationen für die wesentlichen Kationen an:

Die Molgewichte dieser Stoffe sind:

Die Umrechnung in meq/l ergibt:

Umrechnung der mg/l (aus der Wasseranalyse) in meq/l:

Die Summe der Äquivalentgewichte aller Kationen beträgt somit 6,74 meq/l

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5. Bestimmung der entnehmbaren Wassermenge bis zur Regeneration.

Die mittlere Kapazität des Kationen-Harzes beträgt 1250 meq pro Liter Harz (s. Abschnitt 3.). Die entnehmbare Wassermenge berechnet sich zu 1250 meq/l Harz dividiert durch 6,74 meq/lWasser = 185 Liter Wasser pro Liter Harz.
Wenn man die Kapazitäten des Kationen- und des Anionenharzes je Liter betrachtet, fällt auf, daß das Anionen-Harz ca. 10% weniger Kapazität als das Kationen-Harz hat. Deshalb sieht man bei manchen Herstellern auch eine größereAnionensäule als Kationensäule. Diese Hersteller berücksichtigen, daß die Kapazitätsangabe eines VEs von beiden Säulen erbracht werden muß.


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6. Vergleich verschiedener Anbieter.

Da es sich hier um echte Daten handelt (Stand Januar 2001) und in allen 3 Fällen das absolut gleiche Harz von Bayer verwendet wird, habe ich in der nächsten Zusammenstellung einen normierten 2 Liter Harz VE genommen und mit dem obigen Trinkwasser, Gesamthärte 18,4 °dH, durchgerechnet nach

a) der HL-Methode (s. Abschnitt 2.) und
b) der meq/l-Methode (s. Abschnitt 4.)

Zusammenstellung (alles auf 2 + 2 Liter Harz bezogen):

Bieter A: 2 Liter Harz ==> 4000HL

Bieter B: 2 Liter Harz ==> 6000HL

Bieter C: 2 Liter Harz ==> 9000HL

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7. Kommentierung der Ergebnisse

Bieter A könnte mehr entsalzen als er angibt, nämlich um die Differenz von 371-217 = 154 Liter. Warum er das nicht tut - keine Ahnung. Irgendwo habe ich aber gelesen, sie hätten Reserven in ihre VE eingeplant - ist wohl richtig!

Bieter B könnte ebenfalls mehr entsalzen, als er angibt, aber nur etwas, nämlich um die Differenz von 371-326 = 45 Liter. Er kommt aber dem berechneten VE am nächsten.

Bieter C gibt an, 371-489 = (-) 118 Liter mehr entsalzen zu können, als praktisch überhaupt möglich ist. Diese Aussage ist nicht richtig.

Man sieht aus an der Zusammenstellung, daß die

Das liegt eben, wie oben schon gesagt, an der Tatsache, daß im Trinkwasser Ionen verschiedener Wertigkeit vorhanden sind. Es wurde schon erwähnt, daß die Kapazität der Harze auch etwas beeinflußt wird durch die Art der Regenerierung. Damit sind die Konzentrationen und Durchlaufzeiten der Säure bzw. Lauge durch die Harze gemeint. Alle 3 Hersteller machen verschiedene Angaben über die Art der Regeneration, obwohl alle die gleichen Harze verwenden. Die Firma Bayer, als Harzhersteller, empfiehlt wiederum eine 4., andere Version. Es ist schon etwas eigenartig, warum es solche Unterschiede gibt. Es ist aber nicht auszuschließen, daß die gefundenen VE-Kapazitätsunterschiede der 3 Anbieter teilweise auf die unterschiedlichen Regenerationsverfahren und auf eine unterschiedliche Wahl in der Bandbreite der Kapazität der Harze zurückzuführen sind. Dies wäre zwar legitim, jedoch nicht im Sinne des Käufers bzw. des Anwenders.

Praktisch ist es natürlich nicht relevant, ob ein paar Liter mehr oder weniger durch den VE fließen, man wird aus verschiedenen Gründen ohnehin nicht die volle Kapazität ausnutzen können. Ich wollte aber an diesem Beispiel zeigen, wie unzuverlässig manchmal Herstellerangaben sind, wenn man sich blind darauf verläßt. Nachdem ich diese Rechnung durchgeführt hatte, war es leicht für mich, den "richtigen" VE zu kaufen.


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