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In einer Vollentsalzungsanlage werden im Wasser gelöste Salze durch Ionenaustausch entfernt. Die Austauschprodukte reagieren zu Wasser. Die Regeneration der Ionenaustauschharze erfolgt mit Säure und Lauge.
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| Bild: Vollentsalzungsanlage, bestehend aus Kationentauscher, CO2-Rieseler und Anionentauscher, mit Zumessbehältern für Säure und Lauge. |
Im Wasser gelöste Salze liegen dissoziiert vor, d.h. aufgeteilt in positiv geladene Kationen und negative geladene Anionen. Calciumhydrogencarbonat (Ca(HCO3)2) z.B. dissoziiert in Wasser zu dem Kation Calcium (Ca2+) und dem Anion Hydrogencarbonat (HCO3-).
In einer Vollentsalzungsanlage werden diese im Wasser gelösten Salze nach dem Ionenaustauschprinzip entfernt. Dazu durchfließt das zu entsalzende Wasser mit Ionenaustauschharz gefüllte Behälter. Zuerst den mit saurem Harz gefüllten Kationentauscher, anschließend den mit basischem Harz gefüllten Anionentauscher. An das saure Harz im Kationentauscher sind Wasserstoff-Ionen (H+) angelagert, an das basische Harz im Anionentauscher Hydroxid-Ionen (HO-).
Beim Durchfluss des sauren Harzbettes im Kationentauscher werden die im Wasser gelösten Kationen wie Calcium (Ca2+), Magnesium (Mg2+) oder Natrium (Na+) gegen die dort angelagerten Wasserstoff-Ionen ausgetauscht. Dies geschieht an den Beispielen von Natriumchlorid und Calciumhydrogenkarbonat wie folgt:
NaCl + H [Harz] → HCl + Na [Harz]
Ca(HCO3)2 + 2H [Harz] → 2H2CaCO3 +Ca [Harz]
Die Reaktionsprodukte in diesen Beispielen sind Salzsäure (HCl) und Kohlensäure (H2CaCO3). Dabei liegt ein Teil der Kohlensäure als freie Kohlensäure, d.h. als Gas in Molekülform vor, ein Teil als gebundene Kohlensäure, d.h. dissoziiert in Ionenform. Die freie Kohlensäure kann durch Belüftung in einem Rieseler aus dem Wasser entfernt werden. Dadurch wird der nachgeschaltete Anionentauscher entlastet.
Der Austauschprozess am Anionenaustauschharz verläuft im Prinzip ähnlich wie am Kationentauscher. Anionen wie z.B. Hydrogencarbonat (HCO3-), Sulfat (SO42-) oder Chlorid (Cl-) werden gegen Hydroxid-Ionen ausgetauscht. Am Beispiel von Chlorid als Anion der Salzsäure wie folgt:
HCl + HO [Harz] → H2O + Cl [Harz]
Das Reaktionsprodukt ist Wasser (H2O).
Bei Erschöpfung werden die Ionenaustauschharze regeneriert. Das saure Harz des Kationentauscher mit Salzsäure (HCl), das basische Harz des Anionentauschers mit Natronlauge (NaOH). Die Regeneration verläuft z.B. nach folgendem Schema:
2HCl + Ca [Harz] → 2H [Harz] + CaCl2
NaOH + Cl [Harz] → OH [Harz] + NaCl
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| Bild: Vollentsalzungsanlage, Durchsatzvolumenstrom 12 m³/h. Aufgestellt 2008 in Herten, Deutschland. |
(variabel je nach Ausführung und Betriebsbedingungen)
| Durchsatzleistung: | 0,5 ... 300 m³/h |
| Rohwasservordruck, abs: | 2 ... 10 bar |
| Rohwassertemperatur: |
8 ... 50 °C bis 120 °C für Spezialanwendungen |
| Rohwasserqualität: |
vorfiltriertes Brunnen- oder Oberflächenwasser Stadtwasser Kondensat |
| Standzeit: | 6 ... 24 h |
| Regenerationsmittel: |
Salzsäure (HCl) Schwefelsäure (H2SO4) Natronlauge (NaOH) |
| VE-Wasserqualität: | Leitfähigkeit < 0,5 μS/cm |
| Behältermaterial: |
glasfaserverstärkter Kunststoff (GfK) Stahl (beschichtet) Edelstahl |
| Rohrleitungsmaterial: |
PVC PP Stahl (beschichtet) Edelstahl |
| Austauschmedium: |
Ionenaustauschharz, schwach sauer Ionenaustauschharz, stark sauer Ionenaustauschharz, schwach basisch Ionenaustauschharz, stark basisch |
Mittel bis hoch. Im Wesentlichen verursacht durch Abwasser und Chemikalienverbrauch bei der Regeneration, sowie Handhabung und Lagerung der Säuren und Laugen. Entsprechend abhängig von der Qualität des Rohwassers, dem Regenerationsverfahren, sowie den Kosten für Säuren, Laugen und Rohwasser.