Waterhardheid

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
(Doorverwezen vanaf Duitse hardheid)
Ga naar: navigatie, zoeken
Kalkaanslag op een kraan

De waterhardheid geeft de concentratie van metaal-ionen, veelal magnesium- en calciumcarbonaat, maar ook bicarbonaten en sulfaten, in het leidingwater aan.

Water met een hoge waterhardheid houdt voor de mens geen gezondheidsrisico in, maar bemoeilijkt de werking van zepen en verwarmingselementen.

Eenheden[bewerken]

In Nederland wordt de waterhardheid meestal uitgedrukt in Duitse hardheid (in het Duits: deutsche Härte, dH, soms: °dH, volgens de vijfde druk van BINAS D°). In België prefereert men de Franse hardheid (fH, soms °fH).

Definities op basis van getallen[bewerken]

  • Water met een hardheid van 1 dH verkrijgt men door 10 mg CaO op te lossen in 1 liter water: dit komt overeen met is 0,179 mmol/l Ca2+.
  • Water met een hardheid van 1 fH wordt verkregen door 10 mg CaCO3 op te lossen 1 liter water: dit komt overeen met 0,100 mmol/l.
  • Water met een hardheid van 1 ppm CaCO3 ontstaat door 1 mg calciumcarbonaat op te lossen in 1 liter water.

Afhankelijk van het land worden Duitse, Engelse of Franse hardheidseenheden gebruikt.

Omrekentabel eenheden waterhardheid
    °dH °e °fH ppm mmol/l
 Duitse hardheid
1°dH = 
1  1,253  1,79 17,9  0,179 
 Engelse hardheid
1°e = 
 0,798  1 1,43 14,3 0,142
 Franse hardheid 
1°fH = 
0,560 0,702 1 10 0,1
 CaCO3 (VS)
1 ppm = 
0,056 0,07 0,1 1 0,01
 mmol/l
 1 mmol/l = 
5,6 7,02  10,00   100,0  1

Definities op basis van bruikbaarheid[bewerken]

Waterleidingbedrijven hanteren de onderstaande indeling:

Bepaling watertype
Duitse Hardheid Franse Hardheid Concentratie zouten type water
0 tot 4 dH 0 tot 7 fH 0–20 mg/l zeer zacht water
4 tot 8 dH 7 tot 15 fH 20–40 mg/l zacht water
8 tot 12 dH 15 tot 22 fH 40–60 mg/l gemiddeld water
12 tot 18 dH 22 tot 32 fH 60–80 mg/l vrij hard water
18 tot 30 dH 32 tot 55 fH 80–120 mg/l hard water
>30 dH >55 fH >120 mg/l zeer hard water

Normen voor drinkwater[bewerken]

In Nederland schrijft het Waterleidingbesluit voor dat de totale hardheid van drinkwater voor de collectieve sector (waterverstrekkende bedrijven) dient te liggen tussen 1 en 2,5 mmol/l (tussen 5,6 en 14 DH). De totale hardheid wordt berekend uit het aantal mmol Ca2+ plus Mg2+ per liter (zie omrekentabel). Er is in datzelfde waterbesluit geen motivering opgenomen van deze norm die daarmee (1 mmol) een onderbouwing mist. Bij toepassing van ontharding of ontzouting geldt deze waarde als 90 percentiel. Voor particulieren zijn er geen wettelijke bepalingen op dit gebied. Na het passeren van de watermeter is er namelijk een eigendomsoverdracht van het leidingwater waardoor het consumenten vrij staat het naar eigen inzicht te behandelen.

De Nederlandse waterleidingbedrijven gebruiken grondwater of oppervlaktewater waarbij elke bron zijn eigen hardheid heeft. Te zacht water komt erg weinig voor. Als het water te hard is of harder dan door de consumenten gewenst, kan een waterleidingbedrijf hier verschillende maatregelen tegen nemen. PWN onthardt water door hard water te mengen met zacht water.[1] Het Waterbedrijf Groningen heeft een onthardingsinstallatie in het pompstation Nietap waar grondwater onthard wordt in korrelreactoren. Hierin wordt door toevoegen van kalkmelk en zand het water onthard.[2]

Zeer zacht water wordt verkregen door membraanfiltratie: het water wordt onder hoge druk door een zeer fijn filter (membraan) geperst. Deze filtering levert water dat vrijwel geen zouten meer bevat en helemaal geen bacteriën en virussen.

Waterbedrijf Vitens geeft aan dat bij de gemiddelde hardheid die in het grootste deel van Nederland voorkomt (rond 8 dH), het gebruik van extra onthardingsapparatuur door consumenten niet nodig is.[3]

Kosten en baten[bewerken]

Drinkwater verder ontharden dan de gemiddelde hardheid kost geld, maar heeft ook kostenvoordelen voor consumenten en afvalwaterzuiveringsinstallaties. Een belangrijke factor daarbij is de bereidheid van consumenten om bij zachter water minder wasmiddelen te gebruiken. Uit een onderzoek voor de situatie van PWN Waterleidingbedrijf Noord-Holland en Hoogheemraadschap Hollands Noorderkwartier blijkt dat de maatschappelijke baten al in evenwicht zijn met de kosten als 4% van de huishoudens de dosering van wasmiddelen verlaagt. Uit onderzoek van PWN blijkt dat maximaal 25% van de consumenten bereid is om minder wasmiddel te doseren als het water zachter zou zijn. Dit biedt voldoende perspectief om de kosten en baten van verder ontharden op lokale schaal uit te werken en waar mogelijk toe te passen.[4]

Nadelen hoge hardheid[bewerken]

Het wordt aangeraden[5] vanaf 5 dH beschermende maatregelen (zout) voor de vaatwasmachine te nemen.

Vorming ketelsteen[bewerken]

Bij het verwarmen van water dat harder is dan 3 dH, ontstaat ketelsteen, het vaste calciumcarbonaat (magnesiumcarbonaat):

Ca2+(aq) + 2 HCO3(aq) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(aq)

De aanslag is warmte-isolerend en verslechtert daarom de warmteoverdracht in bijvoorbeeld een verwarmingselement.

Neerslagvorming met zeep[bewerken]

Calcium- en magnesiumionen reageren met basische ionen uit zeep en slaan neer (verdwijnen uit het mengsel). Hierbij ontstaat een grauwe neerslag van kalkzepen.

Hoe harder het water is, des te meer zeep eerst moet worden toegevoegd (schuimgetal), alvorens een bepaalde schuimwerking wordt verkregen. Wassen met hard water kost dus meer zeep (en dus meer geld). Bovendien worden (niet-synthetische) textielvezels stug bij gebruik van hard water voor de was, omdat de neerslag in de textielvezel terechtkomt. Om deze reden wordt voor de fabricage van wasmiddel tegenwoordig weinig of geen zeep gebruikt. In plaats daarvan worden andere detergenten gebruikt die niet gevoelig zijn voor hard water.

Nadelen lage hardheid[bewerken]

Water met een lage hardheid bevat weinig metaalionen (volgens de definitie van het Drinkwaterbesluit: weinig Ca- en Mg-ionen), maar kan verder verschillend van samenstelling zijn. Water in zijn meest zuivere vorm (alleen H2O-moleculen) neemt gemakkelijk allerlei stoffen op, waaronder CO2 en kalk, maar ook giftige stoffen zoals (zware) metalen. Sommige soorten (zeer) zacht water hebben deze eigenschap ook, bijvoorbeeld het natuurlijke zeer zachte water uit granietstreken.

Onthard water van waterleidingbedrijven is niet zo zacht dat deze eigenschap zich zal voordoen. Onthard water uit een kationwisselaar (ionenwisselaar) heeft deze eigenschappen ook niet. Hierbij worden namelijk de positieve kationen calcium en magnesium gewisseld voor twee natriumdeeltjes. De concentratie deeltjes voor en na oplossing is dan ook exact gelijk waardoor ook het oplossende vermogen uitdrukkelijk niet zal wijzigen.

Aantasting servies en glaswerk[bewerken]

Het wordt aangeraden om bij water zachter dan ongeveer 4 dH géén beschermende maatregelen (zout) voor de vaatwasmachine te nemen omdat dit zeer zachte water nadelig kan zijn voor het behoud van decoraties op servies en voor het mooi blijven van glaswerk.[6]

Uitspoeling van giftige stoffen[bewerken]

In 2004 was in De Gelderlander te lezen dat de waterleidingbedrijven extreme aantastingen van hun leidingen constateren in gebieden met natuurlijk zacht water. De PVC – waarvan de leidingen meestal worden gemaakt – loste op. PVC bevat een uiterst kleine hoeveelheid schadelijke stoffen: o.a. metaalzouten, monomeer vinylchloride en ftalaten.

Oplossen van koperen leidingen[bewerken]

Afhankelijk van de samenstelling kan zeer zacht water koperen waterleidingen aantasten.[7] Dit effect kan versterkt worden door factoren als stroomsnelheid en temperatuur. Veel koper in het water geeft een metalige smaak en blauwgroene aanslag in wastafels. Bij heel hoge concentraties kunnen gezondheidsklachten optreden.

Onthard water dat is verkregen door neerslag van calciumcarbonaat kent dit nadeel niet. Zo constateert waterleidingbedrijf Oasen dat naarmate het water sterker onthard is, het juist minder koper van de binnenkant van leidingen oplost. Oasen verklaart dit door de lagere concentratie van waterstofcarbonaat in onthard water.[8]

Door TNO werd de kationwisselaar AquaCell [9] getest op dit specifieke onderwerp. Conclusie van het onderzoek [10] was dat onthard water juist zorgde voor minder corrosie door het zachte water. Er werd sneller een beschermende (passivatie)laag gevormd die aantasting tegenging.

Waterontharding[bewerken]

Door verhitting[bewerken]

Zie hierboven bij 'Vorming ketelsteen', met dit verschil dat de verhardingsreactie gebeurt vóór het verwarmingselement, waardoor die laatste gespaard blijft.

Door een neerslagreactie[bewerken]

De ionen reageren en slaan neer, bijvoorbeeld door natriumcarbonaat (soda) toe te voegen aan het harde water:

Ca2+(aq) + CO32− → CaCO3 (s) en/of
Mg2+(aq) + CO32− → MgCO3 (s)

Ook door toevoegen van kalkmelk en zand als nucleatiekern kan water worden onthard. De onoplosbare calcium- en magnesiumzouten kristalliseren op de zandkorrels die in het proces aangroeien tot kleine 'parels' welke bezinken en uit de pelletreactor worden verwijderd. In dit proces wordt voor zover aanwezig ook ijzer, mangaan en arseen verwijderd.[11]

Door een ionenwisselaar[bewerken]

Een soort kunsthars zal de calcium ionen inwisselen voor twee natrium-ionen; de schematische reactievergelijking:

(hars)2− • 2 Na+(s) + Ca2+(aq) → (hars)2− • Ca2+(s) + 2 Na+(aq)

Bij deze ionenwisseling neemt het totaal aantal metaalionen niet af en blijft het water dus hard volgens de definitie. Als onder waterhardheid uitsluitend het aantal Ca- en Mg-ionen wordt verstaan, is er wel sprake van ontharding. Er kan immers geen ketelsteen meer ontstaan. Bij dit type ionenwisseling blijven vrijwel alle eigenschappen van het behandelde water gelijk. Alleen de smaak kan veranderen door het verwijderen van calcium en magnesium. De smaak van het water verandert niet door toevoeging van natrium, want natrium zelf is smaakloos. De verbinding natrium en chloride maakt keukenzout en dus ook zoutsmaak. Er veranderen een aantal eigenschappen. Hierdoor is er een minimale wettelijke hardheid gesteld in het drinkwaterbesluit. Een ionenwisselaar voor drinkwatergebruik moet altijd een mogelijkheid tot bijmenging hebben. Hiermee kan een resthardheid worden verkregen. Een ideale resthardheid is 3 dH. Hierbij is er geen of minimaal hinder van kalkaanslag en blijft het water goed als drinkwater.

Door een complexvormer[bewerken]

Aan wasmiddelen worden stoffen toegevoegd die de metaalionen omvormen tot complexe ionen, die geen schade meer kunnen veroorzaken. Een voorbeeld van een dergelijke stof is pentanatriumtrifosfaat.

Door een filter[bewerken]

Water wordt onder hoge druk door een zeer fijn filter (membraan) geperst. Bij deze ultrafiltratie worden vrijwel alle zouten tegengehouden. Water kan ook onthard worden door omgekeerde osmose (hyperfiltratie), een andere filtratietechniek.

Door een magneetveld[bewerken]

Er zijn bedrijven die waterontharders verkopen die op basis van een magneetveld zouden werken. Onderzoek door de Duitse consumentenbond (Stiftung Warentest) heeft geen meetbaar effect van deze apparaten kunnen aantonen.[12][13]

Externe links[bewerken]