Parameter zur Calcitsättigung
Die wichtigsten Kenngrößen zum Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht werden in einem separaten Fenster ausgegeben – siehe Screenshot rechts (für das Beispielwasser gw.sol).1
Sättigungs-pH
Die berechneten Parameter beziehen sich auf die Bewertungstemperatur Tb, welche von der Temperatur T der Wasserprobe (Inputwasser) abweichen kann.2 Im rechten Beispiel sind T und Tb gleich.
Insgesamt werden fünf verschiedene pH-Werte angezeigt (welche auf unterschiedlichen Annahmen bzw. Berechnungsmethoden basieren):
| pH_0 | pH der Wasserprobe (Inputwasser) |
| pH | pH der Wasserprobe bei Bewertungstemperatur Tb |
| pH_C | Sättigungs-pH (bei Tb) |
Aus dem Vergleich von pH mit pH_C erfolgt die Fallunterscheidung (laut DIN 38404-C10-R3 1995):
| pH < pH_C – 0.03 | Das Wasser ist calcit-lösend. |
| pH > pH_C + 0.03 | Das Wasser ist calcit-abscheidend. |
| pH = pH_C ± 0.03 | Das Wasser ist calcit-gesättigt. |
Die Differenz beider pH-Werte wird im englischen Sprachraum als “Langelier Saturation Index” bezeichnet:
| LSI = pH – pH_C |
Alternative Sättigungs-pH’s sind:
| pH_A | Sättigungs-pH nach CO2-Ausgleich |
| pH_L | Sättigungs-pH nach Strohecker/Langelier (bei diesem pH bleiben die Ca- und DIC-Konzentrationen unverändert) |
SI und Calcitmenge
| SI_Calcit | Sättigungsindex von Calcit |
| Calcitabscheidekapazität | Menge an ausgefallenem CaCO3 in mmol/L (nur wenn SI > 0) |
| Calcitlösekapazität | Menge an gelöstem CaCO3 in mmol/L (nur wenn SI < 0) |
| Calcitmenge | ausgefallene bzw. gelöste CaCO3-Menge in mg/L |
Mengenanteile CO2: Freie und gebundene Kohlensäure
Die Abweichung vom Calcit-Gleichgewicht wird in der älteren Literatur durch Angaben zur
- überschüssige Kohlensäure (aggressive Kohlensäure) bzw.
- Kohlensäure im Defizit
quantifiziert.3 Heutzutage lassen sich diese Größen direkt aus der Carbonat-Speziierung ableiten.
Freie und Gebundene Kohlensäure. Die im Wasser gelöste Menge an anorganischem Kohlenstoff (DIC) umfasst folgende Spezies:
| (1) | DIC = [CO2] + [HCO3-] + [CO3-2] + Carbonat-Komplexe |
mit allen Carbonat-Komplexen = [CaCO3(aq)] + [CaHCO3+] + [MgCO3(aq)] + …
Bezeichnet man nun den DIC als “totales CO2” = [DIC] × 44.01 g/mol, dann erhält man durch Umsortierung von 1:
| (2) | totales CO2 = freies CO2 + halb-geb. CO2 + ganz-geb. CO2 |
mit den folgenden Kohlensäure-Anteilen4:
| (2a) | freies CO2 | = | [CO2] |
| (2b) | halb-geb. CO2 | = | [HCO3-] + [CaHCO3+] + [MgHCO3+] + … |
| (2c) | ganz-geb. CO2 | = | [CO3-2] + [CaCO3(aq)] + [MgCO3(aq)] + … |
Die halb-gebundene Kohlensäure enthält Hydrogencarbonat und alle Hydrogencarbonat-Komplexe; die ganz-gebundene Kohlensäure enthält das Carbonat-Ion und alle Carbonat-Komplexe.
Zugehörige Kohlensäure. Die “zugehörige Kohlensäure” ist die Menge an CO2, bei dem das Wasser exakt im Calcit-Gleichgewicht wäre. Diese Größe wird in einer separaten Gleichgewichtsrechnung ermittelt und heißt im Programm deshalb “Kohlensäure im Calcit-Gleichgewicht”.
Aggressive Kohlensäure. Übersteigt die Menge an freiem CO2 die Menge an zugehörigem CO2, dann bezeichnet man die überschüssige Kohlensäure als
| (3) | aggressives CO2 = freies CO2 – zugehöriges CO2 |
Andernfalls spricht man vom
| (4) | CO2 im Defizit = zugehöriges CO2 – freies CO2 |
Anmerkungen
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Dieser Screenshot ist der rechte Teil eines größeren Anzeigefensters. ↩
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Ein Beispiel: Die Temperatur der Wasseranalyse ist 20°C, wir interessieren uns aber für die Calcitsättigung bei einer Bewertungstemperatur von 60°C. ↩
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Der Begriff der (kalk-)aggressive Kohlensäure wurde 1912 von Tillmans und Heublein in die Wasseranalytik eingeführt. ↩
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Die Begriffe Kohlensäure und CO2 gelten hier als Synonyme. Im Programm werden diese Größen in der Maßeinheit “mg/L CO2” ausgegeben. ↩