Salzelektrolyse

  • Salzelektrolyse – ein elegantes Verfahren zur Desinfektion von Poolwasser.


    Es ist allgemein bekannt, dass Chlor seit geraumer Zeit eine herausragende Position in der Wasserhygiene einnimmt. Chlor und Chlorprodukte sind preislich verhältnismäßig günstig und bei sach- und fachgerechter Anwendung sicher im Einsatz.
    Alternative Desinfektionsmethoden existieren zwar und bringen auch durchaus die gewünschten Effekte in der Wasserhygiene, erfordern aber einen wesentlich höheren Überwachungsaufwand und weisen häufig deutliche Nachteile auf, die deren Einsatz doch deutlich einschränken. Schließlich sei noch das „Preis-Leistungsverhältnis“ genannt, welches bei Chlorprodukten aufgrund der weiten Verbreitung ebenfalls günstig zu liegen kommt.


    Wer die Wahl hat, hat die Qual….


    Wie wir alle wissen, ist Chlor in verschiedenen Darreichungsformen käuflich erhältlich. Im öffentlichen Poolbereich dominiert fast immer das sogenannte „anorganische Chlor“, wie z.B. Chlorgas, Chlordioxid oder Natrium- und Calciumhypochlorit, während im privaten Bereich häufig sog. „organsiche Chlorprodukte“ zum Einsatz kommen. Diese zeichnen sich durch hohe Lagerstabilität und einfache, sichere Anwendung aus. Sie haben allerdings den Nachteil, dass in Ihnen das Chlor an eine andere chemische Substanz gebunden ist, die Cyanursäure. Diese reichert sich bei ständiger Verwendung organischer Chlorprodukte während der Poolsaison im Poolwasser an und kann durch Teilwassertausch (Rückspülen) oft nicht ausreichend gut entfernt werden. Der Gehalt an Cyanursäure im Wasser bestimmt letztlich, wie viel Chlor als Desinfektionsmittel frei zur Verfügung steht. Demgemäß ist eher ein möglichst niedriger Gehalt an Cyanursäure anzustreben.


    Soweit zu den käuflichen Chlorprodukten. Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit – man stellt das benötigte Chlor in zu jeder Zeit gerade ausreichender Menge frisch her. Dadurch fällt die Anschaffung und Bevorratung von chlorhaltigen Poolchemikalien weg.
    Die Methode um das zu tun, ist die Salzwasserelektrolyse.


    Was ist Elektrolyse?


    Einfach gesprochen ist Elektrolyse die Spaltung von chemischen Verbindungen mithilfe des elektrischen Gleichstroms. Dabei laufen an Plus- und Minuspol unterschiedliche Reaktionen ab, an der Anode immer eine Oxidation und an der Kathode immer eine Reduktion. Die Energie, um diesen Prozess in Gang zu setzen, liefert der elektrische Strom.
    Elektrolysevorgänge finden mit wenigen Ausnahmen fast ausschließlich in Wasser bzw. in wässrigen Lösungen statt. Im Schwimmbad ist ausreichend Wasser vorhanden, also lässt sich eine Elektrolyseanalage naturgemäß recht einfach in die Poolwasseraufbereitung integrieren.


    Was passiert nun, wenn man Wasser einer Elektrolyse unterzieht?
    Man spaltet es in seine Bestandteile, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff. Diese fallen dann tatsächlich als Gase an.
    Wenn man nun ein Salz in Wasser auflöst, wird häufig dieses Salz anstelle des Wassers der Elektrolyse unterzogen, da die Komponenten des Salzes (Ionen) oft leichter oxidier- bzw. reduzierbar sind, als das Wasser selbst.
    Genau das macht man sich bei der Salzwasserelektrolyse zunutze.
    Das verwendete „Salz“ in diesem Fall ist das uns allseits bekannte Kochsalz, das Natriumchlorid.
    Die Elektrolyse spaltet nun dieses Natriumchlorid in Natrium und Chlor, indem das Wasser zu Wasserstoff reduziert und das Chlorid zu Chlor oxidiert wird.
    In einer chemischen Reaktionsgleichung wird das in Summe so wiedergegeben.


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    Das Chlorgas reagiert nun mit Wasser zu Hypochloriger Säure ("freies Chlor" für die Wasserhygiene) und Salzsäure. Diese Hypochlorige Säure steht sofort und zur Gänze zur Poolwasserdesinfektion zur Verfügung


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    Die als Nebenprodukt entstandene Salzsäure (2) reagiert mit der ebenfalls entstehenden Natronlauge (1) wieder zu Natriumchlorid


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    Bei den Folgenreaktionen, die die gebildete Hypochlorige Säure aus (2) bei der Desinfektion des Poolwassers eingehen kann, entsteht unter anderem wiederum Salzsäure, welche dann das zweite Molekül Natronlauge aus (1) ebenfalls in Natriumchlorid überführen kann, wie schon in (3) wiedergegeben.
    In Summe geht das durch die Elektrolyse gespaltene Natriumchlorid also nicht verloren, sondern wird immer wieder zurückgebildet, so wie in einem Kreislauf-Prozess.
    Der pH-Wert des Wassers steigt bei diesem gesamten Prozess nur dann übergebührlich an, wenn man deutlich mehr Hypochlorige Säure produziert, als für die Wasserhygiene erforderlich ist, also die Elektrolyseanlage viel zu lange laufen lässt.


    Die Hypochlorige Säure, das sogenannte „freie Chlor“, gehört zu den starken Oxidationsmitteln und ist im Normalfall ausgezeichnet geeignet, um eine hygienisch einwandfreie Poolwasserqualität zu gewährleisten. Ihre Desinfektionskraft ist aber in höchstem Maße vom pH-Wert des Wassers abhängig. Dieser sollte daher stets auf Werte von 7-7.4 eingestellt und möglichst konstant gehalten werden. Die besonders hohe Oxidationskraft der Hypochlorigen Säure ist unter anderem auch durch die ihre potentielle Spaltung in Hydroxyl- und Chlorradikale verursacht (4).


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    Die Reaktion wird vor allem durch Wärme, Sonnenlicht und Schwermetallspuren beschleunigt. Diese Radikale sind sehr reaktionsfähig und gehen sofort Folgereaktionen ein, an deren Ende Sauerstoff entsteht. Hypochlorige Säure spaltet also letztendlich Sauerstoff ab und tut das über äußerst reaktive Zwischenstufen, ist also im übertragenen Sinn auch eine Art von „Aktivsauerstoff“.


    Was sehr reaktiv ist, ist andererseits selten sehr stabil. Daher ist auch die freie Hypochlorige Säure nicht lange stabil. Der rasche Zerfall ist aber nicht unbedingt negativ zu werten. Die Hypochlorige Säure geht dadurch auch nicht „sinnlos verloren“, denn indem sie zerfällt, wirkt sie stark desinfizierend.


    Wir hatten dieses System von Anfang an für unsere Wasserhygiene in Verwendung.


    Was wollten wir damit erreichen?

    • Die Poolwasserpflege sollte vereinfacht werden
    • Wir wollten keine größeren Mengen von Chlorchemikalien bevorraten
    • Es sollten keine unerwünschten chemischen Verbindungen ins Wasser eingebracht werden (z.B. Cyanursäure).
    • Generell wollten wir den Einsatz von Poolchemikalien so gering wie möglich halten.
    • Es sollte möglich sein, auch mal längere Zeit abwesend zu sein (z.B. Urlaub) und die
      Wasserhygiene sollte dennoch gewährleistet sein und autonom laufen können.


    Woraus besteht eine Salzanlage?


    Eine Elektrolyseanlage besteht aus der Elektrolysezelle, in der sich die Elektroden befinden und einem Steuergerät, welches im einfachsten Fall bloß die nötige Gleichspannung (ca. 7-10V=) für die Elektrolyse liefert und häufig noch eine programmierbare Zeitschaltuhr besitzt.


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    Einfache, ungeregelte Salzelektrolyseanlage


    Die Elektroden sitzen direkt im Wasserstrom (Pumpenkreislauf) und bestehen aus Titanmetall, welches bei den besten Ausführungen mit Edelmetallen (z.B. Ruthenium) beschichtet ist. Diese Beschichtung erhöht die Effizienz sowie auch die Lebensdauer der Elektroden. Qualitätselektroden haben laut Herstellerangaben Lebensdauern von 9000-15000 Stunden, konnen also im Mittel mindestens 10 Poolsaisonen lang verwendet werden


    Man sollte nur Anlagen mit sog. selbstreinigenden Elektroden anschaffen. Aufgrund der Tatsache, dass bei der Elektrolyse auch Natronlauge entsteht, ist es besonders bei stark kalkhaltigem Wasser möglich, dass sich lokal an der Kathode Kalk ablagert. Das verringert die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Zelle. Selbstreinigende Zellen entfernen diesen Kalkbelag selbstständig durch periodische Umpolung der Elektroden, sodass eine manuelle Entkalkung der Zelle mit Säure entfallen kann.


    Hochwertige, selbstreinigende Elektrolysezelle mit Ruthenium/Titan Elektrodenplatten,
    Leistung 20 g Chlor / Stunde


    Bei genauem Beobachten des Wasserstrahls an der Einlaufdüse kann man beim Betrieb einer Salzanlage immer winzige Bläschen erkennen. Das ist völlig normal. Es handelt sich bei diesem Gas aber nicht um Chlor sondern um Wasserstoff, der bei der Salzelektrolyse zusätzlich neben Chlor entsteht.
    Die Elektrolysezelle sollte nach Möglichkeit als letztes Aggregat vor den Einlaufdüsen in den Wasserkreislauf eingebaut werden. Keinesfalls jedoch vor einem Solarabsorber, denn der oben erwähnte Wasserstoff würde zu Gaspolstern und schlechterem Wärmeübergang im Absorber führen.


    Die Elektrolysezelle besitzt auch praktisch immer einen Durchfluss-Sensor, welcher erkennt, ob der Wasserstrom zu gering ist bzw. zum Erliegen kommt (z.B. Ausfall oder Abschalten der Pumpe).


    Üblicherweise wird auch angezeigt, wenn die Konzentration an Kochsalz im Wasser zu gering ist und man daher Salz nachdosieren muss.


    Die Leistungsfähigkeit einer Elektrolysezelle wird im Allgemeinen in g Chlor pro Zeiteinheit (Stunde) angegeben und hängt vom Salzgehalt, der Elektrodenfläche und von der Stromstärke ab.


    Die Salzanlage arbeitet mit einem Gehalt von 0,3-0,5 % Natriumchlorid im Wasser, ist also im Vergleich zu Meereswasser (hat im Mittel einen Salzgehalt von ca. 3,5 %) nur leicht gesalzen.
    Die physiologische Konzentration von Kochsalz im menschlichen Körper hat im Vergleich dazu 0.9% („physiologische Kochsalzlösung“). Je näher die Salzkonzentration des Badewassers im Schwimmbecken am Salzgehalt unseres Körpers liegt, desto angenehmer erscheint den Badenden das Wasser.


    Das Wasser mit einem Salzgehalt von 0,3 - 0,5 bis % wirkt zwar korrosiver auf Metalle als reines Wasser, aber üblicherweise nicht mehr als das gängige gechlorte Poolwasser. Die Metallteile des Filters und der Pumpen, ebenso wie die modernen korrosionsabweisenden Materialien (PVC) reagieren aber nicht auf das leicht salzige Wasser. Trotzdem wird bei Metalleinbauten (z.B. Leitern, Handläufen etc.) zumindest zu V2A, besser zu V4A Stahl geraten. Häufig liegt die Ursache von vermehrten Korrosionserscheinungen bei Salzanlagen aber an der Tatsache, dass viel zu viel Chlor produziert wird. Das führt uns zu einer weiteren wichtigen Feststellung – es sollte eine Mess- und Regeleinheit verwendet werden, die die Salzanlage bei Bedarf ein- bzw. ausschaltet. Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass es praktisch unmöglich ist, den erforderlichen Chlorgehalt durch bloßes Einsetzen der Zeitschaltfunktion von einfach konstruierten Salzanlagen zu treffen. Zu viele Faktoren beeinflussen letztlich die Chlorzehrung im Poolwasser, sodass man entweder kein oder viel zu viel Chlor im Wasser nachweisen kann.


    Eine relativ preisgünstige und gängige Mess/Regeleinheit stellt die Steuerung über das sog. Redox-Potential dar. Das Redoxpotential misst zwar nicht direkt den Chlorgehalt im Poolwasser, kann aber mit diesem ausreichend gut korreliert werden. Es wird vielmehr die gesamte „Oxidationskraft“ des Poolwassers gemessen, an der Chlor natürlich den Hauptanteil hat. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu erwähnen, dass jedes Wasser etwas anders reagiert. Es ist also in jedem Einzelfall nötig, die entsprechende Korrelation selbst zu ermitteln, also welcher Chlorgehalt in ppm welchem Redoxpotential entspricht. Wenn die Parameter erst mal gefunden und eingestellt sind, läuft die Redoxsteuerung üblicherweise selbstständig und muss nur mehr in gewissen Abständen kontrolliert und gegebenenfalls nachjustiert werden. Die Kontrolle erfolgt stichprobenartig mittels DPD1 Messung, z.B. alle 2 Wochen, oder auch häufiger bei Verdacht auf Fehlfunktion. Bei meiner Anlage war während der gesamten Poolsaison nur zweimal eine Nachjustierung erforderlich.


    Euer Michael

    Liebe Grüße aus Graz
    Michael


    "Das Leben kam einst aus dem Wasser, daher gehen wir immer wieder gerne hinein..."


    ADMINISTRATORTEAM POOLPOWERSHOP-FORUM

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