Beim Verfahren des Ionenaustauschs fießt das salzhaltige, zu behandelnde Wasser durch eine mit Austauscherharz gefüllte Säule. Dabei macht man sich die Eigenschaft dieser Harze zunutze, bestimmte Ionen stärker zu binden als andere. Ionen können also aus dem vorbeiströmenden Wasser in das Austauscherharz aufgenommen werden, während im Gegenzug andere Ionen, mit denen das Austauscherharz beladen ist, in das Wasser abgegeben werden. Die Harze in den Druckbehältern von Enthärtungsanlagen bestehen aus Kunstharzkugeln von ca. 0,3 bis 1,0 mm Durchmesser. Die Aufnahmefähigkeit der Austauschermasse für die dem Rohwasser zu entziehenden Salze ist natürlich begrenzt. Ist die Kapazität nach Durchfluss einer bestimmten Wassermenge erschöpft, muss eine Regeneration durchgeführt werden, wobei die Austauschermasse erneut mit einer Lösung der ursprünglich verdrängten Gegenionen angeströmt wird. Aufgrund der deutlich höheren Konzentration werden bei der Regeneration die im vorigen Austauschschritt aufgenommenen Ionen wieder abgegeben, das Harz erneut mit Gegenionen beladen. Die vorher aufgenommenen Ionen fließen während dieses Vorganges mit dem Regenerationswasser in die Kanalisation ab. Dieser Vorgang ist beliebig oft wiederholbar.
Je nach Verfahrensziel kann ein Wasser mittels Ionenaustausch enthärtet, teil- oder vollentsalzt werden. Für Sonderanwendungen ist die selektive Entfernung einzelner Ionen möglich.
Bei der Enthärtung werden lediglich die für Härteerscheinungen im Wasser verantwortlichen 2-wertigen Calcium- und Magnesiumionen durch Natriumionen getauscht. Im Ablauf finden sich lediglich Natriumsalze (= Neutralsalze). Die Resthärte im Weichwasser beträgt 0-0,05 °dH. Der Gesamtsalzgehalt wird gegenüber dem Rohwasser durch die Enthärtung praktisch nicht verändert.
Nach Durchsatz der Wasserleistung entsprechend der Filterkapazität, müssen die Ionenaustauschharze mit Salz (NaCl) regeneriert werden. Bei der Regeneration erfolgt der Austausch von Ca- und Mg- Ionen von der Ionenaustauschmasse gegen Na-Ionen des Regeneriermittels. Im Regeneratabwasser findet man während der Regenerierphase die entsprechenden Calcium- und Magnesiumsalze sowie die überschüssige Solelösung.
Das Regenerat reagiert neutral bei einem pH-Bereich von ca. 6,5-8.
Die Regeneration erfolgt vollautomatisch mengen- oder auch qualitätsabhängig. Je nach Anwendung und Anlagengröße wird die Anlage im Gleich- oder Gegenstromverfahren regeneriert, durch Pendelbetrieb zweiter paralleler Austauscher kann ein konstanter Weichwasserfluss erreicht werden, da sich ständig ein Behälter in Betrieb, und ein zweiter in Regeneration, bzw. Standby befinden kann. Zu einer vollständigen Enthärtungsanlage gehören somit neben den Austauscherbehältern auch die Verrohrung incl. Ventilen und Pumpen und eine Regeneriereinrichtung mit Salzbehälter. Bei kompakten Kabinettgeräten sind diese Einrichtungen platzsparend in einem Gehäuse untergebracht.
Für die Vollentsalzung von Wasser werden in zwei nacheinander geschalteten Austauschern zunächst die im Wasser enthaltenen Salzkationen durch H+-Gegenionen getauscht, aus den Salzen im Rohwasser entstehen so die entsprechenden Säuren. Das Wasser wird “entbast”. Die Regeneration geschieht mit einer starken Säure, für die Wiederbeladung des Austauschers mit H+-Ionen. Zur Erhöhung von Standzeit und Effektivität werden in der Regel verschieden stark saure Kationenaustauscherharze in einem Behälter kombiniert, so dass zunächst eine Entcarbonisierung stattfindet. Der Anionenfilter dient zur Entsäurung von entbastem Wasser. Er ist der zweite Teil der Vollentsalzung und wird erzeugt durch den Austausch von Anionen mit OH–Ionen aus dem entbastem Wasser.
Zu einer vollständigen Vollentsalzungsanlage gehören neben dem eigentlichen Kationen- und Anionenaustauscher noch ein zwischen Kationen- und Anionenaustausch angeordneter CO2-Riesler, da freies CO2 große Mengen der Kapazität des nachfolgenden Anionenaustauschers binden würden. Freies CO2 entsteht durch die Reaktion von frei werdenden Carbonatanionen beim Kationenaustausch. Mischbettfilter dienen zur Feinreinigung von vollentsalztem Wasser. Sie sind der eigentlichen Vollentsalzung nachgeschaltet. So kann eine Restleitfähigkeit des Reinwassers von dauerhaft < 0,2 µS/cm sichergestellt werden. Durch Verwendung von Doppelanlagen ist gewährleistet, dass kontinuierlich vollentsalztes Deionat zur Verfügung steht.