Für Teeliebhaber geht es gar nicht ohne. Wer sein Heißgetränk optisch und geschmacklich genießen will, besteht auf weiches Wasser. Ohne Wasserenthärtung verkalken nicht nur Wasserkessel und Teekanne. Auch der Verbrauch von Wasch- und Reinigungsmitteln sowie von Regeneriersalzen für Spülmaschinen und dezentrale Enthärtungsanlagen steigt. Die Wasserhärte hängt stark von der geologischen Zusammensetzung des Untergrunds ab. Je nach Region gehen unterschiedliche Härtebildner in unterschiedlicher Menge durch Löseprozesse von Mineralien in das Grundwasser über. Daneben ist der Säuregrad des Wassers ausschlaggebend für dessen Lösevermögen. Als hauptsächlich relevante Säuren spielen die natürlich vorkommende Kohlensäure sowie Mineralsäuren eine Rolle, die unter anderem durch Düngung landwirtschaftlich genutzter Flächen ins Erdreich eingetragen werden.
Die üblichen Härtebildner Magnesium und Calcium sowie unerwünschte Stoffe wie Nitrat, Sulfat und Chlorid werden mittels Ionenaustausch entfernt. Konventionelle Mischbett-Ionenaustauscher werden mit Hilfe von Chemikalien, meist Natronlauge beziehungsweise Salzsäure, regeneriert. Da allerdings bei dieser herkömmlichen Methode mehr Salze im Abwasser anfallen als tatsächlich aus dem Trinkwasser entfernt wurden, stellt dies eine hohe Umweltbelastung dar.
Beim Carix-Verfahren (Carbon Dioxide Regenerated Ion Exchangers) hingegen findet die Regeneration mittels Kohlensäure statt, die zu großen Teilen wieder zurückgewonnen und dem Prozess erneut zugeführt wird. Dieses besonders umweltfreundliche und ressourcenschonende Verfahren zur Teilentsalzung von Wasser nutzt auch das württemberger Wasserwerk Niedernhall, welches vom Zweckverband Wasserversorgung Nordostwürttemberg betrieben wird. Pro Stunde werden dort 300 m³ Trinkwasser aufbereitet, 2,2 Mio. m³ pro Jahr. Nach einer Grobfiltration wird das aufzubereitende Wasser unter Druck (0,1 – 0,8 bar) durch Membranen mit einer Porengröße von ca. 0,01 µm geführt. So werden neben feinsten Feststoffen, Trübungen und Pollen auch Krankheitserreger zurückgehalten. Das Wasser, gelöste Inhaltsstoffe wie Härtebildner oder Mineralstoffe und kleinere Moleküle können die Membran passieren.
Um das entkeimte, aber noch harte Wasser zu enthärten und Nitrat-, Sulfat- und Chlorid-Ionen zu reduzieren, nutzt man in Niedernhall eine Carix-Wasseraufbereitungsanlage, die im Wesentlichen aus drei Filtereinheiten mit Harzfüllungen besteht. Bei der Teilentsalzung sind immer zwei Filtereinheiten in Betrieb, während der dritte regeneriert wird. Zur Beladung durchströmt das Rohwasser die Ionenaustauscher von oben nach unten, die Regeneration verläuft in entgegengesetzter Richtung. Als Austauschprodukt entsteht Kohlensäure, die in Wasser und Kohlendioxid zerfällt. Ein Reinwasserriesler entfernt das Gas, bevor das aufbereitete Wasser durch UV-Strahlung entkeimt wird. Von dort aus leitet man es in einen Reinwasserspeicher und führt es schließlich der kommunalen Wasserversorgung zu. Die Wasserhärte wird bei den Verfahrensschritten von 27° dH auf optimale 13 bis 14° dH reduziert (von hart auf mittel).
Als Regeneriermittel für die Mischbettfilter dient filtriertes Wasser aus der Ultrafiltration, welches mit CO2 angereichert wurde – die Richtung der Austauschreaktion wird beim Regenerationsprozess also umgedreht. Dazu wird in einem Regenerierspeicher unter Druck zunächst CO2 in Wasser gelöst; es entsteht Kohlensäure. Die entstehende Regenerierlösung wird im Gegenstrom mit einem Überdruck von ca. 6,5 bar über das Mischbett geleitet, wodurch dieses regeneriert wird. Die Austauscherharze werden also wieder in ihren Ausgangszustand zurück versetzt.
Das Regenerierabwasser, das als Eluat bezeichnet wird, wird im oberen Teil des Filters abgezogen und gelangt in einen Entgaser. Hier wird der größte Teil des CO2 zurückgewonnen (etwa 95 Prozent), in den Regenerierspeicher gepumpt und damit dem Prozess wieder zugeführt. Das bei der Regeneration verbrauchte CO2 wird aus einem Vorratstank ergänzt. Das Eluat gelangt nach der Entgasung in einen Speicher. Etwa ein Drittel davon verwendet man wieder, um Regenerierlösung für die folgende Regenerationsphase zu erzeugen.
Durch den Einsatz von Carix kann das Wasserwerk auf unterschiedliche Rohrwasserqualitäten flexibel reagieren, indem es das Mengenverhältnis der beiden Austauscherharze (Kationen- und Anionenaustauscher) anpasst. Einen weiteren Vorteil stellen die niedrigen Betriebskosten durch den Einsatz von nur einem Regeneriermittel und dessen Rückgewinnung dar. Das entstehende Abwasser kann direkt in den Vorfluter eingeleitet werden, da bei der Regeneration der Ionenaustauscher keine Chemikalien eingesetzt werden und somit keine Aufsalzung des Abwassers stattfindet. Das Verfahren gilt daher als besonders umweltfreundlich.
