Wasserbalance im Pool: pH-Wert, Alkalinität und LSI erklärt

Die folgende Tabelle nennt die Parameter, die in die Betriebsvorschrift eines Poolprojekts eingehen, und die in den Quellen belegbaren Bereiche. Für Parameter, für die die Quellentexte keinen Zahlenbereich angeben, erfindet die Tabelle keinen; sie nennt stattdessen, in welche Richtung die Vorschrift den Wert begrenzt.

Die Werte sind als mg/L CaCO3-Äquivalent zu lesen; in der Poolbranche sind ppm CaCO3 und mg/L CaCO3 dieselbe Größe, und geteilt durch 50 ergibt sich meq/L. Die Calciumhärte geht in die LSI-Berechnung nicht als Ionenkonzentration ein, sondern als CaCO3-Äquivalent, das dem 2,5-Fachen der Ionenkonzentration entspricht.

Die beiden in der Praxis am häufigsten verwechselten Begriffe sind pH-Wert und Gesamtalkalinität. Der pH-Wert ist eine logarithmische Skala, die die momentane Wasserstoffionenkonzentration des Wassers angibt. Die Gesamtalkalinität misst dagegen, wie stark der pH-Wert des Wassers einer Säurezugabe widersteht, also die Pufferkapazität; nach der Quellendefinition ist sie die 'Fähigkeit des Wassers, einer Versauerung zu widerstehen', und darf nicht mit Basizität verwechselt werden. Im Poolwasser stellen Hydrogencarbonat- und Carbonationen diese Kapazität bereit.

Die praktische Folge: In einem Pool mit 40 mg/L Alkalinität kann der pH-Wert im Tagesverlauf von 7,2 auf 7,9 springen; in einem Pool, der dieselbe Belastung bei 100 mg/L Alkalinität aufnimmt, bewegt er sich um wenige Hundertstel. Korrigiert der Betreiber den pH-Wert täglich mit Säure und findet ihn am nächsten Tag wieder erhöht vor, liegt das Problem nicht beim pH-Wert, sondern bei der Alkalinität. Der Alkalinitätsartikel betont, dass Zugabe oder Entzug von Kohlendioxid die Alkalinität nicht verändert, wohl aber den pH-Wert; Einrichtungen wie Wasserfälle, die CO2 austreiben, heben den pH-Wert an und lassen die Alkalinität unverändert. Deshalb werden unter den Poolchemikalien Natriumhydrogencarbonat als 'Alkalinitätserhöher' und Natriumcarbonat als 'pH-Heber' getrennt verkauft.

Für die LSI-Berechnung wird zuerst der pHs bestimmt. Die Quellenformel hat vier Faktoren: A = (log10[TDS] - 1) / 10; B = -13,12 x log10(°C + 273) + 34,55; C = log10[Ca, mg/L CaCO3] - 0,4; D = log10[Alkalinität, mg/L CaCO3]. Dann pHs = (9,3 + A + B) - (C + D) und LSI = gemessener pH - pHs. Die Quelle gibt für den Faktor B 2,09 bei 25 °C und 1,09 bei 82 °C an; die Tabelle zeigt die Zwischenwerte bei Pooltemperaturen und die übrigen Faktoren für typische Poolwässer.

Beispielrechnung: Für ein Poolwasser mit 28 °C, TDS 1.000 mg/L, Calciumhärte 250 mg/L, Alkalinität 100 mg/L und gemessenem pH 7,4 ergibt sich pHs = (9,3 + 0,20 + 2,03) - (2,00 + 2,00) = 7,53; LSI = 7,4 - 7,53 = -0,13. Die Quelle hält fest, dass Werte zwischen -0,5 und +0,5 kein ausgeprägtes Löse- oder Ablagerungsverhalten zeigen; dieses Wasser gilt als ausgeglichen. Steigen im selben Pool der pH-Wert auf 7,8, die Alkalinität auf 150 mg/L, die Härte auf 400 mg/L, die Temperatur auf 30 °C und der TDS auf 1.500 mg/L, ergibt sich pHs = (9,3 + 0,22 + 1,99) - (2,20 + 2,18) = 7,13 und LSI = +0,67: Das Wasser lagert ab, im Wärmetauscher und in den Fugen setzt sich Kalk an. Umgekehrt liefert die Kombination pH 7,0, Alkalinität 60 mg/L, Härte 150 mg/L, 26 °C und TDS 800 mg/L pHs = 8,01 und LSI = -1,01: Das Wasser ist korrosiv und löst Calcium aus dem Putz des Betonbeckens.

Die drei Beispiele zeigen, dass die Balance aus dem Zusammenspiel entsteht; in einem beheizten Poolprojekt erhöht allein der Anstieg des Wassers von 28 °C auf 34 °C den LSI um etwa 0,1, ohne dass eine Chemikalie zugegeben wird.

Gleich in welcher Form Chlor ins Wasser gegeben wird, am Ende entsteht hypochlorige Säure (HOCl), und HOCl dissoziiert im Wasser teilweise zum Hypochlorit-Ion (OCl-): HOCl <=> H+ + OCl-. Der pKs-Wert der Dissoziation beträgt 7,53; bei pH 7,53 liegt die Hälfte des Chlors als HOCl, die andere Hälfte als OCl- vor. Die Quelle gibt an, dass die Zusammensetzung bei neutralem pH etwa 75 Prozent HOCl und 25 Prozent Hypochlorit beträgt, während in basischer Lösung praktisch nur OCl- verbleibt. Für das Poolwasser bedeutet das: Bei pH 7,2 gemessenes freies Chlor enthält deutlich mehr HOCl als dieselbe Messung bei pH 7,8. Das Testkit zeigt in beiden Fällen dieselbe Zahl; den Unterschied zeigt der pH-Wert.

Die Wahl der Poolchemikalien wirkt auf dieses Gleichgewicht von zwei Seiten. Natrium- und Calciumhypochlorit treiben den pH-Wert beim Auflösen nach oben, während Trichlor- und Dichlor-Tabletten sauer sind und pH-Wert und Alkalinität nach unten ziehen. Ein Pool mit Trichlor braucht regelmäßig Alkalinitätserhöher, ein Pool mit Hypochlorit regelmäßig Säuredosierung; die Wahl des Desinfektionsmittels bestimmt auch die Balanceseite.

Weil die Parameter voneinander abhängen, verändert die Reihenfolge der Korrektur das Ergebnis: zuerst die Gesamtalkalinität, dann der pH-Wert, dann die Calciumhärte. Ein pH-Wert, der vor der Alkalinitätskorrektur eingestellt wird, driftet ohne Puffer; ein LSI, der vor der Härtekorrektur berechnet wird, liefert einen falschen Ziel-pH. Cyanursäure und TDS sind keine einzustellenden, sondern zu überwachende Parameter: Sie steigen nur, und der einzige Korrekturweg ist der Wasserwechsel. Diese Reihenfolge ist das Gerüst des Poolpflege-Programms und wird im Messprotokoll für das Poolwasser auch als Spaltenreihenfolge umgesetzt.

Der Sättigungsindex wurde 1936 von Wilfred Langelier entwickelt, um in Trinkwassernetzen vorherzusagen, ob sich in den Rohren ein schützender Calciumcarbonatfilm bildet. Wasser mit leicht positivem Index hinterlässt an der Rohrinnenwand eine dünne Kalkschicht und trennt das Metall vom Wasser; Wasser mit negativem Index löst diese Schicht. Dieselbe Logik wurde auf den Schwimmbadbau übertragen, denn auch im Pool gibt es Oberflächen, die geschützt werden müssen: zementgebundener Putz und Fugen, der Mörtel unter den Keramikfliesen, Edelstahlleitern und Düsen, der Wärmetauscher der Heizung.

Die Übertragung auf den Poolbau bringt zwei Unterschiede mit sich. Erstens die Temperatur: Leitungswasser liegt bei etwa 10-15 °C, Poolwasser zwischen 26 und 34 °C, und der Faktor B trägt diesen Unterschied. Zweitens die TDS: Poolwasser reichert durch Verdunstung und Chemikalienzugabe gelöste Feststoffe an, der Faktor A muss jede Saison neu aufgenommen werden. Der Artikel Swimming pool sanitation vermerkt, dass der Pool-pH im LSI-Ansatz bei 7,2-7,8 und im alternativen Ansatz, dem sogenannten Hamilton-Index, bei 7,8-8,2 gehalten wird; der Unterschied ergibt sich daraus, welcher Seite man mehr Gewicht gibt, dem HOCl-Anteil des Chlors oder der Ablagerungsneigung. Ein Poolprojekt muss in der Vorschrift festlegen, welchen Index es zugrunde legt.