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Was bedeutet die elektrische Leitfähigkeit von Wasser?



Wie funktioniert die Leitfähigkeit von Wasser?


Die Wasser-Leitfähigkeit sinkt bzw. steigt mit der Anzahl an gelösten, frei beweglichen Ladungsträgern. Reines Wasser enthält sehr wenige Teilchen, die sich in positiv geladene Wasserstoff-Ionen (H⁺) und negativ geladene Hydroxid-Ionen (OH⁻) spalten. Ist das Wasser jedoch mit Stoffen wie Salzen, Säuren oder Basen versetzt, so werden mehr leitfähige Ionen freigesetzt. Auch Belastungen bzw. Verunreinigungen mit leitenden Mineralien oder Metallen können den elektrischen Widerstand im Wasser senken. Je höher der Widerstand desto geringer ist die Leitfähigkeit.



Wie wird der Wasser-Leitwert gemessen?


Als Maßeinheit für den Leitwert und somit die Leitfähigkeit von Wasser dient Siemens pro Zentimeter. Gängige Größen sind Mikrosiemens (µS/cm) und Millisiemens (mS/cm). Zwei Mikrosiemens stehen für ungefähr ein Teilchen auf eine Million Wassermoleküle. Der Leitwert von Wasser dient hierbei als Summenparameter, um die Gesamtzahl und somit die allgemeine Leitfähigkeit des untersuchten Wassers zu ermitteln. Chemische Laboranalysen wiederum stellen detailliert fest, welche Stoffe im Wasser gelöst sind.

Um die Wasser-Leitfähigkeit zu ermitteln, kommen Leitwertmessgeräte zum Einsatz, die den elektrischen Widerstand im Wasser messen. Zu diesem Zweck wird Strom, der zwischen Polen im Wasser fließt, untersucht, um Rückschlüsse auf den Widerstand zu ziehen. Da elektrischer Widerstand und Leitfähigkeit voneinander abhängen und ein hoher Widerstand auf niedrige Leitfähigkeit hinweist, lässt sich somit der Wasser-Leitwert schnell ermitteln. Zu beachten ist, dass die Wassertemperatur, Härtestufe und gelöste Stoffe großen Einfluss auf die Leitfähigkeit ausüben.

Generell: Die wenigsten mobilen Leitfähigkeits-Messgeräte können bei einer Leitfähigkeit <1 µS/cm zuverlässig messen, da die Leitfähigkeit stark temperaturabhängig ist und die Temperaturkompensation im Messbereich unter 1 µS/cm häufig zu schlecht ist. Für eine Untersuchung von Leitfähigkeiten und Kontaminationen ist daher ein Leitwertmessgerät samt chemischer Laboranalysen unerlässlich. In jedem Fall sollte die Wassertemperatur stets Bestandteil der Leitwert-Ermittlung sein. Aus diesem Grund besitzen die Messgeräte eine eingebaute Temperaturkompensation. Die angezeigte Leitfähigkeit wird auf Basis von 20°C angezeigt und entsprechend umgerechnet, da sonst keine Vergleichbarkeit der Messwerte möglich wäre.



Wie leitfähig ist Wasser in natürlichem Zustand?


Natürlich wäre es ein Trugschluss anzunehmen, dass Leitungswasser mit sehr niedrigem Wasser-Leitwert keinen Strom leitet. Grundsätzlich ist jeder Stoff – und somit auch reines Wasser – in der Lage, Strom zu leiten. Im Haushalt gilt also weiterhin: Vorsicht mit elektrischen Geräten in Wassernähe. Was eine niedrige Leitfähigkeit von Wasser durchaus anzeigt, ist eine hohe Wasserqualität mit sehr wenigen gelösten Fremdstoffen. Gleichzeitig zieht Wasser als hervorragendes Lösungsmittel durch seinen Dipol-Charakter Teilchen an und weist immer einen mehr oder weniger geringen Leitwert auf.

Zur Veranschaulichung: Meerwasser ist mit seinem hohen Salzgehalt und einem Leitwert von circa 56 mS/cm (Zum Verständnis: 1 µS/cm entspricht 0,001 mS/cm) sehr leitfähig. Destilliertes Wasser wiederum – also steriles Wasser, das von gelösten Ionen und sonstigen Verunreinigungen wie Keimen und Bakterien befreit wurde – weist einen Wasser-Leitwert von nur 0,5 bis 5 µS/cm auf. Reinstwasser, das in der Halbleiterindustrie verwendet wird, verfügt sogar über einen Leitwert von nur 0,052 µS/cm, was der Eigenleitfähigkeit von absolut reinem Wasser entspricht.



Beispiele für Wasser-Leitwerte je nach Wasserzustand


Im Folgenden finden Sie Beispiele für die verschiedenen Leitwerte von Wasser je nachdem, in welchem Zustand es sich vorfindet:

Wasserzustände Wasser-Leitwert in Milli- und Mikrosiemens
Trinkwasser 35 bis 350 µS/cm (je nach Härte)
Mineralwasser (Durchschnitt Deutschland) 200 bis 400 µS/cm
Regenwasser 50 µS/cm
Destilliertes Wasser 0,5 bis 5 µS/cm
Reinstwasser 0,052 µS/cm



Leitfähigkeit von Wasser: Wie hoch sind Grenzwerte für Trinkwasser?


In Deutschland werden Grenzwerte für Wasser-Leitfähigkeit vom Gesetz bestimmt. Die Trinkwasserverordnung gibt unter TrinkV Anlage 3 Paragraph 7 und 14 Indikatorparameter als Grenzwerte vor, die regionale Wasserwerke einhalten müssen. Aktuelle Grenzwerte liegen in Deutschland bei 2.790 µS/cm bei 25° Celsius bzw. 2.500 µS/cm bei 20° Celsius Wassertemperatur. Zu beachten ist, dass sich Grenzwerte international durchaus unterscheiden. So sah die EU-Norm bis 2013 noch einen Leitwert von 400 Mikrosiemens vor. Die WHO wiederum empfiehlt einen Grenzwert von 750 Mikrosiemens.



Warum wird die Leitfähigkeit gemessen?


Es stellt sich die Frage: Welche Rolle spielt die elektrische Leitfähigkeit von Wasser für den Menschen und warum gibt es überhaupt Grenzwerte? Eine erhöhte Leitfähigkeit bedeutet in der Regel keine Belastung oder Gefährdung der Gesundheit. Tatsächlich gelten Mineralstoffe wie Calcium, Natrium und Magnesium in Wasser bekanntermaßen sogar als gesundheitsfördernd, solang die Aufnahme in Maßen und in hoher Qualität erfolgt. Dennoch gibt es gute Gründe, die Leitfähigkeit zu messen und zu begrenzen.

Zum einen ist die Messung einfach und günstig, zudem kann eine hohe Leitfähigkeit auf Kontaminationen hinweisen, die für Leitungssysteme schädlich sind. Wasser mit einem hohen Carbonathärte-Anteil (umgangssprachlich heißt es oft einfach nur „hartes, kalkhaltiges Wasser“) oder Reinstwasser kann so etwa zu Verkalkungen bzw. Korrosion führen und die Langlebigkeit von Kraftwerkanlagen und Rohrleitungen beeinträchtigen. Als Indikatorwert gibt ein hoher Wasser-Leitwert demnach an, ob eine Untersuchung bzw. Optimierung der Wasserqualität erforderlich ist. Das ist beispielsweise bei der Herstellung von VE-Wasser wichtig.



Welche Rolle spielt Leitfähigkeit von Wasser für HKWs?


Eine sehr niedrige Wasser-Leitfähigkeit spielt vor allem für Heizungskraftwerke (HKW) und Industrie-Anlagen eine Rolle, die sogenanntes Prozesswasser nutzen. Prozesswasser dient in der Industrie zum Betreiben von Anlagen oder zur Herstellung von Produkten, Energie und Wärme. So kommt zum Beispiel in Heizungskraftwerken sogenanntes Deionat zum Einsatz. Dabei handelt es sich um demineralisiertes bzw. vollentsalztes Wasser, das von natürlich vorkommenden Ionen verschiedener Salze befreit wurde.



Wie wird der Wasser-Leitwert gesenkt?


Um Wasser-Leitwerte bzw. die Leitfähigkeit zu reduzieren, kommen unter anderem Umkehr-Osmosefilter zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um einen Filtrationsprozess, bei dem Wasser mit hohem Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst und so von leitfähigen Teilchen befreit wird. Ein Destillationsgerät oder eine Osmoseanlage können somit auch zuhause dabei helfen, reines Osmosewasser herzustellen. Zudem kann man Mischbettaustauscher, auch Vollentsalzer genannt, verwenden, um den Leitwert des Wassers zu senken. Vollentsalzer funktionieren auf er Basis des Ionenaustausches und tauschen dabei sämtliche leitende Ionen gegen Wasserstoff- (H⁺) und Hydroxid-Ionen (OH⁻) aus. Glücklicherweise ist deutsches Trinkwasser jedoch grundsätzlich von sehr hoher Qualität und unabhängig vom Leitwert als Trinkwasser genießbar.



Leitfähigkeit ist nicht gleich Leitfähigkeit


Leitfähigkeit ist als Indikationswert keine feste, unveränderliche Einheit, sondern zeigt den aktuellen Zustand des untersuchten Wassers an. So zählen zu den wichtigsten Einflussfaktoren für die elektrische Leitfähigkeit von Wasser die gelösten Ionen und die Wassertemperatur. Die Leitfähigkeit von Wasser erhöht sich mit steigender Wassertemperatur um einen Faktor von zwei je Grad. Proben aus verschiedenen Wasserquellen können somit durchaus gleiche Leitwerte ergeben, während Wasser aus ähnlichen Quellen sich je nach Temperatur unterscheiden können. Die Messung des Leitwerts sollte aus diesem Grund bei möglichst konstanter Temperatur erfolgen. In unserer Leitfähigkeitsmessgeräten LF 100 erfolgt diese Umrechnung auf die Wassertemperatur von 20 °C vollautomatisch.