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Wissenswerstes zu Mischbettfiltern

Mischbettfilter

Mischbettfilter sind in der Wasseraufbereitung gängig – und zugleich ein effektives Mittel, um Wasser vollständig zu entsalzen. Im selben Kontext ist oft auch von Mischbettaustauschern bzw. Mischbettharzen und Vollentsalzern die Rede. Doch worin liegt der Unterschied oder sind diese Begriffe synonym zu verwenden? Erfahren Sie hier, was Mischbettfilter sind, wie sie funktionieren und wie sie in der Praxis zur Wasseraufbereitung eingesetzt werden.

Was ist ein Mischbettfilter?

Ein Mischbettfilter ist ein spezieller Ionenaustauscher, der mittels eines quellbaren, jedoch nicht löslichen Kunstharzes positiv und negativ geladene Ionen aus dem Wasser entfernt und gegen Ionen gleicher Ladung austauscht. Es geht also darum, anorganische Substanzen aus dem aufzubereitenden (Ab-)Wasser zu entfernen. Dazu gehören die Ionen von Salzen und Mineralien, beispielsweise Magnesium, Calcium, Natrium oder Kalium (Kationen) sowie Chlorid, Sulfat oder Nitrat (Anionen). Das Besondere an Mischbettfiltern ist die Kombination aus Kationen- und Anionenaustauscher, wodurch eine wässrige Lösung in einem Arbeitsschritt vollständig entsalzt werden kann. Somit eignen sie sich sehr gut zur Herstellung von Reinstwasser oder VE-Wasser. Dabei muss unterschieden werden zum alleinigen Leitungswasser entkalken, bei welchem allein die Härtebildner Calcium und Magnesium entfernt werden. Dies wird mit einer Enthärtungsanlage bewerkstelligt und nicht mit einem Mischbettfilter.

Bei der Wortendung „Filter“ könnte man auf die Idee kommen, dass Mischbettfilter ein weiteres Merkmal besitzen, nämlich, dass sie auch Feststoffe und Partikel filtern können. Das ist zwar prinzipiell richtig, jedoch eigentlich in den meisten Fällen gar nicht gewollt, auch wenn sie in der Praxis manchmal auf diese Weise genutzt werden. Inwiefern sie dennoch in der Praxis manchmal auch zur Partikelfiltration mitgenutzt werden, erfahren Sie im letzten Abschnitt dieses Beitrags.

Begriffs-Wirrwarr: Mischbettfilter, Mischbettaustauscher(-harz), Vollentsalzer…

Aber zurück zur Abgrenzung der verschiedenen Begriffe. Die Endung geht also auf Filtration zurück, und mit dem Wortteil „Mischbett“ ist das Kunstharz gemeint, das aus Kationen- und Anionenharz besteht. Je nach Branche werden Mischbettfilter auch Mischbettaustauscher genannt. In der Aquaristik liest man außerdem oft von Vollentsalzern. Alle drei Begriffe können synonym verwendet werden und bezeichnen das Produkt respektive die Wasseraufbereitungseinheit, die das zu behandelnde Wasser von jeglichen Salzen befreien soll. Als Ergebnis erhält man reines Wasser mit sehr niedrigen Leitfähigkeiten von < 0,1 µS/cm.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die Vollentsalzung auch mittels separat arbeitender Ionenaustauscher funktioniert.

Mischbettfilter vs. Kationen- und Anionenaustauscher

Es gibt nämlich auch die Möglichkeit, Kationen- und Anionenaustauscher hintereinander (im Fachjargon heißt dies „in Reihe“) als Zwei-Säulen-Vollentsalzer zu schalten. Auch so lässt sich vollentsalztes bzw. entmineralisiertes Wasser herstellen. Kationenaustauscher werden innerhalb einer Reihenschaltung immer vor Anionenaustauschern geschaltet. Der Vorteil dieser Verfahrensweise ist, dass das Kunstharz in den Filtersäulen der beiden Ionenaustauscher auf einfache Weise regeneriert werden kann, sobald es vollständig mit Ionen beladen ist. Bei Mischbettfiltern verwendet man dagegen häufig Einwegharz.

Wie funktioniert ein Mischbettfilter?

Ein Mischbettfilter besteht aus einem Drucktank, der mit Mischbettharz befüllt ist. Sobald das Rohwasser in den Tank geleitet wird und das Austauscherharz durchströmt, beginnt der Ionenaustausch. Die unerwünschten Kationen und Anionen werden dabei gegen Wasserstoff- (H⁺) und Hydroxid- (OH⁻)Ionen ersetzt, wodurch elementares Wasser (H₂O) entsteht. Im Zuge der Vollentsalzung wird auch Kohlensäure und Kieselsäure (Silikat) entfernt, sodass man von sehr reinem, keimfreiem und sterilem Wasser sprechen kann. Die Kapazität des Mischbettharzes, also wie viel Wasser mit dem Harz aufbereitet werden kann, hängt dabei maßgeblich von der im Wasser befindlichen Anzahl an Ionen und somit von der Wasserqualität ab. Hierfür sind die Wasserhärte sowie die Leitfähigkeit gute Indikatoren dafür, wie viele Ionen sich im Wasser befinden.

Durch das Prinzip des Ionenaustauschs ist es also möglich, Wasser sehr effektiv vollständig zu entsalzen. Das wird besonders deutlich, wenn man die Wirkungsweise mit einem Osmosefilter vergleicht. Mittels Umkehrosmose-Anlagen lässt sich mit 1 Liter Leitungswasser ca. 0,75 Liter vollentsalztes Wasser herstellen. Bei Mischbettfiltern ist das Verhältnis von Roh- bzw. VE-Wasser eins zu eins, wodurch es 25% effektiver ist als ein Osmosefilter.

Lässt sich das Harz von Mischbettfiltern regenerieren?

Wenn das Harz nach mehreren Betriebszyklen schließlich „erschöpft“ ist, ergibt es bei Mischbettfiltern aus ökonomischer Sicht meist wenig Sinn, es zu regenerieren. Die Regeneration des Mischbettharzes ist zu kostenintensiv, da man es vor der erneuten Verwendung aufwendig über einen Misch- und Trennreaktor entsprechend seiner Dichte in die beiden Bestandteile trennen müsste, bevor das Kationen- und Anionenaustauscherharz separat mit Säure bzw. Lauge regeneriert werden könnte.

Aber woher weiß man eigentlich, wann das Mischbettharz erschöpft ist? Das Stichwort lautet: Leitfähigkeit! Ob das Harz den Qualitätsanforderungen entspricht, kann man mittels eines Leitfähigkeitsmessgeräts überprüfen. Das Mischbettharz muss dann ersetzt werden, wenn die Leitfähigkeit des aufbereiteten Wassers ansteigt.

Lassen sich Anionenaustauscher regenerieren?

Genau wie Kationenaustauscher lassen sich Anionenaustauscher regenerieren, sobald sie vollständig mit Anionen beladen sind. Das funktioniert so: Die aus dem Wasser entfernten Anionen werden mit Hilfe eines großen Überschusses an Lauge (z. B. Natronlauge) verdrängt. Das dabei entstandene Regenerat ist stark alkalisch (= mit den gelösten Anionen sowie mit der überschüssigen Lauge belastet) und muss behandelt werden. Die Ionenaustauscher werden anschließend gespült, um etwaige Chemikalienreste zu entfernen. Dies, etwa bei Nitratfiltern auf Ionenaustauscher-Basis, funktioniert bei sehr großen, industriellen Anlagen vollautomatisch.

Mischbettharz ist in der Regel ein Einwegharz – es gibt aber auch Ausnahmen! Bei uns können Sie auch wiederverwendbares Mischbettharz regenerieren lassen. Sollten Sie sich unsicher sein, welches Mischbettharz für Ihre Zwecke in Frage kommt, beraten wir Sie gern in einem persönlichen Gespräch.

Wo kommen Mischbettfilter zum Einsatz?

Mischbettfilter werden hauptsächlich zur VE-Wasserherstellung in der Aquaristik, der Solarbranche und der Leiterplattenindustrie sowie im Werkzeugbau eingesetzt.

  • Damit Glasfassaden und Solaranlagen langanhaltend sauber bleiben bzw. einwandfrei funktionieren, werden sie regelmäßig mit entsalztem Wasser gereinigt. Das vollentsalzte Wasser hat gegenüber herkömmlichem Wasser den Vorteil, dass es durch die Entsalzung keine Oberflächenspannung mehr besitzt, wodurch deutlich weniger Reinigungsmittel benötigt werden. Zudem bilden sich keine Schlieren bzw. Flecken auf den Fenstern, weil der Kalk zuvor vollständig aus dem Wasser entfernt wurde.
  • In der Aquaristik kommen Mischbettfilter zur Restentsalzung und Silikatentfernung von Aquariumwasser zum Einsatz. So kann man beispielsweise Leitungswasser im ersten Schritt entsalzen, um anschließend den für die jeweilige Fischart benötigten Salzgehalt exakt und manuell kalibrieren zu können. Oft werden Mischbettfilter hierbei als dritte Filtersäule hinter einem Kationen- und Anionenaustauscher geschaltet, um sicherzustellen, dass jegliche Kieselsäure entfernt wird. Selbst kleinste Spuren davon könnten das Absterben der Aquariumbewohner bedeuten.
  • Im Werkzeugbau wird vollentsalztes Wasser als Kühlmittel und als Dielektrikum verwendet. Durch den Erodiervorgang reichern sich in dem verwendeten Prozesswasser mit der Zeit Salze und Metalle an. Mittels Mischbettfilter werden diese Störstoffe kontinuierlich entfernt, wodurch sich die Standzeit der Anlagen erheblich verlängert. Gleichzeitig wird so der Wasserverbrauch auf ein Minimum reduziert und die Qualität des Erodierwassers bleibt konstant hoch.
  • Im Bereich der Grundwassersanierung werden mobile Selektivaustauscher verwendet, um z. B. Sicker- und Baustellenwasser so aufzubereiten, dass es anschließend vor Ort in das naheliegende Gewässer eingeleitet werden kann.

Sollte man Mischbettaustauscher mit anderen Wasserfiltern kombinieren?

Ja, in der Praxis wird ein Mischbettaustauscher entweder einem Filtrations- und Entsalzungsverfahren zur Feinreinigung nachgeschalten oder zur Restentsalzung von salzarmem Wasser verwendet.

Eine „Straße“ zur Wasseraufbereitung könnte so aussehen: Zunächst werden organische Stoffe mittels Sand- und Aktivkohlefilter entfernt, im nächsten Schritt werden dem Wasser mit einer Enthärtungsanlage die Härtebildner (hauptsächlich Magnesium und Calcium) entzogen, bevor im Anschluss ein Vollentsalzer bzw. eine Reihenschaltung (aus Kationen- und Anionenaustauscher) von zwei oder drei Vollentsalzersäulen das Wasser vollständig entsalzt.

In manchen Anwendungsfällen wird die „Filterwirkung“ des Mischbettharzes jedoch auch dafür genutzt, organische Verunreinigungen während des Ionenaustauschs zu entfernen. Wenn beispielsweise die Pumpenleistung zu schwach und der Gegendruck zu groß ist, „spart“ man sich einen (separaten Partikel-)Filter. Dadurch kann sich das Mischbettharz allerdings nicht mehr vollständig mit Ionen beladen – es kommt zwangsläufig dazu, dass der Vollentsalzer durch die akkumulierten Schwebstoffe und Partikel verblockt.

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