Was ist Vollentsalzung?

Bei der Vollentsalzung im Ionentauschverfahren werden zum einen wie bei der Enthärtung der Kationenanteil, also die Härtebildner wie Calciumkarbonat (CaCo3) und Magnesiumkarbonat, herausgenommen, zum anderen jedoch auch die Anionen, wie Sulfate und Chloride. Im Unterschied zur Enthärtung werden bei der Vollentsalzung die Kationen gegen Wasserstoff (H+)-Ionen getauscht.

Zusätzlich werden neben den Kationen noch die Anionen gegen Hydroxid-Ionen (OH) ausgetauscht.

Dieses Harz kann miteinander vermischt werden, man spricht dann von einem Mischbett. Mischbett-Vollentsalzungsanlagen können in aller Regel nicht vor Ort regeneriert werden. Sie werden vorwiegend in Vollentsalzungspatronen im Tauschsystem geliefert. Das erschöpfte Harz wird dann werksseitig voneinander getrennt und mit den entsprechenden Reagenzien regeneriert, desinfiziert und anschließend wieder in die Patronen verfüllt. Bei Anlagen mit größerer Kapazität wird der Kationen- und Anionentauscher jeweils separat in einem Druckbehälter verfüllt. Das Wasser durchströmt dann nacheinander beide Tauschersäulen. Die Regeneration erfolgt vor Ort jeweils mit einer verdünnten Säure z.B. Salzsäure oder mit einer verdünnten Base z.B. Natronlauge. Als Polizeifilter kann nachfolgend noch eine Mischbettpatrone angeordnet werden. Bei diesem Verfahren werden erhöhte Sicherheitsanforderungen an das Bedienpersonal und die Sicherheitseinrichtungen gestellt.

Untenstehende Skizze zeigt das Vollentsalzungsverfahren anhand einer Mischbettpatrone, wie das Rohwasser vom Ein-/Ausgangsventil von oben nach unten durch das Ionentauscherharz fließt. Dabei erfolgt die Vollentsalzung. Unten angelangt, fließt es als Deionat (demineralisiertes Wasser) durch ein Steigrohr zurück. Filterdüsen, jeweils oben am Steuerventil und unten am Steigrohr verhindern, dass der Ionentauscher aus dem Druckbehälter gelangt. Das vollentsalzte Wasser hat eine Leitfähigkeit von < 1 µS/cm (microSiemens/cm).

Prinzip Vollentsalzung im Mischbett

Andere Verfahren um Reinwasser zu gewinnen sind das Destillieren und das Umkehrosmoseverfahren.

Warum Vollentsalzung?

Die im Wasser enthaltenem Salze können eine definierte Produktion z.B. von Maßlösungen unmöglich machen. Auch bei der Wärme- und Dampferzeugung spielen die Ablagerungen eine große Rolle. Bei den dort vorherrschenden Temperaturen würden auch die Anionenanteil anfangen auszufällen. Die Folge wären Schlammbildung, die zur Zerstörung der Anlage führen können. Insbesondere wird auch in der Elektronik-Industrie z.B. bei der Chipherstellung, der pharmazeutischen Industrie, der Kosmetikindustrie, der Metallveredelung und der Lebensmittelindustrie Wasser mit ganz speziellen Eigenschaften und Reinheitsgrad benötigt.

Einsatzgebiete für Vollentsalzungsanlagen

Dampferzeugung für Sterilisatoren
Dampferzeugung für Heizzwecke und Bügelautomaten
Spülwasser für Laborwaschmaschinen und Glasspülmaschinen
Elektronikindustrie bei der Herstellung von Bauteilen
Pharmaindustrie zur Herstellung von Medikamenten
Kosmetikindustrie
Ansetzwasser in der Galvanotechnik und Textilindustrie
zur Herstellung von Papieren, Emulsionen und Filmen
als Polierfilter hinter Umkehrosmoseanlagen und Ionenaustauschern
Laboreinsatz

Begriffserklärung zur Berechnung von Vollentsalzungsanlagen

Die im folgenden dargestellte Abschätzung dient als Anhalt und kann die Berechnung durch den Anlagenbauer, der auch DIN-Normen und gesetzliche Regelungen beachten muss, nicht ersetzen. Insbesondere die Berechnung des Anionentauschers ist nicht trivial und kann nur unter Verwendung einer kompletten Wasseranalyse erfolgen.

Für eine erste Abschätzung der Anlagenkapazität benötigen Sie folgende Angaben:

welche Kationenhärte habe ich?
welche Anionenhärte habe ich?
wie hoch ist mein maximaler Wasserverbrauch
Welche Restleitfähigkeit benötige ich?

Am besten, Sie lassen sich per Fax oder E-Mail eine komplette Wasseranalyse von Ihrem örtlichen Wasserversorger zukommen. Dieser Service kostet (noch) nichts, und die Wasseranalyse ist für eine genaue Auslegung der Anlage später ohnehin unerlässlich. Für die weitere Berechnung durch uns ist auf jeden Fall eine komplette Analyse erforderlich, sowie Kenntnisse über die Arbeitstemperatur des Wassers. (Bei Temperaturzunahme erfolgt eine Zunahme der Leitfähigkeit).

Für technische Anlagen gibt meistens der Hersteller bzw. die Bedienungsanleitung Auskunft darüber, welche Leitfähigkeit maximal toleriert wird.

Begriffserklärungen:

Stoffmenge
ist die Menge eines Stoffes in einem Liter Wasser. Einheit: mg/ltr
Äquivalentgewicht
Die Einheit für das Äquivalentgewicht, manchmal findet man auch Äquivalenzgewicht, ist val oder eq und bedeutet, dass das Molgewicht durch die Wertigkeit dividiert wird.

Natrium und Kalium sind von ihrer Ladung her einwertig. Deswegen haben wir sie mit einem "+" gekennzeichnet. Magnesium (Mg++) und Calcium (Ca++) sind jedoch zweiwertig (deswegen die ++). z.B.:

Natrium = einwertig = Na+ = 1 Mol/1 = 1 eq (oder 1 val)
Calcium = zweiwertig = Ca++ = 1 Mol/2 = 0,5 eq (oder 0,5 val)

Ein einwertiges Kation wie Natrium wird gegen ein einwertiges H-Ion (H+) vom Ionentauscher ausgetauscht. Für ein zweiwertiges Ion wie Calcium benötigt dieser jedoch 2 H-Ionen. Daraus folgt nun, dass mit 1eq Ionentauscherkapazität nur 0,5 eq Calcium getauscht werden kann, während der Austausch von Natrium im Verhältnis 1:1 einhergeht.

Mit anderen Worten:
Man benötigt für die gleiche Molmenge Calcium die doppelte Ionentauscherkapazität als für Natrium. Hat man das Molgewicht eines Stoffes kann man daher sehr einfach die Kapazität über die Wertigkeit berechnen.

Die wesentlichen Ionen, die bei der Vollentsalzung meistens gegen H+ Ionen ausgetauscht werden, sind die Alkali-Elemente Natrium (Na+) und Kalium (K+) sowie die Erdalkali-Elemente Magnesium (Mg++) und Calcium (Ca++). Andere Kationen wurden vernachlässigt, da im Trinkwasser davon lediglich Spuren enthalten sind. (Bei einer genauen Berechnung durch uns werden sie natürlich berücksichtigt.)

Welche Vollentsalzungsanlage soll es denn sein?

Die Auswahl der Anlage richtet sich in erster Linie nach der benötigten Kapazität, sowie nach den Vorgaben des maximal erlaubten Leitwertes. Tauschpatronen, die als Mischbett konzipiert sind, halten wir bis zu einer Kapazität von 54.000 Härtegraden bei 1°Anionenhärte für vertretbar. Bei höherem Bedarf sollte ein Zwei-Säulen-System, bei dem Anionentauscher und Kationentauscher getrennt mittels der benötigten Regenerierlösungen aufbereitet werden, in Betracht gezogen werden.

Im Bereich der Reinstwasseraufbereitung sind jedoch Mischbettverfahren wegen der Erzielung einer niedrigeren Leitfähigkeit unter Umständen zwingend notwendig.
Da hierbei viele Faktoren eine Rolle spielen, kann an dieser Stelle keine allgemeine Empfehlung abgegeben werden.

Steuerung der Regeneration

Da stationär regenerierbare Anlagen grundsätzlich im industriellem Bereich gefahren werden, sind wir der Ansicht, dass die Überwachung und die Steuerung der Regenation sowohl über eine Leitfähigkeitsüberwachung als auch über eine Mengensteuerung mit der Möglichkeit einer zeitlichen Verzögerung (solange der Leitwert im Rahmen der vorgegeben Werte bleibt) erfolgen sollte.
Falls erforderlich wird bei Unterschreiten eines bestimmten Leitwertes der Wasserzufluss gesperrt.

Einzel- oder Doppelanlage?
Bei einer Einzelanlage arbeitet die Entsalzungsanlage mit jeweils einer Kationen- und Anionentauschersäule. Während der Regeneration kann daher kein Reinwasser geliefert werden. Für viele Anwendungen sind Einzelanlagen vollkommen ausreichend.
Doppelanlagen oder Pendelanlagen sind im Prinzip zwei Einzelanlagen, die z.B. über eine entsprechende Steuerung zusammengeschaltet sind. Wegen der aufwendigen Steuerung, des hohen Platzbedarfes und der hohen Kosten, wird oftmals das Reinwasser in Vorratsbehältern gelagert und mittels einer Druckerhöhung zum Endverbraucher befördert. Man erkauft sich in diesem Fall den Vorteil mit dem Manko, dass Verkeimungen im Lagerbehälter entstehen können. Um dem entgegenzuwirken, installieren wir oftmals UV-Entkeimungsanlagen entweder im Tank oder nach dem Tank, gefolgt von einem Polierfilter im Mischbett oder "denglisch" Polisherfilter.

Eine konkrete Empfehlung kann erst nach Berechnung und Planung der Anlage erfolgen.

Was ist sonst noch beim Einsatz von Vollentsalzungen zu beachten?

1. Anlagendruck

Zunächst muss überprüft werden, ob ein Mindestdruck von 2,8 bar vorhanden ist. Weiterhin muss ein Stromanschluss vorhanden sein.

2. Bodenablauf mit Neutralisation
Zum Ausspülen des Regenerates muss die Möglichkeit eines freien Ablaufes z.B. durch ein bodennahes Trichtersiphon möglich sein
Eine Neutralisation des Regenerates ist erforderlich.

3. Rohrtrenner Einbauart 2
Ein Rohrtrenner Einbauart 2 (Durchgangsstellung nur bei Wasserentnahme) ist bei Anschluss an die Trinkwasserleitung erforderlich. Rohrtrenner können nur bei konstanten Druckverhältnissen bei ausreichendem Netzdruck eingesetzt werden. Bei anderen Verhältnissen muss die Übergabe mittels einer Übergabestation und Druckerhöhung erfolgen.

4. Sicherheitsbestimmungen
Da als Regenerat sowohl Säure als auch Lauge eingesetzt und gelagert wird, müssen die Vorschriften im Umgang und Lagerung mit Säure beachtet werden. Eine Auffangwanne zur Aufnahme des Säurebehälters ist Vorschrift. Weiterhin sind Personenschutzvorschriften bezüglich Arbeitskleidung, Augendusche und Unfallverhütung etc zu beachten.

5. Materialien nach der Vollentsalzung
Insbesondere im Bereich der Reinstwasseraufbereitung muss auch das gesamte Rohrsystem und die wasserberührten Anlagenteile mit in die Planung einbezogen werden. Ungeeignete Materialien z.B. bei der Versorgungsleitung können die vorher gemachten Anstrengungen zunichte machen.

6. Wassertemperatur
Der Temperaturbereich des Wassers spielt eine große Rolle: So steigt die Leitfähigkeit von vollentsalztem Wasser bei entsprechender Anlagenauslegung bei 10°C von etwa 0,024 µS/cm auf etwa das zehnfache auf 0,25 µS/cm bei 60°C und im Temperaturbereich zwischen 10°C und 20°C immerhin noch um das Doppelte. Dies ist im Hinblick auf oben angesprochene Speicherung im Vorratstank nicht unproblematisch. Deswegen benötigen wir neben einer kompletten Wasseranalyse auch die Arbeitstemperatur des Wassers, sowie die Raumtemperatur bei Verwendung eines Vorratstankes.

Wir freuen uns, wenn wir Ihnen mit den gegebenen Information helfen konnten. Eine individuelle Beratung können diese allerdings nicht ersetzen. Wir stehen Ihnen gerne zur Verfügung.