Kalk und Härteausfälle in Wassersystemen verhindern

Fakt ist: In jedem Glas Leitungswasser, das bei Ihnen zuhause aus dem Wasserhahn kommt, ist Kalk – Sie sehen ihn nur nicht. Der Grund dafür ist, dass Kalk im Leitungswasser gelöst und somit unsichtbar ist. In dieser Form stellt Kalk keinerlei Probleme dar. Problematisch wird es erst, wenn sich Kalk als weißer Feststoff bildet. Das passiert, z. B. wenn Wasser erhitzt wird, denn dabei wird Kalk (Calciumcarbonat) ausgefällt. Das Wasser wird „milchig“ und Sie können den Kalk nun deutlich erkennen. Gut zu beobachten sind die weißen Ablagerungen an Wasserkochern oder Duscharmaturen. Bei industriellen Kühl- und Prozesswasserkreisläufen findet man Kalk häufig in Wärmetauschern oder bei zu kühlenden Maschinenteilen. Warum? Auch hier spielt die Temperatur in Form der Oberflächentemperatur im Wärmetauscher (eine Seite heiß, eine Seite kalt) eine zentrale Rolle. Weiter sind Strömungsgeschwindigkeiten und die reine Menge an „Kalk“ im Wasser, häufig ausgedrückt als Gesamthärte, ein zentrales Thema.

• Höheren Energiekosten durch schlechtere Wärmeübertragung
• Verstopfung von Rohrleitungen, Düsen und Filtern
• Schäden an Pumpen und Ventilen
• Erhöhten Wartungskosten
• Unterbelagskorrosion
• Verstärktes Biofouling

Kalk und Härteausfälle auf dem Rohr eines Wärmetauschers

Wenn „hartes“ Wasser erhitzt wird, etwa in Boilern, Wasserkochern oder Heizungen, steigt die Temperatur, und die Löslichkeit der im Wasser gelösten Mineralien nimmt ab. In der Folge scheidet sich vor allem Calciumcarbonat (CaCO₃) aus und lagert sich als feste Schicht auf Oberflächen ab – ein Prozess, der als Ausfällung bezeichnet wird.

In vielen wasserführenden Systemen wirken zudem ständig wechselnde Bedingungen wie Temperaturänderungen oder Druckschwankungen auf das sogenannte Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ein. Wird dieses Gleichgewicht gestört, kommt es vermehrt zu sogenannten Härtebildnern, die für die Bildung von Kalk verantwortlich sind.

Eine besondere Rolle spielt dabei die sogenannte Karbonathärte, ein Maß für die Konzentration von Calcium- und Hydrogenkarbonat-Ionen im Wasser. Bereits bei mittelhartem Wasser kann es unter bestimmten Bedingungen zur Steinbildung kommen – also zur festen Ablagerung von Kalk. Besonders anfällig für solche Verkalkungen sind offene Kühltürme und Verdunstungskühlanlagen. Dort führt der Betrieb typischerweise zu einer Eindickung des Wassers (Anreicherung gelöster Inhaltsstoffe durch Verdunstung, da das verdunstete Wasser keine Mineralien enthält und somit das restliche Wasser „eindickt“) sowie zum Entweichen von Kohlensäure. Beides begünstigt die Ausfällung von Calciumcarbonat zusätzlich. In solchen Systemen sind pH-Werte zwischen 8,5 und 9,5 keine Seltenheit – ein Bereich, der die Kalkbildung deutlich fördert. Denn, je höher der pH-Wert eines Wassers, desto leichter bildet sich Kalk.

Kalk zu vermeiden, ist für uns tägliches Geschäft. Dabei verfolgen wir zwei grundsätzliche Ansätze:

1. Kalk vor der Anwendung entfernen:

• • Mittels Enthärtungsanlage oder Umkehrosmoseanlage (Ionenaustausch)
  • Umwandlung von Calcium/Magnesium in ungefährliche Ionen (z. B. Natrium)
  • Idealerweise mit Redundanz

Hinweis: Beachten Sie hierbei, dass Härte bzw. Kalk vollständig zu entfernen, nicht immer eine gute Idee ist, da die Korrosionsneigung des Wassers dadurch deutlich steigen kann.

2. Kalk im Wasser stabilisieren:

• • Anwendung von chemischen Härtestabilisatoren, die das Ausfallen von Calciumcarbonat verhindern

Oft macht auch eine Kombination von beiden Verfahren Sinn. Weitere Maßnahmen, z. B. den pH-Wert zu verringern, sind möglich, jedoch häufig mit Nachteilen verbunden.

Die Funktionsweise von Härtestabilisatoren ist tatsächlich sehr komplex, wir versuchen aber es so einfach wie möglich zu machen: Kalk in fester Form besteht aus vielen winzigen Kristallen, die sich in einem regelmäßig aufgebauten Kristallgitter – dem sogenannten Calcitgitter – anordnen. Ohne Fremdeinwirkung wachsen diese Kristalle weiter und verbinden sich zu festen, hartnäckigen Kalkablagerungen.

Härtestabilisatoren setzen genau an diesem Punkt an. Sie lagern sich gezielt an die Oberflächen der feinen Kalkkristalle an – ein Vorgang, der als Adsorption bezeichnet wird. Dadurch verändern sie die Struktur der Kristalloberfläche und stören gezielt den weiteren Kristallwachstumsprozess. Die Folge: Das Kalkkristall-Wachstum wird gehemmt bzw. gestoppt.

In vielen Fällen reicht das bereits aus, um kleine Kristalle vollständig aufzulösen, da sie unterhalb einer sogenannten „kritischen Größe“ bleiben. Ist ein Kristall bereits größer und somit stabil genug, um bestehen zu bleiben, kann er sich zwar ablagern – jedoch in deutlich weicherer Form. Diese weichen Ablagerungen lassen sich viel leichter entfernen als konventioneller Kalk. Oft genügt dazu bereits ein einfacher Wasserwechsel oder eine gezielte Absalzung, beispielsweise im Kühlturmbetrieb.

Folgende chemische Verbindungen werden häufig für industrielle Wasserkreisläufe als Kalkstabilisator bzw. als Mittel gegen Kalk eingesetzt.

Diese Wirkstoffe werden meist zusätzlich kombiniert, um Synergieeffekte zu nutzen und eine optimale Stabilisierung zu erreichen.

Kanister mit Chemikalien zur Entkalkung und Reinigung

Früher setzte man zur Härtestabilisierung vor allem Polyphosphate ein. Diese Verbindungen können zwar die Ablagerung von Kalk verhindern, sind jedoch in vielen technischen Anwendungen – insbesondere in Kühl- und Verdunstungskühlkreisläufen – nicht ausreichend stabil. Der Grund: Polyphosphate zersetzen sich bei höheren Temperaturen oder ungünstigen pH-Werten durch Hydrolyse, verlieren dadurch ihre Wirkung und bilden unter Umständen sogar unerwünschte Ablagerungen und begünstigen Mikrobiologie. Deshalb werden sie heute fast nur noch im Trinkwasserbereich oder in offenen Systemen mit konstanter Frischwasserzufuhr, wie bei einfachen Durchlaufkühlungen, eingesetzt.

Effiziente Systeme bei Brauchwasser-, Kühl- oder Prozesswasserkreisläufen setzen stattdessen auf organische Phosphorverbindungen – die sogenannten Phosphonate. Diese Stoffe sind deutlich beständiger gegenüber thermischen und chemischen Belastungen und wirken bereits in sehr geringen Konzentrationen äußerst effektiv (Threshold-Effekt). Ergänzt werden Phosphonate oft durch spezielle Polymere, die außerdem härtestabilisierend wirken und zusätzliche Eigenschaften wie Schmutzdispergierung oder Korrosionsschutz bieten.

Starke Kalkablagerungen an Rohren

Die chemische Wasseraufbereitung zur Vermeidung von Kalkablagerungen und anderen Rückständen ist nicht nur technisch wirkungsvoll, sondern auch äußerst wirtschaftlich. Der Schlüssel dazu liegt im sogenannten Threshold-Effekt – einem Prinzip, das sich gezielt zunutze macht, dass bereits sehr geringe Mengen eines Wirkstoffs ausreichen, um Kalkbildung effektiv zu verhindern.

Im Gegensatz zu einem rein mengenmäßigen Ausgleich – also dem Versuch, Kalk 1:1 mit chemischen Mitteln zu binden – setzt der Threshold-Effekt an einem anderen Punkt an: Chemische Zusätze wie Härtestabilisatoren müssen sich nicht vollständig mit allen im Wasser gelösten Kalkbildnern verbinden. Stattdessen genügt es, wenn sie an bestimmten Stellen in der Kristallstruktur, dem Calcitgitter, anhaften. Dort blockieren sie gezielt das Kristallwachstum – mit dem Effekt, dass Kalk gar nicht erst ausfällt oder nur in deutlich weicher, leicht entfernbarer Form entsteht.

Wie gering die benötigte Dosiermenge tatsächlich ist, zeigt ein einfaches Beispiel: Für die Behandlung von 1.000 Litern kalkhaltigem Wasser (1 m³) reichen häufig bereits 20 bis 50 ml eines entsprechenden Additivs aus – das entspricht lediglich 0,002–0,005 % der Wassermenge. Insbesondere Phosphonsäuren und entsprechende Härtestabilisatoren entfalten bereits in Konzentrationen von wenigen ppm (parts per million) eine bemerkenswerte Wirkung.

Diese Effizienz macht den Einsatz von Härtestabilisatoren in der Praxis besonders wirtschaftlich. Sie senken nicht nur den Chemikalienverbrauch und damit die Betriebskosten, sondern reduzieren auch den Aufwand für Wartung und Reinigung deutlich.

Unser Tipp: Einmalige Investition in Beratung + Analyse zahlt sich schnell aus. Ein auf Ihre Wasserqualität und Anlagentechnik abgestimmter Stabilisator vermeidet Blindverbrauch.

In der Praxis setzen wir bevorzugt Kombinationsprodukte ein – zum Beispiel Mischungen aus Phosphonaten, Polyacrylaten und Polymeren. Diese Wirkstoffkombinationen ergänzen sich ideal und sorgen für eine besonders zuverlässige Kalkstabilisierung im Kühlwasser.

Als Faustregel gilt: Bei einer Karbonathärte bis etwa 20 °dH und Wassertemperaturen bis ca. 70 °C lässt sich Kalk im Kühlwasser sehr gut verhindern. Die eingesetzten Wirkstoffe – sogenannte Threshold-Inhibitoren – sind dabei besonders effizient: Schon kleinste Mengen reichen aus, um große Wassermengen zu behandeln.

So kann selbst Kühlwasser mit vergleichsweise hoher Karbonathärte oft schon mit 30 bis 50 ppm (mg/l) dieser Additive zuverlässig stabilisiert werden. Wichtig ist dabei jedoch: Die genaue Dosierung hängt immer von der Qualität des Zusatzwassers und, bei Kühlturmbetrieb, dem jeweiligen Eindickungsgrad ab.

Hier finden Sie 3 unserer beliebtesten und wirksamsten Härtestabilisatoren zur Vermeidung von Kalk:

Kalkausfälle sind vermeidbar – mit dem richtigen Know-how und der passenden Technologie.

Kontaktieren Sie uns für eine individuelle Beratung! Gemeinsam sorgen wir für effiziente, kalkfreie und langlebige Wassersysteme.