Vollentsalzer, Teilentsalzer, Osmose-Anlage Information 24.05.2015 18:57

Vollentsalzer, Teilentsalzer, Osmose-Anlage, Wasseraufbereitung, was man darüber wissen sollte.

 

 

Für die Aquaristik werden vorzugsweise die unten auf geführte Ionen-Austauscher-Harze verwendet.
Gesamt gibt es an die 80 verschiedene Ionen-Austauscher Harze die für verschiedene Zwecke ein gesetzt werden.
Nur ein Austauscher Harz zur alleinigen Entfernung von Phosphat konnte bisher nicht entwickelt werden.

Hier stellen wir die einzelnen, für die Aquaristik gebräuchlichsten Ionen-Austauscher-Harze vor.

Wir unterscheiden zwischen positiv geladenen Kationen und den negativ geladenen Anionen.

Um alle Kationen, wie Calcium, Magnesium, Kalium, Natrium und andere aus dem Wasser zu entfernen benötigt man ein stark saures Austauscher Harz.

Zur Entfernung von Anionen, wie Nitrat, Phosphat, Chlorid, usw., benötigt man ein Anionen-Harz, wobei eine Vollentsalzung mit Entfernung aller Kationen und Anionen nur in Verbindung mit einem stark sauren Kationen-Harz möglich ist.

Das stark saure Kationen-Austauscher-Harz:  

Der Kationen-Austauscher stark sauer nimmt im Gegensatz zu dem schwach sauren Kationen-Austauscher alle im Wasser vor kommenden Kationen auf.

Im Austausch gegen die Kationen werden H+ Ionen an das Wasser ab gegeben, die das saure Wasser aus machen.
H+ Ionen wirken sich auf den pH-Wert des Wassers aus, der am Ausgang des Austauschers mit pH von ca. 3,0 vor liegt.

Die Salze des Wassers reagieren hier zu Säuren und es entsteht aus den Hydrogen-Carbonaten von Calcium und Magnesium Kohlensäure und aus den Sulfaten entsteht Schwefelsäure.

Aus Kaliumnitrat entsteht Salpetersäure und aus Magnesium und Natrium-Chlorid entsteht Salzsäure.

Die Hauptmenge der Säuren ist hier die Kohlensäure, da die Karbonathärte in der Regel zur Gesamthärte des Wassers etwa 2/3, als Beispiel KH 8 und GH 12 beträgt.

Es kann aber auch durchaus sein, dass die Karbonathärte höher als die Gesamthärte ist, wofür der Tanganjika See in Afrika ein gutes Beispiel ist.

Hier liegt die KH höher als die GH vor weil das Wasser mit Natrium oder Kalium Hydrogen-Carbonaten angereichert ist.

Auch diese reagieren bei der Teilentsalzung mit stark saurem Kationen-Harz zu Kohlensäure.

Die Kohlensäure liegt auch in Mineralwässern vor und schon mancher Aquarianer der glaubte mit Sprudelwasser das Aquarienwasser mit CO2 anreichern zu können erlebte, dass die Fische deswegen zu taumeln begannen und starben.

Leider gibt es auch immer noch Aquarianer die glauben mit stark saurem Kationen-Harz das Wasser enthärten zu können indem sie dieses mit Kochsalz regenerieren.

Dieser sogenannte Neutral-Austausch verschiebt das Ionen-Verhältnis Calcium – Natrium eklatant zum Nachteil von Fischen und Pflanzen, da das Wasser keine Calcium Verbindungen mehr, aber dafür unnatürlich hohe Chlorid-Konzentrationen enthält.

Lediglich um eine Verstopfung der Osmose.Membrane – siehe unten – zu verhindern kann man der Osmose-Anlage einen Kationen-Neutral-Austauscher, der mit Kochsalz regeneriert wird, vor schalten.

Auch die Gesamthärte des Wassers kann durchaus durch besondere Umstände um ein vielfaches höher sein als die Karbonathärte.
1 mg/l Nitrat zum Beispiel wirkt sich auf die Gesamthärte mit 1 dGH aus.

Aber bleiben wir wieder bei dem Wasser des stark sauren Kationen-Austauschers.

Das stark saure Wasser darf also auf keinen Fall pur in das Aquarium gegeben, sondern muss erst mit Leitungswasser verschnitten werden.

Sobald das stark saure Wasser wieder mit Hydrogen-Carbonaten in Berührung kommt neutralisieren diese sofort die starken Säuren wieder.

Härten wir das stark saure Wasser wieder mit Leitungswasser oder Hydrogen-Carbonaten auf, so haben wir wieder ein Säure freies Wasser.

Dies ist sicher der Fall, wenn eine KH von 2 gemessen werden kann.

Die Kohlensäure verflüchtigt sich wieder durch Gasaustausch oder belüften, wie wir es von offen stehendem Mineralwasser kennen das irgendwann nicht mehr prickelnd, sondern schal schmeckt.

Eine Besonderheit, die immer wieder zu Verwirrungen und Fragen führt, zeichnet das stark saure Wasser noch aus und das ist der Leitwert dessen.

Wie oben beschrieben, handelt es sich ja um einen Ionen-Austausch von Erdalkali-Ionen gegen H+ Ionen.
H+ Ionen sind positiv geladene Ionen des Wasserstoffs, chemisch als Protonen bezeichnet, die durch die Säuren aus H2O entstehen.

Die H+ -  Ionen sind sehr beweglich, bis siebenmal beweglicher als andere Ionen im Wasser und haben auch eine Leitfähigkeit neben den Säuren, wobei Salzsäure die höchste Leitfähigkeit hat.

Auch die Kohlensäure hat eine sehr hohe Leitfähigkeit als schwache bis mittelstarke Säure.
Durch die Säuren ist es möglich, dass das teilentsalzte, stark saure Wasser einen wesentlich höheren Leitwert hat als das Eingangswasser.
Fügt man diesem Wasser wieder Hydrogen-Carbonate zu, so sinkt der Leiwert rapide weil die Säuren neutralisiert werden.

Regenerier-Mittel:

Technische Salzsäure 30 – 33 %

Vorteil stark saurer Kationen-Austauscher:

Entfernt alle Kationen.
Bringt Ausgang KH und GH 0, da Anionen wie Magnesium-Clorid, Calcium-Sulfat, usw., die Bindungspartner entzogen werden.
Wird von vielen Aquarianern als alleinige Methode zur Wasseraufbereitung, teils auch zur Aufbereitung von Zuchtwasser verwendet.
Hohe konstante Qualität.
Durch Regenerierung im Auf/Gegenstrom-Verfahren ist Regeneriermittel Einsparung von
50 % möglich.
Pro Harz-Liter wird hier lediglich eine 5 %ige Lösung zur Regenerierung benötigt, was eine Über oder Unter-Regenerierung des Harzes aus schliesst.  

Nachteil stark saurer Kationen.Austauscher:

Niedriger pH-Wert von ca. pH 3 (nicht unbedingt ein Nachteil)
Wasser muss vor Nutzung gut belüftet werden um CO2 aus zu treiben.
Trotz KH/GH 0 liegt kein vollentsalztes, sondern nur enthärtetes Wasser durch Rest-Anionen vor.

Schwach basisches Anionen-Harz.

Auch bei der Vollentsalzung mit stark saurem Kationen und schwach basischem Anionen Harz ist der Leitwert des Wassers erst einmal noch sehr hoch, da das schwach saure Anionen-Harz die Kohlensäure nicht entfernt, die erst wieder durch Hydrogen-Carbonate neutralisiert wird, womit der Leitwert dann entsprechend sinkt.

Das Ausgangswasser, stark sauer, schwach basisch hat nach Verflüchtigung des CO2 einen pH-Wert von 5,0 - 5,5, da die H+ Ionen gegenüber den OH- Ionen überwiegen.

Erst bei ph 7,0, als neutrales Wasser bezeichnet, liegen die H+ und OH- Ionen in gleicher Anzahl vor.
Durch Zugabe von Karbonat ist so die Einstellung jedes gewünschten pH-Wertes möglich.
KH 1 ergibt einen pH von ca. 6,0 und KH 2 von ca. 6,2
Der Neutralpunkt, ph 7,0 liegt bei KH 4 – 5 vor.

KH >6 ist in der Regel basisches Wasser mit pH Wert über 7,0

Je tiefer die Karbonathärte, desto höher ist der Gehalt an Kohlensäure, die maßgebend für den pH – Wert ist.

Regenerier-Mittel:

Natriumhydroxid (Ätznatron-Lauge)

Vorteil schwach basisches Anionen-Harz:

Sehr hohe Kapazität, etwa gleich wie das stark saure Kationen-Harz.
Entfernt die Anionen von starken Säuren im Austausch gehen OH –Ionen.
Effektive Ausnutzung des Regeneriermittels.
Einstellung jedes gewünschten pH-Wertes von >5,5 in Verbindung mit dem stark sauren Kationen-Harz möglich.

Nachteil schwach basisches Anionen.Harz:

Entfernt keine Kohlensäure, die eine schwache Säure ist.
Entfernt kein Silikat., also die für Braunalgen und Cyano Bakterien verantwortliche Kieselsäure.
Betrieb ist nur mit vor geschaltetem stark sauren Kationen-Austauscher möglich.

Stark basisches Anionen-Harz:

Bei der Vollentsalzung stark sauer, stark basisch wird neben der Kohlensäure auch das Silikat, die Kieselsäure entfernt.
Da Kieselsäure oft zu Problemen mit Braunalgen führt, besonders in Meerwasser Aquarien, ist diese Vollentsalzung besonders zur Meerwasser-Aufbereitung zu empfehlen.
Auch zur Haltung und Pflege von Malawi oder Tanganjika Barschen ist dieses Wasser gut geeignet.

Da das stark basische Harz die Kohlensäure komplett entfernt ist der ph-Wert Ausgang auch wesentlich höher als bei dem schwach basischen Harz und nur bedingt für die Pflege von klassischen Weichwasser Fischen geeignet für welche neben dem Leitwert auch der pH-Wert von Bedeutung ist.

Regeneriermittel:
Natriumhydroxid (Ätznatron-Lauge))

Vorteil stark basisches Anionen-Harz:

Entfernt die Anionen von allen Säuren, also auch die Kohlensäure.
Entfernt Silikat, auch die für Braunalgen verantwortliche Kieselsäure.
Liefert 99,9 % reines Wasser.

Nachteil stark basisches Anionen-Harz:

Geringere Kapazität als das schwach basische Anionen-Harz, da die Entfernung der Kohlensäure und des Silikat zu Lasten der Kapazität geht.
Je nach Wasser-Belastung hat der Kationen-Austauscher 50 % mehr Kapazität als das stark basische Anionen-Harz.
Mehrmalige Kapazitätsprüfung im Betrieb nötig.
Betrieb ist nur mit vor geschaltetem stark sauren Kationen-Austauscher möglich.
pH –Wert wesentlich höher als mit schwach basischem Harz.

Mischbett Vollentsalzer:

In den Mischbett Vollentsalzern befinden sich die stark sauren und stark basischen Kationen und Anionen-Harze in einem Gerät und hat das gleiche Ausgangswasser wie die Vollentsalzer stark sauer, stark basisch.

Für geringen Wasserbedarf sind die Mischbett Vollentsalzer gut geeignet, wobei für größere Wassermengen die Überlegung angestellt werden sollte die regenerierbaren Vollentsalzer stark sauer und stark basisch in getrennten Säulen zu verwenden.

1 Liter Mischbett Harz bringt bei mittlerer Wasserhärte von 10 dGH ca. 150 Liter Reinwasser.
Je 1 Liter Harz, stark sauer und stark basisch in getrennten Säulen bringen dagegen ca. 450 Liter Reinwasser und die Geräte können kostengünstig immer wieder regeneriert werden.

Es gibt auch regenerierbare Mischbett Harze, die man aber nicht selbst regenerieren kann, da dazu die Harze getrennt werden müssen.
Dafür gibt es Regenerier-Stationen, wobei die Kosten für die Regenerierung pro Harzliter nicht gerade gering sind.
Kommen dazu Versandkosten, dann sollte man überlegen ob sich das lohnt.
Abgesehen davon bekommt man nicht die gleichen Harze zurück, sondern irgendwelche, meist industriell benutzte und stark beanspruchte Harze.

Für geringen Wasserbedarf sind die Mischbett Vollentsalzer gut geeignet, wobei für größere Wassermengen die Überlegung angestellt werden sollte die regenerierbaren Vollentsalzer stark sauer und stark basisch in getrennten Säulen zu verwenden.

1 Liter Mischbett-Harz bringt bei mittlerer Wasser-Härte von dH 10 ca. 150 Liter Rein-Wasser.
Je 1 Liter Harz stark sauer, stark basisch in getrennten Säulen bringen dagegen ca. 300 Liter Rein.Wasser und die Geräte können kostengünstig immer wieder regeneriert werden.

Es gibt auch regenerierbare Mischbett Harze, die man aber nicht selbst regenerieren kann, da dazu die Harze getrennt werden müssen.
Dafür gibt es Regenerier-Stationen, wobei die Kosten für die Regenerierung pro Harzliter nicht gerade gering sind.

Kommen dazu Versandkosten, dann sollte man überlegen ob sich das lohnt.
Abgesehen davon bekommt man nicht die gleichen Harze zurück, sondern irgendwelche, meist industriell benutzte und stark beanspruchte Harze.

Vorteil Mischbett Harz:

Einsäulen-Betrieb.
Entfernt die Anionen von allen Säuren, also auch die Kohlensäure.
Entfernt Silikat, auch die für Braunalgen verantwortliche Kieselsäure.
Liefert 99,9 % reines Wasser.

Nachteil Mischbett-Harz:

Kann nicht selbst regeneriert werden.
Auch hier ist während des Betriebes mehrfache Kontrolle der Kapazität hinsichtlich des Anionen-Harzes nötig.
Siehe des weiteren auch unter stark basisches Anionen-Harz!

Nitrat-Austauscher mit stark basischen Anionen-Harz in der Natrium-Form:

Hier handelt es sich um einen Neutral Austauscher mit dem Nitrat gegen Kochsalz aus getauscht wird.

Auch hier wird das Ionen-Verhältnis zu Gunsten des Natriums verschoben und darum sollte ein Nitrat Filter nicht im Dauerbetrieb, zum Beispiel im Bypass ein gesetzt werden.

Die Risiken bei Einsatz des Nitrat Austauschers haben wir in der Beschreibung der Filter in unserer Artikel-Beschreibung dar gestellt.

Die Nitrat Austauscher werden mit Kochsalz regeneriert.

Regeneriermittel:

Kochsalz (Natrium-Chlorid)

Vorteil Nitrat-Austauscher stark basisch:

Gute Möglichkeit auch hohe Nitrat-Belastung aus dem Ausgangswasser zu entfernen.
Günstige und einfache Regenerierung mit Kochsalz.
Einsäulen-Betrieb.
Kann bei Bedarf mit Natriumhydroxid als stark basisches Harz um regeneriert und mit vor geschaltetem Kationen-Auatauscher stark sauer zur Vollentsalzung genutzt werden.

Nachteil Nitrat-Austauscher:

Belastet das Wasser durch Chlorid.
Ersetzt keine Wasserwechsel.
Wirkt sich auf den Leitwert des Wassers aus.
Zieht auch Karbonat, usw., wenn kein Nitrat mehr im Wasser vorhanden ist – siehe unsere Einstellung zu den Nitrat-Austauschern.

Schwach saures Kationen-Austauscher.Harz:

 

Durch die Informationen über die Wirkung des stark sauren Kationen-Austauschers kann durchaus der Eindruck entstehen, dass die schwach saure Variante besser und idealer zur Entfernung der Karbonathärte ist.

Das ist ein Trugschluss, da der schwach saure Kationen-Austauscher lediglich Calcium-Hydrogencarbonat und Magnesium-Hydrogencarbonat zu Kohlensäure reagieren lässt.

Calcium und Manesium-Sulfate und Chloride, usw., verbleiben im Wasser, was bedeutet, dass diese und somit nicht alle Kationen entfernt werden.
Entfernt werden also nur die Kationen die mit Hydrogencarbonat verbunden sind. 

Da auch das schwach saure Wasser nicht pur verwendet werden kann, sondern ebenfalls verschnitten/aufgehärtet werden sollte, kommt es hier zu einer wesentlich  größeren, ungünstigen Verschiebung des Kationen-Verhältnises, als mit dem stark sauren Harz.

Schwach saure Harze können auch schneller als stark saure Harze über oder unter regeneriert werden und sollten auch mit max. 5 %iger Salzsäurelösung regeneriert werden.

Regeneriermittel:

Technische Salzsäure 30 – 33 %

Vorteil schwach saurer Kationen-Autauscher:

Sehr hohe Kapazität.
Hohe Ausnutzung des Regeneriermittels.
Entfernt die Sulfat-Härte nicht.
Belässt Vitamine und Spurenelemente im Wasser.

Nachteil schwach saurer Kationen-Austauscher:

Entfernt nicht alle Kationen.
Verschiebt das Kationen-Verhältnis.
Enthält noch die komplette Gesamthärte.
Schafft nach Aufhärtung/Verschnitt einen pH–Wert zwischen 6,5 und 6,8
Kann nicht zur Vollentsalzung mit nach geschaltetem Anionen-Austauscher verwendet werden.

Bei der Wahl der richtigen Ionen-Austauscher sollte man bedenken, dass die Verfügbarkeit von Nährstoffen für tropische Wasserpflanzen am besten im pH-Bereich von 6,0 – 6,5 gegeben ist.

Für die Haltung klassischer Weichwasser-Fische sollte man immer eine Vollentsalzung stark sauer, schwach basisch in Betracht ziehen.
Für diese ist nicht nur der Leitwert des Wassers, sondern auch der pH-Wert des Wassers von entscheidender Bedeutung.
Das stark saures Wasser auch wesentlich keimfreier als basisches Wasser ist, sei hier nur am Rande noch einmal erwähnt.

Hat man im Süßwasser Aquarium Probleme mit Braunalgen, so ist die stark saure und stark basische Variante zu empfehlen.
Viele Kunden verwenden Kati und Ani stark sauer, schwach basisch, machen damit indirekten Wasserwechsel und bereiten lediglich das Verdunstwasser zum nachfüllen mit Mischbett Harz auf.
Dafür kann man das Kati oder Ani Harz aus einem Gerät entleeren und Mischbett Harz in dieses füllen, oder einen günstigen Mischbett Vollentsalzer rein zur Verdunst-Wasser-Aufbereitung verwenden.

Die Kieselsäure wird im Wasser chemisch verändert, sodass keine Braunalgen mehr daraus entstehen können, sofern nicht immer wieder Wasser mit Kieselsäure in das Becken gegeben wird.

 

Mythos über Wasser-Aufbereitung im Aquarium:

 

Es kursieren viele Gerüchte über Wasser-Aufbereitung, die zum großen Teil auf Unwissen und Vermarktung um jeden Preis zurück zu führen sind.
Dass Ionen-Austauscher die bessere, auch preiswerteste Wahl für Fisch und Pflanzen gerechtes Wasser sind soll hier noch einmal kurz erörtert werden.

Eichenlaub, Erlenzäpfchen, Torf und einige anderer Stoffe, die das Wasser zwar an säuern, aber auch mit Nachteilen durch unerwünschte Stoff-Einträge verbunden sind, lassen wir außen vor, da diese Wasserqualität nicht verbessern.

Bleibt noch die Umkehr-Osmose-Anlage, die oft als beste Lösung zur Wasser-Aufbereitung an geboten wird.
Aber ist diese das wirklich für unsere Fische und Pflanzen und letztlich auch für unser Portemonnaie?

Wenn auch schon in einem anderen Artikel an geführt, gehen wir hier noch einmal kurz darauf ein.

Osmose-Anlagen brauchen einen Druck von 3-4 bar und haben druckabhängig einen Wirkungsgrad von ¼ vermeintlichem Reinwasser und ¾ Abwasser.

Die Lebensdauer der Membran beträgt in der Regel einige Monate, bei sehr guter Membran-Qualität und richtiger Pflege, aber durchaus auch einige Jahre.

Bei nicht regelmäßiger, sondern nur gelegentlicher Nutzung entsteht an der Membrane schnell Bakterien-Fraß der mit richtiger Konservierung mittels Chemikalien verhindert werden kann.
Doch welcher Aquarianer macht das schon und weiß überhaupt davon?
 
Verkürzung der Lebensdauer und des Wirkungsgrades kann auch durch Verstopfung der Membrane sehr schnell der Fall sein indem die Membrane durch ausgefälltes Calcium und Magnesium-Carbonat zugesetzt wird.

Dieses kann jeder Nutzer dadurch verhindern, dass der Osmoseanlage ein Kationen-Austauscher stark sauer vor geschaltet wird.
Hier genügt der Neutral-Austauscher, der einfach mit Kochsalz regeneriert werden kann. 

Osmose-Anlagen haben eine Rückhalte-Rate aller Ionen von ca. 85 %, bei starker Belastung von Chlorid und Silikat auch entsprechend weniger. 

Gase wie Sauerstoff, Stickstoff, Chlor und Kohlendioxid werden so gut wie nicht zurück gehalten.

Das Eingangswasser zuvor im Kohlensäure-Hydrogen-Carbonat-Gleichgewicht stehend  kann deswegen im Ausgangswasser sehr Kalk aggressiv sein, da zwar Härte, aber kaum CO2 aus gefiltert wurde.
Darum ist das Wasser nach Osmose in der Regel auch noch schwach sauer.

Aquaristisch ist das Osmose-Wasser aber unter Beachtung obiger Regeln, besonders im Hinblick auf die Keimfreiheit durchaus verwendbar.
Lediglich für den Meerwasser-Einsatz mit hohem Silikat-Gehalt sollte ein Mischbett Harz nach geschaltet werden. 

Die obigen Informationen, die Osmose-Anlage betreffend, stammen teilweise aus dem großen Diskus Buch von Bernd Degen, Kapitel „Wasser – Lebenselement für Diskusfische."
Dieses Buch sollte jeder kennen, der diese Fische pflegen, oder gar züchten möchte.
Wir können es nur empfehlen. 

Fazit: 

Osmose-Anlagen scheinen auf den ersten Blick problemloser als Ionenaustauscher zu sein, doch einfach Wasserhahn auf drehen und das war es, damit ist es nicht getan.
Richtiger Umgang erscheint zumindest uns schwieriger als Ionenaustauscher zu regenerieren.
Osmose-Anlagen sind im Hinblick auf das Abwasser auch nicht wirklich günstiger, es sei denn, man verwendet das Abwasser im Garten, oder in der Landwirtschaft.

Anlass für diesen Artikel waren Fragen von Kunden die nicht verstehen konnten warum zum Beispiel nach Vollentsalzung mit Kati und Ani stark sauer, stark basisch der Leitwert des Ausgangswassers derart hoch, bis 1000 µs sein konnte, obwohl KH/GH 0 und pH-Wert 5,0 gemessen wurde.
Die Erklärung liegt bei dem Leitwert der Säuren.

Auch bezüglich des Kationen-Austauschers schwach sauer gab es ähnliche Fragen.
So reklamierte ein Kunde, dass der Ionen-Austauscher Kati S noch Gesamthärte und höhren Leitwert im Meßergebnis hatte, obwohl KH 0 und pH 5 gegeben waren.

 

Die Wahl der richtigen Vollentsalzer-Ionenaustauscher-Harze ist immer entscheidend für das Ergebnis dieser und dazu beraten wir gerne. 

 

Auch bei der Wahl, die Größe der Geräte betreffend sollte man dir richtige Entscheidung treffen, denn die gebräuchlichen Angaben in Härteliter sind sehr irritierend.

4500 Härteliter hören sich viel an, doch der Reinwasser-Gewinn mit 450 Liter bei mittlerer Wasser-Härte von dGH 10 bedeutet nicht immer, dass man bei dieser Härte auch 450 Liter Wasser damit gewinnen kann.

Der Reinwasser-Gewinn ist von vielen Inhalts-Stoffen des Wassers abhängig und kann durchaus auch wesentlich weniger betragen.
Jedes Wochenende die Geräte zu regenerieren ist einfach lästig und darum sollte man gleich Geräte mit mehr Kapazität verwenden um eine höhere Reinwasser-Ausbeute zu haben ung wesentlich seltener regenerieren zu müssen.

Unsere preiswerten Geräte maches es möglich und selbst Kunden mit 160 Liter Aquarien entscheiden sich für die 2 oder 3 Liter Geräte, unsere meist verkauften "Volks-Vollentsalzern" wie diese schon hin und wieder, wegen der erschwinglichen Wasser-Aufbereitung für Jedermann bezeichnet wurden.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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