Wasseraufbereitung durch Ionenaustauscher: Verfahren der Voll- und Teilentsalzung im Überblick
Für viele technische Anwendungen ist herkömmliches Trinkwasser ungeeignet – durch den Einsatz von Ionenaustauscherharzen lassen sich störende Ionen gezielt entfernen.
1. Grundlagen der Ionenaustauscherharze
Ionenaustauscher bestehen meist aus polymeren Harzen mit funktionellen Gruppen, die in der Lage sind, gelöste Ionen im Wasser gegen Ionen derselben Ladung aus dem Harz auszutauschen. Man unterscheidet zwischen Kationenaustauschern, die positiv geladene Ionen (z. B. Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺) austauschen, und Anionenaustauschern, die negativ geladene Ionen (z. B. Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻) entfernen. Die Austauschkapazität hängt von der Harzart, der Wasserzusammensetzung und dem Betriebsverfahren ab.
2. Vollentsalzung
Bei der Vollentsalzung werden alle gelösten Salze aus dem Wasser entfernt. Dies erfolgt durch den kombinierten Einsatz von stark sauren Kationenaustauschern in H⁺-Form und stark basischen Anionenaustauschern in OH⁻-Form. Die Ionen werden durch Wasserstoff- und Hydroxidionen ersetzt, wodurch reines Wasser entsteht.
Vollentsalzungsanlagen finden Anwendung in der Pharmaindustrie, bei Kesselspeisewasser oder in der Elektronikfertigung. Die Regeneration erfordert separate Chemikalienlager (für Säure und Lauge) sowie entsprechende Sicherheitsvorkehrungen.
3. Enthärtung
Die Enthärtung zielt auf die Entfernung von Härtebildnern wie Calcium und Magnesium, um Kalkablagerungen in Leitungen, Heizsystemen oder Maschinen zu vermeiden. Besonders verbreitet ist sie in Haushalten, in der Gastronomie sowie in Prozesswassersystemen.
4. Nitratentfernung
Nitratbelastungen im Trinkwasser entstehen häufig durch landwirtschaftliche Düngung. Durch Anionenaustauscher lässt sich der Nitratgehalt gezielt senken. Diese Technik wird in kommunalen Wasserwerken sowie in Haushaltsanlagen eingesetzt.
5. Entkarbonisierung
Bei der Entkarbonisierung wird temporäre Härte (Hydrogencarbonate) in freie Kohlensäure überführt, die anschließend entfernt wird. Dies geschieht durch schwach saure Kationenaustauscher in H⁺-Form, regeneriert mit Salzsäure. Anwendung findet das Verfahren u. a. in der Gastronomie und bei Dampferzeugern.
6. Mischbettpatronen
Mischbettpatronen kombinieren Kationen- und Anionenaustauscher in einem Behälter und ermöglichen so die einfache Herstellung von Reinstwasser. Sie werden häufig in Laboren, in der Aquaristik sowie zur Leitwertreduktion nach Umkehrosmose eingesetzt. Die Regeneration erfolgt beim Hersteller oder Lieferanten.
7. Fazit
Ionenaustauscherharze sind eine zentrale Technologie in der Wasseraufbereitung. Sie ermöglichen eine präzise Anpassung der Wasserqualität an die Anforderungen unterschiedlichster Anwendungen – von einfacher Enthärtung bis hin zur Herstellung von Reinstwasser. Die Auswahl des passenden Harzes, der Regenerationsmittel und der Anlagentechnik erfordert jedoch Fachkenntnis und eine sorgfältige Planung.