Η ανταλλαγή ιόντων (ανιόντων ή κατιόντων) οφείλεται στη λεγόμενη χημική διαδικασία ιονικής ανταλλαγής. Με αυτή την μέθοδο επεξεργασίας νερού μπορούμε να αντικαταστήσουμε επιλεκτικά ένα συστατικό του νερού με ένα άλλο.

Περιγραφή μεθόδου ανταλλαγής ιόντων

Εντός ενός δοχείου γεμάτου με ρητίνη (στήλη ρητίνης) γίνεται ανταλλαγή ιόντων. Αντικαθίστανται τα θετικά φορτισμένα άτομα (ανιόντα) ή τα αρνητικά (κατιόντα) από την επιφάνεια της ρητίνης, με τα αντίστοιχα αντίθετα φορτισμένα ιόντα του ανεπιθύμητου συστατικού που πρέπει να αφαιρεθεί από το νερό.

Παράδειγμα ανταλλαγής κατιόντων είναι οι αποσκληρυντές νατρίου, καλίου ή υδρογόνου. Ένα κατιόν μεταλλεύματος σκληρότητας του νερού, όπως το ασβέστιο ή το μαγνήσιο, ανταλλάσσεται με  δύο κατιόντα του νατρίου ή καλίου ή υδρογόνου. Αποτέλεσμα είναι η ανταλλαγή ιόντων σκληρότητας (Ca, Mg) με νάτριο ή κάλιο. Έτσι συγκρατείτε το μεγαλύτερο μέρος των μεταλλικών αλάτων, και μαλακώνουν το νερό.

Η ποσότητα των ανιόντων ή τω κατιόντων που μπορεί να συγκρατεί στην επιφάνεια της η ρητίνη είναι σταθερή και ανάλογη του όγκου της.
Όταν τα ιόντα προς ανταλλαγή έχουν εξαντληθεί, και αντικατασταθεί από ιόντα του ρύπου, τον οποίο θέλουμε να αφαιρέσουμε, τότε η ρητίνη πρέπει να «ξεπλυθεί». Στην διαδικασία έκπλυσης οι ρύποι που έχει συγκρατηθεί θα καταλήξουν στην στην αποχέτευση. Αμέσως μετά θα επαναφορτισθεί (regeneration) η ρητίνη ανταλλαγής ιόντων, με νέα ιόντα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αναγέννηση και γίνεται αυτόματα η χειροκίνητα με βάση την μελέτη χρήσης του συστήματος και τις ανάγκες σε επεξεργασμένο νερό.

Η ανταλλαγή ανιόντων χρησιμοποιεί τα ανιόντα χλωριδίου ή υδροξειδίου. Είναι αποτελεσματική τεχνολογία για να περιορισμό του υδράργυρου, των νιτρικά αλάτων και του αρσενικού με τα κατάλληλα μείγματα ρητινών.

Η ανταλλαγή κατιόντων (οι γνωστοί μας αποσκληρυντές νερού) χρησιμοποιούν το χλωριούχο νάτριο (το γνωστό μαγειρικό αλάτι) ή χλωριούχο κάλιο. Αυτός ο τύπος αποσκληρυντή μπορεί επίσης να περιορίσει και μικροποσότητα σιδήρου, μερικές μορφές μολύβδου και το ράδιο.