Vollentsalztes Wasser - VE Wasser - Reinstwasser

Was sind Ionen?
Im Wasser lösen sich alle nicht organischen Substanzen im Wasser auf und trennen sich in separate elektrisch positiv geladene und elektrisch negativ geladene kleinste Komponenten der Substanz. Dieser Vorgang wird als Dissoziation bezeichnet. Der Begriff stammt von dem lateinischen Wort „dissociare“ und bedeutet „sich trennen“. Das Ergebnis der Dissoziation ist Wasser, in dem sich für das Auge unsichtbare kleinste Bestandteile befinden - die Ionen.

Das beste Beispiel der Dissoziation ist, wenn man normales Speisesalz in Wasser auflöst. Das was vorher festes sichtbares Natriumchlorid (NaCl) war, wird zum positiv geladenen Kation Natrium (Na+) und dem negativ geladenen Anion Chlorid (Cl-). Die Griechen gaben diesen elektrisch geladenen dissoziierten kleinsten Bestandteilen den Namen „Ion“.

Welche Ionen befinden sich normalerweise im Trinkwasser?
Wie oben erwähnt lösen sich im Wasser alle nicht organischen Substanzen auf. Neben vielen anderen Substanzen sind die gewöhnlichsten:

Kationen (positiv geladene Ionen)
Natrium (Na+), Kalzium (Ca++), Magnesium (Mg++), Kalium (K+), Eisen (Fe+++), Mangan (Mn++) und Wasserstoff (H+)

Anionen (negativ geladene Ionen)
Chloride (Cl-), Sulfate (So4--), Nitrate (No3--), Karbonate (Co3--), Silikate (SiO2-) und Hydroxid (OH-)

Welche Auswirkungen haben Ionen auf das Wasser?
Einfach gesagt beeinflussen die Ionen die Qualität des Wassers. Der abstrakte Begriff Qualität bezeichnet jedoch nichts konkretes, denn die erwünschte Qualität liegt immer im Auge des Betrachters. So ist beispielsweise eine große Menge an gelöstem Kalzium im Trinkwasser zwar gut für die Gesundheit desjenigen, der das Wasser trinkt, jedoch kann bei technischen Anwendungen der hohe Kalziumgehalt negative Auswirkungen durch Kalksteinbildung haben. Ein weiteres Beispiel ist Natrium. Dieser Mineralstoff reguliert zusammen mit Kalium den Flüssigkeitshaushalt im Körper und somit auch den Blutdruck. In größeren Mengen im Wasser gelöst verschlechtert es jedoch dessen Geschmack und steigert dessen elektrische Leitfähigkeit, was unter Gesichtspunkten des Korrosionsschutzes unerwünscht ist. Im Prinzip hat jedes im Wasser gelöste Ion spezielle Eigenschaften, die erwünschte und unerwünschte Ergebnisse hervorrufen – immer in Abhängigkeit vom Verwendungszweck des Wassers.

Beim Betrieb technischer wasserführender Systeme, wie Heizungsanlagen oder Prozesswasseranlagen, sind die gelösten Ionen entscheidend für das Qualitätsmerkmal des Betriebswasser verantwortlich und stehen in direktem Zusammenhang mit möglichen Problemen.

• Alle gelösten Ionen beeinflussen die elektrische Leitfähigkeit des Wassers. Je höher die Leitfähigkeit des Wasser ist, umso schneller und ungebremster kann Korrosion ablaufen. Unserer Erfahrung nach beginnt der kritische Bereich, je nach gelöstem Sauerstoff, bereits bei einer Leitfähigkeit >500 µS/cm. Wir empfehlen eine Leitfähigkeit des Heizungswassers bzw. auch in Prozesswasseranlagen von <200 µS/cm (Mikrosiemens pro Zentimeter).
• Kalzium und Magnesium in Karbonatform können zwar zur Bildung von Kalkstein führen, dienen jedoch auch der Neutralisation von Säuren und beeinflussen den pH-Wert des Wassers in positiven Sinne.
• Sulfat kann zu harten unlöslichen Ablagerungen führen.
• Chloride steigern die Korrosivität des Wasser und schädigen die natürlichen Deckschichten auf Metallen. Eine hohe Konzentration kann selbst an Edelstahl Korrosion hervorrufen.
• Natrium dient als Puffer für den pH-Wert, steigert jedoch die Leitfähigkeit des Wassers
• Silizium führt zu unlöslichen Ablagerungen
• Metallionen, wie Eisen, können zu Ablagerungen, zu Erosion und zu einer Verfärbung des Wassers führen.

Wie können die Ionen aus dem Wasser entfernt werden?
Im Wasser gelöste Stoffe können durch den sogenannten Ionentausch entfernt werden.Der Ionentausch ist ein aus der Natur bekanntes Phänomen. Hierbei benötigt es Stoffe, die aufgrund Ihrer Oberflächenbeschaffenheit ein Anker für Ionen bilden. An diesen Ankern befinden sich z.B. Wasserstoff oder Hydroxidionen. Läuft nun Wasser über diese Stoffe bleiben die gelösten Ionen an den Ankern haften, wobei im Gegenzug Wasserstoff oder Hydroxidionen abgelöst werden. Die Position wird „ausgetauscht“.

Die moderne Technik erlaubt es heute, derartige Stoffe künstlich herzustellen und diese mit Wasserstoff oder Hydroxidionen zu beladen. Diese Stoffe, sogenannte Ionenaustauscher-Harze, sind meist bernsteinfarben und sehen aus wie kleine Kaviarkügelchen. Von den Ionenaustauscher-Harzen gibt es zwei Typen – das Anionen-Harz, welches mit Hydroxidionen beladen ist, und das Kationen-Harz, welches mit Wasserstoffionen beladen ist.

Läuft Wasser über das Kationen-Harz, tauschen alle positiv geladenen Ionen im Wasser ihre Position mit den Wasserstoffionen, die sich auf dem Kationen-Harz befinden. Das gleiche Prinzip gilt für das Anionen-Harz, nur das hier alle negativ geladenen Ionen die Position mit den Hydroxidionen austauschen.

Vollentsalzung, Demineralisierung oder Deionisierung
Sobald also Wasser über die Harze fließt, werden alle austauschbaren Anionen und Kationen an dem jeweiligen Ionenaustauscherharz aufgehalten. Im Gegenzug werden Wasserstoffionen (H+) und Hydroxidionen (OH-) in das Wasser abgegeben. Diese kombinieren sich zu reinem Wasser.

(H+) + (OH-) → H2O

Dieser Prozess läuft solange ab, bis das Ionenaustauscherharz erschöpft ist – also bis alle verfügbaren Anker Wasserstoffionen und Hydroxidionen abgegeben und im Gegenzug die austauschbaren gelösten Ionen festgehalten haben. Sobald das Ionenaustauscherharz erschöpft ist, kann es entweder entsorgt oder regeneriert werden.

Mischbettharz
Bei der Erzeugung von vollentsalztem Wasser werden das Anionen-Harz und das Kationen-Harz meist in zwei verschiedene Patronen getrennt abgefüllt. Zunächst wird das Wasser über das Kationen-Harz geleitet, wo die positiv geladenen Ionen entfernt werden. Danach fließt das Wasser über eine nachgeschaltete Patrone, in dem sich das Anionen-Harz zur Entfernung der negativ geladenen Ionen befindet. Derartige separate Ionenaustauscher sind insbesondere bei stationären Entsalzungsanlagen sinnvoll, da diese einfach vor Ort regeneriert werden können.

Praktischer in der Anwendung, gerade zur Entsalzung von Heizungsfüllwasser, ist die Verwendung von Mischbettharz zur Vollentsalzung von Füllwasser und Nachspeisewasser. Das Mischbettharz besteht aus Kationen-Harz und Anionen-Harz, die zu einem bestimmten Prozentsatz gemischt werden und sich so gemeinsam in einer Patrone befinden. Die Entfernung der positiv und negativ geladenen Ionen findet demnach in einem Durchgang statt. Ist das Mischbettharz erschöpft, kann es einfach aus der Patrone entfernt und durch neues Harz ersetzt werden. Gerade bei mobilen Entsalzungsanlagen für die Befüllung von Heizungsanlagen oder Prozesswassersystemen ist diese Variante praktikabler.