FY017.jpg
Kationen- en anionenwisselaars Afdrukken

Tropica Beverwijk (NL)

Deze wisselaars hebben vooral de laatste jaren hun toepassing gevonden voor industriële doeleinden. Vooral voor het conditioneren van ketelwater voor centrales wordt van kunstharsen gebruik gemaakt om zogenaamd ruw water te ontharden en te ontzouten. Op die manier ontstaat gedemineraliseerd water, kortweg demiwater genoemd. Ook binnen onze aquariumhobby heeft deze methode van waterconditionering haar praktische toepassing gevonden. Vooral de laatste jaren worden we binnen onze hobby geconfronteerd met de slechte ‘kwaliteit’ van ons aller leidingwater. In de omgeving van industriegebieden is door de uitstoot van chemisch afval helaas evenmin zonder risico gebruik te maken van regenwater. Denk daarbij maar het probleem van zure regen.

Kation- en anionwisselaars stellen ons in staat om leidingwater en aquariumwater te ontdoen van kalk, magnesium, en andere zouten. Zo is het mogelijk, om leidingwater met een hardheid van ca. 20 DH en een pH van ca. 8,3 om te zetten in water met elke door ons gewenste hardheid en zuurgraad. Dit is vooral van belang voor de kwekers onder ons.

In ons aquarium streven we naar water met een hardheid tussen de 4 en 7 DH en een pH van 6,8 tot 7,2. De eenvoudigste manier is om leidingwater te mengen met ca 50% demiwater. Degenen, die bij een bedrijf werkt waar men demiwater gebruikt, kunnen dat in jerrycans meenemen. Voor kleine bakken is dat nog wel te doen maar, als U een bak heeft van bijvoorbeeld 1000 liter inhoud, dan betekent dat sjouwen met 500 liter ofwel 500 kilo. Dan is het gemakkelijker als U zelf, al of niet via uw onvolprezen vereniging, kunt beschikken over kation en anionhars.

Deze harsen zijn globaal onder te verdelen in sterk zure of zwakzure kationhars en sterk basische of zwak basische anionhars. Voor ons doel is alleen de sterk zure kationhars en de zwakbasische anionhars geschikt.

De kationwisselaar

Kationwisselaars kunnen voor 2 doeleinden worden gebruikt:
a. Uitsluitend ontharden van het water, waarbij de zoutconcentratie in het water niet verandert.
b. Ontharden en gelijktijdig ontzouten van het water in combinatie met een anionwisselaar.

Uitsluitend ontharden d.m.v. de kationwisselaar.

Hiermede verwijderen we de hardmakende kalk (Ca) en magnesium (Mg) uit het water, die in diverse verbindingen voorkomen. Een van die verbindingen is bijvoorbeeld calciumsulfaat CaS04 dat gesplitst wordt in een positief Ca2+ ion en een negatief S04 2-ion, de zuurrest van het zout. In de wisselaar worden de Ca2+ionen en de Mg2+ionen uitgewisseld tegen de aan de kationhars gebonden positieve natriumionen, Na+, terwijl deze ionen zich weer binden aan de zuurrest S04 2- tot natriumsulfaat Na2S04. Doordat het zout calciumsulfaat CaS04 uit ons water in de wisselaar wordt omgezet in een ander zout, natriumsulfaat Na2S04, verandert de zoutconcentratie in ons water dus niet.
Alvorens we een kationwisselaar kunnen gebruiken, moeten we deze eerst ‘laden’ met genoemde natriumionen. Dit doen we door de rode korrels kationhars te activeren of te regenereren met een pekeloplossing of oplossing van keukenzout (NaCl). De Na+ionen van het zout worden daardoor aan de wisselaar gebonden. Nu is 1 liter kationhars in staat om ca. 120 liter water te ontharden van 20 DH naar 0 DH of 240 liter liter water van 20 DH naar 10 DH. Voor geïnteresseerden de reactievergelijking in de wisselaar, waarin X de actieve groep van de kationwisselaar voorstelt: 2NaX + CaS04 => CaX + Na2S04. Activeren van de kationwisselaar met keukenzout (NaCl), mag uitsluitend als we het water alleen maar willen ontharden zoals hierboven is beschreven.
Let op! Gebruik van de kationwisselaar in combinatie met een anionwisselaar wordt toegepast als we het water, zowel willen ontharden als ontzouten. In dit geval moet de kationwisselaar worden geactiveerd met zoutzuur, dus in dit geval nooit met keukenzout, omdat we dan water zouden krijgen met een pH van ca. 9,5. Deze methode wordt verderop beschreven. Voor het uitsluitend ontharden van water wordt de kationhars dus wel geactiveerd met keukenzout. Om 1 liter kationhars, goed voor een bak van 500 liter, te activeren, gebruiken we 100 gram zout en lossen dit op in 2 liter leidingwater. De uitgewerkte hars spoelen we eerst goed schoon. Daarna worden de harskorrels in bijvoorbeeld fijnmazig nylon, tussen 2 lagen watten in een filterpot of PVC buis gedaan. Hoe hoger de harskolom, des te beter. We leiden nu de 2 liter zoutoplossing in ca. 20 à 30 minuten over de hars in het filter. Hierbij moeten we erop letten, dat de zoutoplossing ca. 2 cm. boven de hars komt te staan. Dit bereiken we, door de slang aan de afvoerkant te knijpen door bijvoorbeeld een kraantje. Dit is belangrijk omdat anders de kans groot is dat niet alle harskorrels in contact komen met de zoutoplossing, waardoor de regeneratie niet volledig is. Is al het zout de hars gepasseerd, dan spoelen we met dezelfde doorstroomsnelheid na met ca. 2 liter schoon water. Eventueel kunt U voor alle zekerheid nog eens met een normale snelheid een paar liter water door laten spoelen.
De wisselaar is nu weer voor gebruik gereed en geschikt voor het volledig ontharden van 120 liter water.
Let op! Het ontharding proces kan zeer snel verlopen. Meet daarom geregeld tijdens deze ontharding de hardheid van Uw water met een GH indicator. Ook een KH indicator is voor het testen van water van belang.

Toepassing van kationwisselaars in combinatie met anionwisselaars.

We hebben gezien dat een kationwisselaar, geregenereerd met een zoutoplossing uitsluitend wordt gebruikt voor het ontharden van water, waarbij de zoutconcentratie in het aquarium onveranderd blijft. Het is gebleken, dat een teveel aan zouten c.q. voedingsstoffen in ons aquarium aanleiding geeft tot een verhoogde alkaliteit, d.w.z. een verhoogde pH waarde. Vooral als de pH boven 7,5 komt, leidt dit bijna altijd tot stagnatie of stilstand in de plantengroei. Hierdoor ontstaat weer gebrek aan zuurstof voor de vissen, maar vooral voor de noodzakelijke bacteriën. Deze bacteriën zijn nodig voor volledige afbraak van vissen- en plantenafval tot voor de planten opneembare voedingsstoffen. Een verhoogde alkaliteit is bijna altijd de oorzaak van alle ongewenste algenwoekeringen. In zacht en zuur water zullen we daarvan weinig last ondervinden, denk maar eens aan de algvrije vennen en meren in turfgebieden. U ziet dat een te hoge pH waarde kan uitmonden in een neergaande spiraalbeweging, waaruit men, zonder tijdig maatregelen te nemen, niet meer ontsnapt. We zijn dan eigenlijk weer ‘terug bij af’. Een belangrijk middel om hieruit te komen, is toepassing van een kationwisselaar combinatie met een anionwisselaar in serie.
De kationwisselaar wordt nu geactiveerd met een oplossing van 10% zou ‘geladen’ met H+ ionen die later worden uitgewisseld tegen Ca2+ en Mg2+ ionen. Ook in deze reactievergelijking stelt X weer de actieve groep van de kationwisselaar voor: 2 HX + CaS04 => CaX + H2S04.

Activeren van de kationhars met zoutzuur HCl

Zoals gezegd, wordt nu de kationhars geregenereerd met een 10% zoutzuuroplossing. Hiertoe nemen we 100 ml. zuiver zoutzuur (100%) en vullen dit met leidingwater aan tot een liter. Aan deze oplossing voegen we nog eens 1 liter water toe waardoor de zoutzuurconcentratie lager wordt en daardoor minder gevaarlijk. De oplossing leiden we precies zoals hierboven beschreven in 20 à 30 minuten over de hars door aan de afvoerkant weer te knijpen. Naspoelen met ca. 5 liter water met dezelfde doorstroomsnelheid, daarna met enkele liters water met een normale snelheid naspoelen. De kationwisselaar is nu voor gebruik gereed in combinatie met de anionwisselaar.

De Anionwisselaar

Deze wisselaar wordt met een oplossing van natronloog NaOH of soda geactiveerd. Hierdoor wordt de wisselaar ’geladen’ met negatieve OH-ionen die later worden uitgewisseld tegen de negatieve zuurresten, bv. S04 2-, van de calcium en magnesiumzouten. Door gecombineerd gebruik met de kationwisselaar wordt het water dus zowel onthard als ontzout. Het effect van deze ontzouting is met een geleidbaarheidsmeter te testen: bij ontzouting neemt de geleidbaarheid af. Van het in ionen gesplitste calciumsulfaat Ca2S04 is het Ca2+ ion nu gebonden aan de kationhars en het S04 2-ion aan de anionhars.
N.B.: We gebruiken evenveel anionhars als kationhars, bijvoorbeeld 1 liter voor een bak van 500 liter.
Activeren van de anionhars met soda of natronloog (NaOH). De anionhars, bleek van kleur, kan geregenereerd worden met een oplossing van 50 gram natronloog in 1 liter water of met een oplossing van 100 gram soda in 1 liter water. Omdat natronloog zeer agressief is, je kunt er een keuken mee afbijten, is een oplossing van soda aan te bevelen. Hiertoe lossen we 100 gram soda op in 1 liter water en vullen dit aan tot 2 liter totaal. Op weer dezelfde wijze als hierboven beschreven laten we de oplossing in 20 à 30 minuten over de hars lopen, die vooraf weer is schoongespoeld. We spoelen weer na met ca. 5 liter met dezelfde doorstroomsnelheid; daarna met normale snelheid naspoelen met enkele liters water. Nu is ook de anionwisselaar gereed voor gecombineerd gebruik met de kationwisselaar.

Het in serie schakelen van kation- en anionwisselaar

We zetten beide wisselaars zodanig achter elkaar dat het water eerst door de kationwisselaar stroomt en daarna door de anionwisselaar. Ik werk zelf met 2 Eheim filterbekers in serie met op de laatste de motor. Door deze serieschakeling wordt het sterke zuur uit de kationwisselaar geneutraliseerd door het anionfilter. Bij afzonderlijke meting van het uitstromende water van het kationfilter zouden we een pH vinden van ca. 2,5 en voor het anionfilter zou deze ca. 9,5 bedragen. Het water, dat uit de gecombineerde filters stroomt, heeft een pH van ca. 6, het gemiddelde van 2,5 en 9,5. Is nu de pH in ons aquarium bijvoorbeeld 8, dan kunnen we door menging uitkomen op de gewenste pH waarde, liefst tussen 6,8 en 7,2.

Waarschuwingen en aanbevelingen

  1. Het verdient aanbeveling om het uit de anion/kationwisselaar stromende water niet rechtstreeks in ons aquarium te leiden maar eerst op te vangen in een emmer of jerrycan, daarna pas mengen met het aquariumwater en steeds de pH waarde meten tot de gewenste waarde is bereikt.
  2. Het is handig en verstandig om ervoor te zorgen dat U beschikt over een hoeveelheid geconditioneerd water. Deze voorraad kunt U dan gebruiken voor het regelmatig verversen; 1/3 deel per 2 weken.
  3. Om snelle vervuiling van de harskorrels te voorkomen, kunt U het water beter voorfilteren.
  4. Let bij het omgaan met zoutzuur en loog op Uw veiligheid en die van anderen en houdt kinderen uit de buurt. Maak Uw zoutzuuroplossing buiten of in de schuur aan en zorg ervoor dat U de dampen niet rechtstreeks inademt.

Spoel zuren en loog altijd gemengd (dus geneutraliseerd) door de W.C.

 
RocketTheme Joomla Templates