Stoffer kaldes ionbyttere, flere af stofferne kendes fra naturen (f.eks. zeolit, kitosan og aluminiumsilikat), men i dag fremstilles de fleste syntetisk.
Ionbyttermaterialet kan være på fast eller flydende form. Det mest almindelige i dag er, at ionbytteren coates på små polystyrenkugler (harpiks), der har en meget store indre overflade (50-100 m²/g). Disse aktive harpikskugler kaldes ofte ionbyttermasse eller simpelt hen harpiks
Principielt ville det være nok at lade vand eller den væske der skal renses, risle ned over ionbyttermassen, men af praktiske årsager hælder man ionbyttermassen ind i en eller flere beholdere, hvor vandet så ledes gennem ionbyttermassen.
De aktive ionbytter grupper er typisk:
Kationbytter: Ca++, Mg++, Fe++, Na+, K+ og NH4
Anionbytter: HCO3-, Cl-, SO4-- , NO3- og NO2-
Kationbyttere har en negativ spænding og er karakteriseret ved at indeholde et stort antal syregrupper, der binder de positive ioner (kationer), - typisk er det ioner som calcium og magnesium samt metalioner som kobber, zink, chrom m. fl.
Anionbyttere har en positiv spænding og er karakteriseret ved at indeholde ammoniumioner, der optager de negative ioner (anionerne).
En let og effektiv måde til fjernelse af hårdheder består i at lade vandet passere en kolonne med kationbytter på natriumform. Ved passagen vil alle vandets kalcium- og magnesiumioner ionbyttes med natrium. Natriumsalte er letopløselige og danner ikke hårde belægninger som kalcium.
Vandværksvandet (råvandet) strømmer langsomt igennem ionbyttermassen. Under passagen byttes vandets kalcium- og magnesiumioner ud med natriumioner. Når alle natriumioner er byttet med kalcium- og magnesiumioner er kapaciteten i ionbyttermassen opbrugt og den skal regenereres med en stærk natriumkloridopløsning, også kaldet brine (salt opløst i vand).
Blødgøringsprocessen er temmelig effektiv, idet mere end 99 % af hårdheden normalt fjernes fra vandet. Effektiviteten påvirkes af vandværksvandets (råvand), indhold af natriumioner i ionbyttemassen og den mængde natriumklorid, man vælger at regenerere ionbytteren med. Øvrige parametre, der påvirker effektiviteten, er regenerationshastighed, driftshastighed og laghøjde af ionbytteren.
Ved delvis afsaltning (afkarbonisering med blødgøring) blander man - i samme beholder - to typer kationbytter, som omdanner kalcium- og magnesiumbikarbonat til kulsyre. Dernæst omdannes natriumbikarbonationerne til kulsyre (CO2) og natriumkarbonat. Herved får man fjernet over halvdelen af de salte, der ellers ville danne kalkbelægninger. Anlægget skal regenereres med syre og salt efter nøje forskrifter for at kunne fungere korrekt.
Delvis afsaltet vand indeholder ingen hårdhed, idet kalcium- og magnesiumbikarbonaterne er totalt fjernet. Natriumindholdet er til gengæld forøget. TDS (restsalt efter inddampning) er dog mere end halveret i forhold til almindeligt blødgjort vand.
I anvendelsen af ionbytningsteknologi til totalafsaltning af vandet, findes to metoder. Kendetegnet for begge metoder er at både kationbyttere og anionbyttere anvendes i processen.
Kationbyttere
Der anvendes en stærkt sur kationbytter fremstillet på grundlag af polystyrenkugler belagt med mobile ioner af hydrogen.
Når vand passerer kationbytteren, absorberes alle salte i bytte for brint under dannelse af tilsvarende syrer, f. eks.:
2RSO3H + CaCl2 = (RSO3)2Ca + 2HCl
Kationbytteren er upåvirket af temperaturer op til 120 ºC og pH værdier mellem 0 og 14. Gentagne frysninger og optøninger kan sprænge gitteret i det enkelte ionbytterkorn og materialet skal altid holdes fugtigt.
En stærkt sur kationbytters totale byttekapacitet ligger omkring 2 mol/l materiale. I praksis udnyttes cirka kun halvdelen af kapaciteten ved dimensionering. Den effektive levetid ved behandling af normalt vandværksvand er meget lang. Kapacitetstab er alene knyttet til mekanisk nedslidning af kornene til ”fines”, som skylles bort i forbindelse med de periodiske regenerationer.
Anionbyttere
Der anvendes en stærk basisk anionbytter (type 1 eller type 2) fremstillet på grundlag af polystyrenkugler med kvaternære ammoniumgrupper med mobile hydroxylioner. Af hensyn til lagerholdbarhed leveres denne ionbyttermasse kun i Cl-form og skal før brug overføres til OH-form ved behandling med base ved installation.
Når vandet har passeret kationbytteren, hvor alle salte er byttet til tilsvarende syrer, og herefter passerer anionbytteren, neutraliseres syrerne af de mobile hydroxylioner, og anionerne bindes i bytteren, f. eks.:
RN+ (CH3)3 OH+ + H+Cl- = RN+ (CH3)3Cl+ + H2O
Med hensyn til frysninger/optøninger og materialefugtighed gælder samme betingelser som for kationbyttere. De stærkt basiske aninobytteres totale kapacitet ligger omkring 1,3 mol/l materiale. I praksis forekommer store variationer i udnyttelsen, idet en række faktorer hver for sig og i kombination har indflydelse på den udnyttelige kapacitet, men også her regnes i reglen ved dimensionering med en udnyttelse af cirka det halve af den totale kapacitet.
| Vandværksvand (Råvand) | Blødgøring | Delvis afsaltning (afkarbonisering) |
Totalafsaltning 2 kolonner |
Totalafsaltning 1 kolonne |
|
| Udseende | Farveløs | Farveløs | Farveløs | Farveløs | Farveløs |
| Hårdhed total [ºdH]
|
21,95 | 0 | 4,6 | 0 | 0 |
| Hårdhed blivende [ºdH] | 4,6 | 0 | 4,6 | 0 | 0 |
| Hårdhed forbigående [ºdH]
|
17,35 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Kalcium Ca++ [mg/l] | 117 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Magnesium Mg++ [mg/l]
|
24 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Jern Fe+++ [mg/l] | < 0,05 | < 0,05 | < 0,05 | 0 | 0 |
| Mangan Mn++ [mg/l] | < 0,02 | < 0,07 | < 0,07 | 0 | 0 |
| Natrium Na+ (diff.) [mg/l] | 76 | 257 | 114 | < 0,5 | < 0,2 |
| Kationer i alt [mval/l] | 11,14 | 11,14 | 4,94 | 0 | 0 |
| Bikarbonat HCO3- [mg/l] | 378 | 378 | 0 | 0 | 0 |
| Klorid Cl- [mg/l]
|
115 | 115 | 115 | 0 | 0 |
| Sulfat SO4-- [mg/l] | 80 | 80 | 80 | 0 | 0 |
| Nitrat NO3- [mg/l] | 2,4 | 2,4 | 2,4 | 0 | 0 |
| Anioner i alt [mval/l] | 11,14 | 11,14 | 4,95 | 0 | 0 |
| Kaliumpermanganat KmnO4 [mg/l] | 10 | 10 | 10 | < 3 | < 3 |
| Kiselsyre SiO2 [mg/l] | 26 | 26 | 26 | < 0,2 | < 0,1 |
| Fri kuldioxid CO2 [mg/l] | 18 | 18 | 30 | 0 | 0 |
| TDS - Salte v/inddampning [mg/l] | 870 | 870 | 349 | 0 | 0 |
| pH værdi | 7,3 | 7,3 | 5,5 | 7,0 | 7,0 |
| Ledningsevne [μS/cm] | 1070 | 1070 | 475 | < 5 | < 0,2 |