|
jenske
|
Osmosewater
Kation- en Anionwisselaars voor beter water
Deze wisselaars hebben vooral de laatste jaren hun toepassing gevonden voor industriële doeleinden. Met name 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 aan 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 b.v. 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 sterkzure of zwakzure kationhars en sterkbasische of zwakbasische anionhars. Voor ons doel is alleen de sterkzure kationhars en de zwakbasische anion-hars geschikt.
De Kationwisselaar.
Het hars wat hier in gaat heet: S100 G1 ( niet zo belangrijk )
We zullen eerst het kation filter nader bekijken, we stellen ons nu twee harskorrels voor waardoor het water wordt getransporteerd. De harskorrels noemen we nu RH, zie afbeelding hieronder
Stoffen die hierin een rol spelen:
Principe van kation wisselaar.
We ziendat de positieve ionen, Calcium, Magnesium en Natrium hier gewisseld worden voor de Waterstof ionen. De negatieve ionen gaan gewoon door. We kunnen de volgende reactievergelijkingen opstellen:
CaSO4 + 2RH --> R2Ca + H2SO4
MgCl2 + 2RH --> R2Mg + 2HCl
NaCl + RH --> RNa + HCl
Ca(HCO3)2 + 2RH --> R2Ca + 2H2CO3
MgSiO3 + 2RH --> R2Mg + H2SiO3
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 b.v. 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 natriumulfaat Na2S04. Doordat het zout calsiumsulfaat 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 geinteresseerden 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)
Activeren van de kationwisselaar met keukenzout, 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 b.v. 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 b.v. 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 onthardingsproces 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% zoutzuur HCl in plaats van met keukenzout. Daardoor wordt de wisselaar nu "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% zoutzuur-oplossing. 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.
Regenereren kation filter gaat dit als volgt:
De Anionwisselaar.
Het Hars wat hier in gaat heet: MP 62
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, b.v. 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, b.v. 1 liter voor een bak van 500 liter.
Regenereren anion filter:
We zullen nu het anion filter nader bekijken, we stellen ons nu twee harskorrels voor waardoor het water wordt getransporteerd. De harskorrels noemen we nu XOH, zie afbeelding hieronder
Stoffen die hierin een rol spelen:
We zien dat de negatieve ionen worden gewisseld met de Hydroxil ionen. We kunnen de volgende reactievergelijkingen opstellen:
H2SO4 + 2XOH --> X2SO4 + H2O
HCl + XOH --> XCl + H2O
H2SiO3 + 2XOH --> X2SiO3 + H2O
Het resultaat is dat we na het anion filter puur water overhouden.
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 b.v. 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.
5. Spoel zuren en loog altijd gemengd (dus geneutraliseerd) door de W.C.
Het osmose apparaat
Een osmose apparaat is een toestel dat door middel van fysische scheiding in staat is om heel zuiver water te produceren. Principe
Bij omkeer-osmose wordt, door de waterdruk, het water via een fijnfilter van 5 micron (1 micron = 0.001 mm) tegen een semi-doorlaatbaar membraan geperst. Dit membraan heeft een buitengewoon hoog scheidend vermogen. Doordat de poriën in het membraan slechts een grootte hebben van zo'n 0.001 micron kunnen alleen de zuivere watermoleculen het membraan passeren. Op deze manier worden dus nagenoeg alle stoffen groter dan een watermolecuul afgescheiden. Uiteindelijk houdt het membraan zo'n 95% van alle stoffen tegen. Het geheel werkt volledig op de waterleidingdruk (3-6 bar) en geeft, afhankelijk van merk/type en waterleidingdruk, zo'n 20 tot 120 liter osmosewater/schoonwater per etmaal. Een nadeel is wel dat er voor 1 liter osmosewater zo'n 4 à 5 liter leidingwater nodig is. De overige 3 liter wordt gebruikt voor het spoelen en komt vrij als restwater. De wat duurdere apparaten gaan wat zuiniger om met het leidingwater en produceren dus minder restwater. De concentratie van de in het restwater aanwezige stoffen ligt in vergelijking met het leidingwater zo'n 25 tot 35% hoger en is dus nog prima geschikt voor allerlei doeleinden in en om het huis.
Gebruik osmosewater
In de diverse folders en advertenties over omkeer-osmose apparatuur spreekt men over verwijdering van 95 % van alle schadelijke stoffen, maar naast alle schadelijke stoffen raken we natuurlijk ook een aantal elementen kwijt die juist van belang zijn voor een gezond aquarium. Als we zonder regelmatig waterverversen alleen maar zouden bijvullen met osmosewater is het niet ondenkbaar dat er een te kort ontstaat aan bepaalde elementen wat vervolgens weer kan leiden tot een stagnerende groei van de in het aquarium aanwezige dieren en wieren. Natuurlijk is het ook mogelijk om rechtstreeks aan het osmosewater een aantal elementen toe te voegen, maar voeg slechts alleen die elementen toe die u door middel van meten onder controle kunt houden.
Levensduur
De levensduur van het membraan is sterk afhankelijk van de inwerking door bacteriën op het membraan, deze bacteriën vreten zich als het ware er doorheen. De prijs van een omkeer-osmose apparaat wordt dan ook voor een groot gedeelte bepaald door het type membraan, hoe resistenter tegen bacteriën des te hoger de aanschafprijs. Ingeval sprake is van gechloreerd leidingwater zal een koolfilter voor het membraan geplaatst moeten worden om de schadelijke invloed van chloor op het membraan tegen te gaan. Het fijnfilter is gemiddeld 1x per jaar aan vervanging toe. Het is bijzonder belangrijk het membraan regelmatig door te spoelen. Om de 48 bedrijfs-uren is 15 minuten openen voldoende. Het is aan te raden om het apparaat regelmatig te gebruiken, om de dag een uurtje is beter dan 1x per maand een hele dag. De meeste fabrikanten geven een levensduur op tussen de 3 en 6 jaar voor het membraan.
De fabrikant stelt ook enkele maximum normen voor om osmosewater van een goede kwaliteit te bekomen en een duurzame werking van het apparaat te garanderen.
De vereisten van het kraanwater zijn:
- temp. : max. 30°C
- zuurtegraad (pH) : 3.00 - 11.00
- gehalte actieve chloor (Cl-) : max. 100 ppm/uur
- ijzergehalte (Fe2+) : < 0.1 mg/l
- mangaangehalte (Mn2+) : < 0.05 mg/l
- zoutgehalte (NaCl) : < 1500 mg/l
Om een optimaal resultaat te bekomen is de waterdruk best 4 bar en heeft het water een temperatuur van 12°C. Afhankelijk van deze waarden geeft het apparaat een resultaat van 20 à 40 % (verhouding permeaat - concentraat) en een ontzoutingsgraad van 95 %.
Hieronder vind u een lijst van de elementen die volgens de fabrikant uit het kraanwater worden verwijderd. Naast de elementen vind u de ionvorm waarin de meeste elementen oplosbaar voorkomen.
- Arseen (As3+) : 88 - 96 %
- Lood (Pb2+) : 96 - 98 %
- Cadmium (Cd2+) : 96 - 98 %
- Cesium (Cs2+) : 98 - 99 %
- Calcium (Ca2+) : 98 - 99 %
- Chloor (Cl-) : 87 - 93 %
- Chroom (Cr3+) : 96 - 98 %
- Ijzer (Fe2+) : 95 - 98 %
- Koper (Cu2+) : 98 - 99 %
- Magnesium (Mg2+) : 96 - 98 %
- Natrium (Na+) : 87 - 93 %
- Nitraat (NO3-) : 80 - 95 %
- Fosfaat (PO43-) : 98 - 99 %
- Kwik (Hg2+) : 96 - 98 %
- Silicaat (SiO32-) : 85 - 93 %
- Sulfaat (SO42-) : 98 - 99 %
- Pesticiden : 97 - 99 %
- Totale Hardheid : 98 - 99 %
Het grote verschil tussen een Kation- en Anionwisselaar en een osmose apparaat is dat je bij het Kation- en Anionwisselaar in een korte tijd meer water put dan uit een osmose apparaat. Daarbij komt dat bij het osmose apparaat je om de zoveel tijd onderdelen moet vernieuwen, dit hoeft bij een Kation- en Anionwisselaar niet. Wat wel weer moet bij een Kation- en Anionwisselaar dat je hem om de zoveel liter moet regenereren.
|
. Interessante info om te weten dat planten maar relatief weinig sporenelementen opnemen. (In plantenvoeding zitten nochtans volgens mij , naast de mineralen, toch ook speciaal sporenelementen ?...). Mineral salt toevoegen lijkt me dom om verzacht water inzake mineralen te verbeteren, want hierin zitten ook m.i. met name Ca en Mg wat ik er juist uit wil omdat dat de hardheid weer doet stijgen. Nu moet ik ook nog op zoek naar een betrouwbare KH meting, want de testsetjes (van gekende merken) zijn totaal niet betrouwbaar. Mijn pH meting (teststrip en pH controller) is 7,6 (leidingwater) wat dus klopt, maar mijn KH meet ik op 4 (leidingwater) met teststrips, terwijl de analyses van de watermaatschappij op basis van omrekening Ca en Mg KH 8 zou zijn. Controlemeting bij LFS zit dan nog iets hoger. Ik heb dus voor eenzelfde water 3 verschillende KH resultaten... Op deze manier kan ik natuurlijk niet verder ivm uitgangsinfo en berekening verhouding leidingwater / osmose... Kent er iemand een betrouwbare KH meter (liefst digitaal ?) of met betrouwbare kleurenstrips ?? En nu ik toch bezig ben : een betrouwbare prijskwaliteit goede conductiviteitsmeting ? Veel vragen weeral, maar ik probeer een goede basis uit te bouwen voor een opstartende hobby en i.f.v. een kweekje dat ik wil betrachten.