Waterguide - Calcium

Was ist Calcium?

Calcium ist ein Erdalkalimetall (Symbol Ca, Ordnungszahl 20, Atommasse 40 g/mol). Es zählt zu den häufigsten Elementen der Erdkruste und ist ein mengenmäßig wichtiger Wasserinhaltsstoff. Zudem ist Calcium ein essenzielles Element für fast alle Lebewesen. In der Wasserchemie hat Calcium besondere Bedeutung als Bestandteil des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichts.

In welcher Form kommt Calcium in der Erdkruste vor?

Aufgrund seiner starken Reaktivität kommt Calcium nur chemisch gebunden als Bestandteil von Mineralien vor, wobei es fast immer in der Oxidationszahl +2 vorliegt. Calcium tritt in Gesteinen am häufigsten als Kalk (Calciumcarbonat CaCO₃), Dolomit (Calcium-Magnesium-Carbonat CaMg(CO₃)₂) oder Gips (Calciumsulfat CaSO4 · 2 H2O) bzw. als wasserfreies Anhydrit (CaSO4) auf. Kalk kann sich ebenso wie Ton als Sedimentgestein in Meeresbecken bilden (z.B. aus Kalkskeletten von Korallen oder Algen). Kommerziell wichtige Calciumverbindungen sind zum Beispiel Apatite (Calcium-Phosphat-Minerale), die als Rohstoff für die Düngemittelproduktion genutzt werden, aber auch im menschlichen Körper eine wichtige Rolle spielen – so bestehen Knochen zu etwa 50 % aus Hydroxylapatit.

Wie gelangt Calcium ins Wasser und in welcher Konzentration liegt es dort vor?

Calcium kann durch folgende Vorgänge im Wasser in Lösung gehen:

• Auflösung von Calciumcarbonat durch CO2-haltiges Wasser (Kohlensäureverwitterung)
• Auflösung von Calciumsulfat aus gipsführenden Schichten
• Neutralisationsreaktionen mit Schwefel- oder Salpetersäure (saurer Regen, Düngung)
• Abgabe von Calciumchlorid (Abfallprodukt chemische Industrie/Bergbau) ins Abwasser

Je nach Art des Gesteins können durch Kohlensäureverwitterung auffällige Geländeformen wie zum Beispiel unterirdische Höhlen entstehen. Diese Geländeformen werden als Karst bezeichnet. Ca. 25 % der Weltbevölkerung erhalten ihr Trinkwasser aus Karst-Aquiferen.

Der Calciumgehalt des Grundwassers hängt vor allem davon ab, aus welchem Gestein der Grundwasserleiter (Aquifer) besteht. Grundwasser aus Gipsgestein kann hohe Konzentrationen an Calcium (> 200 mg/l) und Sulfat enthalten. Grundwasser aus Kalkstein enthält im Allgemeinen < 100 mg/l Calcium, da die Löslichkeit durch das Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht begrenzt ist.

Der Calciumgehalt in Oberflächengewässern liegt im Allgemeinen recht niedrig, nimmt aber entlang der Fließstrecke durch Abwassereinleitungen zu und kann am Unterlauf eines Flusses ca. 50 – 100 mg/l betragen.

Die Konzentration von Calcium im Meerwasser beträgt 410 mg/l, da durch Evaporation die Konzentrationen aller Mineralstoffe zunehmen.

Warum muss Calcium aus dem Wasser entfernt werden?

Hartes Wasser schmeckt wegen des Calcium- und Magnesiumgehaltes vielen Menschen besser. Andererseits wird Tee meist als aromatischer empfunden, wenn er mit weicherem Trinkwasser hergestellt wird. Calcium und Magnesium bilden mit den Gerbstoffen des Tees unlösliche Verbindungen, die als feine Schlieren sichtbar werden (Teehaut) und den Tee flacher und bitterer schmecken lassen. Gesundheitsschädlich ist hartes Wasser aber nicht.

Allerdings ist im Haushalt und bei vielen gewerblichen und industriellen Verbrauchern ein zu hoher Gehalt an Calcium im Wasser bzw. eine zu hohe Wasserhärte unerwünscht, weil bei Erwärmung des Wassers Calciumcarbonat ausfällt. Dadurch bilden sich Ablagerungen, die zum Teil nur optisch störend sind (z.B. Kalkflecke auf Gläsern und Töpfen), die aber auch die Funktionalität schwerwiegend beeinträchtigen können (z.B. Verschlechterung Wärmeübergang durch Kesselstein, mit Kalkablagerungen „zugewachsene“ Rohre).

Im Haushalt werden Kalkablagerungen periodisch beispielsweise mit Zitronensäure entfernt (Entkalkerprodukte). Im Industriebereich ist eine Entfernung von Calcium aus dem Wasser durch Enthärtung, Entcarbonisierung oder andere Verfahren üblich.