Die allgemeinen Funktionsmechanismen und Wirkungsweisen der Kalkwassermethode und des Kalkreaktors werden erklärt, gegenübergestellt und von einer chemischen Seite aus betrachtet, welche leicht verständlich dargelegt wird.K a l k w a s s e r
Kalkwasser hört sich für den Meerwasseraquarianer sehr vielversprechend an und soll ja so einfach und kostengünstig anzuwenden sein. Hinterfragt man aber den Begriff "Kalkwasser" näher, ergeben sich einige Verwunderungen.Aus was besteht Kalkwasser eigentlich? Man nehme Calciumhydroxid, gibt es in Osmosewasser, rührt mehrfach um und läßt die Mischung stehen. Nach einiger Zeit gibt man die klare Flüssigkeit in das Meerwasseraquarium. War das alles? Ist es so einfach? Was passiert eigentlich und was ist Calciumhydroxid für einen Nicht-Chemiker? Fragen über Fragen, welche beantwortet werden müssen.
Calciumhydroxid
Calciumhydroxid ist vereinfacht eine Substanz aus Calcium (Ca), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H). Der Sauerstoff und der Wasserstoff sind fest miteinander verbunden und ergeben ein Hydroxid (OH). Dieses OH ist stark basisch (alkalisch) und hat einen pH-Wert von 14. Zwei dieser OH sind fest mit einem Calcium (Ca) verbunden. Die Zwei wird als Index geschrieben (2). Calciumhydroxid ist also:Ca(OH)2
Wird Calciumhydroxid in Wasser gegeben, geht ein Teil der Verbindung "auseinander", sie wird gelöst. Aus Calciumhydroxid wird dann ein Calcium-Ion (Ca2+) und zwei Hydroxid-Ionen (2 OH-). Dies sieht wie folgt aus:
Ca(OH)2 ® Ca2+ + 2 OH- Was bedeutet dies für den Aquarianer ?
"Kalkwasser"
Calciumhydroxid löst sich nur schlecht in Wasser. Aus diesem Grund bleibt immer Calciumhydroxid im Behälter als weißer Feststoff zurück. In der klaren Lösung darüber befinden sich Calcium-Ionen, Hydroxid-Ionen und natürlich Wasser. Der pH-Wert liegt bei ca. 12,45. Diese klare Lösung ist nun das "Kalkwasser" also:Ca2+ + OH- in Wasser
Kalk
Wo ist jetzt der Kalk im Kalkwasser? Kalk ist eine Verbindung von Calcium (Ca), Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O). Ein Kohlenstoff (C) ist mit drei Sauerstoff (3 O) fest verbunden und ergibt somit CO3 , ein Carbonat. Dieses Carbonat erhöht den Carbonat-Anteil z.B. im Aquarium. Ein Calcium (Ca) ist jetzt mit einem Carbonat (CO3) verbunden und ergibt Calciumcarbonat oder, wie der Volksmund sagt, Kalk. Somit ist Kalk:CaCO3
Kalk und "Kalkwasser"
Jetzt ist die Frage: "Wo ist der Kalk im "Kalkwasser"?" noch nicht beantwortet, oder doch? Die Antwort liegt nahe, es ist kein Kalk im Kalkwasser.Kalk entsteht nach einiger Zeit im "Kalkwasser". Erst wenn Kohlenstoffdioxid (CO2) aus der Luft, an die Oberfläche des "Kalkwassers" gelangt, wird dieses förmlich eingesaugt und bildet dann Kalk. Dieser ist im "Kalkwasser" nicht löslich und gibt ebenfalls einen weißen Bodensatz. Aus diesem Grund sollte "Kalkwasser" nicht offen stehen, sondern in einem verschließbaren Gefäß, z.B. einem Kanister, aufbewahrt werden. Ist das "Kalkwasser" (die klare Lösung) verbraucht, wird neues Osmosewasser auf den Rückstand gegeben. Nach einer gewissen Zeit wird der Bodensatz im Behälter ausgetauscht und frisches Calciumhydroxid verwendet, weil immer mehr unlöslicher Kalk und immer weniger Calciumhydroxid vorliegt.
Calciumhydroxidlösung im Aquarium
Wird die klare Calciumhydroxidlösung, d.h. Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydroxid-Ionen (OH-) in das Meerwasseraquarium gegeben, findet mit dem im Wasser gelösten Kohlenstoffdioxid (CO2) eine Reaktion statt, es entsteht vereinfacht dargestellt Calciumhydrogencarbonat (CaHCO3), also:Ca2+ + 2 OH- + 2 CO2
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Ca(HCO3)2Das Calciumhydrogencarbonat ist nicht stabil und zerfällt in ein Calcium-Ion (Ca2+) und ein Hydrogencarbonat-Ion (HCO3-), also:
Ca(HCO3)2® Ca2+ + 2 HCO3-
Da ein alkalischer pH-Wert vorliegt, reagiert das Hydrogencarbonat-Ion (HCO3-) mit einem Hydroxid-Ion (OH-). Es entsteht nun ein Carbonat-Ion (CO32-) und Wasser, also:
HCO3- + OH- ® CO32-+ H2O
Jetzt steigt auch der Carbonatanteil im Aquarium. Der Anstieg hängt also vorallem vom pH-Wert und vom Kohlendioxidanteil im Aquarienwasser ab.
Fazit "Kalkwasser"
Das sogenannte "Kalkwasser" besteht nur aus Calcium-Ionen und Hydroxid-Ionen und hat mit Kalk nichts zu tun. Erst wenn die klare Calciumhydroxidlösung in das Aquarium gegeben wird entsteht am Ende Carbonat. Eine exakte Steuerung des Carbonatanteils ist kaum möglich, da er vorallem von Kohlenstoffdioxidgehalt im Wasser abhängt.
K a l k r e a k t o r
Hier denkt der Aquarianer meist an sehr aufwendige, komplizierte und vor allem sehr teure Geräte. Es soll hier kein Produktvergleich stattfinden, sondern nur grundlegende Prinzipien dargelegt werden.
Hinterfragt man aber den Begriff "Kalkreaktor" näher, erlebt man ebenfalls einige Verwunderungen. Egal ob selbst gebaut oder gekauft, oft hört man Probleme wie Karbonathärte (heute: Säurekapazität bis pH 4,3) steigt nicht, zu wenig Calcium, pH-Wert fällt u.s.w. Aber eigentlich soll doch der Kalkreaktor nach einem so einfachen Prinzip funktionieren. Man gebe Kohlensäure in ein mit einem Substrat gefülltes Gefäß (Reaktor), und am Ende kommt eine Lösung heraus mit ... ? Dies ist so nicht nur zu einfach dargestellt, sondern auch noch falsch. Deshalb Schritt für Schritt.
Funktionsweise
Ziel des Kalkreaktors ist es, das Substrat in seinem Inneren in die einzelnen Bestandteile zu zerlegen, also zu lösen. Diese gelangen dann in das Meerwasseraquarium. Der Kalkreaktor ist mit einem Substrat gefüllt, welches Kalk (CaCO3) enthalten muß. Kalk löst sich in sauren Lösungen leicht auf, während in alkalischen Lösungen der Kalk als weißer Feststoff vorliegt. Da ein Meerwasseraquarium meistens einen leicht alkalischen pH-Wert zwischen 8,0 und 8,4 hat, löst sich das Substrat nicht auf. Aus diesem Grund muß der pH-Wert im Reaktor in einen sauren Bereich (kleiner 7) gebracht werden. Dies kann nicht im Aquarium geschehen sondern wird im Kalkreaktor praktiziert. Um den pH-Wert im Reaktor zu senken, wird Kohlenstoffdioxid (CO2) als Gas (und nicht Kohlensäure!) zugegeben. Das Kohlenstoffdioxid (CO2) wird im Wasser (H2O) gelöst. Dabei entsteht Kohlensäure, also:CO2 + H2O ®H2CO3
Diese Reaktion verändert den pH-Wert noch nicht. Kohlensäure ist aber sehr instabil und zerfällt vereinfacht in eine Säure (H+) und in ein Hydrogencarbonat (HCO3-), also:
H2CO3® H+ + HCO3-
Jetzt, wenn die Säure (H+) vorhanden ist, wird der pH-Wert im Reaktor gesenkt. Ist der pH-Wert niedrig genug, löst sich das Substrat langsam auf. Der unlösliche Kalk (CaCO3) wird nun vereinfacht durch die "Säure" (H+) in lösliches Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) umgewandelt.
CaCO3 + H+ ® Ca(HCO3)2
Das Calciumhydrogencarbonat ist nicht stabil und zerfällt in ein Calcium-Ion (Ca2+) und ein Hydrogencarbonat-Ion (HCO3-), also:
Ca(HCO3)2® Ca2+ + 2 HCO3- Somit gelangen Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydrogencarbonat-Ionen (HCO3-) ins Meerwasseraquarium.
Da ein alkalischer pH-Wert im Meerwasseraquarium vorliegt, reagiert das Hydrogencarbonat-Ion (HCO3-) mit einem Hydroxid-Ion (OH-), welches massenhaft im Aquarium vorhanden ist. Es entsteht nun ein Carbonat-Ion (CO32-) und Wasser (H2O), also:
HCO3- + OH- ® CO32-+ H2O Jetzt steigt auch der Carbonatanteil im Aquarium.
Auflösung des Substrates
Um das Auflösen zu beschleunigen, muß eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Reaktor vorhanden sein. In zu breiten Reaktoren (Durchmesser größer 12 cm) müssen sehr starke Pumpen eingesetzt werden (mehr als 2.500 Liter pro Stunde), um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit zu erhalten. Auch die Verwendung von feinen Substraten führt zu einer starken Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit im Kalkreaktor. Das Substrat hat zwar eine größere Oberfläche für den Säureangriff, ist die Strömung aber zu gering, sammeln sich die CO2-Bläschen im Substrat und ergeben große CO2-Blasen. An diesen Stellen kann kaum Substrat aufgelöst werden. In manchen Reaktoren hebt sich sogar das Substrat und eine große Gasblase wird sichtbar.
Funktions- & Leistungstest Kalkreaktors
Jeder Kalkreaktor kann ganz einfach getestet werden. Schütteln Sie Ihren Kalkreaktor leicht. Sollten nun Gasblasen aus dem Substrat aufsteigen, ist die Strömungsgeschwindigkeit zu gering und der Kalkreaktor arbeitet nicht zu 100%. In solchen Fällen sollte das Substrat gegen ein gröberes Material ausgetauscht werden, da sich dort kaum Kohlenstoffdioxid sammeln kann.Sollten keine Gasblasen aufsteigen, können Sie die maximale Leistung des Reaktors wie folgt ermitteln. Schließen Sie den Rücklauf des Kalkreaktors ins Aquarium. Der CO2-Eintrag wird nicht verändert. Nun fällt der pH-Wert im Reaktor immer weiter und es löst sich immer mehr Substrat auf. Somit reichert sich das Wasser mit Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydrogencarbonat-Ionen (HCO3-) an. Das Wasser im Reaktor ist klar. Plötzlich ändert sich dies und der ganze Reaktor ist weiß (sieht wie Milch aus). Sollte dies nicht passieren, sondern sich Gasblasen im Substrat festsetzen, welche durch leichtes Schütteln sichtbar werden, muß wie oben beschrieben verfahren werden.
Max. Leistung eines Kalkreaktors
Warum färbt sich der Kalkreaktor plötzlich weiß? Dadurch, daß kein frisches Aquarienwasser in den Kalkreaktor einströmen kann, Rücklauf ins Aquarium ist ja geschlossen, wird mehr Kalk im Wasser gelöst als möglich ist. Dieser Überschuß fällt plötzlich in wenigen Sekunden als weißer Feststoff Kalk (CaCO3) aus (Übersättigung). Jetzt ist der Reaktor zu 100% ausgenutzt. Nun wird der Rücklauf ins Aquarium geöffnet und sobald der Reaktor wieder klar ist, kann der Calciumgehalt, der KH- und der pH-Wert gemessen werden. Calciumwerte von über 1.500 mg/L und KH-Werte über 60 sind keine Seltenheit. Durch die Variation der Rücklaufmenge in das Aquarium und der Kohlenstoffdioxidmenge (CO2) in den Kalkreaktor werden nun beliebige KH-, Ca- und pH-Werte eingestellt.Bsp.: Wenig CO2 und hoher Rücklauf ins Aquarium ergibt eine geringe Auflösung des Substrates (wenig Ca2+ und KH). Viel CO2 und wenig Rücklauf ergibt eine hohe Auflösung des Substrates (viel Ca2+ und KH).
Substrat zur Auflösung
Verwendet man nun ein Substrat, welches aus reinem Kalk besteht, so werden nur Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydogencarbonat-Ionen (HCO3-) ins Aquarium geleitet. Wird z.B. Korallenbruch verwendet, so werden Schadstoffe wie Phosphat, Aluminium und Kieslesäure zusätzlich freigesetzt und reichern sich im Wasser an. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß oft viel mehr Phosphat durch das Auflösen von Korallenbruch ins Aquarium kommt als man denkt. Analysen zeigten bis zu ca. 1600 mg Phosphat pro kg Korallenbruch die freigesetzt werden. Weiterhin kann es bei einigen gepreßten Kalksubstraten das Problem geben, daß feine Partikel ins Aquarium gelangen und zu einer Trübung führen können.
Fazit Kalkreaktor
Der Kalkreaktor reichert das Aquarienwasser mit Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydogencarbonat-Ionen (HCO3-) an. Durch die Zugabe von Hydrogencarbonat wird der pH-Wert angehoben und stabilisiert. Bei der Verwendung von Muschelgruß werden noch weitere Spurenelemente eingebracht.Mit einem Kalkreaktor lassen sich ohne Probleme beliebige KH- und Calciumwerte im Meerwasseraquarium einstellen. Im natürlichen Meerwasser liegt der KH bei ca. 8 und der Calcium-Gehalt bei ca. 400. KH-Werte von 14-18 und Calcium-Werte von 500-800 mg/L, z.B. in einem Steinkorallenaquarium lassen sich auch ohne Probleme realisieren und können große Vorteile bringen.
Probleme beim Einsatz von Kalkwasser und Kalkreaktor
Nachdem die Funktions- und Wirkungsweisen erläutert sind, werden einige allgemeine Probleme angesprochen.
pH-Probleme beim Kalkreaktor
Das Ausgangswasser des Kalkreaktors hat einen sauren pH-Wert (z.B. 6,2) und somit einen Überschuß an Säure (H+), sonst wäre der pH-Wert nicht unter 7. Nun liegt der Schluß nahe, wenn ein Wasser mit z.B. pH 6,2 in das Meerwasseraquarium, welches einen pH von z.B. 8,1 hat, tropft, der pH-Wert im Aquarium sinken kann. Mögliche Folgerung: Das Wasser aus dem Reaktor muß im pH angehoben werden, bevor es ins Aquarium gelangt. Möglichkeiten sind z.B. das Wasser extra zu belüften, bevor es ins Aquarium gelangt oder das Wasser durch einen Eiweißabschäumer zu schicken. Auf diese Weise wird Kohlenstoffdioxid ausgetrieben.
pH-Anhebung im Ausgangswasser des Kalkreaktors?
Was passiert bei einer pH-Anhebung mit dem Rücklaufwasser aus dem Kalkreaktor? Das Wasser hat bei dem Austritts-pH-Wert die maximale Menge an Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydogencarbonat-Ionen (HCO3-) aufgenommen, wenn der Reaktor optimal eingestellt ist. Jetzt wird der pH-Wert erhöht. Wie bereits weiter oben erläutert, löst sich Kalk im sauren Wasser auf und im alkalischen fällt Kalk als weißer Feststoff aus. Wird der pH-Wert des Rücklaufwassers des Kalkreaktors erhöht, kann somit weniger Kalk gelöst werden und somit fällt der Überschuß als weißer Feststoff aus. Es kann z.B. an einem weißen Niederschlag im Behälter festgestellt werden, wo das Wasser belüftet wird oder im Schaumtopf des Eiweißabschäumers befindet sich ein schneeweißer Rückstand.Was passiert aber, wenn das Rücklaufwasser ins Meerwasseraquarium tropft (nicht fließt!), welches einen pH von z.B. 8,1 hat? Fällt hier auch Kalk aus? Der Rücklauf sollte stets in die Strömung erfolgen. Durch die sofortige Verteilung des einen Tropfens in vielen Litern Aquarienwasser wird das Ausfallen verhindert, da nun der Gehalt an Calcium-Ionen (Ca2+) und Hydogencarbonat-Ionen (HCO3-) sich im ganzen Aquarium verteilt und nicht mehr hoch konzentriert ist wie im Kalkreaktorausgang.
Fazit
Eine pH-Erhöhung des Ausgangswassers vom Kalkreaktor sorgt für eine Ausfällung des zuvor gelösten Kalks. Die Wirkung des Kalkreaktors wird somit teilweise neutralisiert.
Gleichzeitiger Betrieb von Kalkreaktor und "Kalkwasser"
Einige Meerwasseraquarien werden mit einem Kalkreaktor betrieben und gleichzeitig besteht das Nachfüllwasser aus "Kalkwasser". Und dennoch sind manchmal die KH- und/oder Calciumwerte im Aquarium nicht ausreichend. Woran kann dies liegen? Sind die Geräte zu klein ausgelegt oder spielen doch noch andere Faktoren eine Rolle?
Als Modell kann man sich ein Meerwasseraquarium (pH 8) als einen Behälter vorstellen, in dem ein Kalkreaktor ein Calcium-Ion (Ca2+) und ein Hydogencarbonat-Ion (HCO3-) gegeben hat. Das Hydrogencarbonat-Ion wird schnell in ein Carbonat-Ion (CO32-) umgewandelt, siehe oben. Die beiden Ionen sind völlig frei und bis sie zusammentreffen und wieder Kalk (CaCO3) bilden, dauert es sehr lange. Nun kommt aber aus dem "Kalkwasser" z.B. 100 Calcium-Ionen (Ca2+). Im Behälter sind nun 101 Calcium-Ionen (Ca2+) und ein Carbonat-Ion (CO32-). Jetzt ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein Calcium-Ion das Carbonat-Ion findet viel größer und somit fällt viel schneller Kalk aus. Dieser Effekt ist auch zu beobachten, wenn "Kalkwasser" per Hand direkt ins Aquarium gegeben wird. Dann färbt sich die Stelle des Einlaufes für kurze Zeit weißlich bis milchfarbend.
Fazit
Durch den gleichzeitigen Einsatz von Kalkreaktor und "Kalkwasser" wird das Carbonat aus dem Aquarium als Kalk gefällt und steht den Korallen nicht mehr zur Verfügung. "Kalkwasser" arbeitet gegen den Kalkreaktor. Somit sollte nur eine Methode, "Kalkwasser" oder Kalkreaktor, zum Einsatz kommen, wobei mit einem Kalkreaktor der KH-Gehalt und der Calcium-Gehalt exakt einstellen läßt.Der erhöhte CO2-Eintrag durch den Kalkreaktor kann das Algenwachstum fördern, vorallem wenn Phosphat und Nitrat in erhöhten Konzentrationen vorliegen.
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