Wer große Schwimmbecken mit Chlorgas desinfiziert, erzeugt neben aktivem Chlor für die Wasserreinigung auch Salzsäure. Um den pH-Wert des Wassers neutral zu halten und die aggressive Säure zu entfernen, kommen in der Wassertechnik Marmorkiesbehälter zum Einsatz.
Wie diese Technik funktioniert und welche Vorteile sie im Vergleich zu Alternativen bietet, stellen wir Ihnen in diesem Artikel vor.
Inhalte dieses Beitrags:
Das Wichtigste auf einen Blick
- Chlordesinfektion: Wirksames Hypochlorit aus Natriumhypochlorit, Calciumhypochlorit oder Chlorgas
- Chlorgas reagiert im Wasser zu Salzsäure HCl und Hypochloriger Säure HClO
- HCl ist dabei ein unerwünschtes Nebenprodukt; senkt den pH-Wert, kann Geräte und Material beschädigen, reizt Haut und Schleimhäute
- Laugen zur Neutralisierung der HCl: teuer, aufwändige Dosierung und Kontrollmessungen
- weiches Wasser: nicht genug Carbonat-Anteil, um HCl zu neutralisieren
- Aufbereitung mit Marmorkies-Turm: Marmor besteht aus Calciumcarbonat (CaCO3, reagiert mit HCl zu CaCl2, H2O und CO2 → alles ungiftige, wasserlösliche und für das Schwimmbad unproblematische Reaktionsprodukte
- der Kies ist wesentlich günstiger als die Lauge, Reaktion reguliert sich selbst, es genügt die normale regelmäßige pH-Messung zur Kontrolle
- Marmorkiesbehälter vor allem für große Schwimmbäder rentabel, da für Chlorgas-Desinfektion besondere Genehmigungen erforderlich
- Haltbarkeit der Türme ca. 10 – 15 Jahre
- Marmorkies-Nachfüllung abhängig von der eingesetzten Chlorgasmenge, hohe Standzeiten möglich
Welche Rolle spielt der Marmorkiesbehälter in der Praxis?
Der korrekte pH-Wert ist für den sicheren und zuverlässigen Betrieb von Schwimmbädern ein entscheidender Parameter. Er sorgt für die wirksame Desinfektion mit aktivem Chlor als Desinfektionsmittel, ist wichtig für den Einsatz von Flockungsmitteln und die Verträglichkeit des Poolwassers. Weicht der Wert zu sehr vom Optimum (pH 7,0 bis 7,4) ab, bringt dies große Probleme im Betrieb mit sich.
Bei der Desinfektion mit Chlorgas, wie sie für große Pools und Schwimmbäder immer noch zu den preisgünstigsten Lösungen gehört, wird im Wasser nicht nur aktives Chlor freigesetzt, welches für die Desinfektion wirksam ist. Es entsteht bei der Reaktion des Cl2 mit Wasser auch Salzsäure HCl. Diese senkt den pH-Wert erheblich ab und hat korrosive und gesundheitsschädliche Eigenschaften. Um diese Substanz zu neutralisieren, müssen Maßnahmen ergriffen werden.
Aus diesem Grund setzt man phosphatarmen Marmorkies ein. Dieser wird in einer Schüttung in speziellen Behältern vorgehalten, durch welche das Poolwasser kontinuierlich gepumpt wird. Dabei neutralisiert der Kies die Säure und trägt dabei zur pH-Stabilisierung bei. Der Kies selbst wird bei der Reaktion verbraucht. Bei der Überwachung der Anlage muss geprüft werden, ob immer noch genug Marmorkies für den Betrieb vorhanden ist – ansonsten muss man die Substanz nachfüllen.
Dabei ist der Kies deutlich preisgünstiger und natürlich als die alternative Wasserbehandlung, die durch Zugabe konzentrierter Laugen erfolgt. Diese können den pH-Wert ebenfalls korrigieren und die Salzsäure neutralisieren. Für die kontinuierliche Behandlung sind hier aber teure Dosiereinrichtungen und Messsonden notwendig, außerdem ist auch die Lauge selbst teurer als der verwendete Marmorkies.
Alternative Einsatzgebiete für Marmorreaktoren sind neben der Wasserbehandlung im Schwimmbad auch die Entsäuerung von Trinkwasser, die Behandlung von Wasser in der Landwirtschaft, für Prozesswasser, die Tierzucht oder Gewächshäuser.
Funktionsweise und Aufbau von Marmorkiesbehältern
Der Marmorkies wird in einem zylindrischen Kunststoffbehälter (meist GFK) vorgehalten, an dessen Boden sich ein Filter befindet, welcher den Kies zurückhält. Dieser Behälter wird auch als Marmorturm, als Marmorkiesreaktor oder Marmorkies-Reaktionsbehälter bezeichnet. Durch ein Sichtglas kann man üblicherweise den Füllstand des Turmes überprüfen. Er sollte ⅓ der maximalen Füllung nicht unterschreiten, damit stets genug reaktive Oberfläche vorhanden. Es gibt unterschiedliche Bauformen, z. B. mit vollständig abnehmbarem Deckel für eine einfachere Reinigung oder Sichtscheiben an der Oberseite. Die eigentliche Funktion des Reaktors wird dadurch aber nicht verändert.
Der Marmorkiesbehälter wird so installiert, dass der Zulauf des Geräts möglichst dicht am Injektoraustritt für die Chlorung steht. Dann wird das frisch gechlorte Wasser direkt in den Marmorturm geleitet. Das Wasser wird durch eine Pumpe mit leichtem Überdruck von unten in den Behälter gepresst und benetzt dabei die Oberfläche des Marmorkieses. Dort findet die Reaktion zur Neutralisierung der Salzsäure statt. Das Wasser, das den Reaktor durchströmt hat, wird anschließend wieder in den Pool zurückgeleitet.
Die Chlorung des Poolwassers mit Chlorgas führt zu folgender Reaktion: Cl2 + H2O → HCl + HClO
HClO ist dabei das aktive Chlor, das für die Desinfektion benötigt wird. Die Salzsäure HCl ist unerwünscht und reagiert mit dem Marmorkies. Dieser besteht aus reinem Calciumcarbonat. 2 HCl + CaCO3 → CaCl2 + H2O + CO2
Chlorgas, welches noch nicht mit Wasser reagiert hat, wird dabei ebenfalls abgebaut, es entsteht hierbei das erwünschte aktive Chlor: CaCO3 + 2 Cl2 → H2O 2 HClO + CaCl2 + CO2
Das freigesetzte CO2 ist unproblematisch und gast mit der Zeit aus. Der Marmorkies ist nicht nur ein Katalysator, sondern wird aktiv verbraucht und muss regelmäßig ersetzt werden.
Anhand der Reaktionsgleichungen ist ersichtlich: Der Marmorkies sorgt für den Abbau unerwünschter Salzsäure und erhöht durch Reaktion mit Chlor den Anteil aktiven Chlors im Wasser. Auf diese Weise macht die Technik die Chlorung verträglicher, sicherer und effektiver.
Installation & Wartung des Marmorkiesreaktors
Der Marmorkiesbehälter wird im Anschluss an den Chlorinjektor in den Wasserkreislauf integriert. Damit wird das frisch behandelte Wasser nicht in den Pool geleitet, sondern erst von Salzsäure gereinigt. Gelöstes Chlorgas als Gesundheitsrisiko wird ebenfalls vollständig zur Reaktion gebracht. Erst danach wird das fertig gechlorte Wasser zurückgeführt.
Bei der Installation des Behälters kann es zu pH-Wert-Schwankungen kommen. Im Kies enthaltene Partikel lösen sich und sorgen für einen Anstieg des pH-Wertes. Dies wird im Betrieb durch entstehende Salzsäure neutralisiert, sodass die pH-Wert-Korrektur durch mineralische Säure einen Tag lang ausgesetzt werden sollte. Die Wasserbehandlung im Turm kann ebenfalls die Alkalinität des Wassers beeinträchtigen, sodass sich hier eine Nachmessung + evtl. eine Dosierung von Natriumhydrogencarbonat empfiehlt.
Die Wartung des Turms erfordert geeignete Schutzkleidung, da im Betrieb Chlorlösung enthalten ist! Für eine Spülung muss zuerst der Zulauf geschlossen und neutrales Wasser eingepumpt werden, bis das Volumen mindestens einmal ausgetauscht wurde. Einmal jährlich sollten Ventile und Dichtigkeit des Reaktors überprüft werden. Wenn die Füllmenge an Marmorkies ⅓ des Maximums erreicht, muss neuer Marmorkies eingefüllt werden.
Der exakte Marmorverbrauch hängt von der Wasserhärte, dem Durchfluss und der eingesetzten Chlormenge ab:
M = 0,704 • Cl2 — 17,83 • T • °dH
Marmor M [ g/h ]; Chlordosierung Cl2 [ g/h]; Treibwasser T [m3 /h]; deutsche Härte °dH
Sicherheit bei Marmorkiesbehältern
Die Montage des Marmorturms muss durch ausgebildete Fachkräfte erfolgen, für die elektrischen Anschlüsse werden Elektrofachkräfte benötigt. Die Inbetriebnahme und Wartung des Turms darf nur von autorisierten Fachkräften vorgenommen werden. Für den Betrieb und die betriebliche Wartung muss Personal des Betreibers geschult werden.
Im Betrieb ist davon auszugehen, dass im Marmorreaktor und den entsprechenden Anschlüssen Chlorgas bzw. stark saure Lösung vorhanden ist. Das bedeutet, dass alle Sicherheitsvorkehrungen im Umgang mit der Anlage wie für die Handhabung der Chlorgaseinleitung gelten. Chlor ist ein aggressives und hochreaktives Gas, das zu schweren Verätzungen, Gesundheitsschäden, dem Tod durch Ersticken und Materialschäden führen kann. Undichtigkeiten oder Beschädigungen an Sicherheitsventilen in der Anlage dürfen nicht geduldet werden und müssen sofort behoben werden.
Abgelassene Chlorlösung muss sofort neutralisiert werden (Natriumthiosulfat). Es dürfen ausschließlich originale Ersatzteile verwendet werden, die Mehrfachverwendung von sicherheitsrelevanten Teilen (insbesondere Dichtungen und Ventile) ist untersagt.
Die Wartung sollte mindestens einmal jährlich durch sachkundiges Personal erfolgen.
Der Marmorkiesreaktor sollte mit einem Be- und Entlüftungsventil ausgestattet sein, um freigesetztes CO2 abzulassen oder bei einem im Ablauf entstehenden Unterdruck Luft anzusaugen. So reguliert dieses Ventil den Druck im Behälter und kann Spannungen und explosive Druckentladungen verhindern. Das Sicherheitsventil ist dabei auf 2 bar Überdruck eingestellt. Bei zu hohem Druck kann der Marmorreaktor undicht werden oder sogar platzen. Deshalb ist bei der jährlichen Wartung auch dieses Ventil auf korrekte Funktion zu überprüfen.
Zur Sicherheit des Marmorkiesbehälters zählt auch die Qualität der Installation aller Anschlüsse und Chlorwasser-führenden Leitungen. Vor der Inbetriebnahme sollte die gesamte Einrichtung daher durch eine sachkundige Person geprüft werden.
Verhindern Sie den Zutritt für unbefugte Personen. Damit austretendes Chlorgas entfernt werden kann, muss die Anlage zuverlässig belüftet sein.
Messung und Überwachung
Wichtigster Parameter, um die Wirksamkeit des Marmorturms zu überwachen, ist der pH-Wert des Poolwassers. Liegt dieser stark unter dem Optimum, besteht die Gefahr, dass unbehandeltes Chlorwasser in den Pool gelangt – z. B. durch einen zu hohen Durchfluss im Reaktor, eine zu geringe Beladung des Behälters mit Marmorkies oder ein falsch geschaltetes Ventil.
Messen Sie den pH-Wert regelmäßig durch den Einsatz von Teststreifen oder pH-Sonden. Die Einhaltung des pH-Optimums ist die Grundlage für zahlreiche chemische Gleichgewichte im Wasser. Deswegen sollte die Einstellung dieses Wertes immer die Basis für weitere Schritte sein.
Auch die Säurekapazität und Härte des Poolwassers müssen überwacht werden, damit die Effizienz der Desinfektion und die Genauigkeit der Messungen der Chlorkonzentration nicht beeinträchtigt wird. Um die Effizienz der Chlorung zu überwachen, sollte auch die Konzentration des aktiven Chlors im Wasser ermittelt werden. Ist dieser Wert zu hoch, muss der Zufluss an Chlorgas reduziert werden. Ist er zu niedrig, sollten vor einer Erhöhung der Chlormenge erst alle anderen Parameter überprüft werden, z. B. auch die Wirksamkeit von Flockung und Filtration zur Eliminierung von Partikeln und Fremdstoffen aus dem Wasser.
Hinweise auf eine mangelhafte Desinfektion bieten zum Beispiel Trübungen oder Verfärbungen des Wassers. Der typische „Schwimmbadgeruch“ ist ein Zeichen dafür, dass zu viele Chloramine im Wasser enthalten sind – das liegt entweder an einem zu niedrigen pH-Wert oder einer zu geringen Konzentration an aktivem Chlor. Hier kann eine Schockchlorung helfen. Geben Sie dem System anschließend Zeit, um sich wieder einzustellen.
