KOH-Zugabe mit und ohne Calcit-Fällung

Wie ändert sich der pH-Wert vom Beispielwasser BspC3 (mit pH 7.9), wenn man 0.3 mmol/L Kalilauge zugibt? Welchen Einfluss hat dabei die Calcit-Fällung?

Vorgehensweise und Ergebnis

Eingabefenster: KOH-Zugabe

Man öffnet das Beispielwassers BspC3 (Taste Open), danach Taste Reac. In das Listenfeld “KOH” trage man den Wert 0.3 mmol/L ein.

Mit Start beginnt die Rechnung. Das Ergebnis ist hier zu sehen.

Output: KOH-Zugabe

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 oben gezeigte Screenshot ist nur eine sehr kompakte Darstellung der Ergebnisse. Im nächsten Schritt (Taste weiter ») öffnet sich die Tabelle, welche die komplette Wasser­zusammensetzung zeigt. Dort wird ersichtlich, dass sich 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 Lösungszusammensetzung.

Parameter zur Calcitsättigung

Die nächste Taste weiter » bringt eine Zusammenfassung der wichtigsten Kenngrößen zum Carbonatsystem und zur Calcitsättigung (ähnlich wie hier). In unserem Fall findet man dort folgende Angaben:

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 so vorgegeben 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

Das 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.

[last modified: 2021-05-23]