Calciumbicarbonat

3 Wasserenthärter

Kalk auf Käfigen und anderen Metallgeräten, einschließlich mineralischer Ablagerungen auf Ventilen, die in automatischen Bewässerungssystemen verwendet werden, stammt von Mineralien, die im so genannten „harten“ Wasser vorkommen. Die Wasserhärte wird durch das Vorhandensein von Kalzium- und Magnesiumbicarbonat, Eisen und anderen Mineralien oder Metallen (ausgedrückt in ppm oder mg/l) verursacht. Definitionsgemäß gilt Wasser im Allgemeinen als „hart“, wenn die Mineralienkonzentration 60 mg/l übersteigt. Hartes Wasser führt nicht nur zu Kalkablagerungen (insbesondere in Situationen, in denen heißes Wasser verwendet wird, wie z. B. beim Waschen von Käfigen und beim Autoklavieren), sondern verringert auch die Wirksamkeit von Reinigungsmitteln, was zu einem erhöhten Seifenverbrauch führt.

Nach Angaben des US Geologic Survey liegen 85 % des Haushaltswassers am „harten“ Ende des Spektrums (Briggs und Ficke, 1977). Folglich müssen die meisten Tierforschungseinrichtungen einen gewissen Grad an Wasserhärte abschwächen und das Wasser für Käfigwaschanlagen, Autoklaven und den Verzehr von Tieren entmineralisieren. Im Allgemeinen findet sich das härteste Wasser (über 1.000 mg/l) in Flüssen und dem dazugehörigen Grundwasser in Kansas, Texas, New Mexico, Arizona und Südkalifornien (Briggs und Ficke, 1977). Mäßig hartes Wasser (61-121 mg/l) ist in vielen Flüssen von Tennessee, in den Großen Seen, im Pazifischen Nordwesten und in Alaska verbreitet. Am weichsten ist das Wasser in Neuengland, in den südlichen Atlantik- und Golfstaaten und auf Hawaii. Leider lässt sich die Wasserhärte aus geografischen Gründen nicht einfach vorhersagen. Hartes und sehr hartes Wasser (>121 mg/l) findet sich in einigen Bächen in den meisten Gebieten des Landes, auch in den Gebieten, in denen im Allgemeinen weiches Wasser zu finden ist.

Wasserenthärter entfernen im Wesentlichen alles Kalzium und Magnesium, aber nur etwa 5-10 mg/l Eisen. Glücklicherweise ist Eisen im Allgemeinen nicht in Konzentrationen von mehr als 10 mg/l im Haushaltswasser vorhanden. Diese metallischen Ionen im Wasser werden im Wasserenthärter gegen Natriumionen ausgetauscht. Da Natrium nicht in den Leitungen ausfällt oder die wirksamen Eigenschaften von Reinigungsmitteln verringert, werden die schädlichen Auswirkungen von hartem Wasser durch die Enthärtung beseitigt. In den seltenen Fällen, in denen der Gehalt an gelöstem Eisen im Wasser nach der Enthärtung höher als 4 mg/l ist, muss ein zusätzliches Mittel zur Eisenentfernung eingesetzt werden. Zu den in Frage kommenden Technologien gehören Belüftung, zusätzliche spezifische katalytische Filtration, Mangan-Grünsandfiltration, Ozonierung und möglicherweise Chlorierung.

Abgesehen von der Verhinderung von Kesselsteinablagerungen auf Trinkwasserventilen und der Verringerung des Risikos von Ventilausfällen bietet enthärtetes Wasser allein keinen großen zusätzlichen Vorteil im Hinblick auf die Sicherstellung der Tiergesundheit oder die Vermeidung störender experimenteller Variabilität. Durch das Verfahren werden zwar Kalzium, Magnesium und der größte Teil des Eisens entfernt, die zu Kalkablagerungen in Wasserleitungen, Warmwasserspeichern und Wasserventilen führen, aber es verbleiben Chlorid, organische Stoffe und Schwebstoffe. Für eine möglichst wirksame Trinkwasseraufbereitung sollten Wasserenthärter daher in Reihe nach Sediment- und Kohlefiltern und als Vorbehandlung für jede Umkehrosmoseanlage eingesetzt werden. Die Enthärtung des Wassers vor der Aufbereitung durch die Umkehrosmoseanlage verlängert auch die Lebensdauer der Umkehrosmosemembran und verbessert die Leistung und Wirtschaftlichkeit der Umkehrosmoseanlage erheblich.

Der Prozess der Enthärtung wird durch einen chemischen Austausch- und Regenerationszyklus erreicht. Das gefilterte Wasser wird über ein Harzbett gespült, das Kalzium, Magnesium und Eisen bindet und sie gegen Natriumionen austauscht. Irgendwann ist die chemische Matrix vollständig mit Kalzium und Magnesium beladen und das Natrium verbraucht, und das System ist nicht mehr in der Lage, das Wasser zu enthärten. Um die Ionenaustauschfähigkeit des Harzes wiederherzustellen, regeneriert sich das System, indem das Harz rückgespült wird, um Ablagerungen zu entfernen, das Harz durch Eintauchen in eine Salzlösung (Sole) wieder aufgeladen wird und dann überschüssiges Salz und harte Wasserionen in einen Abfluss gespült werden. Die starke Salzlösung, die durch die Zufuhr von Salz in den Enthärter entsteht, verdrängt das gesamte Kalzium und Magnesium, das sich auf dem Harz abgelagert hat, und stellt das Natrium wieder her. Bei Wasserenthärtungsanlagen gibt es drei allgemeine Regenerationsmethoden: die zeitgesteuerte, die dosierte und die bedarfsgesteuerte Regeneration (DIR). Bei der Timer-Methode wird die Regeneration automatisch in festgelegten Intervallen und unabhängig von der Nutzung eingeleitet und gestoppt, wie es eine Zeituhr vorgibt. Da die Gefahr besteht, dass das System über- oder unterregeneriert wird, wird diese Methode nicht empfohlen. Bei der Dosiertechnik wird ein digitales elektronisches Steuerventil verwendet, das von einem elektronischen Zähler gesteuert wird. Die Anwendung verfolgt die verbrauchte Wassermenge, und sobald eine voreingestellte Menge enthärtet wurde, wird der Rückspülzyklus eingeleitet und die Anlage regeneriert. Der DIR-Betrieb überwacht die Wasseraufbereitung und den Härtegrad. Die Regeneration wird nur dann eingeleitet, wenn das System voll ausgelastet ist, um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen. DIR-Anlagen haben in der Regel zwei Enthärtungstanks und einen Solebehälter, und während der eine Tank enthärtet, regeneriert der andere Tank. Von diesen drei Methoden ist die DIR-Methode die effizienteste. Sowohl sie als auch die dosierte Methode bieten Einsparungen beim Salz- und Wasserverbrauch gegenüber der Zeituhrmethode. Die Dauer und Häufigkeit der Regeneration des Harzes hängt von der Größe der Anlage und dem Ausgangszustand des Wassers ab, sollte aber im Allgemeinen alle 5-10 Tage erfolgen und mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Der Regenerationsprozess kann jedoch bei den meisten Anlagen zeitlich so gesteuert werden, dass er nicht während der „Stoßzeiten“ stattfindet. Wenn es keine Möglichkeit für Ausfallzeiten gibt, ist ein Wasserspeichertank oder ein zusätzlicher Enthärter erforderlich.

Wasserenthärter werden entsprechend dem Volumenbedarf und der Ausgangshärte des Wassers dimensioniert und spezifiziert. Experten müssen konsultiert werden, um die Spezifikationen von Wasserenthärtern zu bestimmen, die für eine bestimmte Einrichtung erforderlich sind, basierend auf den Bedürfnissen, für die das enthärtete Wasser verwendet werden soll.

Der Ionenaustauschprozess der Wasserenthärtung kann potenzielle Risiken für die Forschung und die Gesundheit von Tieren mit sich bringen, wenn keine zusätzliche effektive Reinigung (z. B. Umkehrosmose, Destillation) durchgeführt wird. Da Kalzium- und Magnesiumionen durch Natriumionen ersetzt werden, steigt die Natriumkonzentration im Wasser an. In Gebieten, in denen das Wasser extrem hart ist, kann die in das Wasser eingebrachte Natriummenge subklinische Auswirkungen auf die Tiere haben – beispielsweise kann eine iatrogene Hypernatriämie Experimente mit Herzversagen, chronischem Nierenversagen, Koma, Krampfanfällen und Situationen, die eine natriumarme Ernährung erfordern, beeinträchtigen.