Wasserenthärtungsanlage & Aufbereitung | Kosten, Vor- & Nachteile Alle Infos zu weichem Wasser & Entkalkung
Ionentauscher – Lösen sich ionische Verbindungen, wie zum Beispiel Calciumsulfat, in Wasser, so werden aus den positiv geladenen Calciumionen Kationen, da diese, würde eine elektrische Spannung angelegt, zum negativen Pol, also zur Kathode, wandern.
Aus den negativ geladenen Sulfationen werden Anionen, da diese dann zum positiven Pol, also zur Anode, wandern.
Nun existieren aber auch komplexere Moleküle, bestehend aus mehreren Atomen oder einem Harz, die kleinere Ionen, wie zum Beispiel Natrium oder Clorid, abgeben, während die entgegengesetzt geladene Komponente ungelöst zurückbleibt.
Werden wässrige Lösungen mit anderen kleineren Ionen als denjenigen, welche an den großen Molekülen haften, über diese geleitet, so lösen sich die kleineren Ionen, wie zum Beispiel Natrium, von den großen Molekülen oder vom Harz.
Natürlich haften auch immer wieder kleinere Ionen an den großen Molekülen an. Welche dieser kleineren Ionen jedoch vorwiegend anhaften, hängt ganz von der Konzentration dieser kleineren Ionen in der Lösung ab.
Wird so zum Beispiel eine wässrige Lösung, die sehr große Mengen an Calciumionen enthält, über die großen Moleküle geleitet, so können die Calciumionen die Natriumionen verdrängen und an ihrer Stelle an die großen Moleküle gebunden werden.
Werden die großen Moleküle nun in eine Säule gebracht und wird die wässrige Calciumsulfatlösung dann durch eine genügend große Säule geleitet, so kann aus dieser mit der Zeit eine Natriumsulfatlösung entstehen, während das Calcium sich nun an den großen Molekülen befindet.
Aus diesem Grund werden solche Säulen auch als Ionentauscher oder Ionenaustauscher bezeichnet.
Funktion und Aufbau eines Ionentauscher
Ionentauscher sind also Säulen, die mit Materialien gefüllt sind, mit denen im Wasser gelöste Ionen gegen andere Ionen mit der gleichen Ladung ausgetauscht werden können. Werden durch sie positiv geladene Ionen, also Kationen, ersetzt, so ist von einem Kationentauscher die Rede.
Werden dagegen negativ geladene Ionen, also Anionen, ersetzt, so handelt es sich um einen Anionentauscher. Neben Säulen kann es aber auch Membranen geben, durch die dann ebenfalls eine wässrige Lösung hindurchgeleitet wird.
Ist das Material oder das Harz aufgebraucht, so kann es durch das Hindurchleiten weiterer wässriger Lösungen wieder gereinigt oder regeneriert werden.
Hat so zum Beispiel ein Kationenaustauscher Calciumionen aus einer Lösung herausgezogen und durch Natrium ersetzt, so können durch eine Lösung, welche vorwiegend Natriumionen enthält, die Calciumionen wieder durch Natriumionen ersetzt werden, sodass der eigentliche Austauscher erneut zum Einsatz kommen kann.
Anwendungsgebiete
Im Haushalt werden diese Austauscher meistens als Entkalkeranlage für Wasser verwendet. Denn kalkhaltiges Wasser kann bei einem zu hohen Gehalt an calciumhaltigen Salzen Haushaltsgeräte, wie zum Beispiel eine Spülmaschine, stark bis irreparabel schädigen.
Vielfach sind Calciumsalze nämlich schwer löslich und können so unter hinreichend ungünstigen Bedingungen ausfallen und sich an Stellen dieser Spülmaschine anlagern, an denen diese Ablagerungen die Funktion eines solchen Haushaltsgerätes erschweren sowie dieses mit der Zeit sogar zerstören können.
Gewerblich besitzen Kationentauscher unter anderem eine Funktion im Umweltschutz. So gibt es für die Reinigung von Gewässern und Böden spezielle Kationenaustauscher, die gezielt bestimmte giftige Schwermetallkationen von dort entfernen können.
Aber auch aus der chemischen Industrie sowie aus der universitären und anderweitigen Forschung sind Austauscher nicht wegzudenken, da bei diversen Synthese- und Herstellungsprozessen immer wieder unerwünschte oder sogar störende Ionen ausgetauscht werden müssen.
Ebenfalls dienen zum Beispiel Anionentauscher auch zur Analyse von Proteinen und Nucleinsäuren oder von deren Komponenten.
Ein weiteres Gebiet ist dann noch der Bereich der Herstellung von Trinkwasser. Hier können über die richtigen Ionentauscher für den Menschen giftige Ionen aus dem Wasser herausgefiltert werden, sodass auf diese Weise zuvor ungenießbares Wasser in Trinkwasser umgewandelt werden kann.
Gebiete in Deutschland mit „hartem Wasser“
Aber kommen wir nun wieder zum Haushalt sowie zum Bereich der „normalen“ Betätigungsfelder, bei welchen es ja hauptsächlich um Wasserenthärtung geht.
Ob ein Austauscher wirklich notwendig ist, wird in diesen Fällen durch die Wasserqualität und hier insbesondere durch die sogenannte Wasserhärte bestimmt. Je mehr Calciumsalze sich im Wasser befinden desto härter ist dementsprechend das Wasser. Je weniger Calcium in Wasser gelöst ist, desto weicher ist es.
Wirklich „hartes Wasser“ gibt es, was Deutschland betrifft, vorwiegend in Thüringen, im östlichen Sachsen sowie im Großraum um Würzburg. Ebenfalls „hartes Wasser“ gibt es dann noch in Mecklenburg-Vorpommern, in der Region Köln-Bonn sowie in Süddeutschland.
In allen anderen Gegenden lohnt sich ein Ionentauscher zum Zwecke der Wasserenthärtung eher nicht.
Notwendigkeit der Nutzung bzw. Feststellung dieser
Die Notwendigkeit der Nutzung ergibt sich im Falle der Wasserenthärtung hauptsächlich aus der Härte des Wassers. Soll im Falle der Wasseraufbereitung aus ungenießbarem Wasser wieder trinkbares Wasser gemacht werden, so sind hier die Grenzwerte an schädlichen Ionen ausschlaggebend.
Feststellen lassen sich sowohl die Calciumgehalte als auch die Gehalte von Schadstoffen im Wasser durch eine Anzahl an chemischen Analysemethoden.
Arten und Kapazitäten sowie Kriterien bei der Auswahl
Von Kationenaustauschern und von Anionenaustauschern war ja bereits die Rede. Ebenfalls von Ionenaustauschern zur Wasserenthärtung- und aufbereitung, zur Entgiftung und zur Umweltreinigung. Und auch die gewerbliche sowie die wissenschaftliche Nutzung kamen hier bereits zur Sprache.
Hinzu kommt noch, dass, wie in vielen anderen Bereichen auch, Austauscher und sogar ganze Systeme immer wieder neu von den verschiedensten Unternehmen auf den Markt gebracht werden.
Hier sollte sich jeder selber auf das für ihn wichtige Teilgebiet konzentrieren sowie notfalls die Hilfe von Experten in diesem Bereich in Anspruch nehmen. Dies gilt ebenso für die Kapazität.
Denn wie groß der Austauscher sein muss oder wie viele hintereinander geschaltet werden müssen, ob nun ein größerer Ionentauscher oder mehrere kleinere Ionenaustauscher hintereinander sinnvoll sind, hängt stets von den Umständen vor Ort sowie von der zu bewältigenden Konzentration an gelösten Ionen ab.
Eines der Kriterien bei der Auswahl der richtigen Anlage kann unter anderem die Veränderbarkeit der Ionenkonzentration sein.
Bei konstanter Konzentration reicht vielleicht ein großer Ionenaustauscher, während es bei größeren Veränderungen klüger sein kann, mehrere kleinere Ionentauscher hintereinander zu schalten, um die Anzahl je nach Bedarf variieren zu können.
Ebenfalls stellt sich hier die Frage, ob lediglich ein oder mehrere Ionen ausgetauscht werden sollen. Denn da bestimmte Moleküle lediglich eine oder wenige Ionenarten austauschen können, müssen bei größeren Aufgaben mehrere Ionenaustauscher für viele unterschiedliche Ionen verwendet werden.
Hier stellt sich auch die Frage, welche Ionen zuerst entfernt werden sollen, da sich damit ja auch die Chemie der Lösung verändert.
Ändern sich so gleichzeitig auch wichtige Parameter, wie zum Beispiel der pH-Wert, so können nachfolgende Austauscher eventuell geschädigt werden, da in diesem Fall die reagierenden großen Moleküle oder Harze durch eine für sie zu saure, zu basische oder anderweitig zu aggressive Lösung angegriffen werden.
Technologische Neuerungen, Energiebedarf und Alternativen
Während sich das Prinzip des Ionenaustausches nicht ändert, stellen beim Anlagenbau die zunehmende Automatisierung sowie vor allem die zunehmende Digitalisierung die größten Herausforderungen dar.
Der Energieverbrauch bei Austauschern ist meist günstiger als bei den denkbaren Alternativen, da keine Flüssigkeit verdunstet oder destilliert werden muss, um Stoffe abzutrennen. Auch muss, wie etwa bei der Umkehrosmose, keine Flüssigkeit mit hohem Druck durch eine Membran gepresst werden.
Eigentlich genügt es schon, die Flüssigkeit selbständig, also ohne Energieverbrauch, durch eine Säule fließen zu lassen, wobei natürlich durch Druck etwas nachgeholfen werden kann.
Eine weitere Alternative wäre noch das Ausfällen, welches jedoch wieder eventuell schädliche Chemikalien sowie zusätzliche Filtrationsschritte benötigt. Auch der Aufbau eines Austauschers oder eines Systems von Austauschern ist zumeist einfach und unkompliziert.
Bekannte Hersteller
Für den privaten Gebrauch und vor allem was die Wasserenthärtung betrifft, lassen sich bei den Firmen Grünbeck, Aquintos, Best Water Technology (BWT) und Alfiltra gute Anlagen kaufen, die auch in diversen Bewertungen, wie der unter www.testbewertungen.com sehr gut abgeschnitten haben.
Bei diesen Firmen lässt sich auch weiteres Zubehör besorgen, um den Austauscher stets regenerieren zu können und einsatzbereit zu halten.