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Ionenaustauscher

Prinzip eines Ionenaustauschers. Quelle: RWT HydroGroup.

Ionentauscher oder Ionenaustauscher sind Materialien, mit denen gelöste Ionen durch andere Ionen gleichnamiger Ladung (d. h. positiv oder negativ) ersetzt werden können; es findet ein Ionentausch statt. Ionentauscher kommen als Säulen, die mit einem Ionenaustauschermaterial gefüllt sind, oder als Membranen in den Handel und werden von der zu behandelnden Lösung durchströmt. Die auszutauschenden Ionen werden am Ionenaustauschermaterial gebunden, das seinerseits dafür eine äquivalente Ladungsmenge von vorher gebundenen Ionen in die Lösung abgibt.

Beispielsweise kann ein Kationen-Austauscher Calcium-Kationen, die im normalen Leitungswasser gelöst sind, gegen Natrium-Kationen, die an den Ionenaustauscher gebunden sind, austauschen. Solche Kationen-Ionenaustauscher sind auch in Geschirrspülern vorhanden. In ihnen wird für Spülvorgänge Wasser aufbereitet, das frei von Calcium-Kationen ist, welche sonst zur Bildung von weißen Kalkablagerungen (Kalkflecken) auf dem Geschirr bei der Trocknung sowie zur Ablagerung von Kesselstein an Heizelementen und in Rohrleitungen der Maschine (Verkalkung) führen würden. Wenn dieser Kationen-Austauscher erschöpft und vollständig mit Calcium-Kationen abgesättigt ist, muss er regeneriert werden. Das geschieht dadurch, dass man die gebundenen Calcium-Kationen durch das Angebot einer möglichst hoch konzentrierten Lösung von Natriumchlorid (Kochsalz) wieder verdrängt. Man bezeichnet diesen Vorgang als Regeneration eines Austauschers.

Eine natürliche Bedeutung haben Kationen-Ionenaustauscher vor allem für die Kationenaustauschkapazität im Boden. Sie sorgen dafür, dass Kationen für die Pflanzen verfügbar bleiben und nicht durch den Regen ausgewaschen werden. Für die Altlastensanierung von Gewässern und Böden können spezielle Kationen-Austauscher hergestellt werden, die in der Lage sind, ganz gezielt bestimmte Schwermetallkationen aus Gewässern und Böden zu entfernen.

Verfahrensübersicht

Die verschiedenen Ionenaustauscherqualitäten finden Anwendung in diversen Verfahren zur Entsalzung:

  • Gleichstrom-Verfahren. Sehr robuste Verfahrenstechnik, jedoch mit relativ hohem Chemikalienverbrauch und mittelmäßigen Entsalzungsraten, wird daher heute nur noch in bestimmten Fällen angewendet.
  • Gegenstrom-Verfahren

    • Schwebebett-Verfahren (Beladung im Aufstrom, Regeneration im Abstrom) Sehr ökonomisch, sehr gute Entsalzungsraten, verwandte Verfahrenstechniken: Liftbett- und Rinsebett-Verfahren.
    • Abstrom-Gegenstrom-Verfahren (Beladung im Abstrom, Regeneration im Aufstrom) Höherer Regenerierwasserverbrauch, verfahrenstechnisch etwas aufwendiger als das Schwebebett-Verfahren.

  • Multistep-Filter mit integriertem Pufferfilter Spezialität des Schwebebettverfahrens, Kationen- und Anionenaustauscher in einem Filter, durch zusätzlichen Düsenboden getrennt. Dritte Kammer mit weiterem Kationenaustauscher möglich.
  • Mischbett-Filter

    • Feinreinigungsmischbett Das Wasser aus dem Ablauf einer Entsalzungsanlage wird von verbliebenen ionischen Spuren gereinigt.
    • Arbeitsmischbett Rohwasser wird von Ionen befreit.

Bedeutung in der Geothermie

In der Geothermie können Ionenaustauscher vielfach verwendet werden. Beispiels sind:

Weblink

https://de.wikipedia.org/wiki/Ionenaustauscher

https://www.hydrogroup.de/fileadmin/redakteur/pdf/Produkthandbuch/ionenaustauschverfahren-grundlagen-r2i1-de.pdf

zuletzt bearbeitet Januar 2020