Enthärtung

Das Ionenaustauschverfahren ermöglichen es, alle im Wasser unerwünschten Ionen zu entfernen und durch andere Ionen synthetisch zu ersetzen. Für die technische Durchführung dieses Austauschprozesses sind die beiden am Austausch beteiligten Partner, die auszutauschenden im Wasser enthaltenen Ionen und die Austauschermasse, möglichst eng miteinander in Kontakt zu bringen.

Die hierzu benutzten Ionenaustauschermassen sind hochmolekulare Kunstharzprodukte. Sie besitzen die Eigenschaft, ihre beweglichen Ionen gegen Ionen gleicher Ladungsart aus dem umgebenden Fluid austauschen zu können.

Zu den am häufigsten benutzten Austauscherharzen zählen das Harz mit einer Sulfonsäuregruppe ‐ SO₃H‐ als Kationenaustauschharz, bzw. das Harz mit einer Ammoniumgruppe CH₂ ‐ N ‐ (CH₃)3OH für Anionenaustauscherharze.

Die Sulfonsäuregruppen sind am Harzskelett fixiert, während sich die zugehörigen Wasserstoffionen frei innerhalb der Struktur bewegen können. So können Kationen, z.B. Natriumionen, ohne weiteres eindringen und gegen Wasserstoffionen ausgetauscht werden. Negativ geladene Anionen werden allerdings bei der Annäherung an die Struktur von den ebenfalls negativ geladenen Festionen abgestoßen.

In analoger Weise verhält sich das Anionenaustauschharz. Es können nur Anionen in die Harzstruktur eindringen und gegen Hydroxydionen ausgetauscht werden. Kationen werden bei Annäherung von den gleichnamigen Ladungen der Festionen abgestoßen.

Natürliche Wässer enthalten Ca‐ und Mg‐ Ionen. Die Summe beider bildet die Gesamthärte des Wassers. Der Teil der Ca‐ und Mg‐ Ionen, der an Carbonat gebunden ist, wird als Carbonathärte bezeichnet.

Beim Enthärtungsvorgang werden die härtebildenden Ionen gegen nicht härtebildende Ionen ersetzt (2 Na+ à Ca+). Die Leitfähigkeit ändert sich nicht. Sind alle im Harz enthaltenen Na+ ‐Ionen gegen Ca+ ‐Ionen ausgetauscht, muss mittels einer Kochsalzlösung das Harz regeneriert werden. Dabei findet der umgekehrte Vorgang statt. Die verbrauchte Regenerierlösung wird als Abwasser in den Kanal geleitet.

Zur Regeneration werden 120 ‐ 240 g Regeneriersalz/l Harz benötigt. Bei 240 g/l ergibt sich die maximale Ausbeute; bei 50 % Regeneriersalzeinsatz, also 120 g/l, ergeben sich bereits 70 % der Kapazität. Man spricht von einer sogenannten Sparbesalzung.

Bei höherem Salzeinsatz wird eine geringere Resthärte erreicht. Dies kann z.B. bei Speisewasser für Dampfkessel (< 0,05 °dH) erforderlich sein.

Beim Betrieb einer Enthärtungsanlage ist es sehr wichtig, dass diese nicht ohne Salz regeneriert wird. Neben dem Effekt, dass kein Weichwasser zur Verfügung steht, verliert die Anlage an Kapazität. Diese kann dann nur durch mehrmaliges Regenerieren wieder verbessert werden.