1. Ionenaustauscher

Ionenaustauscher sind heute als Standardverfahren zur Wasserentsalzung (neben der Umkehrosmose) und zur Schlußreinigung schwermetallhaltiger Abwässer anzusehen.

Begriffe

Ionenaustausch: Unter Ionenaustausch versteht man physikalisch- chemische Vorgänge, bei denen Ionen von austauschaktiven Gruppen einer Phase gegen gleichgeladene Ionen einer zweiten Phase (Flüssigkeit) ausgetauscht werden. Stoffe, die diese Eigenschaft besitzen, werden als Ionenaustauscher bezeichnet.

In der Wasseraufbereitung/Abwasserbehandlung kommen vor allem Ionenaustauscherharze zum Einsatz. Hierbei handelt es sich um im allgemeinen um kugelförmige, hochpolymere und poröse Produkte mit Raumnetzstruktur.

Ionenaustauscher tauschen aufgrund ihrer chemischen Struktur und Vernetzung Ionen mehr oder weniger selektiv aus.

Beispiel einer Selektivitätsreihe eines stark sauren Kationenaustaiuschers:

Me⁴⁺ > Me³⁺ > Me²⁺ > Me⁺ > H⁺

Daraus folgt, das der Auswahl des jeweils geeigneten Harztypes eine entscheidende Bedeutung bei der Planung und Auslegung einer Ionenaustauscheranlage zukommt.

Das Prinzip des Ionenaustauschers:

Das Ionenaustauscherharz enthält bewegliche Ionen H⁺, Na⁺, oder OH^-, die gegen die im Wasser befindlichen Ionen (Fremdionen), wie z.B. Mg²⁺, Ca²⁺, CO₃^2-, HCO₃^-, NO₃^-, SO₄^2- u.a. ausgetauscht werden.

Das Harz hat zu Beginn eines Betriebsspiels ein hohes Aufnahmevermögen (Kapazität) für die entsprechenden Ionen. Im Laufe des Betriebes nimmt die Beladung mit Fremdionen zu bis schließlich alle beweglichen Ionen ausgetauscht sind.

Durch Regenerieren, d.h. Austausch der nach der Beladung im Harz befindlichen Ionen gegen die ursprünglich vorhandenen H⁺, Na⁺ oder OH^- -Ionen, kann der Ausgangszustand nahezu wieder hergestellt werden.

Eine vollständige Regeneration dauert je nach verwendeter Harzmenge ca. eine bis mehrere Stunden.

Art und Menge des einzusetzenden Harzes richtet sich nach der Konzentration der Inhaltsstoffe im Rohwasser und nach den Anforderungen, die an das Reinwasser gestellt werden.

Je nach Art der beweglichen Ionen unterscheidet man zwischen Kationen- und Anionenaustauschern.

Durch Kopplung mit Steuer- und Analysentechnik kann der vollautomatische Betrieb der Ionenaustauscheranlage sowie die Qualitätsüberwachung des aufbereiteten Wassers ermöglicht werden.

Vorteile von Ionenaustauschern:

• Austauscherharze arbeiten bis auf einen Abrieb von ca. 2% verschleißfrei; bei ordnungsgemäßer Regeneration, und wenn keine für das eingesetzte Harz schädliche Substanzen im Rohwasser enthalten sind, wird eine lange Betriebszeit garantiert.

• voll automatisch arbeitende Anlagen, einschließlich der Regeneration;

• geringer Wartungsaufwand;

• höchste Reinheit des behandelten Wassers kann erzielt werden.

Anwendungsbeispiele:

Kesselspeisewasseraufbereitung

Zur Enthärtung von Wasser, d.h. hauptsächlich zur Entfernung von Calcium- und Magnesiumionen werden häufig Kationenaustauscher in Na-Form verwendet.

Die Entfernung der Salze der Kohlensäure (Entcarboniserung) kann sehr effektiv mittels schwach sauren Kationenaustauschern und nachgeschalteten CO₂ Entgasern realisiert werden .

Müssen Kationen und Anionen weitestgehend entfernt werden (Vollentsalzung) installiert man Kationen- und Anionenaustauscher hintereinander. Hierbei entsteht Wasser für höchste Reinheitsansprüche. Mit einem nachgeschalteten Mischbettfilter werden nahezu alle Ionen entfernt und gleichzeitig gefährliche Ionendurchbrüche aufgefangen.

Schaltung von Ionenaustauscheranlagen zur Kesselspeisewasseraufbereitung

Die Eliminierung der Härtebildner ist z.B. durch Neutralaustausch möglich. Hierbei werden Calzium-und Magnesiumionen gegen Natriumionen ausgetauscht. Kohlensäure und Kieselsäure passieren den Austauscher.

Teilentsalzung

Das freigesetzte Kohlendioxid wird durch Entgasung im Rieselentgaser entfernt.

Vollentsalzung:

Eine Vollentsalzungsanlage entfernt chemisch alle ionogenen Bestandteile des Wassers, so dass die Erzeugung von praktisch salz- und kieselsäurefreiem Wasser bei entsprechender Schaltung möglich ist.

Erreichbare Werte :

Kieselsäure < 0,02, meistens sogar < 0,01 mg/l

Leitfähigkeit < 0,1µS/cm

Salzgehalt < 0,003 mg/l

Weitere Schaltungsmöglichkeiten siehe VGB- Merkblatt Wasserentsalzung mit Ionenaustauschern, VGB- M 405 G

Neben der KesseIspeisewasseraufbereitung können Ionenaustauscher zum/zur

- Aufbereitung von Kühlwasser

- Aufbereitung von Prozesswasser

- Reinstwassererzeugung

- Abwasserbehandlung

eingesetzt werden.

Die folgenden Tabellen geben eine Überblick über unsere typisierten Enthärtungsanlagen

Einzelenthärtungsanlagen Typenreihe „KUC-WG-„

Anlagenbeschreibung

- Zentralsteuerventil
- Drucktanks aus GfK
- Füllung mit hochwertigem Ionenaustauscherharz  
- interne Verrohrung aus Edelstahlpanzerschläuchen und Bypass-Montageblöcken bis 11/2“
- Sohlebehälter  incl. Siebboden und Schwimmerventil
- Stromanschluß 220 V / 50 Hz
- Mindestdruck dyn.2 bar , Höchstdruck 7 bar
- Betriebstemp. max. 40°C
- 3000 mm Abwasserschlauch
- Kontaktwasserzähler

Pendelenthärtungsanlagen  Typenreihe „KUC-WGD-„

Anlagenbeschreibung

- Zentralsteuerventil
- Drucktanks aus GfK
- Füllung mit hochwertigem Ionenaustauscherharz
- interne Verrohrung aus Edelstahlpanzerschläuchen und Bypass-Montageblöcken bis 11/2“
- Sohlebehälter  incl. Siebboden und Schwimmerventil
- Stromanschluß 220 V / 50 Hz
- Mindestdruck dyn.2 bar , Höchstdruck 7 bar
- Betriebstemp. max. 40°C
- 3000 mm Abwasserschlauch
- Kontaktwasserzähler

Auf Wunsch bieten wir Ihnen Mikroprozessorsteuerungen mit Einzelventilen sowie qualitätsabhängige Steuerungen an.
Weitere Größen auf Anfrage.

Regeneration von Ionenaustauschern

Wie bereits erwähnt, ist eine regelmäßige Regeneration des Austauscherharzes unerläßlich.

Als Regeneriermittel kommen zur Anwendung :

• bei Austauschern in der Na-Form - KUC-NaCl-25

• bei Austauschern in der H-Form - KUC-KH-5

• bei Austauschern in der OH-Form - KUC-VA-5