Очистка воды методом ионного обмена

Соли кальция и магния, растворенные в воде, делают ее более жесткой. В результате использования такой воды на нагревательных приборах образуется накипь, а в результате потребления – излишки солей откладываются в организме человека.

Задача очистки воды методом ионного обмена состоит в уменьшении количества жестких солей (кальций и магний) и увеличения мягких солей (натрий).

Принцип ионного обмена состоит в том, что ионообменные материалы (иониты) в картридже фильтра вступают в реакцию с химическими элементами воды и производят замещение жестких солей на мягкие («высасывают» из воды магний и кальций и насыщают воду натрием) . Меняется ионная структура жидкости и вода становится более пригодной к употреблению.

Метод ионного обмена используется повсеместно как для получения очищенной воды, так и в качестве предварительной очистки для определенных процессов в атомной и теплоэнергетики и некоторых других отраслях промышленности.

Этот метод применяется также в случаях, когда требуется извлекать только определенные примеси, оставляя другие, т.е. селективно.

Существует несколько типов ионообменных материалов:

1. Ионообменные смолы

2. Волокнистые ионообменные материалы

3. Ионообменный материал Арагон

Все ионообменные материалы содержат иониты – нерастворимые в воде твердые вещества, имеющие в своем составе ионообменные функциональные группы, способные к ионизации в растворах и ионному обмену с растворами.

При ионизации возникают два вида ионов, одни жестко закреплены в материале, другие, противоположного знака (противоионы) способны переходить в раствор в обмен на такое же количество ионов другого вещества того же знака из фильтрующегося раствора.

Существует несколько групп ионитов, которые делятся на четыре основных вида:

1. Селективные иониты

2. Амфолиты

3. Катиониты

4. Аниониты

Различают органические и неорганические иониты, по материалу, который используется как основа для фиксации функциональных групп.

Селективные иониты – иониты, которые удаляют строго определенные вещества. Создаются они с использованием функциональных групп, имеющих способность осуществлять ионный обмен со строго определенным веществом. Таким образом, ионный метод очистки воды позволяет отфильтровать трудноудаляемые вещества, например, определенные тяжелые металлы, бор, радионуклиды.

Амфолиты – иониты, удаляющие как катионы, так и анионы, за счет того, что имеют функциональные группы и одного и другого типа.

Катиониты – иониты, в которых закреплены жестко анионы, и обмен осуществляется незакрепленными катионами. Окончание ресурса использования катионитов рассчитано таким образом, чтобы прекратить его использование по окончании ресурса.

Аниониты – иониты, в которых жестко закреплены катионообменные группы, и обмен происходит за счет обмена незакрепленных анионов, на анионы находящиеся в фильтруемой воде. Окончание ресурса использования также рассчитано таким образом, чтобы прекратить фильтрацию по окончании ресурса. Расчет производится на основании расчетной обменной емкости материала, указанного производителем.

Далее, если фильтроматериал подлежит регенерации - его регенерируют. Если же фильтроматериал не регенерируемый, он подлежит замене.

Иониты обладают определенными характеристиками. Среди них наиболее информативными являются:

1. Фракционный (гранулометрический) состав – обычно размер гранул смолы определяется пределом 0,3-2,0 мм.

2. Обменная емкость – величина, измеряемая в мг-экв/л., показывающая, сколько мг-экв примеси материал способен удалить до окончания ресурса. Указывается в паспорте ионита, постепенно снижается при эксплуатации даже при регулярной регенерации вследствие необратимых загрязнений и старения материала. Высокая обменная емкость необходима при ионной очистке сточных вод.

3. Селективность – способность избирательно очищать определенные вещества, обычно селективность невелика, но специальные смолы способны показывать высокую селективность.

4. Механическая прочность – способность ионита противостоять истиранию, скачкам давления и т.п., увеличение прочности ионита неизменно ведет к снижению скорости ионообменных процессов и наоборот.

5. Осмотическая стабильность - способность ионита противостоять изменением состава воды по различным веществам. Среда постоянно изменяется, и чем более спокойно ионит воспринимает эти изменения, тем выше его осмотическая стабильность.

6. Химическая стабильность – способность работать в резко изменяющихся условиях кислотности и щелочности, способность более стабильно работать при высоких концентрациях окислителей.

7. Температурная устойчивость – большинство мультикомпонентных смол работают на полную расчетную обменную емкость при температурах до 40° С, при этом есть смолы работающие до 150° С.

Простота использования, малые капитальные затраты, давно отработанная технология использования, отсутствие преград для получения большой производительности делает метод очистки воды ионным обменом одним из основных в сфере водоподготовки и водоочистки.