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Das Grundprinzip der Kunstharz-Ionenaustauscher besteht darin, die im Wasser enthaltenen Ionen einzufangen. Die Harze funktionieren wie ein Schwamm: wenn sie gesättigt sind, müssen sie regeneriert oder ausgetauscht werden. Eine sehr interressante Alternative ist, Kunstharz-Ionentauscher durch eine Umkehr Osmose Anlage zu ersetzen. Das Ziel ist, die durch Harze behandelnde Wassermenge auf ein Minimum zu begrenzen. Die Kombination von Umkehrosmose mit Kunstharz-Ionenaustauscher ist eine bewährte Lösung, welche Produktions- und Recyclingkosten von Prozesswasser stark absenkt. |
Allen Unternehmen, welche die Einleitnormen der Abwässer oder eine konstante Qualität der Spülbäder garantieren müssen, bietet DLK Technologies SA personalisierte und schlüsselfertige Lösungen für Wasserbehandlungssysteme mit Kunstharz-Ionentauschern.
Harze sind besonders geeignet, um eine geringe Belastung an Ionen zu behandeln (Kationen und/oder Anionen). Die möglichen Durchsätze gehen von einigen Litern pro Tag, bis hin zu mehreren Kubikmetern pro Woche. Für grössere Durchflüsse werden vorzugsweise Membranfiltrationssysteme vor der Kunstharzbehandlung eingesetzt.
Komplett modular aufgebaut, entsprechen von DLK Technologies SA gelieferte Anlagen entsprechen genau den qualitativen und quantitativen Anforderungen, welche z. B. in Galvanikbetrieben, in der chemischen Bearbeitung, in der Oberflächenbehandlung, ... gültig sind.
Durch DLK Technologies SA angebotene Systeme
Im Konzept einzigartig und flexibel, sind von DLK Technologies SA konzipierte Anlagen -je nach gewünschter Anwendung- manuell bedienbar, halb-automatisch oder komplett automatisiert.
- ihre Kompaktheit minimiert den Platzbedarf
- ihr einfaches und robustes Konzept limitiert den Unterhalt und die Wartung
- das Verhältnis von Unterhalts-, Investitions- und Beriebskosten ist optimiert
Beschreibung der Kunstharz-Ionenaustauscher
Das Prinzip besteht darin, einige oder alle Ionen auszutauschen, d. h. an das Ionenaustauschermaterial zu binden. Harze, welche in Form von Kugeln oder Pulver vorliegen, tauschen gelöste Ionen durch andere Ionen gleicher Ladung aus, welche in der Lösung erhalten sind, mit der sie in Kontakt gebracht werden.
Mehrere Typen von Harz-Ionentauschern sind zu unterscheiden:
Kationentauscher
Schwache Kationenaustauscher wie z. B. Carboxylgruppen werden in der Oberflächenbehandlung wenig verwendet. Sie fixieren die Kationen nur im basischen oder leicht saurem Milieu (pH-Wert > 3). Die Regenerierung erfolgt mit Salzsäure oder Schwefelsäure.
Kationen-Harze, regeneriert durch Säure
Es handelt sich um ein starkes Kationen-Harz oder um ein Harz auf der Basis von Sulfonsäure, welches die Ionen Ca2+, Mg2+, K+, Na+ durch H+ Ionen austauscht. Während der Regeneration, die durch Salzsäure oder Schwefelsäure durchgeführt wird, findet der umgekehrte Austauschprozess statt. Ihre thermische und chemische Widerstandsfähigkeit ist besser und fixiert alle Kationen in einem sehr weiten pH-Bereich (1 > pH > 13).
Einige unter Ihnen sind die sogenannten « makroporösen Ionenaustauschharze », welche absorbierende Eigenschaften haben. Diese sind zur Entfernung von organischen Substanzen geeignet, d. h. zum Absenken von erhöhten CSB Werten.
Kationen-Harze, regeneriert durch Salzlake (Enthärter)
Es handelt sich um ein starkes Kationen-Harz, welches Ca2+, Mg2+ und K+ Ionen gegen Na+ Ionen austauscht.
Während der Regeneration, welche durch Natriumchlorid realisiert wird, werden wieder Na+ Ionen aufgeladen.
Komplexbildende Harze oder Chelate
Komplexbildende oder Chelate Harze sind Kationen-Harze, welche die Besonderheit haben, eine ausgeprägte Selektivität für eine Reihe von Schwermetallen und Übergangsmetallen zu besitzen. Zusätzlich dazu fixieren diese Harze hauptsächlich Metalle oder bivalente Gruppierungen mit einer sehr leichten Affinität für Kalzium. Sie werden mit Salzsäure oder Schwefelsäure regeneriert. Danach erfolgt die Konditionierung mit Lauge, um die Absenkung des pH-Werts der anschliessend behandelten Lösung zu limitieren.
Anionenaustauscher
stark basische Anionen-Harze
Stark basische Anionen-Harze fixieren starke und schwache Säure-Anionen in einem pH-Wert-Bereich, welcher zwischen 1 und 12 liegt. Für den Fall, dass die Lösung Zyanid enthält, wird dieses mit diesem Harz-Typ fixiert. Dagegen wird Kieselsäure nicht gut zurückgehalten. Dieser Harztyp wird mit einem Laugenwaschmittel regeneriert. Jedoch wird dieser Harztyp leicht durch eine organische Verschmutzung kondaminiert. Es ist daher notwendig, diesen mit einem Behälter mit Aktivkohle zu schützen.
mittelstark basische Anionen-Harze
Mittelstark basische Anionen-Harze fixieren starke Anionen im sauren pH-Wert-Bereich (< 5). Dies ist insbesondere interessant, um Chromsäure, aber auch um schwache Säuren zu fixieren (Kohlensäure oder Siliziumdioxid). Dieser Harztyp wird mit Laugenwaschmittel regeneriert und ist weniger empfindlich gegenüber organischen Schmutzstoffen.
Harze im «Mischbett-Austauscher» :
Es handelt sich um eine Mischung eines starken Kationen-Harzes mit einem starken Anionen-Harz. Diese Harze werden im Allgemeinen für spezielle Anwendungen reserviert (z. B. für nukleare Anwendungen oder um einen spezifischen Widerstand nach einer Entmineralisierung durch einen Kationen-Austauscher oder einem oder zwei Anionen-Austauscher zu erreichen) und sind entweder wegwerfbar oder nach Trennung vom Wasser in einem Entsorgungszentrum zu behandeln.
inertes Harze :
Dieses Harz hat keine chemische Reaktionsgruppen und reagiert nicht mit der durchströmten Flüssigkeit. Es wird zur Verbreitung des Reaktionsmittels bei der Regeneration verwendet und verhindert dabei die Bildung von toten Zonen. Zudem wird es zur Trennung der zwei Harze im Mischbett, für den Fall einer Regenerierung verwendet. Das Harz kann ebenfalls die Anwendung von Sand oder Glaskügelchen, bei der Herstellung von entmineralisiertem Wasser mit einer tiefen Toleranz an Kieselsäure ersetzen (z. B. Herstellung von überhitztem Dampf).
absorbierende Harze :
Die Absorption ist kein Ionenaustausch, jedoch ist dieses Harz mit dem Prozess des Ionenaustauschers verwandt. Ihr Einsatz ermöglicht die Eliminierung von organischen Verschmutzungen im Abwasser.
Physische Charakterisierung von Harz-Ionentauschern
Durchmesser und Korngrössenverteilung
Die Grund-Polymere von Harz-Ionenaustauschern werden gewöhnlicherweise durch Polymerisation im wasserhaltigen Stadium im bewegten Reaktor hergestellt und präsentieren sich in Kugelform. Daraus resultiert unvermeidlich eine Korngrössenverteilung um einen mittleren Wert (Siebkurve von GAUSS). Eine engere Korngrössenbrechung ist nur durch eine Wasser-Klassifikation oder Siebung möglich. Harz-Ioneneaustauscher mit homogener Korngrösse werden auf eine spezielle Art und Weise hergestellt, und erreichen einem Kugeldurchmesser, welcher nicht mehr als 0,05 mm vom mittleren Durchmesserwert abweicht. Ausserdem wird der verwendete Polymertyp nach den Bedürfnissen bezüglich der mechanischen Belastung auf das Harz je nach Prozess oder Regeneration ausgwählt (Gleichstrom, Gegenstrom, Schwimmbett, Vorhandensein von CSB, ...)
Struktur
Es existieren zwei Strukturtypen:
Typ Gelharze
Das Basisnetz ist organisch und präsentiert keine interne Oberfläche. Die Harze besitzen eine starke Fähigkeit zum Austausch und eine exzellente Kinetik. Sie bleiben dennoch empfindlich gegenüber mechanischen und osmotischen Spannungen, sowie gegenüber Verkrustungen durch organische Materie.
Typ makroporöse Harze
Das Basisnetz ist organisch und besitzt grosse Poren, sowie eine beächtliche interne Oberfläche. Diese Harze besitzen daher die Fähigkeit, grosse organische Moleküle zu absorbieren, zur gleichen Zeit wie sie die Ionen austauschen.
Nutzkapazität
Die Nutzkapazität eines Harz-Ionenaustauschers wird durch den Fabrikanten angegeben. Sie gibt die Anzahl der Ionen an, welche pro Einheit an Volumen ausgetauscht werden können und wird in eq/l ausgedrückt.
Arten der Regeneration der Ionenaustauscherharze
Es existieren zwei prinzipielle Regenerationsarten :
Regeneration der Harze im Gleichstrom
Die Beladung der Harze (Produktion) und die Regenerierung finden in der gleichen Richtung statt, von oben nach unten.
Regeneration der Harze im Gegenstrom
Die Beladung der Harze (Produktion) und die Regenerierung finden in der entgegengesetzten Richtung statt. Dies erfordert eine Blockade des Harzbetts zwischen zwei Saugfilterplatten oder zwei Dispersionssiebkörben. Dies hat zur Folge, dass die feinen Harze während der Rückspülung nicht eliminiert werden. Es muss daher ein Vorgang zum Entfernen der feinen Körnchen vorgesehen oder eine für diesem Zweck entwickelten Harzbehälter eingesetzt werden. Dagegen hat die Regeneration bei Gegenstrom viele Vorteile:
- beste Kapazität des Harzes
- geringere Regeneration
- sehr gute Qualität des entmineraliserten Wassers während dem ganzen Sättigungszyklus
- Reduktion des Volumens des Eluats
- kürzere Regenerationszeit
Anwendungen für Ionenaustauscherharze
Die Ionenaustauscher werden in Oberflächenbehandlungsprozessen vielseitig eingesetzt:
- Produzieren von entmineralisiertem Wasser
- Recycling der Spülbäder
- Realisieren von abschliessenden Spülungen
- Erhalten der Qualität eines Behandlungsbades
Zur Dimensionierung eines Harz-Behandlungssystems müssen einige Parameter in Betracht gezogen werden:
Stapelvolumen
- Regulierung von Belastung und Durchsatz
- Wasserzusammensetzung
Harze
- Art des Harzes
- Volumen des Harzes
- Kettenbildung
- Regeneration vor Ort oder ausser Haus
- wegwerfbare Harze
Belastungen
- Betriebskosten
- Volumen des produzierten Eluats
durch DLK angebotene Harz-Ionenaustauscher
DLK Technologies SA bietet Systeme, welche dem spezifischen Bedarf des Kunden angepasst sind (Volumen, Belastung, Infrastrukur, Personal, Budget, ...)
Die Dimensionierung der Harze ist sehr anspruchsvoll und erfordert fundierte Kenntnisse des zu behandelnden Wassers.
Um gute Resultate zu garantieren, besitzt DLK ein Labor sowie mobile Pilot-Einheiten, um den Kunden in seinem Vorhaben zu unterstützen sowie die beste Lösung zu finden.
von DLK angebotene Modelle bieten fogende Eigenschaften :
- Säulen mit 25, 50 und 75 Liter Harz Inhalt
- in Serie oder parallele Systeme
- mit oder ohne Regeneration
- preiswerte manuelle Lösungen
- bequeme automatisierte Lösungen
- Messung von Leitfähigkeit, pH-Wert, Redox-Wert
Zusätzlich, liefert DLK:
- schlüsselfertig installierte Anlagen
- notwendige Personalschulung und technischen Support
- Lieferung von Reaktionsmitteln
- Laboranalysen
- Service- und Unterhaltsverträge für Anlagen
