Ionenwisselaars

Ionenwisselaars worden veelvuldig gebruikt voor waterontharding. Ze zijn echter bij tal van andere toepassingen inzetbaar. Ionenwisselaars zijn kolommen gevuld met bolletjes van kunsthars die ongewenste ionen uit een vloeistof kunnen verwijderen door ze uit te wisselen tegen andere ionen.

Ionenwisselaars worden onder andere toegepast in:

• Demiwaterproductie
• Verwijdering van zware metalen in o.a. de galvano-industrie
• Afvalwaterbehandeling voor verwijdering van specifieke elementen
• Terugwinnen van edelmetalen
• Voedingsmiddelenindustrie
• Decarbonatatie

Zowel kationen als anionen kunnen uitgewisseld worden. Op een kationenwisselaar zitten natrium- of waterstofionen gebonden. Bij contact met het medium worden de daarin aanwezige kationen hiertegen uitgewisseld. Daardoor worden langzaam maar zeker natrium- of waterstofionen vervangen door de ongewenste kationen. Deze kationen worden weer van de dragers verwijderd tijdens de regeneratiefase.

Bij de regeneratie wordt een overmaat aan onschadelijke ionen toegevoegd. Hierdoor verschuift het evenwicht en worden de ongewenste ionen weer verwijderd van de hars. Hierbij ontstaat een geconcentreerde oplossing van ongewenste ionen. De hars is nu weer geschikt gemaakt om zware metalen te verwijderen.

Bij een anionenwisselaar is de hars gebonden met hydroxide-ionen, die worden uitgewisseld tegen anionen. Een voorbeeld van toepassing van anionenwisselaars is de verwijdering van nitraat. Ionenwisselaars hebben maar een bepaalde werkingstijd totdat ze verzadigd zijn. Om een continu zuiveringsproces te verkrijgen kan men bijvoorbeeld twee ionenwisselaars parallel schakelen. Als de capaciteit van het eerste bed volledig benut is, wordt er omgeschakeld naar het tweede bed, waarna het eerste bed wordt geregenereerd.

Het standaard proces bestaat uit vier stappen:

1. de ionenwisseling;

2. spoelen van de drager in tegenstroom met water om het proceswater te verwijderen;

3. regeneratie van de ionenwisselaar met regeneratievloeistof (zoutoplossing, zuur of loog);

4. spoelen van de ionenwisselaar om de regeneratievloeistof te verwijderen.

Een andere toepassing van ionenwisselaars bevindt zich in de industrie. Voor het verkrijgen van zeer zuiver (ultrapuur) water, zoals voedingswater voor het maken van stoom, wordt een demineralisatie-installatie (demi-water-installatie) toegepast.

Het water stroomt eerst door een kationfilter. In het kationhars worden alle positieve ionen verwisseld voor waterstofionen. Het water dat dit `filter` verlaat is zeer zuur omdat het waterstofion opgelost in water, kenmerkend is voor een zuur.

Na+(aq) + RH+(s) --> RNa+(s) + H+(aq)

De volgende stap is het verwijderen van het carbonaat. Doordat het carbonaat in oplossing is met zuur water ontstaat koolzuur, H2CO3. Door het water in een zogenaamde CO2-toren naar beneden te laten stromen en tegelijkertijd in tegenstroom lucht door de toren te blazen, ontleedt het koolzuur in een CO2- en een water-molecule.

H2CO3(aq) --> H2O(l) + CO2(g)

De laatste stap in dit proces is het anionfilter. In het anionfilter worden de overgebleven negatieve ionen vervangen door hydroxide-ionen. Nadat de ionen zijn uitgewisseld reageren de waterstofionen met de hydroxydeionen tot water.

Cl-(aq) + H+(aq) + ROH-(s) --> RCl-(s) + H2O(l)

Ionenverwijdering zoals hiervoor omschreven kan ook worden toegepast door middel van een mengbed ionenwisselaar. Hierbij wordt zowel de kation als de anion ionenwisselaar in een filtratiestap samengebracht.

Deze systemen worden toegepast om een vergaande verwijdering van ionen te bewerkstelligen. Het kan als nafiltratie worden toegepast na ee Kation-Anion ionenwisselaar of een Reverse Osmose membraanfiltratie.

Voor kleine hoeveelheden demiwater kunnen mengbedfilters worden toegepast waarbij het filter direct op het waternet kan worden gekoppeld. Deze filters worden bij verzadiging vervangen en hars wordt centraal geregenereerd.

Standaard DP-serie mengbedpatronen
Filtertank met mengbedhars voor flexibele beschikbaarheid van demiwater
10 - 44 liter mengbedhars