Proses penghilangan ion-ion yang terlarut dalam air dapat melibatkan penukar kation (cation exchanger) yang berupa resin Na (R-Na). Proses-pertukaran-ion natrium merupakan proses yang paling banyak digunakan untuk melunakkan air. Dalam proses pelunakan ini, ion-ion kalsium dan magnesium disingkirkan dari air berkesadahan tinggi dengan jalan pertukaran kation dengan natrium. Bila resin penukar itu sudah selesai menyingkirkan sebagian besar ion kalsium dan magnesium sampai batas kapasitasnya, resin itu di kemudian diregenerasi kembali ke dalam bentuk natriumnya dengan menggunakan larutan garam dengan pH antara 6 sampai 8. Kapasitas pertukaran resin polistirena besarnya 650 kg/m3 bila diregenerasikan dengan 250 g garam per kilogram kesadahan yang dibuang.
Untuk penukar kation siklus natirum atau hidrogen biasanya digunakan resin sintetik jenis sulfonat stirena-divinilbenzena. Resin ini sangat stabil pada suhu tinggi (sampai 150 oC) dan dalam pH antara 0 sampai 14. Di samping itu, bahan ini sangat tahan terhadap oksidasi. Kapasitas total penukar kation bisa mencapai 925 kg CaCO3 per meter kubik penukar ion dengan siklus hidrogen dan sampai 810 kg CaCO3 per meter kubik dengan siklus natrium. Namun dalam praktiknya kapasitas operasi tidak setinggi itu.
Dalam reaksi pelunakan air di bawah ini, lambang R menunjukkan radikal penukar kation. Resin tersebut menghilangkan ion Ca 2+ dan Mg 2+ penyebab kesadahan. Reaksinya sebagai berikut:
CaCO3+ 2 R-Na Æ R2-Ca + Na2C03
MgCO3 + 2 R-Na Æ R2-Mg + Na2C03
Bila tanur penukar kation sudah habis kemampuannya untuk menghasilkan air lunak, unit pelunak itu dihentikan; lalu dicuci balik (backwash) untuk membersihkannya dan mengklasifikasikan partikel resin di dalam tanur itu kembali; kemudian diregenerasi dengan larutan garam biasa (natrium klorida) yang menyingkirkan kalsium dan magnesium dalam bentuk klorida yang dapat larut dan sekaligus mengembalikan penukar kation itu ke dalam bentuk natriumnya. Tanur itu dicuci lagi untuk membersihkannya dari hasil samping yang dapat larut dan dari kelebihan garam; kemudian dikembalikan ke operasi untuk selanjutnya melunakkan air. Reaksi regenerasi menggunakan air gararn (NaCI) dapat dilukiskan sebagai berikut:
R2-Ca + 2 NaCI Æ 2 R-Na + CaCl2
R2-Mg + 2 NaCI Æ R-Na + MgCl2
Sedangkan kandungan anion tidak dihilangkan lewat penukar anion (anion exchanger). Jika kandungan anion sudah tinggi, biasanya dilakukan blowdown yaitu membuang sebagian besar air dan diganti dengan air kondensat. Selain pengotor-pengotor diatas, terdapat pula berbagai macam gas yang terlarut dalam air (C02, CF4,0 2,H 2S). Gas tersebut dihilangkan dengan deaerator sebelum memasuki ketel. Deaerator bekerja dengan cara memanaskan air ketel sehingga gas-gas tersebut dapat keluar.
