Ионообменная очистка воды: преимущества и особенности метода

Ионный обмен – процесс обмена между теми ионами, которые находится в растворе, и ионами, находящимися на поверхностях твердой фазы материалов (ионитов). Сущность метода ионообменной очистки воды определяется областью его применения.
Ионообменная установка

Ионообменный метод – особенности очистки воды данным способом

Самым эффективным способом водоподготовки и умягчения воды сегодня считается именно ионный обмен. Данная методика широко применяется и в промышленности, и в быту. Жесткость воде придают растворенные в ней соли магния и кальция, а ионный обмен регулирует их содержание и, соответственно, нормализует состав. В итоге минеральные соли жесткости заменяются на другие химические структуры, и вода сохраняет нужные свойства. Для проведения водоподготовки путем ионного обмена используются специальные фильтрующие устройства – сначала их заполняют ионитами, а потом запускают воду.

Вода просачивается сквозь ионообменный материал, в результате чего в ней большая часть ионов электролитов заменяется на иониты, изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость. В отличие от аэрации, ионная очистка не приводит к выпадению солей жесткости в осадок, а значит, устанавливать дополнительные фильтрующие устройства не требуется.

Принципы и технология работы ионных умягчителей

Самый популярный химический реагент, используемый для водоподготовки ионным способом – это специальная смола. Она представляет собой твердое вещество неорганического происхождения с пористой структурой. В состав смолы входят различные функциональные добавки, которые и отвечают за протекание реакций ионного обмена. Форма выпуска – гранулы разных размеров (они являются произвольными). Если смола была получена в ходе полимеризации, она будет шаровидной, а если путем поликонденсации, то неправильной формы. При взаимодействии с водой смола набухает.

Ионообменная смола

Смола в процессе замены ионов солей жесткости постепенно утрачивает первоначальный состав, рабочие характеристики в ходе эксплуатации безвозвратно изменяются. Чтобы восстановить работоспособность реагента, обычно используется раствор обычной поваренной соли, реже, но тоже может применяться лимонная кислота. Учтите, что восстановление солью не вернет смоле все первоначальные качества, поэтому со временем ионные фильтры меняют. Если все делать правильно и регулярно очищать вещество, оно прослужит вам около трех лет.

Ионообменный метод очистки воды: плюсы и минусы

К очистке ионообменным способом обычно прибегают в том случае, если нужно подготовить воду с высокой минерализацией – то есть около 100-200 мг солей на один литр. Ионообменные умягчители могут эффективно работать с очень высоким уровнем жесткости. Есть у них минусы? Да, как и у любых других систем, поэтому давайте рассмотрим преимущества и недостатки ионообменной технологии водоподготовки более подробно.

Достоинства:

  • Очень высокое качество очистки и умягчения воды.
  • Снижение содержания в жидкости не только солей жесткости, но и других вредных веществ.
  • Простота эксплуатации и обслуживания.

Недостатки:

  • Высокие расходы на восстановление химических реагентов.
  • Необходимость правильной утилизации использованных реагентов.
  • Низкий показатель гидрофильности смолы.

Впрочем, в передовых системах все минусы являются практически незаметными – расход реагентов в них медленный, а за счет специальных катализаторов процесс обработки воды возрастает в разы.

Технология умягчения воды с помощью ионов: необходимое для работы оборудование

Технические особенности оборудования и его стоимость определяются с учетом сферы применения – фильтры для стоков бывают очень габаритными, в то время как бытовые устройства максимально компактные и малошумные. Минимальный ценник на домашнюю систему подготовки воды составляет 300 долларов. Основные форм-факторы:

  1. Маленькие стационарные устройства со сменными картриджами.
  2. Ионообменные колонны – габаритные устройства, которые подключаются непосредственно к водопроводу.

Бытовая система ионного обмена оснащается несколькими баллонами и насосом. Фильтры колонного типа состоят из:

  • рабочей емкости – имеет вид герметичного бака или баллона, заполненного ионообменной смолой.
  • клапана с электронным процессором, управляющим подачей воды.
  • емкости для восстановительного материала – имеет вид бака, куда засыпается соль.

Работа умягчителей является полностью автоматизированной – процессор подает воду в колонну, та попадает в ионообменную среду и отдает смоле ионы солей жесткости, после чего очищенная вода через шланг вывода подается к устройствам водопотребления. Когда реагент истощается, устройство направляет немного жидкости в специальный бак, и после насыщения соляным раствором она снова возвращается в смоле. Циркуляция продолжается до тех пор, пока система не будет восстановлена. В принципе бытовые и промышленные системы между собой различаются только размерами рабочих емкостей и типами используемых реагентов – принцип действия у них один.

Очистка воды методом ионного обмена и правила восстановления смолы

В фильтрационных установках с картриджами восстановление смолы осуществляется строго вручную. Порядок действий:

ВсеИнструменты
  1. Для начала нужно перекрыть подачу воды в фильтр, а затем сбросить внутреннее давление.
  2. Достаньте картридж со смолой и промойте его под проточной водой.
  3. Высыпьте смолу в отдельную посудину и покройте соляным раствором (если картридж разбирается) или опустите в раствор картридж целиком. Раствор готовьте из расчета 100 г соли на литр воды, воды нужно в среднем 2-4 л.
  4. Оставьте смолу в растворе примерно на 6-8 часов, затем слейте раствор и промойте смолу предварительно отфильтрованной чистой водой 2-3 раза.
  5. Установите картридж в исходное положение.

В первых литрах воды, пропущенных через только что очищенный фильтр, может ощущаться легкий вкус соли – это нормально.

Умягчение воды катионированием

Кроме ионной водоподготовки, процесс умягчения воды часто называется как катионирование. Под катионированием подразумевается процесс обработки жидкости с применением методики ионного обмена, в результате чего происходят процессы катионного обмена. С учетом типа ионов (Н+ или Na+), которые находятся объеме катионита, выделяют два вида катионирования – Н и Na.
Катионит ионообменная смола

Натрий-катионитовый метод

Натрий-катионитовый метод применяется для умягчения воды с процентным содержанием взвешенных веществ до 8 мг/л и цветностью воды не больше 30 град. Жесткость снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом до 0,01 мг-экв/л. Преимущества способа – доступность, низкая цена, простая утилизация продуктов регенерации.

Водород-катионитовый метод

Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения воды. Он основывается на фильтровании жидкости через слой катионита. При Н-катионировании рН фильтрата снижается в значительной мере, происходит это за счет образующихся в ходе процесса кислот. Углекислый газ уделяется дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).

Другие физико-химические методы очистки воды

Все физико-химические способы очистки воды направлены на удаление растворенных в ней примесей, а в ряде случаев и взвешенных частиц. Многие методики физико-химической очистки также требуют глубокого предварительного выделения из стоков взвешенных включений, для чего применяется процесс коагуляции. Основные методики физико-химической очистки воды:

  • флотация;
  • сорбция;
  • электрохимическая и ионообменная очистка;
  • нейтрализация;
  • гиперфильтрация;
  • экстракция;
  • эвапорация;
  • выпаривание, испарение, кристаллизация.

При этом самым востребованным способом является именно метод флотации, направленный на извлечение из водных масс нефтепродуктов и других гидрофобных частиц с помощью газовых пузырьков. В основе процесса очистки лежит молекулярное слипание частичек масла и пузырьков тонкодиспергированного газа. Образование пузырьков зависит от интенсивности их столкновения, а также химического взаимодействия веществ в воде, избыточного давления газа, прочих факторов.

Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена? Перспективы применения метода

Ионный обмен – это, пожалуй, одна из самых популярных сегодня методик умягчения, опреснения и обессоливания воды, а также практичный способ рекуперации ионных компонентов. Он позволяет извлекать, а затем утилизировать ценные примеси, поэтому широко применяется в промышленности, аналитической химии. Посредством ионного обмена концентрируются следовые количества определяемых веществ, рассчитывается суммарное солесодержание растворов, удаляются мешающие анализу ионы, разделяют компоненты сложных смесей. Ионный обмен используется для получения обессоленной и умягченной воды в таких отраслях как цветная металлургия, электронная промышленность, атомная и тепловая энергетика, пищевая отрасль, очистка сточных вод, пр. Ведутся активные работы, направленные на создание станций для извлечения ценных компонентов из океанских глубин.

Оценка: 1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (3 голосов, оценка: 5,00 из 5)
Загрузка...