Waterhardheid

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
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 zijn de kwaliteitseisen voor drinkwater opgenomen in het Drinkwaterbesluit. 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). Omdat de norm alleen voor het ontharden en ontzouten van drinkwater geldt, geeft de Memorie van Toelichting bij het Drinkwaterbesluit aan dat alleen een ondergrens relevant is en de bovengrens kon vervallen. De minister van VROM vermeldt verder dat documenten van de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) het belang van magnesium voor de gezondheid aangeven en dat de overheid er daarom van uit gaat dat bij het onthardinsproces de concentratie van magnesium niet wordt gewijzigd.

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.[1] 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.[1]

De Nederlandse waterleidingbedrijven gebruiken grondwater of oppervlaktewater waarbij elke bron zijn eigen hardheid heeft. Te zacht water komt erg weinig voor. Als het water harder is dan gewenst, kan een waterleidingbedrijf een onthardingsinstallatie gebruiken of hard water mengen met zacht water. Hiervoor kan ook zeer zacht water (bijna 0 DH) worden gebruikt dat wordt verkregen door membraanfiltratie: water wordt onder hoge druk door een zeer fijn filter (membraan) geperst waardoor alle bacteriën en virussen en vrijwel alle zouten worden verwijderd.

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.[2]

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.[3]

Nadelen hoge hardheid[bewerken]

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 waterontharders die werken volgens het principe van ionenwisseling, heeft deze eigenschappen ook niet omdat de wisselaar calcium- en magnesiumionen vervangt door natriumionen (dus kalk en magnesium vervangt door zout). Een goede afstelling van een dergelijke wisselaar is belangrijk om te voorkomen dat de dagelijkse zoutopname te hoog wordt en men te weinig magnesium binnenkrijgt.

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.[4]

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.[5] 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.[6] Ook onthard water verkregen door een ionenwisselaar kent dit nadeel niet[7].

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.[8]

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. De smaak kan wel veranderen, enerzijds door het verwijderen van calcium en magnesium en anderzijds door het toevoegen van natriumionen die het water zouter van smaak maken. Een ionenwisselaar voor drinkwatergebruik moet altijd een mogelijkheid tot bijmenging hebben. Hiermee kan een resthardheid van calcium- en magnesiumionen 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.[9][10]

Externe links[bewerken]