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In der industriellen Wasseraufbereitung bezieht sich Demineralisierung auf die Entfernung von gelösten Feststoffen aus Speisewasser und Prozessströmen. Wenn Sie Optionen für die Wasseraufbereitung und -reinigung untersuchen, fragen Sie sich vielleicht: „Was ist Wasserentsalzung und wie funktioniert sie?“

Der folgende Artikel bietet eine einfache Erklärung, wie die Entsalzung funktioniert, was Sie von einem durchschnittlichen Entsalzungssystem erwarten können und welche Verunreinigungen typischerweise durch Entsalzungstechnologien entfernt werden.

Was ist Wasserentsalzung?

Die Entsalzung ist eine Art der Wasserreinigung. Sie kann sich zwar auf jedes Aufbereitungsverfahren beziehen, mit dem Mineralien aus dem Wasser entfernt werden, der Begriff Demineralisierung ist jedoch in der Regel speziell für Ionenaustauschverfahren (IX) reserviert, die zur nahezu vollständigen Entfernung von ionischen Mineralverunreinigungen eingesetzt werden. Oft werden die Begriffe Demineralisierung und Deionisierung austauschbar verwendet.

Bei der IX-Demineralisierung werden sowohl Kationen- als auch Anionenaustauscherharze verwendet, manchmal sogar in derselben Säule oder demselben Bett. Nach der Demineralisierung weist das behandelte Wasser einen hohen Reinheitsgrad auf, der mit dem von destilliertem Wasser vergleichbar ist, aber in der Regel wesentlich kostengünstiger ist.

Was gehört zu einem grundlegenden Demineralisierungssystem?

Das spezifische Design und die Komponenten eines IX-Demineralisierungssystems können von einer Anwendung zur nächsten variieren, je nach den Prozessbedingungen und der Zusammensetzung des zu behandelnden Stroms. Die meisten Entmineralisierungssysteme umfassen jedoch die folgenden Komponenten:

• Eine oder mehrere IX-Kolonnen
• Regenerat-Dosiersystem
• Chemikalienzufuhr-Lagertanks
• PLC, Steuerventile und Rohrleitungen
• IX-Harze

Es gibt eine gewisse Flexibilität bei der Konfiguration eines Entmineralisierungssystems, um verschiedene Prozessbedingungen und Reinheitsziele optimal zu erfüllen. Bei der Auslegung eines Vollentsalzungssystems sollten unter anderem die Variabilität des Speisewassers, der benötigte Reinheitsgrad, der Platzbedarf des Systems, die Toleranz gegenüber Ionenverlusten (insbesondere Natrium und Siliziumdioxid) und die Anforderungen an die Chemikalienzufuhr berücksichtigt werden.

Wie funktioniert Vollentsalzung?

Wie wir bereits gesagt haben, bezieht sich Vollentsalzung in der Regel auf die Entfernung gelöster mineralischer Feststoffe durch einen IX-Prozess. Doch bevor wir uns näher mit der Funktionsweise der Demineralisierung befassen, wollen wir die Grundprinzipien einer IX-Reaktion erläutern.

In Gegenwart von Wasser dissoziieren Mineralien und Salze in ihre einzelnen Ionen. Diese gelösten Feststoffe bestehen aus negativ geladenen Ionen, den so genannten Anionen, und positiv geladenen Ionen, den so genannten Kationen, die jeweils von Gegenionen (oder Ionen mit einer entgegengesetzten Ladung) angezogen werden. In einer IX-Säule befindet sich ein Harz, das aus Kunststoffkügelchen besteht, an die eine ionische funktionelle Gruppe gebunden wurde. Diese funktionellen Gruppen halten Ionen mit einer entgegengesetzten Ladung durch gegenseitige elektrostatische Anziehung locker fest. Während eines aktiven IX-Zyklus wird ein Wasser mit gelösten Ionen in das Harz eingeleitet. Die Ionen in der Lösung tauschen ihren Platz mit den Ionen auf den Harzkügelchen aus und bleiben an den funktionellen Gruppen des Harzes haften, auch wenn die resultierende Lösung abgelassen wird. IX geschieht, wenn ein Ion eine größere Affinität für die funktionelle Gruppe hat als das bereits vorhandene Ion. Die spezifischen ionischen Verunreinigungen, die vorhanden sind, bestimmen, ob anionische und/oder kationische Harztypen benötigt werden.

Bei einer typischen IX-Reaktion führt der Ionenaustausch einfach dazu, dass die verunreinigenden Ionen durch andere, weniger unangenehme Ionen ersetzt werden. Bei einer IX-Natrium-Enthärtungsanlage besteht das Ziel beispielsweise darin, Härte-Ionen (z. B. Ca2+ oder Mg2+) aus der Lösung zu entfernen, indem sie durch Natrium-Ionen (Na+) ersetzt werden. Das Ergebnis ist, dass die behandelte Lösung wenig bis gar keine Härte aufweist, dafür aber eine höhere Konzentration an Natriumionen enthält.

Während dies für viele Anwendungen akzeptabel ist, erfordern einige Prozesse eine nahezu vollständige Entfernung der gelösten Feststoffe. Hier kommt die Demineralisierung ins Spiel. Bei der Vollentsalzung werden Kationen im Speisewasser gegen Wasserstoff (H+)-Ionen und Kationen gegen Hydroxyl (OH-)-Ionen ausgetauscht. Das Ergebnis ist Wasser: H+ + OH-OH → H2O. Im Allgemeinen sind IX-Entmineralisierungssysteme entweder in Zweibett- oder in Mischbett-Konfigurationen erhältlich (siehe unten).

Zweibett-IX

Zweibett- oder Zweibett-Austauscher verwenden zwei oder mehr IX-Harzbetten oder -säulen zur Behandlung eines Stroms, die jeweils eine bestimmte Art von IX-Harz enthalten. Bei der Zweibett-Entmineralisierung wird ein Strom zunächst mit einem stark sauren Kationenharz (SAC) behandelt, das die gelösten Kationen einfängt und im Austausch Wasserstoffionen (H+) freisetzt. Die resultierende Mineralsäurelösung wird dann in das stark basische Anionenharzbett (SBA) geleitet. In diesem zweiten Schritt werden die anionischen Verunreinigungen gebunden und Hydroxid (OH-)-Ionen freigesetzt, die sich mit den vorhandenen Wasserstoffionen (H+) zu Wasser verbinden. Der resultierende Strom hat einen niedrigen TDS-Wert und einen nahezu neutralen pH-Wert. Während Zweibettaustauscher für die Demineralisierung effektiv sind, kann Natriumverlust die Qualität ihrer Leistung beeinträchtigen, insbesondere bei Strömen mit hohem TDS und/oder niedrigem pH-Wert.

Mischbett-Ionenaustauscher

Mischbettaustauscher bieten eine höhere Wasserqualität als Zweibettsysteme. Mischbett-Ionenaustauscher enthalten eine Mischung verschiedener IX-Harze, die in einer einzigen IX-Säule untergebracht sind. Wenn ein Strom in die Einheit eingeleitet wird, finden die Kationen- und Anionenaustauschreaktionen gleichzeitig in der Einheit statt, was zur Folge hat, dass die Probleme mit dem Natriumverlust, die die Qualität des von einem Zweibett-Ionenaustauschsystem erzeugten Wassers beeinträchtigen können, gelöst werden. Mischbettaustauscher produzieren zwar eine höhere Wasserqualität, erfordern aber auch einen aufwändigeren Regenerationsprozess der Harze. Darüber hinaus sind Mischbettanlagen anfälliger für Harzverschmutzung und/oder eine schlechtere Systemfunktion aufgrund von Schwankungen des Wasserinhalts und werden daher in der Regel nach anderen Aufbereitungsmaßnahmen eingesetzt.

Welche Verunreinigungen werden durch die Demineralisierung entfernt?

Die Vollentsalzung führt in der Regel zu einer fast vollständigen Entfernung von Mineralien und ist daher in der Regel Anwendungen vorbehalten, die einen höheren Reinheitsgrad des Wassers erfordern, wie z. B. Speise- oder Zusatzwasser für Hochdruckkessel, Spülwasser für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie oder Prozessströme, die z. B. in der Elektronikherstellung verwendet werden. Für Frischwasseranwendungen kann die Vollentsalzung eine gute Alternative zur Destillation sein, da sie in der Lage ist, Wasser von ähnlicher Qualität wie destilliertes Wasser zu erzeugen, jedoch durch einen kostengünstigeren Ionenaustauschprozess.

Nachfolgend sind die häufigsten Verunreinigungen aufgeführt, die von Vollentsalzern behandelt werden:

Kationen

Die Kationenharze in einem Vollentsalzungssystem tauschen Kationen oder Verunreinigungen mit einer positiven Ladung aus. Zu den üblichen kationischen Verunreinigungen gehören:

• Kalzium (Ca2+)
• Eisen (Fe3+)
• Magnesium (Mg2+)
• Mangan (Mn2+)
• Kalium (K+)
• Natrium (Na+)

Anionen

Die Anionenharze in einem Demineralisierungssystem tauschen Anionen aus, oder Verunreinigungen mit einer negativen Ladung. Zu den üblichen anionischen Verunreinigungen gehören:

• Alkalität (CO32-, HCO3-)
• Chlorid (Cl-)
• Nitrat (NO3-)
• Sulfate (SO42-)
• Kieselsäure (SiO2)

Wie SAMCO helfen kann

SAMCO verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Ermittlung geeigneter Entmineralisierungstechnologien, die dazu beitragen, Kosten und Abfallmengen zu senken und gleichzeitig die Produktqualität zu erhöhen. Wenn Sie weitere Informationen wünschen oder sich mit uns in Verbindung setzen möchten, können Sie hier einen Beratungstermin mit einem Ingenieur vereinbaren oder ein Angebot anfordern. Wir können Sie durch die Schritte zur Entwicklung der richtigen Lösung und der realistischen Kosten für Ihr Demineralisierungssystem begleiten.

Um mehr über SAMCOs innovative Technologien zur Entfernung von Härte und gelösten Feststoffen zu erfahren, besuchen Sie unsere Seite über Demineralisierungs- und Reinstwasseraufbereitungslösungen hier.

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