Verwendung von Kationenaustauscherharz
Kationenharz
Es handelt sich um eine negativ geladene Matrix mit austauschbaren positiven Ionen (Kationen). Die negativ geladenen Ionen sind fixiert und dauerhaft gebunden – sie sind Bestandteil der Harzstruktur. Da die Kügelchen negativ geladen sind, werden nur positive Ionen angezogen oder ausgetauscht. Für die Wasseraufbereitung wird das Kationenaustauscherharz in Natrium- (Na+) oder Wasserstoff- (H+) Form angeboten.
Anwendungsgebiete von Kationenharzen:
Wasserenthärter – Reduzierung der Wasserhärte
Stark basisches Kationenaustauscherharz mit Natriumionen (Na+) wird häufig zur Wasserenthärtung in Haushalten, Gewerbe und Industrie eingesetzt. Laut der Water Quality Association (WQA) liegt die Wasserhärte in den USA zwischen 1 und 350 Grad deutscher Härte (gpg) pro Gallone bzw. 17,1 bis 5.985 ppm. Die meisten Wässer weisen jedoch eine Härte zwischen 3 und 50 gpg auf.
Die Wasserenthärtung mit Kationenaustauscherharz ist ein einfacher Austauschprozess. Die Harzkügelchen sind negativ geladen und ziehen positive Ionen an. Bei Zufuhr von Natriumionen (Na⁺) tauscht das Harz diese gegen Härtebildner – Calcium und Magnesium – aus. Die Kügelchen werden stärker von diesen Ionen angezogen und tauschen diese bereitwillig mit dem Natrium aus. Sobald das Harz erschöpft ist, wird es mit einer Salzlösung (NaCl) regeneriert. Die Salzlösung löst die Calcium- und Magnesiumionen aus den Kügelchen. Das Harz wird wieder in die Natriumform überführt und ist wiederverwendbar.
Freie Chlorkonzentrationen über 0,5 ppm oder jegliche Oxidationsmittel führen zur De-Vernetzung und verkürzen die Lebensdauer des Kationenaustauscherharzes.
Bei Anwendungen mit hohen Chlorkonzentrationen und Temperaturen sollte ein 10 % vernetztes Gel oder makroporöses Harz verwendet werden.
Wasserenthärter – Eisen- und Manganentfernung
Das Problem mit hartem Wasser wird oft durch Verunreinigungen wie Eisen (Rostflecken) und Mangan (schwarze Flecken) verschärft. Eisenhaltiges Wasser hat einen charakteristischen Geschmack.
Eisen
Durch das Enthärtungsmittel wird das zweiwertige bzw. lösliches Eisen aus dem Wasser entfernt.
Die Sekundärvorschriften der USEPA fordern einen Eisengehalt von unter 0,3 ppm.
Eisen(II)-Ionen werden oft als „Klarwassereisen“ bezeichnet “bezeichnet und kommen häufig im Grundwasser oder Brunnenwasser vor.
Bei der Dimensionierung einer Wasserenthärtungsanlage muss der Eisengehalt berücksichtigt werden: Für jeden ppm Eisen wird ein Härtegrad von 1 Grad Celsius (dH) addiert. Beispiel: Zeigt die Wasserprobe 5 Grad Celsius (dH) und 2 ppm Eisen, sollte die Wasserenthärtungsanlage auf 7 Grad Celsius (dH) und nicht auf 5 Grad Celsius (dH) ausgelegt werden.
Eisen(II) Fe++, nicht Eisen(III) Fe+++
Eisen(II)-Ionen lagern sich an das Kationenaustauscherharz an und lassen sich nur schwer austauschen. Die regelmäßige Anwendung von Harzreinigern oder Salz mit Harzreinigerzusätzen wird empfohlen.
Wenn Eisen(II) mit Sauerstoff (Luft) in Kontakt kommt, wandelt es sich in Eisen(III) um. Eisen(III) ist unlöslich und hinterlässt die typischen Rostflecken, die man kennt und die oft fälschlicherweise als Härte bezeichnet werden. Eisen(III) lässt sich am besten durch mechanische Filtration, nicht durch Kationenaustauscherharz, entfernen.
Mangan
Mangan kann mit Kationenaustauscherharz reduziert werden.
Mangan tritt häufig zusammen mit Eisen auf und wird auf ähnliche Weise entfernt. Die schwarze oder dunkelbraune Verfärbung entsteht, wenn die löslichen Manganionen oxidiert und in Mangandioxid umgewandelt werden.
Führen
Weichmacherharz hat eine starke Affinität zu Blei – Pb++.
Demineralisierung
Stark saure Kationen in Form von Wasserstoff (H⁺) in Kombination mit stark basischen Anionen (SBA) in Form von Hydroxid (OH⁻) werden häufig für Demineralisierungsverfahren wie mobile Ionenaustauscher (PEDI) eingesetzt. Dabei wird der Wasserstoff gegen Calcium, Magnesium und Natrium ausgetauscht.
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