Wasseraufbereitung durch Ionenaustausch Teil 1

Hallo,
da immer mal wieder die Frage auftaucht, wie Wasseraufbereitung mithilfe von Ionenaustauschern funktiioniert, habe ich mir mal die Mühe gemacht, die verschiedenen Ionenaustauscher vorzustellen.

Ein Ionenaustauscher (gefüllt mit Harzen) nimmt Ionen auf und gibt dafür andere Ionen ab. In der Aquaristik kommen Kationenaustauscher oder eine Kombination von Kationenaustauscher und Anionenaustauscher zum Einsatz. Achtung: die Anionenaustauscher zur Wasserenthärtung funktionieren NUR in Kombination mit einem Kationenaustauscher (und zwar einem stark sauren, jeder andere Einsatz zerstört das Anionenharz).
Wie oben schon erwähnt, sind die Ionenaustauscher Harze. Man unterscheidet stark saures Kationenharz, schwach saures Kationenharz, schwach basisches Anionenharz und stark basisches Anionenharz. Alle 4 Harze machen etwas anderes.

Stark saures Kationenharz
Kationen sind die positiv geladenen Ionen im Wasser. Dazu gehören Mg, Ca, K, Na und andere. Die Besonderheit des stark sauren Kationenharzes besteht darin, dass es SÄMTLICHE Kationen aufnimmt und dafür H-Ionen abgibt. Dabei werden alle Salze in ihre Säuren umgewandelt. Calciumhydrogencarbonat wird z.B. zu Kohlensäure, Calciumsulfat zu Schwefelsäure, Kaliumsulfat zu Schwefelsäure u.s.w.
Das herauskommende Wasser hat eine GH und KH von 0, ist aber absolut kein vollentsalztes Wasser, wie es bei einer Vollentsalzung geschieht. Dies wird teilweise immer noch missverstanden. Fehlende Härte ist kein Messkriterium für Salzfreiheit.
Ist vielleicht schwer zu verstehen, aber mal ein simples Beispiel: Wenn man in destilliertes Wasser Kochsalz auflöst, ändert sich weder die GH (bei dieser Messung werden die Erdalkalien Magnesium und Calcium gemessen) noch die KH (Messung des Hydrogencarbonat). Beides führt man aber bei Kochsalz (NaCl) nicht zu, deshalb ist das Wasser zwar GH und KH frei, aber nicht mehr ionenarm bzw. vollentsalzt.
Beim stark saurem Kationenaustauscher wird zwar der Salzgehalt reduziert, aber eben nicht vollständig und es kommt zu einer starken Verschiebung des Ionenspektrums. Dieses wird allerdings sowohl von den tierischen wie auch den pflanzlichen Bewohnern in der Regel ohne Probleme toleriert. Er ist eine recht gute Methode um die GH und KH zu reduzieren, aber nicht unbedingt um weiches (salzarmes = ionenarmes) Wasser herzustellen. Das sind wie gesagt manchmal zwei ganz verschiedene paar Stiefel.
Noch ein Hinweis bezüglich der Leitfähigkeit: Ein Austauscher entfernt ja nicht, sondern tauscht aus. Die H-Ionen haben aber ihrerseits eine gewisse Leitfähigkeit, sie sind sogar ziemlich beweglich. Im Eingangswasser sind aber auch doppelt geladene Kationen vorhanden. Statt dieses eine Erdalkali-Ion muss der Kati 2 H-Ionen abgeben. Bei 10 doppelt geladenen Erdalkali-Ionen hat man also im Ausgangswasser 20 H-Ionen. Von daher ist die Leitfähigkeit des Ausgangswassers sogar höher als die des Eingangswassers. Beim Verschnitt mit Rohwasser sinkt aber die Leitfähigkeit wieder. Dies geschieht, weil der pH-Wert (Maß der Konzentration der H+Ionen) wieder steigt. Damit sinkt auch wieder die Leitfähigkeit. Wie weit, ist abhängig von der Menge des Rohwassers, die man zum Verschnitt nimmt und der Anzahl der Ionen mit Leitfähigkeit, die sich außer der Härtesalze im Ausgangswasser befinden. So hat z.B. Nitrat eine gewisse Leitfähigkeit, wird aber beim Kationenaustauscher nicht mit entfernt.
Wie Sie sich vielleicht schon denken können, hat das Wasser durch die Säuren einen sehr niedrigen pH-Wert. Wenn die KH des Ausgangswasser jedoch etwa 80% der GH beträgt, ist die überwiegende Säure Kohlensäure. (Magnesiumhydrogencarbonat und Calciumhydrogencarbonat werden zu Kohlensäure umgewandelt). Bei starker Belüftung kann diese als CO2 leicht ausgetrieben werden.
Wenn man nun Rohwasser zusetzt, hat dieses allerdings wieder Hydrogencarbonat. Die anderen starken Säuren wie Schwefelsäure, Salzsäure etc. reagieren nun mit diesen Hydrogencarbonaten. Es entsteht wiederum sehr viel Kohlensäure und damit auch sehr viel CO2. Von daher muss man sehr aufpassen, wenn man Wasser aus dem stark sauren Kationenaustauscher direkt ins Becken gibt (was wirklich nicht zu empfehlen ist). Je nachdem wie hoch der Anteil des Kationenwassers ist, steigt der CO2.Gehalt in sehr große Höhen und damit sinkt auch der pH-Wert und die KH auch. Damit kann man durchaus seine Fische himmeln. Also Vorsicht ist geboten. Am Sichersten ist es daher, Rohwasser und Kationenwasser außerhalb des Beckens zu mischen und zu belüften und erst dann ins Becken zu geben.
Stark saure Kationenaustauscher werden mit Salzsäure regenieriert.
Ende Teil 1
lg
Beate

Weiter gehts:

Schwach saure Kationenaustauscher
Wenn ich oben ausdrücklich darauf hingewiesen habe, dass ein stark saurer Kationenaustauscher sämtliche Kationen austauscht und dadurch alle Salze in ihre Säuren umwandelt, könnten Sie sich denken, dass ein schwach saurer Kationenaustauscher dies nicht macht.
Und das ist auch so. Ein schwach saurer Kationenaustauscher wandelt nur die Hydrogencarbonate und Carbonate in ihre Säuren um, also Calciumhydrogencarbonat in Kohlensäure, Magnesiumhydrogencarbonat in Kohlensäure. Calciumsulfat zum Beispiel bleibt, genauso wie Natriumsulfat. Beim schwach sauren Kationenaustauscher entseht also als Säure nur Kohlensäure, starke Säuren wie Schwefelsäure, Salzsäure entstehen nicht.
Ein weiterer Unterschied ist, dass das Ausgangswasser noch eine Rest-GH hat, verursacht von den Ca und Mg- Kationen, die kein Hydrogencarbonat als Partner haben, also z.B. Calciumsulfat, Magnesiumchlorid.
Obwohl dieses Verfahren auf den ersten Blick „sanfter“ ausschaut, als das Verfahren mit dem stark sauren Harz, sollte man genauer hinsehen. Das Ionenspektrum auf der Kationenseite wird sogar noch weitaus stärker verschoben, als beim stark sauren Harz. Im Ausgangswasser des stark sauren Harzes hat man ja alle Kationen ausgetauscht, beim schwach sauren sind aber noch Kationen wie Ca, Mg, Na, etc vorhanden. Beim Verschnitt mit Rohwasser (was auch hier geschehen muss), summiert sich die Anzahl der übriggebliebenden Kationen mit denen, die sich im Rohwasser befinden.
Kationenaustauscher tauschen also entweder alle Kationen oder nur ein Teil. Anionen werden nicht entfernt. Dies ist aber nötig, um eine Vollentsalzung zu erreichen. Dazu dienen die Anionenaustauscher.

Schwach basischer Anionenaustauscher
Wie schon kurz erwähnt, dürfen Anionenaustauscher nur mit einem stark sauren Kationenaustauscher betrieben werden. Im Anionenharz werden nun die Anionen, die im Kationenaustauschwasser vorhanden sind, gegen OH-Ionen ausgetauscht. Als Ergebnis bekommt man reines Wasser mit einem sehr niedrigen Leitwert.
Beim schwach basischen Anionenaustauscher ist es aber nun so, dass die Kohlensäure nicht entfernt wird. Von daher hat das Ausgangswasser durch die Kohlensäure einen sauren pH-Wert. Ein weiterer Unterschied ist, dass ein schwach basischer Anionenaustauscher Kieselsäure nicht entfernen kann. Dies ist vor allem bei Meerwasseraquarianern wichtig, da Kieselsäure im Meerwasser große Problem macht.

Stark basischer Anionenaustauscher
Er entfernt sowohl Kieselsäure wie auch Kohlensäure. Das Ausgangswasser hat daher direkt nach dem Auslauf einen teilweise sehr hohen pH-Wert. Dieser ist aber aquaristisch völlig unbedeutend, da in dem Wasser keinerlei Puffer mehr vorhanden ist. Alleine schon durch Stehenlassen und durch den Kontakt mit dem Luft- CO2.-Gehalt, sinkt der pH-Wert von alleine. Dieser ist aber natürlich auch nicht stabil. Eine starke Wasserbewegung treibt den pH-Wert wieder ganz schnell nach oben.
Stark basische Anionenaustauscher werden mit Natronlauge regeneriert.

Vollentsalzer werden entweder mit 2 Säulen betrieben (Kationenharz und Anionenharz getrennt) oder in einer Säule. Die Einsäulenlösung nennt man Mischbettfilter. Diesen kann man nicht selber regenerieren. Und in Mischbettfiltern ist grundsätzlich stark basisches Anionenharz enthalten.
Noch ein Hinweis: Die Harze sind nur in der Lage geladene Ionen zu entfernen. Ungeladene Moleküle passieren das Harz.

Neutralaustauscher
In Gebieten mit härterem Wasser bauen ab und an Vermieter im Keller so genannte Neutralaustauscher ein, damit Geräte nicht so schnell verkalken. Eigentlich eine schöne Sache, jedenfalls für die Geräte, für die Aquarienbesitzer?
Ein Neutralaustauscher ist ein Kationenharz, das aber statt H-Ionen Na-Ionen abgibt. Dadurch werden alle Kationen gegen Natrium-Ionen ausgetauscht. Carbonate und andere Anionen bleiben aber. Das bedeutet, das Wasser hat eine GH von 0, aber keine messbar veränderte KH (wasserchemisch ist die KH aber 0, da die Hydrogencarbonate weder Ca noch Mg-Ionen als Partner haben und somit keinerlei Funktion im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht haben). Zuduem ist das Wasser nicht weich = ionenarm und auch der Leitwert verringert sich nicht. Das Wasser aus diesem Neutralaustauscher wird in den Hausanlagen mit Leitungswasser bis zu einem gewissen Härtegrad verschnitten. Nur in Anlagen, wo kein Trinkwasser gezapft wird, laufen diese Austauscher auch ohne Verschnitt (z.B. Dampfkessel).
Von daher darf man sich nicht von der niedrigen GH täuschen lassen. Wenn das Leitungswasser 30° GH hat, wird es durch den Verschnitt mit Wasser aus dem Neutralaustauschser nicht weicher. Man darf also nicht glauben, dass Diskuswildfänge darin problemlos leben können. Es findet da ja keinerlei „echte“ Enthärtung statt. Allerdings ist es so, dass viele Fische in so einem Wasser gut leben können. Es kommt halt darauf an, wie die Ausgangswerte des Leitungswasser sind.
Also: Einen Neutralaustauscher extra anzuschaffen, um damit Weichwasserfische halten zu können oder diesen Fischen etwas Gutes zu tun, ist Unsinn. Wie gelernt, wird das Wasser ja nicht weicher.

lg
Beate

Hallo,
Ich kenne den Link auch, der durchs Web geistert.
Natürlich sollte dann oben stehen: Mischbettharze können nicht so ohne weiteres selbst regeneriert werden.

Zitat von krabbe00

doch,mach ich jeden tag.

Es gibt tatsächlich einen, der sich diese Arbeit macht.
Oder hast Du etwa die ultimative einfache Lösung.

Falls jetzt jemand neugierig geworden ist, hier die Anleitung:
Mischbettharz regenerieren

lg
Beate