رزین میکس بد

تصفیه آب با رزین میکس بد یک فرآیند تبادل یونی برای دستیابی به آب خالص از آب ناخالص است، به همین جهت با استفاده از سختی گیر اقدام به خالص سازی آب می کنند و این فرآیند شامل حذف مواد جامد محلول در آب می باشد.

مبدل یونی بستر مخلوط (نامهای دیگر: رزین بستر مخلوط، فیلتر رزینی) ظرفی است که با مخلوطی از رزین تبادل کننده کاتیون و رزین تبادل کننده آنیون پر شده است. در طول عملیات سختی گیری، آب از میان این مخلوط دربرگیرنده دو نوع رزین جریان می یابد. سپس کاتیونهای محلول در آب با یونهای هیدروژن (H+) و آنیونهای محلول در آب با یونهای هیدروکسید (OH-) مبادله می‌شوند. این مبادله از طریق یون‌های هیدروژن و یون‌های هیدروکسید که به آب واکنش نشان می‌دهند، صورت میگیرد.

با گذشت زمان، رزینهای تبادل یونی تخلیه شده و عمر مفید آنها تمام میشود. رزین‌های بستر مخلوط اشباع شده معمولاً با اسید هیدروکلریک (HCl) و هیدروکسید سدیم (NaOH) بازسازی می‌شوند. با هربار احیاء، پساب اسیدی یا قلیایی تولید می شود که ممکن است قبل از ورود به محیط زیست نیاز به خنثی شدن داشته باشد. البته در مورد سختی گیرهای کوچکتر، رزین تبادل یونی نیز گاهی اوقات دور ریخته می‌شود و پس از تخلیه کامل سیستم، به جای بازسازی، با رزین نو پر می شود.

معمولا از سختی گیرها بخصوص نوع رزین میکس بد، در آخرین مرحله تصفیه آب استفاده می کنند تا آب کاملا زلال و بدون ناخالصی بدست آید تا بتوان از آن در کاربردهای حساس استفاده کنند.

رزین میکس بد چیست؟

برای حذف کاتیون ها و آنیونهای باقیمانده و تولید آب خالص با حداکثر رسانایی الکتریکی 0.2 میکرو ثانیه بر سانتی متر، پس از سایر مراحل تصفیه، آب وارد سختی‌گیر با رزین بستر مخلوط می شود که شامل دو نوع رزین از انواع رزین‌های کاتیونی اسید قوی و رزین‌های آنیونی باز قوی است.

سختی گیر تحت فشار، مجموعه ای استوانه ای و عمودی می باشد که سطح مقطع آن دایره ای است. فولاد کربنی نیز ماده اصلی این دستگاه جهت ساخت بدنه است که می توان بجای فولاد از سایر مواد مانند فایبرگلاس یا پلی اتیلن نیز استفاده کرد.

مخزن این دستگاه شامل یک محفظه با کف مسطح سوراخ شده و انژکتورهایی برای عبور و توزیع آب خروجی است. همچنین هر مخزن مجهز به یک PDS برای بررسی و کنترل افت فشار هر بخش است.

یک رسانایی سنج بعد از هر دستگاه کیفیت آب خروجی را کنترل می کند. شرایط بازسازی زمانی فراهم می شود که رسانایی آب خروجی بیش از 0.1μS/cm باشد، در این صورت رزین میکس بد باید احیا شود.

کل جریان آبی که از سیستم سختی گیر با رزین میکس بد می گذرد با تجهیزات به روز و مدرن کنترل می شود، همچنین آب خروجی از دستگاه جزء موارد کنترلی کنترلرها و اپراتورها می باشد که به صورت لحظه‌ای و مداوم باید این مقایر بررسی شوند و اگر مشکلی در میزان مواد جامد محلول در آب ورودی پیش بیاید باید سیستم قطع شده و اپراتور به بررسی دلیل آن بپردازند. اگر در آب ورودی مشکلی نباشد ولی اعداد و ارقام غیر استاندارد برای آب خروجی ثبت شود به این معنی است که رزین میکس بد توانایی خود را از دست داده و باید احیاء شود.

در دستگاه‌های سختی گیر اتوماتیک هنگامی که رسانایی خروجی بیش از 0.2 µS/cm باشد، رسانایی‌سنج در خط خروجی سختی گیر رزین میکس بد با بستن شیرهای ورودی و خروجی و همچنین باز کردن دریچه‌های ورودی و خروجی، عملیات احیاء را شروع می کند و در این میان آب ورودی این بخش را می توان به سمت یک دستگاه تعبیه شده برای مواقع اضطراری منتقل کرد که برای این چنین شرایطی در نظر گرفته شده است تا چرخه صنعت شما مختل نگردد.

در هنگام بازسازی رزین میکس بد در خط خروجی هر بخش یک رزین گیر برای گرفتن رزین‌های در حال بازسازی در نظر گرفته شده است تا در حین عملیات بازسازی هیچ بخشی از رزین‌های میکس بد دور ریخته نشود.

در جدول بعدی میزان استاندارد مواد محلول در آب برای ورودی دستگاه سختی گیر با رزین بستر مخلوط مشاهده می کنید. در صورتی که هر یک از مقادیر ذکر شده در آب ورودی دستگاه شما صدق نکند، می بایست نسبت به بهبود کیفیت آب ورودی اقدامهای لازم را انجام دهید.

دستورالعمل احیای رزین میکس بد

در سیستمهای بروز که کارآمدی بسیاری را ارائه می کنند، هر مخزن از سیستم مرکزی کلکتورها با نازلهایی برای جمع آوری پسابهای بازسازی رزین‌های آنیونی و کاتیونی تشکیل شده است. در توالی بازسازی اولین مرحله جداسازی هیدرولیک (بک واش) است. با این کار، رزین‌های کاتیونی قوی به دلیل چگالی بالاتر در قسمت پایینی محفظه ته نشین می شوند و رزین سختی گیر آنیون قوی در قسمت بالایی ظرف می ماند. پس از جداسازی رزین‌ها می توان عملیات بازسازی را شروع کرد. رزین‌های کاتیونی توسط اسید رقیق شده 5% و رزین‌های آنیونی توسط سود سوزآور رقیق شده 4% بازسازی می شوند.

پس از بازسازی هر دو نوع رزین، اسید و سود سوزآور باید به بخش خنثی سازی تخلیه گردد زیرا ورود این پساب به محیط زیست بسیار خطرناک است. پس از بازسازی، برای حذف اسید باقیمانده و سود سوزآور از رزین‌های میکس بد، شستشوی آهسته آغاز می شود. برای این کار تزریق اسید و سود سوزآور متوقف می شود و آب به طور همزمان از میان رزین‌ها به سمت بالا و پایین عبور می کند و تخلیه می شود. مرحله آخر آبکشی سریع است، پس از اتمام عملیات بازسازی، برای مخلوط کردن رزین‌های کاتیونی و آنیونی تشکیل دهنده رزین میکس بد، هوا به محفظه تزریق شده و ترکیب دو رزین صورت می گیرد و سپس رزین ترکیبی وارد سختی گیر می شود.

طراحی سیستم سختی گیر با رزین میکس بد

طبقه بندی رزین‌های میکس بد

در زمان‌های نه چندان دور و البته در ابتدای برخورد صنعت‌کاران با پدیده آب سخت، ساخت و توسعه یک محیط تبادل کاتیونی به کمک زغال سنگ سولفونه، که به آن زئولیت کربنی گفته می شود، کاربرد تبادل یونی را در عملیات چرخه هیدروژن گسترش یافت و امکان کاهش قلیاییت و همچنین سختی را فراهم آورد.

سپس به سرعت، یک رزین تبادل آنیونی (به دست آمده از تراکم پلی آمین ها و فرمالدئید) ساخته شد. رزین آنیونی جدید با رزین کاتیونی چرخه هیدروژن در جهت شفاف سازی و خالص کردن (حذف تمام نمکهای محلول) آب استفاده شد. با وجود این کشفیات، مبدل‌های آنیونی اولیه ناپایدار بودند و نمی‌توانستند اسیدهای ضعیف یونیزه‌شده مانند اسید سیلیسیک و کربنیک را حذف کنند. بنابراین با گسترش علم، صنعت رزین سازی موفق شد که یک رزین کامل و ترکیبی با نام رزین میکس بد امروزی تولید کند تا پاسخگوی تمامی نیازها باشد.

امروزه گروه‌های قابل یونیزاسیون متصل به دانه‌های رزین توانایی عملکردی رزین را تعیین می کنند. رزین‌های تصفیه آب صنعتی به چهار دسته اصلی طبقه بندی می شوند، البته توجه داشته باشید که رزین میکس بد یا همان رزین ترکیبی در این دسته بندی قرار نمی گیرد زیرا همانطور که از نامش پیداست، یک رزین ترکیبی از دو نوع دسته بندی پایین است:

کاتیون اسیدی قوی (SAC)
کاتیون اسیدی ضعیف (WAC)
آنیون پایه قوی (SBA)
آنیون پایه ضعیف (WBA)

رزین‌های SAC می توانند بازهای قوی را خنثی کرده و نمکهای خنثی را به اسیدهای چسبیده به خود تبدیل کنند. رزین‌های SBA می توانند اسیدهای قوی را خنثی کرده و نمکهای خنثی را به بازهای چسبیده به مولکول رزین تبدیل کنند. این رزین‌های تامین شده توسط شرکت هوبارت شیمی در اکثر کاربردهای نرم کننده و دمینرالیزاسیون کامل مورد استفاده قرار می گیرند. رزین‌های WAC و WBA به ترتیب قادر به خنثی سازی بازها و اسیدهای قوی هستند. این رزین‌ها برای دکالیزاسیون، دمینرالیزاسیون جزئی و یا (در ترکیب با رزین‌های قوی) دمینرالیزاسیون کامل استفاده می شوند.

رزین‌های SAC عملکرد و ویژگیهای خود را از گروه‌های اسید سولفونیک (HSO3¯) به دست می آورند. رزین‌های SAC وقتی در دمینرالیزاسیون استفاده می‌شوند، تقریباً تمام کاتیون‌های آب ورودی را حذف می‌کنند و آنها را با یون‌های هیدروژن جایگزین می‌کنند، برای متوجه شدن کامل با شماتیک به عکس پایین توجه کنید:

واکنش فوق مبادله ای برگشت پذیر است. هنگامی که ظرفیت آن تمام شد، رزین میکس بد می تواند با اسید معدنی بازسازی شود.

مبدلهای کاتیونی اسیدی قوی در تمام محدوده‌های pH به خوبی عمل می کنند. این رزین‌ها امروزه کاربردهای گسترده ای پیدا کرده اند. به عنوان مثال، آنها در چرخه سدیم (سدیم به عنوان یون متحرک) برای نرم کردن آب و در چرخه هیدروژن برای decationization استفاده می شوند.

رزین‌های تبادل کاتیونی اسیدی ضعیف فعالیت تبادلی خود را از یک گروه کربوکسیلیک (-COOH) به دست می آورند. هنگامی که رزین‌های WAC به شکل هیدروژن گیر فعالیت می کنند، کاتیونهای مرتبط با قلیایی بودن را حذف می کنند و اسید کربنیک تولید می کنند که در زیر واکنش آن نشان داده شده است:

همچنین این واکنش‌ها برگشت‌پذیر هستند و امکان بازسازی رزین WAC تخلیه‌شده را به شکل گفته شده در بالا محیا می کنند. رزین‌های WAC قادر به حذف تمام کاتیونهای موجود در اکثر منابع آب نمی باشند. شاید برتری اصلی آنها راندمان بازسازی بالای آنها در مقایسه با رزین‌های SAC باشد. این راندمان بالا میزان اسید مورد نیاز برای بازسازی رزین را کاهش می دهد و در نتیجه اسید زائد موجود در پساب بازسازی را کاهش می دهند و مشکلات دفع پساب را به حداقل می رسانند.

رزین‌های کاتیونی اسیدی ضعیف عمدتاً برای نرم‌کردن و رقیق‌کردن آب‌هایی با سختی و قلیایی بالا استفاده می‌شوند. در سیستمهای دمینرالیزاسیون کامل، استفاده از رزین‌های WAC و SAC به صورت ترکیبی می باشد و دلیل این ترکیب استفاده از کارآمدی و مقرون به صرفه بودن WAC بهمراه کارایی بسیار بالای SAC است.

رزین‌های SBA عملکرد خود را از گروه‌های عاملی آمونیوم چهارتایی می گیرند. دو نوع گروه آمونیوم چهارتایی که به آنها نوع I و نوع II گفته می شود وجود دارند. نوع I دارای سه گروه متیل هستند:

در رزین نوع II یکی از گروه‌های متیل با یک گروه اتانول جایگزین می شود. رزین نوع I پایداری بیشتری نسبت به رزین نوع II دارد و قادر است اسیدهای یونیزه شده بیشتری را حذف کند. در عوض رزین‌های نوع II بازده بازسازی و ظرفیت بیشتری را برای همان مقدار ماده شیمیایی احیاء کننده مورد استفاده برای احیای نوع II را ارائه می دهند.

رزین‌های SBA وارد شده توسط شرکت هوبارت شیمی از شرکت پرولایت انگلستان هنگامی که به شکل هیدروکسید هستند، تمام آنیونهای معمولی موجود در آب لوله کشی شهری را که در زیر نشان داده شده است حذف می کنند:

همانند رزین‌های کاتیونی، این واکنش‌ها برگشت‌پذیر هستند و امکان بازسازی رزین میکس بد با یک ماده قلیایی قوی مانند سود سوزآور را فراهم می‌کنند تا رزین به حالت هیدروکسید برگردد.

عملکرد رزین پایه ضعیف از گروه‌های آمین اولیه (R-NH2)، ثانویه (R-NHR’) یا سوم (R-NR’2) منشا می‌گیرد. همانطور که در واکنش زیر نشان داده شده است، رزین‌های WBA به آسانی اسیدهای سولفوریک، نیتریک و هیدروکلریک را جابجا می کنند: