Ionenwisseling

IONENWISSELING: de enige techniek die water werkelijk onthard of verzacht

Er zijn drie belangrijke argumenten om een ontharder te plaatsen:
  1. Technisch: onthard water verlengt aanzienlijk de levensduur van alle huishoudelijke toestellen waar water aan te pas komt.
  2. Besparing: met op kop energie, maar ook detergenten, wasverzachter, badschuim en niet onbelangrijk; arbeid. Hard water veroorzaakt heel wat meer onderhoud in badkamer en keuken.
  3. Comfort: niets is zo zalig als te baden of douchen met zacht water.
Wat is ionenwisseling?
Bij ionenwisseling worden ionen met een bepaalde lading (kationen met een positieve of anionen met een negatieve lading), uit een oplossing gehaald en vastgehouden op een vast materiaal. Dit materiaal noemt men een ionenwisselaar.

De ionen uit de oplossing worden vervangen door een equivalent hoeveelheid van andere ionen die uit de ionenwisselaar; het hars, vrijkomen. Met equivalente hoeveelheid wordt bedoeld dat beide hoeveelheden uitgewisselde ionen dezelfde lading hebben, zodat het water neutraal blijft.

Een ionenwisselaar of hars is verkrijgbaar in de vorm van bolletjes met een diameter van 0,3 tot 1,2mm. Conventionele harsen vertonen inderdaad dit belangrijk verschil in korrelgrootte. Monosfere harsen van de laatste generatie hebben echter een uniforme grootte die voor ontharding schommelt rond de 0,6mm. Deze uniformiteit levert op technisch vlak heel wat voordelen op.


      
            Hars                                      Hars tanks                           Besturing                                              Zoutvat


Kalksteen: de oorzaak van veel technische problemen
Bij de cyclus gaande van verdamping over neerslag tot doorsijpeling enz. lost het water kalk en magnesium (ionen) op, welke door verwarming of verdamping de onoplosbare kalksteen (CaCO3) vormen.


De symptomen zijn alom bekend

Het probleem heeft trouwens niets met de drinkwaterkwaliteit te maken. Iedereen weet dat het grootste percentage van ons drinkwater, circa 98%, wordt gebruikt voor andere doeleinden dan om te drinken of te koken. Het is de hardheid van het leidingwater die de oorzaak is van het ontstaan van kalkaanslag hetzij bij verwarming, bij het koken of door verdamping.


Deze kalkaanslag vormt een isolatielaag bij verwarming en bemoeilijkt de overdracht van warmte met als gevolg een belangrijk rendementverlies.

Kalksteen is doorgaans ook nog de oorzaak van heel wat meer technische problemen. Zo zal hard water ook de zeefjes van koudwaterkranen verstoppen en veroorzaakt het in de badkuip, lavabo en douche vuile vettige randen. Bij het wassen van textiel dient extra wasverzachter toegevoegd te worden om de hardheid te neutraliseren. Ook bij de persoonlijke hygiëne kunnen problemen ontstaan. Sommige huidtypes verdragen immers slecht hard water.


Wat gebeurt er nu in een ionenwisselaar of ontharder?
De Ca++ ionen (calcium) en de Mg++ ionen (magnesium) worden vervangen door natrium ionen (Na) Om dit vakkundig te doen moeten we wel weten hoeveel calcium- en magnesiumionen er in het water aanwezig zijn. Iedere maatschappij die instaat voor de distributie van drinkwater kan u op eenvoudig verzoek informeren over het drinkwater dat u van hen koopt. Weet dat drinkwater verschillend is in hardheid van regio tot regio. Wij raden daarom aan om met een eenvoudig testkitje de proef op de som te doen.


Onthardingscyclus:
  1. Bij de start van de cyclus zijn de ionen (het hars) volledig opgeladen en klaar om calcium- en magnesiumionen uit te wisselen.
  2. Wanneer water door de ontharder stroomt heeft de uitwisseling plaats en worden de calcium- en magnesiumionen weerhouden in het harsbed.
  3. Uiteindelijk zal dit 'verzadigd' worden met calcium en magnesium. Dit is het punt waarop een 'regeneratie' van het harsbed moet plaatsvinden.
  4. Na deze regeneratie kan de cyclus herstarten.
Meestal wordt de hardheid uitgedrukt in Franse graden. Ook Duitse graden worden wel eens gebruikt.
  • Franse graden = °fH = 4 mg Ca/liter
  • Duitse graden = °dH = 7 mg Ca/liter

Voor wie nog wat dieper wil gaan: De functionele groep


Voor ontharding of verzachting gebruikt men doorgaans sterk zure kationen wisselaars of kationhars. Voor de productie van deze harsen vertrekt men van inerte polystyreenkorrels, welke behandeld worden met geconcentreerd zwavelzuur.

Hierdoor verkrijgt men een verknoopte styreen-divinylbenzeen structuur met daarop sulfonzure groepen. Zo ontstaat er dus een vaste korrel, waarop Na-ionen zitten die kunnen uitgewisseld worden met Ca-ionen uit het te ontharden water.

Deze 'activering' gebeurt bij industriële harsen in een solvent. Wie solvent zegt, zegt ook residu. De producenten hebben daarom voor de voedingsindustrie en voor de behandeling van drinkwater een in water gesulfoneerd hars ontwikkeld, dat veel zuiverder is en geen solventen bevat.
Eigenlijk is de ionenwisselaar in het onthardingsprocess dus een zout, in vaste toestand en onoplosbaar in water, maar met een zekere hoeveelheid water die in zijn structuur wordt vastgehouden. In deze waterfase gebeurt de eigenlijke ionenwisseling. De meeste wisselaars hebben trouwens een vochtgehalte van ongeveer 50%.

Wetgeving en normering:

Harsen van industriële kwaliteit zijn ongeschikt voor de ontharding van drinkwater. Daarom worden vandaag de dag harsen met 'Voedingskwaliteit' geproduceerd vanuit specifieke grondstoffen, die moeten voldoen aan welbepaalde normen.

In België is er voorlopig nog geen norm, maar ons land heeft wel reeds een voorstel van de Raad van Europa ondertekend, dat in de volgende jaren als Europese norm zal bekrachtigd worden. Ook het Centrum voor Europese Normen (CEN) heeft op zijn agenda de opdracht staan een specificatie te maken voor ionenwisselaars voor de behandeling van voedingsstoffen, dus ook drinkwater.

De reeds beschikbare normen zijn Frans, Duits, Engels, Amerikaans en Europees en zijn gebaseerd op een tweevoudig principe:
  1. De harsfabricant moet verklaren dat tijdens de productie van het hars alleen grondstoffen worden gebruikt die op een positieve lijst staan.
  2. Er wordt een test beschreven, die moet toelaten het residueel gehalte aan resten polymeren en monomeren in het hars te bepalen. Tevens wordt hiervoor een maximale waarde aangegeven.
Uiteindelijk blijft het de verantwoordelijkheid van de apparatenbouwer (OEM) om ervoor te zorgen dat het behandeld water binnen de specificaties valt van de toepassing. Indien het behandeld water moet voldoen aan de eisen gesteld voor drinkwater, mag dit slecht 3 ppb gechloreerde koolwaterstoffen bevatten. Voor huishoudelijke toepassingen wil dit zeggen dat alleen nog in water gesulfoneerde kationenwisselaars kunnen worden gebruikt.

Dpc/aqua-com/lanxess/bayer/20070226
Copyright © 2012 Installatieworld