KOH-Zugabe mit und ohne Calcit-Fällung
Wie ändert sich der pH-Wert von Beispielwasser BspC3 (mit pH 7.9), wenn man 0.3 mmol/L Kalilauge zugibt? Welchen Einfluss hat dabei die Calcit-Fällung?
Vorgehensweise und Ergebnis
Man öffne das Beispielwassers BspC3 (Taste Open), dann Taste Reac. In das Listenfeld “KOH” trage man den Wert 0.3 mmol/L ein.
Mit Start beginnt die Rechnung. Das Ergebnis ist hier:
Ausgehend vom pH 7.90 werden zwei pH-Werte angezeigt:
| pH = 9.03 | (ohne Calcit-Fällung) |
| pH = 7.83 | (mit Calcit-Fällung) |
Das Programm führt dazu immer zwei Rechnungen aus. Während Input das Ausgangswasser bezeichnet, zeigt Output 1 das Ergebnis ohne Berücksichtigung von Mineralphasen und Output 2 das Ergebnis mit Mineralphasen.
Sobald die Lösung bzgl. einer Mineralphase übersättigt ist, wird dies bei Output 2 angezeigt (mit der Menge an ausgefallenem Stoff). Im vorliegendem Beispiel ist das Wasser mit Calcit (CaCO3) übersättigt, welches dann auch ausfällt.
[Man beachte: Ausfallen können nur diejenigen Minerale, die man als “Gleichgewichtsphase” aktiviert. Eine Auswahl der hydrochemisch wichtigsten Minerale sind im Programm per Voreinstellung aktiviert.]
Ausgefallene Calcit-Menge
Der Screenshot oben ist nur eine sehr kompakte Darstellung der Ergebnisse. Im nächsten Schritt (Taste weiter ») öffnet sich die Tabelle mit der kompletten Wasserzusammensetzung. Man erkennt, dass sich in unserem Beispiel die Wässer hauptsächlich in vier Parametern unterscheiden (Konzentrationen in mM):
| Parameter | Input | Output 1 | Output 2 |
| (ohne Fällung) | (mit CaCO3 Fällung) | ||
| pH | 7.90 | 9.03 | 7.83 |
| Ca | 1.22 | 1.22 | 0.91 |
| DIC | 2.46 | 2.46 | 2.15 |
| K | 0.05 | 0.35 | 0.35 |
Die Differenz der Ca-Werte in den letzten beiden Spalten gibt uns die ausgefallene Menge an Calcit:
| (1) | CaCO3 = 1.22 mM – 0.91 mM = 0.31 mM |
Zum gleichen Ergebnis gelangt man, wenn anstelle von Ca der DIC genommen wird:
| (2) | CaCO3 = 2.46 mM – 2.15 mM = 0.31 mM |
Mit anderen Worten, auch wenn das Ergebnis nicht schon im oberen Screenshot angezeigt worden wäre, man erhält die ausgefallene Stoffmenge aus der Wasserzusammensetzung.
Parameter zur Calcitsättigung
Die nächste Taste weiter » bringt eine Zusammenstellung der wichtigsten Kenngrößen zum Carbonatsystem und zur Calcitsättigung (ähnlich wie hier):
| SI_Calcit = 1.29 |
| Calcitabscheidekapazität: 0.30 mmol/L |
| 29.8 mg/L Calcit fällt aus. |
Die Calcitabscheidekapazität entspricht der ausgefallenen Calcit-Menge. Doch warum ist der hier angegebene Wert (0.30 mM) nicht exakt derselbe wie in Gl.(1) oben?
Die Antwort ist einfach (und hat nur mit diesem Beispielwasser zu tun): Die Parameter der Calcitsättigung werden für die Bewertungstemperatur Tb = 5.5 berechnet (die im Inputwasser vorgebbar ist). Das Inputwasser selbst hat aber 20. Der Unterschied ist also ein Temperatureffekt:
| (3a) | ausgefallene Calcit-Menge | bei T = 20: | 0.31 mM |
| (3b) | ausgefallene Calcit-Menge | bei T = 5.5: | 0.30 mM |
Dies lässt sich leicht nachprüfen, indem man die Berechnung wiederholt, und zwar mit einer Bewertungstemperatur von 20. Das liefert dann eine Calcitabscheidekapazität von 0.31 mM.