Waterhardheid

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Kalkaanslag op een kraan

Waterhardheid is een maat voor de hardheid van water en geeft de concentratie van metaal-ionen, veelal magnesium- en calciumcarbonaat, maar ook bicarbonaten en sulfaten, in het water aan. Het meeste drinkwater bevat met name calcium dat bij verhitting neerslaat als calciumcarbonaat. Die neerslag wordt ook wel kalk, kalkaanslag of ketelsteen genoemd, verwijzend naar de aanslag in fluitketels.

Water met een hoge waterhardheid veroorzaakt veel kalkaanslag en veroorzaakt daarmee schade aan verwarmingselementen, maar bemoeilijkt ook de werking van zepen. Dat laatste is terug te vinden in de doseringen voor de vaatwasser of de wasmachine.

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°). 1 dH staat voor 17,8 gram kalk per kubieke meter water. 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  1,78 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]

Waterbesluit Nederland[bewerken]

In Nederland zijn de kwaliteitseisen voor drinkwater opgenomen in het Drinkwaterbesluit. Vanaf 1 januari 2017 is het nieuwe waterwerkblad 4.6 van kracht.[1] De tekst hierin luidt onder meer:

  • 4.1 Collectieve watervoorzieningen en collectieve leidingnetten — Hiervoor gelden onder meer eisen ten aanzien van de hardheid en het beschikken over een meetprogramma
  • 4.2 Woninginstallaties — Voor woninginstallaties is een meetprogramma niet vereist en er worden ook geen specifieke eisen aan de drinkwaterkwaliteit gesteld
  • 4.3 Veilig en ongestoord gebruik — Ten behoeve van een veilig en ongestoord gebruik moeten bij aanleg, beheer en onderhoud van de apparatuur de voorschriften van de producent/leverancier worden opgevolgd, daarbij rekening houdend met het gestelde in 2.4

Voor hardheid is alleen voorgeschreven dat waterleidingbedrijven drinkwater niet verder mogen ontharden of ontzouten dan 1 mmol/l (5,6 DH). De toetsing hiervan vindt plaats aan de 90 percentiel van de meetgegevens. De totale hardheid wordt berekend uit het aantal mmol Ca2+ plus Mg2+ per liter (zie omrekentabel). Tot 2011 gold het Waterleidingbesluit waarin ook een bovengrens was opgenomen van 2,5 mmol/l (14 DH).

Vlaanderen[bewerken]

Het Besluit van de Vlaamse Regering van 13/12/2002 vermeldt een hogere minimumwaarde: het water, bestemd voor menselijke consumptie, dat een ontharding of ontzilting heeft ondergaan moet een minimale hardheid van 15 Franse graden (8 DH) hebben.[2] Dit besluit geldt net als in Nederland alleen voor drinkwaterbedrijven, niet voor particulieren. In lijn met deze wettelijke regeling raadt de Vlaamse Maatschappij voor Watervoorziening particulieren sterk af om onder de 15 Franse graden te ontharden.[2]

Saturatieindex[bewerken]

Agressief water[bewerken]

Agressiviteit van drinkwater is gerelateerd aan het oplossen, uitlogen en corroderen van leidingmaterialen. Van oudsher wordt water als agressief aangeduid als het in staat is om kalksteen (CaCO3) op te lossen. Heyer toonde al in 1888 aan dat de agressiviteit van water te verminderen is door contact met kalksteen. Kalkagressief water heeft een te lage pH en kan leidingen van beton en asbestcement aantasten. Kalkafzettend water heeft een te hoge pH, hetgeen kan resulteren in afzettingen van ketelsteen. Om beide situaties te vermijden moet het water in evenwicht zijn (kalk-koolzuurevenwicht). De saturatie-index SI is een waarde voor de drijvende kracht in de neerslag- of oplosreactie. De praktijk leert dat bij een waarde van de SI tussen –0,2 en +0,3 de reacties zo traag zijn dat geen noemenswaardige effecten optreden.

Vanuit enkele pompstations van Vitens wordt drinkwater gedistribueerd dat voor wat betreft de saturatie-index niet voldoet aan de norm van het Waterleidingbesluit 2001 (SI > −0,2).

Blijkens experimenteel onderzoek van het Nederlandse onderzoeksbedrijf TNO leidt waterontharding minder snel tot corrosie van koperen leidingen.[3]

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. Het PVC waarvan de leidingen meestal worden gemaakt loste op. PVC bevat een kleine hoeveelheid schadelijke stoffen, onder andere metaalzouten, monomeer vinylchloride en ftalaten.

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 conform het advies van de wasmiddelfabrikanten. 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]

Wat is minder?[bewerken]

Na juni 2016 is de waterhardheid in heel Noord-Holland gedaald van gemiddeld 8,4 naar gemiddeld 7,8 dH, een verschil van 0,6 graden. De Stichting Toegepast Onderzoek Waterbeheer (STOWA) berekende vooraf dat deze verlaging een investering van 175.000 euro zou kosten. Alleen al de 466.000 inwoners van het Hoogheemraadschap Hollands Noorder Kwartier (HHNK) zouden daardoor 4,3 miljoen euro kunnen besparen op hun wasmiddelen. De nadruk ligt op kunnen, want dan moeten de Noord-Hollanders ook daadwerkelijk minder wasmiddel gaan gebruiken.

De wasmiddelfabrikanten, verenigd in de Nederlandse Vereniging van Zeepfabrikanten (NVZ) hebben gezamenlijk afgesproken welke doseerinformatie er op hun verpakkingen moet staan. Dit loopt gelijk aan de indeling van de drinkwaterkwaliteit bij de drinkwaterbedrijven, verenigd in de Vewin: Zacht, Gemiddeld, Hard.

dH Dreft 
Klok 
Neutral 
Omo
Witte Reus Sapox Persil Ariel 
Biotex
0 - 8,4 Zacht Licht Zacht
8,4 - 14 Gemiddeld Middel Middelhard Licht Zacht/Gemiddeld
14 of hoger Hard Hard/Zeer Hard Hard Hard Hard

Door deze driedeling is er duidelijk verschil tussen de aanbevolen hoeveelheden, behalve bij Persil, Ariel en Biotex. Toch kunnen Waternet en PWN nu claimen dat het wasmiddelverbruik drastisch zal dalen, want met een daling van 8,4 naar 7,8 wordt de grens van 'Gemiddeld' naar 'Zacht' gepasseerd. Zo vangen PWN, Waternet en de waterschappen twee vliegen in één klap. Door de waterhardheid met gemiddeld 0,6 graden te verlagen wordt er overal "zacht water" geleverd en kunnen alle Noord-Hollanders met minder wasmiddel toe.

Hard of zacht?[bewerken]

De Battelle Study[bewerken]

In 2009 werd er door de Amerikaanse Water Quality Association (WQA) een aantal onderzoeken gepubliceerd over de verschillen tussen hard en zacht water.

Bij het verwarmen van water dat harder is dan 3 dH, ontstaat ketelsteen, het vaste calciumcarbonaat en 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.

Het Battelle Instituut onderzocht specifiek het effect van hard versus zacht (kalkarm) water gedurende 90 dagen op verschillende CV-systemen werkend op gas. Al deze warmwatersystemen behielden bij gebruik van zacht water gedurende de gehele testperiode hun efficiëntie. In de hard-waterconditie werden dalingen in het rendement waargenomen. Met name combiketels verloren rendement en aangezien in Nederland voornamelijk combiketels worden gebruikt, beperkt dit artikel zich daartoe.

Er werden verschillende statistische methoden gebruikt om te berekenen hoeveel er bij welke waterhardheid te besparen valt op kosten voor gas en periodiek ontkalken van de CV. Door water volledig te ontharden kan er per persoon 131×5,4% = 7,1 m³ gas worden bespaard, wat bij de toenmalige gasprijs neerkomt op 0,66×7,1 = 4,71 euro per persoon per jaar.

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 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.

Onderhoud apparatuur[bewerken]

Er werd berekend hoe vaak de CV gedurende de 10-jarige levensduur ontkalkt moet worden om storingen te voorkomen. Bij 10 dH was dat na 4,4 jaar. Over de gehele levensduur van de CV is dat dus 10/4,4 = 2,27 keer. Per dH komt dat neer op 0,23 ontkalkingsbeurten over de gehele levensduur.

Wateronthardingmethodes[bewerken]

Door verhitting[bewerken]

Zie hierboven bij 'Vorming ketelsteen', met dit verschil dat de verhardingsreactie gebeurt vóór het verwarmingselement, waardoor dat 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, zie carbonatatie. De onoplosbare calcium- en magnesiumzouten kristalliseren en groeien in het proces op de zandkorrels aan tot kleine 'parels', die bezinken en uit de reactor worden verwijderd. In dit proces worden voor zover aanwezig ook ijzer, mangaan en arseen verwijderd.[5]

Door een kationenwisselaar[bewerken]

Een soort kunsthars (H in onderstaande vergelijkingen) zal de calciumionen inwisselen voor twee natriumionen; de schematische reactievergelijking:

Ontharding:

Regeneratie:

H is de hars.

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 kalkaanslag ofwel CaCO3 (s) meer ontstaan.

Door een complexvormer[bewerken]

Aan wasmiddelen worden stoffen toegevoegd die 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. Nanofiltratiemembranen houden tweewaardige ionen zoals Ca2+ en Mg2+ tegen en ontharden daarmee het water. Omgekeerde osmose-membranen zijn nog iets dichter en houden vrijwel alle zouten tegen.

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.[6][7]

Externe links[bewerken]