رزین سختی گیر

رزین سختی گیر چیست؟

رزین سختی گیر آب، همانگونه که از نامش مشخص است، بمنظور گرفتن سختی آبها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به‌بیان فنی‌تر، رزین نرم کننده آب نوعی ماده است (معمولا به شکل یک مهره ژله ای) که منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت را جذب می‌کند. آب سخت عمدتاَ توسط این دو ماده معدنی تشکیل شده و به همین علت در عملیات سختیگیری آب، منیزیم و کلسیم به دانه‌های رزین سختی گیر می چسبند.

رزین‌های سختی‌گیر با اسامی مشابهی همچون رزینهای تبادل یونی، ذرات آنیونی و کاتیونی، پرولایت کاتیونی و آنیونی، resin دستگاه آب شیرین کن، رزین آکوآلایت، رزین‌های تصفیه آب و با معادل انگلیسی رزین تبادل یونی، یکی از مهمترین و قدرتمندترین مواد شیمیایی مورد استفاده در تصفیه آب می‌باشند. انواع رزین سختی گیر تصفیه آب، با ایجاد یک محیط مناسب عملکردی، مبادله یونهای آب (کلسیم و منیزیم) با سدیم را شکل میدهند. فلذا در این پروسه، سختی آب گرفته می‌شود. اما این فرآیندها توسط هریک از مدلهای آنیونی، کاتیونی و میکس بد، به چه شکل انجام میگیرد؟!.

رزین‌ها نوعی ترکیب طبیعی (زئولیت) یا مصنوعی هستند که بسیار چسبناک بوده و تحت شرایطی سخت می‌شوند. مدل های مختلف رزین سختی گیر، موادی با مولکول‌های بزرگ هستند که دو سر آن‌ها قطبی و دارای بارهای مخالف می‌باشد. معمولاً در الکل قابل حل هستند؛ اما در آب حل نمی‌شوند. همین مسئله موجب میشود تا توانایی باقیماندن در آب و اثرگذاری برای عملیات تصفیه را داشته باشند. بطوریکه باید گفت:

مواد رزین سختی گیر در فرآیند سختی‌گیری آب تاثیر بسزایی داشته و یون های سختی آور آب مانند کلسیم و منیزیم را حذف کرده و در محلول با یون های سدیم جایگزین می‌کنند. از این رو به زئولیت ‌های سدیمی نیز مشهور هستند.

این ترکیب به طرق گوناگون طبقه بندی می‌شود. درون ساختار رزینهای سختیگیر، دو ماده اولیه وجود دارد که ساختار اصلی مولکولی رزین را تشکیل می‌دهند:

• پلی‌استایرن. (نوعی پلاستیک رایج در بسیاری از کاربردهای مصارف پلاستیکی؛ مانند تولید لیوان‌ها و استایروفوم‌ها)
• و دی‌وینیل بنزن یا (DVB). (برای اتصال پلی استایرن در میان مولکول‌ها عمل می‌کند)

حاصل ترکیب این دو، یک مایع زرد شفاف با بوی قوی خواهد بود. بنابراین اگر پس از نصب سختی‌گیر، بوی آب شما حتی بدتر از قبل شد (ویا رنگ آن متفاوت است)، احتمالاً مربوط به مخزن دانه‌های رزین سختی گیر است که توانسته به منبع آب شما نشت کند.

انواع رزین تبادل یونی

یک رزین تبادل یونی بوسیله آب متورم می‌شود؛ اما در آن حل نمی‌شود. میزان این تورم یک فاکتور مهم است که چگونگی عملکرد رزین‌ها را در کاربردهای خاص، کنترل می‌کند. رزین تبادل یونی به طور گسترده ای در فرآیندهای:

• جدا سازی،
• رسوب زدایی
• تصفیه و
• ضدعفونی کردن آب،

استفاده می‌شود. در بسیاری از کاربردهای این‌چنینی، ذرات تبادل یونی (resin) به عنوان یک جایگزین انعطاف پذیرتر به جای استفاده از زئولیت های طبیعی یا مصنوعی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین رزینهای تبادل یونی در پروسه فیلتراسیون بیودیزل، بسیار کاربردی هستند.

اندازه آنها حدود 3.3 تا 1 میلی متر است. برای ارائه یک تصویر ذهنی می‌توانیم بگوییم که رزین سختی گیر، اندازه یک دانه برنج حدود 1.5 میلی متر ضخامت دارد. لیکن این دانه‌های کوچک با جثه ریز خود، توانایی بسیار بالایی در کاهش سختی یا رسوب آب دارند.

رزین‌های تعویض یا تبادل یونی را می‌توان به سه گروه تقسیم نمود:

• کاتیونی (شامل کاتیون‌های اسیدی قوی و ضعیف)
• آنیونی (شامل آنیون‌های بازی قوی و ضعیف)
• میکس بد. (ترکیب کاتیونی و آنیونی)

رزین کاتیونی

عناصر فوق را میتوان به دو نوع اسیدی قوی و ضعیف تقسیم نمود:

رزینهای کاتیونی اسیدی قوی: ذراتی هستند که قادر به حذف کلیه کاتیون های موجود در آب می‌باشند. ذرات رزین کاتیونی قوی، به صورت سدیمی برای کاهش سختی آب بکار می‌روند. عناصر کاتیونی سدیمی نوع قوی، علاوه بر کاتیونهای سختی آب، یون‌های فلزی را نیز با سدیم تعویض می‌کنند.

نوع resin کاتیونی اسیدی ضعیف: بعنوان ذراتی که قادر به جذب قسمتی از کاتیونهای آب که مربوط به قلیائیت آب می‌باشند، شناخته میشوند. در این نوع رزین سختی گیر، گروه فعال به جای سولفوریک، کربوکسیلیک است. این گروه مانند اسیدهای آلی ضعیف در محیط اسید یونیزه نمی‌شوند. اما در محیط قلیایی، یونیزه شده و قادرند یون متحرک خود را تعویض کنند. درصورتیکه نیاز به جذب کننده کاتیون موجود در آب دارید، نمی‌توانید از رزین کاتیونی ضعیف استفاده کنید.

رزین آنیونی

انواع رزین سختی گیر آنیونی عبارتند از:

• رزین آنیونی قوی
• رزین آنیونی ضعیف

رزین آنیونی بازی قوی: به جذب کلیه آنیونهای موجود در آب اقدام می نماید. برای احیای رزین‌های آنیونی قوی، باید از یک باز قوی مانند سود استفاده کرد.

آنیونی بازی ضعیف: بعنوان رزینهایی معروفند که همانند مدلهای کاتیونی ضعیف عمل می‌کنند. این ذرات قادر به حذف اسیدهای معدنی چون HCL و یا H2SO4 هستند. ولی قادر به حذف اسیدهای ضعیف مثل اسید کربنیک نمی‌باشند. چراکه این رزین‌ها را اغلب جاذب اسید می‌نامند.

رزین‌های میکس بد

نوعی رزین سختی گیر تبادل یونی است که جهت احیای آب (برای تولید آب خالص و یا یونیزه)، کاربرد دارد. مجموعاَ برای فرآیندهایی نظیر:

• دیونیزه کردن آب،
• شفاف کردن آب میعان شده و
• تولید آبهای فوق خالص،

می‌توان از این محصول استفاده نمود. منظور از تولید آب فوق خالص اینست که میتوان سیالهایی را با ماهیت خالص تر از آب مقطر، بدون یون و یا آب با هدایت الکتریکی 1 میکروزیمنس تولید نمود. در حقیقت این عملیات با استفاده از ذرات مبادله یونی (resin) امکان پذیر می‌باشد. بسته‌های رزین میکس بد کمپانی پرولایت در ظرفیتهای 5 و 25 لیتری در بازار عرضه می‌گردند. شرکت هوبارت شیمی، از وارد کنندگان بدون واسطه محصولات رزین میکس بد پرولایت در بازار ایران بشمار می‌رود.

بمنظور ساخت رزین سختی گیر میکس بد، میتوان دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی را در یک ظرف با یکدیگر مخلوط نمود. درنتیجه آب با کیفیت فوق بالا بوسیله واکنش های تبادل یونی متعدد، تولید خواهد شد. بلحاظ فنی، مدلهای میکس بد متشکل از رزین‌های آنیونی و کاتیونی قوی به نسبت 40% کاتیونی و 60% آنیونی می‌باشند.

رزین سختی گیر پرولایت انگلیس

انواع رزینهای آنیونی، کاتیونی و میکس بد شرکت پرولایت با کیفیت بسیار مطلوب و قیمت مناسب برای حذف سختی آب در دسترس می‌باشند. مجموعاَ رزین پرولایت یکی از بهترین و متداول ترین انواع رزین سختی گیر موجود در بازار ایران می‌باشد که توسط شرکت پرولایت انگلیس تولید می‌شود. بسته بندی این ذرات بدینگونه است که رزینهای کاتیونی و آنیونی پرولایت در بسته‌های 25 لیتری و رزین میکس بد پرولایت در بسته‌های 1 لیتری، 5 لیتری و 25 لیتری موجود می‌باشد و به بازار عرضه می‌گردد.

مدل‌های رزین پرولایت با استفاده از تبادل یونی، یون های «کلسیم و منیزیم» موجود در آب سخت را جذب می‌کند و به جای آنها، یون سدیم را وارد آب می‌نماید. علاوه بر کیفیت، این یونها راندمان کاری را افزایش می‌دهند. همچنین وجود آنها میزان رسوب گذاری روی سطوح و داخل تجهیزات را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.

برخی از مهمترین و پرفروشترین محصولات شرکت پرولایت در زمینه تولید رزین‌ها به شرح زیر خواهد بود:

• رزین سختی گیر کاتیونی پرولایت با مدل های C100 و C100E. (جهت حذف کلسیم و منیزیم موجود در آب شرب و صنعتی)
• آنیونی پرولایت با مدل های A400. (به‌جهت مبادله یون‌های کلسیم و منیزیم)
• مدل‌های رزین میکس بد؛ به منظور استفاده در دستگاه‌های دیونایزر.

دیتا شیت رزین پرولایت C100E

عملکرد رزین سختی گیر

ذرات رزین سختی گیر بعد از مدتی استفاده، به اصطلاح اشباع می‌شوند و دیگر قادر به انجام تبادل یونی نمی‌باشند. در این حالت و برای استفاده مجدد از resin، باید آن را احیا کنید. برای شارژ مجدد و احیای رزین‌ها باید از محلول آب و نمک استفاده کنید. محلول آب و نمک برای احیای رزین سختی گیر، معمولا باید بین ۵۰ تا ۱۵۰ گرم در لیتر باشد. شما باید با استفاده از عمل بکواش، محلول آب و نمک را به داخل مخزن سختیگیر هدایت کنید.

بعد از چندین بار انجام این کار، resin دوباره احیا می‌شود و توانایی تبادل یونی و نرم کردن آب را پیدا می‌کند. محلول آب و نمک در عمل بک واش، از زیر مخزن استوانه ای دستگاه وارد می‌شود و با گذشت از صفحات مشبک، به رزینهای سختی گیر می‌رسد.

یکی از روش های موجود جهت حذف سختی آب، استفاده از سختی گیرهای رزینی می‌باشد. عمده دستگاه‌های سختی گیر مورد کاربرد در سیستم‌های تصفیه آب، بیشتر بصورت استوانه و از جنس فلزی هستند. به صورتیکه که در داخل آن، ذرات رزین کاتیونی قرار می‌گیرد و داخل سطوح آن با اپوکسی پوشش داده شده است. (تا از خوردگی آن جلوگیری و باعث افزایش عمر دستگاه گردد)

بستر رزینها در دستگاه سختی گیر می‌تواند ثابت یا شناور باشد. درون سیستم بستر ثابت، حجم رزین‌های داخل دستگاه انبساطی ندارد. درنتیجه آب ورودي از بالای دستگاه وارد شده و بیشترین تبادل یونی در قسمتهای بالای بستر resin انجام می‌شود. قسمتهای پایین بستر، میزبان فرآیند تصفیه نهایی بوده و تعیین کننده درجه خلوص آب خروجی از تعویض کننده می‌باشند. ذکر نکات زیر در رابطه با شرایط رزین سختی گیر در دستگاه‌های سختیگیری آب، میتواند کمک کننده باشد:

• براي نگهداری و جلوگیری از خروج resin ها در قسمت پایین دستگاه و در زیر این ذرات، یک صفحه مشبک و یک بستر از سیلیس تعبیه می‌شود.
• عمق رزین معمولاً بین 5/0 تا 3 متر انتخاب می‌گردد. برحسب نوع این ذرات، 50 تا 100 درصد از حجم آن بعنوان فضای خالی برای انبساط RESIN در نظر گرفته می‌شود.
• میزان جریان را معمولاً در حدود 2/0 الی 1 متر مکعب در دقیقه، به ازای هر متر مکعب از حجم resin در نظر می‌گیرند.
• هرچند که به علت افت فشار، دبی جریان ورودی به واحدهای تعویض یونی، محدود می‌شود. ولی حداقل دبی جریان به علت کانالیزه شدن، نمی‌تواند خیلی کم باشد. زیرا کانالیزه شدن باعث می‌شود که قسمتی از رزین‌ها بدون استفاده باشند. از این رو سرعت آب عبوری از بستر ذرات رزینی، باید حدود یک متر در ساعت باشد.

قیمت رزین سختی گیر

قیمت رزین سختی گیر براساس عوامل متعددی همچون:

• نوع (کاتیونی، آنیونی، میکس بد، مدلهای شرکت پرولایت و…)،
• کیفیت رزین،
• ظرفیت و مقدار،
• وارداتی بودن یا تولید داخل،
• اصل یا غیر اصل بودن،
• برند و شرکت تولید کننده و…

تعیین می‌‌شود. به‌طور کلی قیمت رزین سختی گیر اصل و دارای کیفیت بالاتر، گران تر است. زیرا رزین باکیفیت، مقاوم تر می‌باشد و در نتیجه عمر طولانی تری دارد. هنگام خرید، به تاریخ تولید و تاریخ انقضای این ذرات تصفیه‌کننده نیز دقت کنید. زیرا رزینهای سختی گیر استاندارد و اصل، دارای تاریخ تولید و انقضا هستند و این تاریخ ها روی بسته بندی آنها چاپ شده است.

شرکت هوبارت شیمی وارد کننده و عرضه کننده بهترین نوع رزین کاتیونی، آنیونی و میکس بد در بازار محسوب می‌گردد. قیمت امروز رزین سختی گیر پرولایت انگلیس مدل C100 حدودا 125.000 تومان، نمونه هندی 105.000 تومان و نمونه چینی 72.000 تومان می باشد.

چنانچه مدت زمان زیادی از عمر رزین گذشته باشد قیمت رزین سختی گیر پایین تر از حالتی است که تاریخ تولیدها بسیار نزدیک است. برای استعلام قیمت بروز انواع رزین تبادل یونی اعم از کاتیونی، آنیونی و میکس بد با همکاران من تماس بگیرید.

طول عمر انواع رزین تبادل یونی

عمر کاری متوسط رزین پرولایت به شرط احیاء، فقط یک بار در روز می‌باشد. ضمناَ در شرایطی که آلودگی این ذرات مطرح نباشد، طول عمر به شرح ذیل می‌باشد :

• رزین سختی گیر کاتیونی اسیدی قوی (8 الی 10 سال)
• رزین کاتیونی ضعیف (8 الی 10 سال)
• رزین های آنیونی بازی قوی (4 الی 5 سال)
• ذره‌های آنیونی بازی ضعیف (4 الی 5 سال)

 زمان احیای رزین سختی گیر

مبادله‌ی یونی بیشتر در بخش بالایی دستگاه‌های سختی‌گیر اتفاق می افتد. قسمت زیرین دستگاه نیز محل انجام عملیات های پایانی پالایش و تصفیه و مشخص سازی میزان خلوص آب است. با افزایش زمان سرویس:

• عمده‌ی رزینهای بالای بستر، اشباع شده؛
• و تبادل یونی در لایه‌های پایین ستون بستر انجام می‌شود.

درنهایت زمانی فرا می‌رسد که بقیه ستون بستر برای تعویض یون، کافی نمی‌باشد. فلذا درون آب خروجی از تعویض کننده، یونهای ناخالص جذب نشده مشاهده خواهد شد که نشان دهنده‌ی پایان سرویس دستگاه می‌باشد. در این حالت، زمان احیای رزین سختی گیر فرا می‌رسد.

احیای رزین کاتیونی در دستگاه سختی گیر

قدم اول: وضعیتی است که آب از زیر مخزن استوانه‌ای سختی گیر به داخل دستگاه رزین پرولایت وارد می‌شود. سپس از صفحات مشبک گذر نموده و از پایین به رزینها برخورد میکند. پس از گذر آب از میان ذرات تبادل یونی، افزایش حجمی resin اتفاق می‌افتد. نهایتاَ جهت احیا و سرویس دهی مجدد، دستگاه رزین سختی گیر آماده می‌گردد. مدت زمان احیای ذرات مبادله یونی (resin)، معمولاً بین 5 تا 10 دقیقه متغیر است.

قدم دوم: سپس وضعیت شیر را در حالت معکوس قرار داده و پس از آن، شیر فلکه منبع نمک را باز کنید. طی این فرآیند، محلول آب نمک مورد نیاز از مخزن مکیده شده و از قسمت بالای مخزن استوانه، به داخل سختی گیر وارد می‌گردد.

حین تزریق آب نمک، فرآیند تبادل یونی میان این ذرات انجام شده و احیاء رزین انجام خواهد شد. بعد از تزریق آب نمک، شیر فلکه آب نمک را بسته و در این وضعیت منتظر باشید تا آب خروجی از لوله فاضلاب دستگاه، از حالت شوری خارج شود.

مرحله سوم: حال نوبت به شستشوی مرحله‌ی سوم می‌رسد. جایی که بعد از شستشوي رزین با آب نمک، مجدداً آن را تست نموده و اهرم شیر را در حالت شماره 3 قرار دهید. نهایتاً دستگاه برای شروع بکار آماده میشود و آب سخت به آب نرم تبدیل خواهد شد.

هنگام تعویض رزین سختی گیر بهتر است چند مورد مهم را رعایت کنید تا این فرآیند به درستی و کاملاَ اصولی انجام شود. برخی از این نکات مهم و موثر عبارتند از:

• قبل از شروع تعویض رزین سختی گیر، حتما مطمئن شوید شیر ورودی بسته باشد.
• صبر کنید تا آب کاملا تخلیه شود؛ یعنی هیچ صدایی از لوله‌های سختی گیر شنیده نشود.
• دقت کنید به لوله اصلی داخل دستگاه سختی گیر، آسیبی وارد نشود.
• در پی تمام شدن کار، تمام تجهیزات و اجزا را به درستی در جای خود قرار دهید.

مزایای استفاده از رزین سختی گیر

میزان سختی آب در آبهای صنعتی، موضوعی بسیار پراهمیت است. برای مثال کلسیم یکی از عوامل سختی آبهاست و در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن، شدیداَ موثر است. ولی به همان اندازه سولفات کلسیم به علت قابلیت هضم پایین، باعث بروز ناراحتی‌هایی در دستگاه‌هاضمه می‌شود. لذا توصیه می‌شود جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان، آهک نیز به آب آشامیدنی افزوده شود. گرچه استفاده از رزین سختی گیر برای رفع سختی آب، میتواند یک راه حل پایه ای مناسب، عالی و قدرتمند به‌نظر می‌آید.

برخی از دانشمندان معتقدند بهتر است کلسیم و منیزیم مورد نیاز بدن توسط غذا تامین گردد و حتی‌الامکان از آبهای سبک جهت شرب استفاده گردد. بدن انسان نسبت به سنگینی آب آشامیدنی، حساسیت دارد. یعنی در صورتیکه مشخصات آب تغییر یابد، ممکن است دستگاه گوارش دچار اختلال شود!!. نوشیدن بیش از حد آب سخت، موجب رسوب در کلیه‌ها شده و نهایتاً باعث ایجاد سنگ کلیه در افراد می‌گردد. همچنین موجب بیماری های گوارشی و کلیوی نیز خواهد شد. دررابطه با کاربرد صنعتی «عملیات سختی‌گیری آب‌ها» میتوان گفت:

عملیات سختیگیری آبها توسط صنایع غذایی مختلفی صورت می‌پذیرد. زیرا بعنوان مثال آب سخت، موجب از دست رفتن طعم و مزه نوشیدنی‌ها می‌شود!!. دیر پخته شدن غذا و سفتی حبوبات نیز از دیگر مضرات استفاده از این آبهاست!.

از دیگر مضرات استفاده از آبهای با سختی بالا، می‌توان به آسیب دیدگی جداره دیگ‌های بخار اشاره نمود. چنانکه آبهای با سختی بالا میتوانند باعث خوردگی و ایجاد قشر آهکی بر روی دیواره و جداره دیگ ها و تأسیسات مرتبط ‌شوند. عدم ایجاد کف صابون نیز از دیگر اثرات این آبهاست که موجب افزایش مصرف صابون و شوینده می‌شود.

عوامل تعیین کننده مقدار رزین سختی گیر

برای تعیین مقدار رزین سختی گیر باید به عوامل و موارد مختلفی توجه نمود. رزین‌ها در بازدهی نهایی سختی گیر نقش مهمی دارند و هنگام طراحی دستگاه سختی‌گیر باید به نوع، جنس و مقدار رزین توجه شود. اصلی ترین پارامترهای موثر در این زمینه عبارتند از:

• نوع رزین سختی گیر،
• جنس رزین،
• سرعت عبور جریان آب از سختیگیر،
• سختی آب منطقه،
• زمان تماس مورد نیاز بین ذرات رزینی و آب،
• سطح مقطع این ذرات،
• زمان بک واش و
• میزان آب برداشتی در هر سیکل.

بطور کلی در هر 30 لیتر رزین، جریان آب باید با سرعت 19 لیتر در دقیقه از سختی گیر عبور کند. حداکثر جریان عبور آب و میزان خروجی آن می‌تواند 28 لیتر در دقیقه باشد. سرعت عبور جریان آب از سختی گیر یا همان دبی جریان، به ازای هر 30 لیتر رزین، نباید از 11 لیتر در دقیقه کمتر باشد. برای جلوگیری از:

• هرگونه نشتی و
• عبور ناخالصی از سختی‌گیر،

بهتر است سرعت عبور جریان آب حداکثر به 30 لیتر در دقیقه، به ازای هر 0.1 متر مربع سطح مقطع رزینها، محدود شود. البته تمامی کمیّات فوق، میتواند بسته به نوع یونها متفاوت باشد. فلذا در ادامه به بررسی شباهتها و تفاوتهای کاتیون ها و انیون‌ها خواهیم پرداخت.

تفاوت رزین‌های کاتیونی و آنیونی

گروه‌های فوق، هر دو دارای نوع قوی و نوع ضعیف هستند. چنانکه به طور کلی رزین‌های قوی در یک محدوده وسیع PH و رزین‌های نوع ضعیف برای یک محدوده کوچک از PH مناسب هستند. شایان ذکر است رزینهای نوع ضعیف در صنایع، کاربرد بیشتری نسبت به مدل‌های نوع قوی دارند. به‌همین علت معمولا گرانتر هستند. (راندمان احیا رزین‌های ضعیف، بسیار بیشتر از مدلهای قوی است).

شباهت رزین‌های کاتیونی و آنیونی

رزین‌های تبادل یونی کاتیونی و آنیونی، تشابه‌هایی با یکدیگر دارند که در زیر به آن‌ها اشاره شده است:

• هر دو دانه‌هایی کوچک، متخلخل و پلاستیکی می‌باشند.
• دارای قطری 5.5 میلی متری هستند که البته این عدد می‌تواند متغیر باشد.
• دارای یک عدد خنثی کننده هستند تا بتوانند در داخل و خارج از مهره، حرکت نمایند.
• با یونی از بار مشابه، طی عملیات تبادل یونی تعویض می‌شوند.

فرآیند تبادل یونی چگونه است؟

عملیات تبادل یونی (Ion-exchange)، درحقیقت تبادل یون‌ها بین «دو الکترولیت» یا بین «یک محلول الکترولیت و یک ترکیب» است. پیشتر نیز عنوان شد که اکثراَ این اصطلاح به فرآیندهای تصفیه، جداسازی و ضدعفونی محلول‌های آبی و دیگر محلول‌های حاوی یون با پلیمر جامد یا کانی مبدل یون، اطلاق می‌شود. تبادل ‌کننده‌های معمولی یونی شامل:

• طیف های مختلف رزین‌ سختی گیر تبادل ‌کننده یون،
• زئولیت،
• مونتموریونیت،
• رس و
• گیاه خاک

هستند. تولید آب خالص یا آب بدون یون با استفاده از رزینهای تبادل یونی، یکی از روش های مرسوم از گذشته تا به حال بوده است. به‌همین منظور به بررسی گام‌ها و مراحل مختلف فرآیند تبادل یونی خواهیم پرداخت.

فرآیند تبادل یونی

آب ورودی جهت تبدیل به آب بدون یون، از دو ستون «تعویض یونی» عبور می‌کند. ستون اول از رزین کاتیونی تشکیل شده است که یون های کاتیونی موجود در آب را جذب کرده و به جای آن، یون H مثبت وارد آب می‌شود. درادامه آب وارد ستون دوم یا ستون آنیونی می‌شود و یون های آنیونی آب نیز جذب و حذف میشوند. بخاطر داشته باشید که به جای یونهای آنیونی، یون OH منفی وارد آب می‌گردد. به‌عبارتی با حذف کامل یونهای مثبت و منفی آب، آبی بدون یون جهت کاربرد های مختلف حاصل می‌گردد. انجام این فرآیند توسط رزین سختی گیر تبادل یونی، امکان پذیر است.

تبادل یون با رزین سختی گیر

پس از مدتی که ستون های رزینی کاتیونی و آنیونی به مرز اشباع رسیدند، جهت بازگشت به ظرفیت جذب اولیه، با محلول های:

• اسیدی و
• بازی،

احیا می‌گردند و یون های جذب شده به سوی جریان پساب خروجی، دفع می‌شوند. فرآیندهای تبادل یونی یکی از اشکال پدیده جذب سطحی است. بطوری که در آن فاز سیال، در تماس با فاز جامد جاذب قرار می‌گیرد. طی این تماس برخی از اجزای موجود در فاز سیال، کاملاَ جدا شده و جذب فاز جامد میشوند. بیاد داشته باشید که:

فرآیند تبادل یونی رزین سختی گیر و…، فرآیندی برگشت پذیر است که طی آن یون های خارجی موجود در آب، جذب گروه‌های عاملی قرار گرفته بر روی شبکه پلیمری (فاز جامد) می‌گردند. بدین ترتیب هرگونه ناخالصی یونی آب برطرف می‌شود.

بعد از اشباع شدن گروه‌های عاملی، سیستم تحت عملیات بازیابی و شستشوی شیمیایی قرار می‌گیرد. (سپس مجدداً وارد چرخه استفاده می‌شود)

پروسه تبادل یونی

روش‌های تبادل یونی، بر اساس تبادل برگشت پذیر یونها بین «محلول» و «یک فاز جامد» استوار هستند. فاز جامد در آب، غیر محلول بوده و دارای گروههایی به‌صورت بنیان اسیدی یا بازی است. این بنیان ها عوامل اصلی تبادل یونها هستند. اجزای تشکیل دهنده‌ فاز جامد ممکن است از ترکیبات معدنی شبیه زئولیتها باشند که اسکلت آنها از آلومینیم سیلیکاتها تشکیل شده است.

ترکیبات مذکور چون در مقابل اسیدها و بازها مقاومت چندانی ندارند، کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته ترکیبات معدنی جدید از مشتقات ZrO2 ساخته شده اند که عناصر ترکیباتی همچون:

• زیرکونیوم فسفات،
• زیرکونیوم تنگستات و
• مولیبدات زیرکونیوم،

از جمله آنها بوده و برای جداسازی فلزات قلیایی و قلیایی خاکی از هم، بکار میروند.

ویژگیهای رزین‌های تبادل یونی

• طیف‌های رزین سختی گیر تبادل یونی، نوعی ماتریس پلیمری حل نشدنی به‌شمار می‌روند. (بدلیل اینکه در آب حل نمی‌شوند، کارایی ویژه ای برای تصفیه آب و ضدعفونی نمودن آن پیدا نموده‌اند)
• این رزینها حاوی یون های ناپایدار هستند. یون های ناپایدار رزینها، عمل تبادل یونها را انجام می‌دهد.
• باعث کاهش سختی آب می‌شوند.
• قدرت ویژه ای از خود برای تصفیه و ضد عفونی نمودن آب، نشان می‌دهند.
• مدلهای متعددی از آنها قابل تولید بوده و در بازارها، در دسترس است.
• کاملا به صرفه و اقتصادی هستند.
• احیاء پذیر می‌باشند و به همین دلیل انواع رزین سختی گیر، یک بار مصرف نیستند. (البته بسته به شرایط استفاده)
• مقاومت بسیار بالایی دارند.
• گونه‌های کاتیونی ضعیف، تنها می‌توانند کاتیون های قلیایی آب را جذب کنند.
• برای جذب تمامی آنیون های موجود در آب، باید از resin آنیونی قوی استفاده کرد.
• برای حذف آنیون اسیدهای قوی مانند اسیدسولفوریک، کلریدریک و نیتریک از رزین آنیونی ضعیف استفاده می‌شود.
• مقاومت بالا، از مزیت های مهم resin آنیونی ضعیف نسبت به نوع قوی آن می‌باشد. به همین دلیل در سیستم های تصفیه آب بیشتر از رزین آنیونی ضعیف استفاده می‌شود.

آب سخت چیست؟

چنانچه آب حاوی نمکهای معدنی، از قبیل ترکیبات:

• بی‌کربنات،
• یون‌های کلسیم،
• منیزیم

و غیره باشد، آب سخت نامیده می‌شود. نوع سختی آبها میتواند «دائم» و یا «موقت» باشد. درهمین رابطه، مولفه‌های متمایز کننده‌ی این دو گروه عبارتند از:

سختی دائم یا سختی غیرکربناتی: عبارتست از سختی بدون نمک‌های بی‌کربناتی (مانند کلرید، سولفات و غیره).

سختی موقت یا سختی کربناتی: تشکیل یافته از بی کربنات کلسیم و منیزیم است و از اختلاف حاصل از سختی‌های کل و دائم بدست می‌آید. (منظور از سختی کل (TH)، مجموع مقدار کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) است)

میزان سختی‌ آب در حالت کلی، بر مبنای دو فلز کلسیم و منیزیم ارزیابی می‌گردد. یون‌هایی مانند آلومینیم، آهن، منگنز و روی نیز البته در سختی‌پذیری آب، به میزان کمتری تاثیر گذار هستند. هنگام استفاده کارآمدتر از رزین سختی گیر، توجه به تمامی یونهای موجود در آب حائز اهمیت است.

طبقه بندی آب از نظر سختی

اندازه گیری سختی آب توسط آزمایشگاه ذیصلاح محاسبه و تعیین می‌گردد. میزان سختی آبها، شامل یون‌های Ca+2 و Mg+2 می‌باشد و بر حسب میلی‌گرم بر لیتر mg/L (یا در یک میلیونppm) عنوان می‌گردد. ذیلاَ طبقه بندی این نوع آبها، ذکر شده است:

• آبهای سبک: 0 تا 150 میلی گرم در لیتر.
• مقدر سختی متوسط: آب های با سختی 150 تا 300 میلی گرم در لیتر.
• آبهای سخت: 300 تا 400 میلی گرم در هر لیتر.
• آبهای خیلی سخت: بالاتر از 400 میلی گرم در هر لیتر.

مفاهیم آب مقطر، آب دیونیزه و آب خالص

آب مقطر عبارت است از آبی که ناخالصی آن به روش تقطیر (distillare) جدا شده باشد. تقطیر از جمله مهمترین و متداول‌ترین روش های جداسازی ناخالصی‌ها از آب بشمار می‌آید. بمنظور انجام این روش، آب به نقطه جوش رسانده شده و بخارات آب به ظروف دیگر منتقل می‌گردد. اساس کار تقطیر بر توزیع اجزا بین دو فاز:

• مایع و
• گاز

می‌باشد که پایه جداسازی مواد از همدیگر، به علت تفاوت نقطه جوش است.

درسوی دیگر، آب دیونیزه عبارت است از آبی که یون زدایی شده باشد. یعنی در فرآیند شیمیایی دستگاه دیونایزر، با استفاده از رزین‌های تبادل یونی (غالباَ رزین سختی گیر میکس بد پرولایت)، تقریباً تمام یون های آب حذف گردد. عمده کاربرد آب بدون یون، مربوط به صنایع داروسازی، آرایشی و بهداشتی و ساخت داروها می‌باشد.

آب فوق خالص عبارت است از آبی که کلیه مراحل پیش‌تصفیه، تصفیه اولیه و تصفیه نهایی را طی کرده باشد. چنانکه در پیش تصفیه، غالباً از فیلترهای الیافی رسوب‌گیر برای حذف ذرات جامد بهره می‌گیرند. فیلترهای اسمز معکوس حذف یون ‌ها در مرحله تصفیه اولیه بکار برده می‌شوند. سرانجام در تصفیه ثانویه نیز از فیلترهای تبادل یونی رزینی به‌صورت بستر مخلوط (رزین سختی گیر میکس بد)، استفاده می‌شود. (برای حذف یون‌های باقی‌مانده)

بایستی دقت نمود آب فوق خالص با آب دیونیزه شده متفاوت است. ضمن اینکه آب فوق خالص فاقد ذرات ارگانیک و گازهای محلول بوده و به حداکثر خلوص آب از نظر هدایت الکتریکی تا 0.056 میکرو زیمنس می‌رسد. موارد کاربرد اصلی آب های فوق خالص عبارتند از:

• صنایع نیمه‌هادی‌ (تولید کنندگان لوازم الکترونیکی نیمه رسانا)،
• نیروگاه‌های فتوولتائیک خورشیدی،
• داروسازی،
• تولید انرژی (دیگ‌های فوق بحرانی و زیربحرانی)
• و کاربردهای خاص مانند آزمایشگاه‌های تحقیقاتی.

فیلم تعویض رزین کاتیونی سختی گیر

سوالات متداولی که پیش بینی مینمائیم در مورد رزین‌های سختی گیر برای شما نیز مطرح شوند را ذیلا پاسخ داده ایم. پیشنهاد می نمائیم حتما آنها را مطالعه کنید.

1. کاربرد رزین‌های تبادل یونی در عمل تصفیه آب دیونیزه؟

طیف‌های مختلف رزین سختی گیر تبادل یونی برای تولید آب دیونیزه استفاده می‌شوند. گروه عملکردی رزینهای کاتیونی، منفی است و بنابراین یون های با بار مثبت آب را جذب می‌کند.

2. نقش رزین تبادل یونی در تصفیه آب چیست؟

پروسه‌ی تبادل یونی آب، از طریق رزینهای کروی و متخلخل (رزین سختی گیر) صورت می‌پذیرد. نرم کننده‌های آب شامل دانه‌های resin هستند که دو یون سدیم را با هر یون کلسیم یا منیزیم جهت تولید آب نرم، مبادله می‌کنند.