Grundlagen

Ionenaustauscher – Trinkwasseraufbereitung mit Wasserenthärtungsanlagen

Ionenaustauscher – ist ein Wasseraufbereitungsverfahren, der üblicherweise für die Wasserenthärtung oder Demineralisierung verwendet wird. Auch wird es verwendet, um andere Substanzen aus dem Wasser zu neutralisieren.

Was sind Ionenaustauscher

Der Ionenaustausch beschreibt ein spezifisches chemisches Verfahren, bei dem mithilfe von verschiedenen Materialien, in der Regel Harz, unerwünschte gelöste Ionen mit einer ähnlichen Ladung gegen andere Ionen ausgetauscht werden.

Ionen sind Atome oder Moleküle, die eine Gesamtzahl von Elektronen enthalten, die nicht gleich der Gesamtzahl der Protonen sind. Es gibt zwei verschiedene Gruppen von Ionen. Kationen, die positiv geladen sind, und Anionen, die negativ geladen sind.

Wasseraufbereitung

Ionenaustausch ist eine wertvolle Technologie für die selektive Entfernung bestimmter Verunreinigungen aus dem Grundwasser. Grundwasser enthält geringe Mengen an Fremdstoffen. In den meisten Fällen verursachen diese Substanzen jedoch kein Problem.

Ionenaustauscher zur selektiven Entfernung bestimmter Verunreinigungen aus dem GrundwasserTrinkwasser mit etwas Salzgehalt ist viel besser für die Gesundheit als ultra-reines Wasser. Für spezifische Anwendungen werden diese Fremdstoffe jedoch als Verunreinigungen angesehen und müssen aus dem Wasser entfernt werden.

Unlösliche Substanzen (Sand etc.) können durch einfache Filtration entfernt werden. Es gibt viele verschiedene Sorten von Filtrationstechnologien bis hin zur Ultrafiltration, die Sub-Mikron-Partikel entfernen kann. Zum neutralisieren lösliche Substanzen müssen andere Techniken verwendet werden.

Lösliche ionisierte Substanzen können durch einen Ionenaustausch entfernt werden.

Zuckerindustrie

Für die Zuckergewinnung wird ebenfalls weiches Wasser benötigt. Die Härte von Rübenzuckersäften führt zu einer Skalierung des Wärmetauschers in den Verdampfern. Um es zu verhindern, den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen und Energie zu sparen, ist es üblich, den Zuckersaft zu erweichen.

Die Anlage kann dann kontinuierlich betrieben werden, ohne dass häufige Unterbrechungen erforderlich sind, um das Gerät zu entkalken.
Bei diesem Verfahren ist die Art des verwendeten Harzes das gleiche, wie das für die Wasserenthärtung.

Die im Zuckersaft vorhandenen Calcium- und Magnesiumionen werden gegen Natriumionen aus dem Harz ausgetauscht.

Lebensmittelindustrie

Molke, ein Nebenprodukt der Käseproduktion, enthält wertvolle Proteine und wird in der Lebensmittelindustrie eingesetzt. Es wird demineralisiert, um die Reinheit zu erhöhen. Auch hier ist das Prinzip das gleiche, wie das der Wasser- oder Zucker-Demineralisierung.

Es gibt jedoch mehrere Anwendungen in diesem Bereich:

  • Behandlung des Wassers zur Herstellung von Bier oder Erfrischungsgetränken
  • Entschäumung von Getränken
  • Entfernung von Metallen
  • Entfernung von schlechtem Geschmack oder Geruch
  • Farb- und Trübungsentfernung mit nichtionischen Adsorbentien

Pharmaindustrie

Es gibt verschiedene und komplexe Anwendungen. Da die pharmazeutische Industrie intrinsisch geheimnisvoll ist, sind nur wenige Details bekannt.

Dennoch können wir einige Beispiele nennen:

Extraktion und Reinigung von Antibiotika

Verschiedene Antibiotika verwenden Ionenaustausch und Adsorberharze in ihrem Herstellungsverfahren. Ziel ist es, sie nach der Extraktion aus Fermentationsbrühen zu reinigen.

Geschmackvertuschung

Harze werden verwendet, um den unangenehmen Geschmack und Geruch eines Medikaments zu vertuschen. Ein Ionenaustauscher findet jedoch nicht nur in der Industrie Anwendung, sondern auch im privatem Haushalt.

Im Aquarium bietet die fortgeschrittene Version des Ionenaustausches, besteht aus zwei Harzen, eine anionische und die andere kationische, perfekt gefiltertes und gereinigtes Wasser. Beide arbeiten durch den Austausch von Ionen, daher der Name deionisierende Einheit

Während die anionische Einheit chemische Verbindungen wie Ammoniak entfernt, reinigt der kationische Teil das Wasser weiter, indem es Kupfer, Blei usw. neutralisiert. Deionisierende Einheiten können auch für ein Salzwasser-Aquarium verwendet werden. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie das Aquariumsalz nach dem Prozess hinzufügen.

Vor allem in Regionen mit hartem Wasser ist die Wasserenthärtung bei der Wasch- oder Spülmaschine wichtig. Die Wasserhärte wird durch die im Wasser gelösten Kalzium- und Magnesiumionen verursacht.

Das Entfernen dieser Ionen, entfernt die Härte, wodurch das Wasser z.B. in der Spülmaschine weicher wird. Einige Hersteller empfehlen hier Zusatzmittel, die zu jedem Waschgang hinzugegeben werden sollen.

Ist meine Region von hartem Wasser betroffen?

Problematisch sind nur Gebiete in Thüringen, Sachsen, Würzburg. Relativ hartes Wasser kommt noch in Mecklenburg-Vorpommern, in der Region Köln-Bonn sowie süddeutschen Raum vor. Die meisten Gebiete in Deutschland haben jedoch eine harmlose Wasserhärte.

Was genau ist „hartes Wasser“?

Im Grundwasser befinden sich natürliche Ablagerungen von Kalzium, Kreide und Kalkstein, Magnesium, Calcium und andere Mineralien, die ihm eine „harte“ Qualität geben.

Diese Mineralien können in Rohrleitungen, Kesseln, elektrischen Heizelementen und Geräten im Laufe der Zeit ansetzen, was zu hohen Reparatur- und Ersatzkosten führt. Um dies zu bekämpfen, wenden sich viele Menschen an Wasserenthärter, die die Mehrheit der Mineralien entfernen und durch einen chemischen Prozess, der Ionenaustausch genannt wird, weich werden.

Warum ist der Einsatz sinnvoll

Der Einsatz eines Ionentauschers bietet eine nachhaltigen Lösungen – Skalenaufbau kann viele negative Auswirkungen auf Wasserrohre haben, und hartes Wasser kann Waschkleidung, Geschirr und Armaturen in Bad und Küche unansehnlich machen.

Erweichendes Wasser behebt diese Probleme, außerdem ist die Ionenaustauschmethode einer der effizientesten Wasserenthärter. Salz wird hinzugefügt, um das System zu regenerieren, damit es ordnungsgemäß funktioniert. Nitrate mit Ionenaustausch entfernen – Ionenaustauscherharze können gefährliche Nitrate aus Trinkwasser entfernen. Nitrate haben keinen Geschmack oder Geruch und können das „blaues Baby-Syndrom“ bei Säuglingen verursachen.

Demnach kann gesagt werden, dass ein Ionenaustauscher nicht nur der Wasserenthärtung dient, und somit ein „Pflegegerät“ der Rohre und Geräte ist, sondern auch der Gesundheit aufgrund der Neutralisierung schädlicher und gefährlicher Stoffe.

Welche Arten gibt es

Ionenaustauscherharze werden als Kationenaustauscher eingestuft, die für den Austausch positiv geladene Ionen aufweisen. Austauschbare negativ geladen Ionen werden Anionenaustauscher genannt.

Ionentauscher Grünbeck
Der Ionentauscher von Grünbeck

Sowohl Anionen- als auch Kationenharze werden aus den gleichen basischen organischen Polymeren hergestellt. Sie unterscheiden sich in der ionisierbaren Gruppe, die an das Kohlenwasserstoffnetzwerk gebunden ist. Harze können weitgehend als starke oder schwache Säurekationenaustauscher oder starke oder schwache Basen-Anionenaustauscher eingestuft werden.

In einem Ionenaustauschverfahren ersetzen Kationen oder Anionen in einer flüssigen Lösung ungleiche und verschiebbare Ionen derselben Ladung, die in dem Ionenaustauscherharz enthalten sind.

  • Starke saure Kationenaustauscher: saure Harze werden so genannt, da ihr chemisches Verhalten ähnlich der einer starken Säure ist. Die Harze sind sowohl in der Säure (R-SO3H) als auch in der Salz- (R-SO3Na) -Form der Sulfonsäuregruppe stark ionisiert. Sie können ein Metallsalz durch die Reaktion in die entsprechende Säure umwandeln.
    Nach der Erschöpfung wird das Harz durch Kontakt mit einer starken Säurelösung in die Wasserstoffform zurückgeführt. Alternativ funktioniert das regenerieren mit einer Natriumchloridlösung.
    Anwendung: Diese Harze werden zur Wasserenthärtung (Calcium- und Magnesiumentfernung) verwendet.
  • Schwach basische Anionenaustauscher: In einem Schwach basische Anionenaustauscher ist die ionisierbare Gruppe eine Carbonsäure (COOH). Diese Harze verhalten sich ähnlich wie schwache organische Säuren, die schwach dissoziiert sind. Der Grad der Dissoziation eines schwachen Säureharzes wird stark durch den pH-Wert der Lösung beeinflusst. Folglich hängt die Harzkapazität teilweise vom pH-Wert der Lösung ab.
    Anwendung: Dieses Harz wird für die Neutralisierung einer leichten Säurelösung verwendet.
  • Starke basische Anionenaustauscher: Wie starke Säureharze sind starke basische Harze hochionisiert und können über den gesamten pH-Bereich eingesetzt werden. Das Regenerieren mit konzentriertem Natriumhydroxid (NaOH) wandelt das abgesaugte Harz in die Hydroxidform um.
    Anwendung: Diese Harze werden in der Hydroxid- (OH) -Form zur Wasserentionisierung verwendet. Sie reagieren mit Anionen in der Lösung und können eine Säurelösung in reines Wasser umwandeln

Bei der Auswahl des richtigen Harzes muss also zunächst das Einsatzgebiet festgelegt werden. Zur einfachen „Entkalkung“ für die Wasch- oder Spülmaschine sollte ein starker saurer Kationenaustauscher genommen werden.

Was versteht man unter Regeneration

Der Grundgedanke der Harzregeneration ist es, das erschöpfte Harz wieder in seine richtige ionische Form zurückzubringen. Das Rückspühlen dehnt das Harzbett aus seinem abgesetzten Zustand aus und reinigt das Harz durch Ausspülen von suspendierten Feststoffen, die während des Betriebslaufs gefiltert worden sind.

Während der Rückspülung reiben die Harzperlen gegeneinander, und diese Schubwirkung hilft, den angesammelten Schmutz oder das Eisen von der Oberfläche der Perlen zu reinigen.

Die Rückspülströmung entfernt auch alle gebrochenen Harzpartikel oder Harzfeinstoffe. Darüber hinaus sortiert der Rückspülzyklus das Bett mit den größeren Harzperlen auf dem Boden und den feineren Harzperlen oben. Dies bietet die besten Voraussetzungen für einen guten gleichmäßigen Filterfluss.

Ionentauscher für den Privathaushalt

Nicht nur für industrielle Zwecke lohnt sich ein Ionentauscher. Immer mehr private Haushalte möchten auf lupenreines Trinkwasser nicht verzichten.

Ionentauscher - Wasserenthärter
Der Ionentauscher für die private Anwendung

Es gibt inzwischen einige Hersteller, die sich auf private Anwendungen spezialisiert haben. Alfiltra oder Melag bieten viele unterschiedliche Modelle an, egal ob für die Trinkwasserenthärtung, Wasseraufbereitung oder Wasserdesinfektion. Der Aufbau ist kinderleicht.

Wie groß ist so ein Ionentauscher?

Gute Anlagen für den Haushalt gibt es bereits in verschiedene Größen. Hier sind der Anwendungszweck und die Personenanzahl entscheidend.

Aqmos, Honeywell, H-tronic, SYR, best water technology, water2buy und Zehnder sind die „größten“ Hersteller und bieten bereits Modelle für den privaten Haushalt an, demnach werden hier Geräte angeboten, die platzsparend im Küchenschrank installiert werden können. Der Aufbau solcher Geräte funktioniert schnell und einfach.

Benötigt ein Ionenaustauscher Strom?

Ja, ein Ionentauscher muss am Stromnetzwerk angeschlossen werden. Der Stromverbrauch durchschnittlicher Geräte liegt im Durchschnitt bei 5 kW/h.

Laufenden Kosten – Lohnt sich ein Ionenaustauscher?

Die laufenden Kosten eines Tausches sind sehr überschaubar und bleiben im Rahmen. Es muss hierbei nicht nur auf die Ausgaben geschaut werden, sondern auch die Ersparnis muss gegengerechnet werden.

Ein Aquarium z.B. benötigt viel weniger zusätzliche Pflegemittel. Die Waschmaschine benötigt weniger Waschpulver, da bei hartem Wasser die Dosierung an Waschpulver höher liegt. Ebenfalls kann auf den zusätzlichen Entkalker verzichtet werden. Wo kein Kalk ist, muss auch kein Kalkreiniger zum Einsatz kommen! Zusammenfassen kann man sagen, dass der richtige Ionenaustauscher nicht nur Geld einspart, sondern auch besser für die Umwelt ist.