Ionenwisseling is de verwijdering van ongewenste ionen uit het afvalwater en de vervanging hiervan door onschadelijke ionen

Principle of operation

Bij ionenwisseling worden in het water aanwezige ionen door middel van adsorptie aan een vaste stof (hars, adsorbens) gebonden. De uit het water te verwijderen ionen kunnen worden uitgewisseld met op de hars aanwezige ionen (bijv. ontharding door calcium uit te wisselen tegen natriumionen), of kunnen volledig door het hars worden verwijderd zonder enige uitwisseling (t.b.v. productie demiwater). Zo zijn er tal van harsen op de markt verkrijgbaar die elk hun eigen specifieke eigenschappen hebben.

Figuur 1 ontharding van water d.m.v. ionenwisseling en de regeneratie van het hars.

  Als de ionenwisselaar verzadigd is met uitgewisselde/verwijderde ionen, worden de ionen met een regeneratiemiddel, meestal een zuur of een base, van de ionenwisselaar verwijderd. Bij ionenwisselaars kan onderscheid gemaakt worden tussen kation- en anionwisselaars en mengbed ionenwisselaars. De kationwisselaars wisselen de positieve ionen. Bij uitwisseling van Calcium en Magnesium voor Natrium┬á noemen we dit ontharding. Als alle positieve ionen uitgewisseld moeten worden, worden deze uitgewisseld met zuur (H+-ion) Anionwisselaars zijn in staat om de negatieve ionen te binden. Alle negatieve ionen worden dan uitgewisseld tegen loog (OH ionen). De H+ en OH ionen reageren met elkaar weer tot H2O. Daarnaast kan er sprake zijn van meng bed systemen waarin zowel kation- als anionharsen in een filter gemengd aanwezig zijn.

Installation description

De installatie bestaat gewoonlijk uit een:

  • Een verticaal cilindrisch drukvat welke het hars bevatten
  • Een kleppen en leidingen systeem om de waterstroom tijdens operatie en backwash naar de juiste locaties te leiden.
  • Een systeem om het hars te regenereren. (met zout zuur of loog).

Figuur 2 Ionenwisselaar, ontharder

 

 

Process automation and maintenance

Het proces is volledig te automatiseren. Normaal onderhoudsregime t.b.v. leidingwerk, pompen, sensoren en andere apparatuur.

Process variables and constraints

Het proces kan over het algemeen gestuurd worden door continue metingen van het de hardheid (ontharding) of het Elektrisch Geleidend Vermogen (EGV) (demineralisatie), of op basis van de totale behandelde hoeveelheid water. Bij de eerste 2 opties zal op het moment van doorslaan de regeneratiecyclus gestart worden. Met een watermeter kan na een vooraf ingestelde hoeveelheid water geregenereerd worden.

Bij de verwijdering van specifieke ionen worden frequente analyses uitgevoerd en/of met vaste tijdstippen voor regeneratie gewerkt.

Zwevend stof en andere vervuilingen (organisch) in het water kunnen de werkingsduur negatief beïnvloeden een voorzuivering kan vereist zijn. Ook kunnen harsen slecht tegen oxiderende stoffen zoals actief chloor.

Applications opportunities

  • Drinkwaterproductie; ontharden, nitraat verwijdering
  • Industrie; ontharder, demineraliseren.

Pros and cons

Voordelen

  • Hoge verwijdering rendementen mogelijk
  • Selectieve verwijdering mogelijk
  • Hergebruik mogelijkheden

Nadelen

  • Gevoelig voor vervuilingen waardoor uitwisselingscapaciteit afneemt
  • Concentraatstroom moet verder verwerkt worden.
  • Kosten voor regeneratievloeistof
  • Voor continu proces zijn er twee kolommen nodig.

 

Sources

  1. Staveren, van P.,Logisticon
  2. EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2003
  3. Figuur 2, Logisticon