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Wird ein Wasser nach Zugabe von festem Calciumcarbonat einige Zeit ge­rührt, so löst sich entweder ein Teil des Salzes auf oder das Wasser bleibt unverändert. Durch Untersuchung des Wassers vor und nach der Behandlung mit Calciumcarbonat lässt sich quantitativ bestimmen, ob es kalkaggressiv ist oder nicht.

Bestimmung des Gehalts an Branntkalk (CaO) oder Natriumhydroxid (NaOH) der Reinigerlösung mit einer Säurelösung (HCl oder H₂SO₄) mit entsprechender Normalität bis zum Farbumschlag von Phenolphthalein (pH 8,2).

Branntkalk

Natriumhydroxid

Nach DIN 38409 Teil 6 (Januar 1986) wird als „Härte" eines Wassers sein Gehalt an Calcium- und Magnesium-Ionen verstanden. In einigen Spezialfäl­len kann es sinnvoll sein, daneben auch Barium- und Strontium-Ionen der Härte zuzurechnen. Wenn auch der Härtebegriff aus wissenschaftlicher Sicht nicht erforderlich und sogar – weil keine SI-Einheit – im Prinzip gesetzlich unzu­lässig ist, so scheint er doch in manchen Fällen notwendig oder wirkt vereinfa­chend. Aus diesem Grunde soll an dieser Stelle neben den Angaben in mg/l, mval/l und mmol/l noch die ältere Einheit berücksichtigt werden. Die Maßein­heit 1 Deutscher Grad, 1°d (früher auch 1°dH) entspricht (bezogen auf CaO) 0,3566 mval/l = 0,179 mmol/l: *)

*) SI-Einheiten ab 01. 01. 1978 im amtlichen und rechtgeschäftlichen Verkehr, wobei °d in mmol/l ausgedrückt werden soll.

Bei der Maßeinheit 1 mval/l sind die obigen Werte um den Faktor 2,804 höher (1/10 des CaO-Äquivalentgewichts).

Eine Konzentration von 1 mg/l an Erdalkali-lonen entspricht:

In natürlichen Wässern überwiegen von den Erdalkali-lonen Calcium und Magnesium.

Für bestimmte Verwendungszwecke und/oder Aufbereitungsverfahren genügt es nicht, die Gesamthärte zu kennen, sondern man unterscheidet, von wel­chen Erdalkali-lonen sie verursacht wird (Calcium- oder Magnesium-lonen) und welchen Anionen sie äquivalent entsprechen. Hier spielen die lonen der Kohlensäure eine besondere Rolle (Carbonat- und Hydrogencarbonat-lonen).

Die Untergruppen der Härte lassen sich folgendermaßen charakterisieren

Calcium- oder Kalkhärte (Ca-H):

Durch Calcium-lonen verursachter Anteil der Härte des Wassers.

Magnesium- oder Magnesiahärte (Mg-H):

Durch Magnesium-lonen verursachter Anteil der Härte des Wassers.

Gesamthärte (GH):

Unter diesem Begriff wird die Summe der Einzelhärten (Ca-H + Mg-H) ver­standen.

Carbonathärte (KH):

Die Carbonathärte entspricht dem Anteil der Erdalkali-lonen, der den im Was­ser vorhandenen Hydrogencarbonat- und Carbonat-lonen äquivalent ist. Diese lonen werden durch die Bestimmung des m-Wertes in mval/l erfasst. Wasser ohne Säureverbrauch (pH < 4,3) hat keine Carbonathärte. Der m-Wert entspricht der Carbonathärte in mval/l, solange dieser Wert die Gesamt­härte in mval/l nicht übersteigt, da die Carbonathärte definitionsgemäß nicht höher sein kann als die Gesamthärte. Wasser, dessen m-Wert die Gesamt­härte in mval/l übersteigt, nennt man „sodaalkalisch", da es Natrium enthält. Für die Wahl des Aufbereitungsverfahrens kann es noch angebracht sein, zwischen Kalk- und Magnesia-Carbonathärte zu differenzieren (Kalk-KH und Magnesia-KH).

Nichtcarbonathärte (NKH):

Sie ist die Differenz zwischen der Gesamthärte und der Carbonathärte und somit der Anteil an Calcium- und Magnesium-lonen, für die kein äquivalenter Anteil an Hydrogencarbonat- und Carbonat-lonen im Wasser vorhanden ist, sondern für die eine äquivalente Menge anderer lonen vorliegt (z. B. Hydroxid, Chlorid, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Silicat, Humat). Wässer, deren m-Wert ≥ GH (mval/l) ist, haben keine Nichtcarbonathärte.

Benötigte Analysendaten:

Gehalt an Calcium-lonen in mg/l oder mval/l

Gehalt an Magnesium-lonen in mg/l oder mval/l

Säureverbrauch, m-Wert in mval/l

Die Restalkalität wird aus den Parametern Gesamthärte, Calcium- und Magnesiumhärte errechnet.

Durch Zusatz von Kalkwasser oder Kalkmilch werden die Hydrogencarbonate und freies Kohlendioxid in Carbonate übergeführt und weitgehend zur Aus­fällung gebracht:

Calciumcarbonat ist unlöslich und fällt aus, dagegen ist das Magnesium­carbonat weitgehend löslich. Ein weiteres Äquivalent Ca(OH)₂ führt das Magnesiumcarbonat in unlösliches Magnesiumhydroxid über:

Die rechnerisch ermittelte Menge würde aber in der Praxis zum Überkalken des Wassers (zu hoher pH-Wert) führen, weil für die quantitative Ausfällung des Magnesiumhydroxids eine sehr hohe Alkalität nötig ist, weshalb das sog. „splittreatment''-Verfahren bevorzugt wird, d. h.,  es wird die für die Gesamt­menge berechnete Menge an Kalkwasser zu ca. 2/3 des Rohwassers zugesetzt, also sehr stark überkalkt und damit auch das Magnesiumhydrogen­carbonat zur Ausscheidung gebracht. Der Zusatz von ca. 1/3 des Rohwassers stumpft den Kalküberschuss ab und bewirkt die vollständige Ausfällung des Calcium­hydrogencarbonates. Auf diese Weise wird die dem Calcium äquiva­lente Carbonathärte vollständig entfernt und die vom Magnesium herrührende Carbo­nathärte zum größeren Teil.