Prüfen einer Wasseranalyse

Das Prüfen und Interpretieren einer Wasseranalyse gehört zu den Standardaufgaben der Hydrochemie. In diesem Beispiel untersuchen wir ein Grundwasser, dessen chemische Zusammensetzung im mitgelieferten Beispieldatensatz gw.sol gegeben ist.

Die Vorgehensweise mit aqion wird in vier Teilschritten demonstriert:

  1. Eingabe bzw. Einlesen der Wasseranalyse
  2. Ladungsbilanzfehler und Ladungsausgleich
  3. Elementkonzentrationen und Speziierung
  4. Carbonatsystem und Calcitsättigung

Ein Beispiel für eine unvollständige Wasseranalyse ist hier gegeben.


Schritt 1:  Eingabe der Wasseranalyse

aqion_input_panel

Startet man aqion, dann öffnet sich das Eingabefenster für die Wasseranalyse. Hier kann man die Parameter der Wasseranalyse eingeben.

Alternativ dazu lassen sich schon vorhandene Inputwässer bzw. Wasseranalysen (die man zuvor gespeichert hat) direkt einlesen. Dazu klicken wir auf die Taste Open (links unten) und wählen das File gw.sol aus.

Das eingelesene File/Wasser erscheint wie im Bild rechts. Ganz oben steht der Filename, darunter alle physikalischen und chemischen Parameter.

(Anmerkung: Die Inputwässer von aqion sind im Benutzerverzeichnis unter aqion\INP abgelegt.)

Es gibt zwei Möglichkeiten, mit der hydrochemischen Berechnung zu beginnen:

  • Taste Start:  Ladungsbilanz, chem. Gleichgewicht, Calcitsättigung, etc.
  • Taste Reac:  Reaktionen, pH-Berechnung, Titrationskurven

Wir klicken auf die Taste Start.

Schritt 2:  Ladungsbilanzfehler & Ladungsausgleich

aqion_gw_ladungsbilanz

Als erstes prüft aqion die Ionenbilanz und berechnet den Ladungsbilanzfehler. Das Ergebnis ist rechts im Bild zu sehen.

Der Fehler von 0.33% ist klein, was für eine sehr gute Wasseranalyse spricht. Unabhängig davon besteht die Möglichkeit, den Ladungsausgleich exakt herzustellen.

Dazu muss das linke Kontrollkästchen aktiviert sein. Nur dann lässt sich im nebenstehenden Listenfeld einer von mehreren Parametern auswählen, der angepasst werden soll. Hier ist es der pH-Wert (Voreinstellung).

Mit dem Kontrollkästchen “Ionenbilanz nach DIN 38402-62” wird der Bilanzfehler nach der entsprechenden DIN-Vorschrift berechnet. Dies ist eine grobe Näherung, die von den Lösungsalgorithmen moderner Gleichgewichtsprogramme (Speziierung) keinen Gebrauch macht – siehe Beispielrechnung hier.

Die Taste Details bietet eine Entscheidungshilfe zur Auswahl des Parameters, Anion oder Kation, für den Ladungsausgleich.

Die Taste weiter startet die Gleichgewichtsrechnung mit Ladungsausgleich.

aqion_gw_pH_adjustment

Ladungsausgleich

Beim Ladungsausgleich wird der pH-Wert von 6.90 auf 6.91 erhöht – siehe Bild rechts.

Dass es sich hier um eine ausgesprochen kleine Änderung handelt, verwundert nicht, da die Wasseranalyse nahezu fehlerfrei war. (In der Praxis sind die Ionenbilanzfehler deutlich höher.)

Bevor das Schema im rechten Bild erscheint, führt das Programm zwei separate Gleichgewichtsrechnungen durch: Zuerst den Ladungsausgleich als “Output 1” (ohne Minerale), danach eine Rechnung mit Einbeziehung der Minerale (Output 2). Ist das Inputwasser bzgl. einer Mineralphase übersättigt, so fällt das entsprechende Mineral aus und verändert u.a. den pH-Wert. Dies wird im Schema ganz rechts angezeigt. (Im vorliegenden Beispiel fällt zwar Fe(OH)3 aus, die Menge ist aber zu klein, um den pH zu ändern.)

Die Taste weiter öffnet die Ergebnistabellen (Schritt 3).

Schritt 3:  Ergebnistabellen (Konzentrationen, Speziierung)

aqion_gw_output

Die Ergebnistabelle rechts im Bild zeigt die wichtigsten Parametern (u.a. pH-Wert, Temperatur, Redoxpotential, Element-Konzentrationen) für drei Wässer:

  • die Wasseranalyse (Inputdaten)
  • die Wasseranalyse nach dem Ladungsausgleich
  • die Wasseranalyse nach Ladungsausgleich und chem. Gleichgewicht mit Mineralen (inkl. Redox-Reaktionen)

Die letzte und vorletzte Spalte unterscheiden sich nur dann voneinander, wenn keine Minerale ausgefallen sind. (Im vorliegenden Fall ist nur die kleine Menge von 0.46 mg/L Fe(III) als amorphes Fe(OH)3 ausgefallen; in der letzten Spalte steht daher ein Fe-Wert kleiner als 1 µg/L. Gleichzeitig wird das Redoxgleichgewicht zwischen Nitrat (NO3) und Nitrit (NO2) hergestellt.1

Mehr Infos zu den berechneten Wässern erhält man mit den oberen Tasten:

  • Ionen – Ionen und Komplexe (komplette Speziierung)
  • Minerale – ausgefallenen Minerale und Sättigungsindizes

Mit der Taste weiter gelangt man zur nächsten Ergebnisausgabe (Schritt 4).

Anmerkungen

  1. Das Redoxgleichgewicht zwischen Nitrat und Ammonium ist per Voreinstellung ausgeschaltet – siehe hier.

[last modified: 2015-11-18]