رزین ها

درباره رزین ها

رزین (Resin) چیست؟

اکثر آب های مورد استفاده در مصارف صنعتی و به ویژه شرب شهری دارای مقادیر قابل توجهی ناخالصی و نمک های محلول در آب می باشند که در این میان یون های کلسیم و منیزیم از مهمترین و عمده ترین ناخالصی ها در ایران است. مقدار فراوان این یون های کاتیونی در آب به هیچ وجه برای مصارف صنعتی، بهداشتی و همچنین آشامیدنی مناسب نمی باشد.لذا برای بهره گیری بیشتر از این منابع آبی به ویژه آبهای زیر زمینی نیازمند سختی گیری به روش مناسب هستیم. در میان روش های مختلفی که معمولاً بدین منظور استفاده می شوند، متداول ترین و مقرون ترین روش برای حذف سختی آب، استفاده از روش تبادل یونی و دستگاه سختی گیر رزین می باشد.

رزین (Resin) چیست؟

رزین (Resin) | رزین پرولایت

رزین ها ترکیباتی بسیار چسبنده و آب گریز هستند که تحت شرایطی به ماده سخت تبدیل می شوند. این مواد معمولاً در الکل قابل حل هستند اما در آب انحلال پذیری خوبی ندارند. رزین ها بسته به ترکیب شیمیایی خود دارای انواع و کاربردهای مختلفی هستند.

رزین اصطلاحی است که برای دو نوع بسپار طبیعی و مصنوعی استفاده می شود و از هر دو نوع آن را در صنایع مختلف استفاده می گردد. رزین ها مصنوعی در مقایسه با رزین های طبیعی دارای پایداری، یکنواختی و ناخالصی پایین تری هستند.

•رزین طبیعی: منابع طبیعی رزین، به طور کلی حیوانات، گیاهان و مواد معدنی هستند. این بسپارها شکل پذیری خوبی دارند، بنابراین دوام آنها پایین است. رنگ رزین های طبیعی (گیاهی) از شفاف تا قهوه تیره متغیر است و میزان سختی و کدورت مختلفی دارند. بعضی از آنها دارای ترکیبات ناپایدار و به شدت فرار هستند. بهترین نوع رزین طبیعتی بوی تندی دارد و از شیره درخت کاج گرفته می شود. این ماده چسبندگی زیادی دارد و با گذشت زمان سفت می شود. برخی از گیاهان ماده ای مشابه به نام صمغ تراوش می شود که با آب واکنش نمی دهد و نرم تر و انعطاف پذیری بیشتری دارد. با ایجاد خراش بر روی برخی درختان مایع غلیظی (صمغ) از آن خارج می شود که همان رزین طبیعی می باشد، اما در تشخیص این درختان رزینی باید توجه کافی گردد، زیرا ممکن است حاوی ترکیب هپتان باشند که هیدروکربنی قابل اشتعال و انفجار می باشد.

ماده زینتی و مشهور کهربا در نتیجه سخت شدن رزین گیاهی حاصل می شود. این ماده غالباً به رنگ طلایی تیره که رنگ مرسوم رزین های گیاهی است یافت می شود. البته کهربا در رنگ های نادر دیگر مانند آب نیز تاکنون مشاهده شده است.

•رزین مصنوعی: رزین های مصنوعی معمولاً توسط واکنش های شیمیایی در آزمایشگاه تهیه می شوند. این رزین ها چون در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی از ترکیب مواد شیمیایی مختلفی مانند انواع روغن ها و اسیدهای چرب تولید می شوند، بنابراین در مقایسه با رزین های طبیعی دارای خواص قابل پیش بینی تر، یکنواخت تر و خالص تر خواهند بود. رزین های مصنوعی از دانه های کروی ژله ای در محدوده اندازه مشخص تشکیل شده اند و معمولاً در رنگ های کهربایی دیده می شوند. این رزین ها از نظر ساختاری دارای مولکول های بزرگ دو سر قطبی با بار مخالف هستند که از آنها می توان در تولید انواع پلاستیک، چسب، رنگ، انواع لاک ها، فرم ها، پوشش ها و نیز می توان جهت تولید برخی قطعات کامپوزیتی، لمینت ها، سنگ های مصنوعی و به جای رزین های طبیعی استفاده شوند، اما مهمترین کاربرد رزین های مصنوعی را می توان استفاده در صنعت تصفیه آب و فاضلاب دانست.

فرایند تبادل یونی

فرایند تبادل یونی

تبادل یونی یکی از اشکال پدیده نفوذ و جذب سطحی است که در آن یون های مشخصی در مواد جامد و غیر محلول با یون هایی در یک محلول تعویض می شود. این مبادله فرایندی قابل برگشت است و برای اجرای آن لازم است که فاز جامد و مایع با یکدیگر با هم در تماس باشند. جسم جامد به گونه ای انتخاب می شود که یون های آن و یون های محلول با یکدیگر هم علامت باشند. در فرایند سختی گیری توسط رزین های تبادل یونی، یون های غیر مطلوب از آب، توسط یک ماده تبادلگر یون (مثل رزین) با یونی دلخواه مبادله می شود.

پیدایش رزین

رزین هزاران سال است که مورد استفاده بشر قرار می گیرند. در گذشته ازرزین (شیره) درخت کاج برای مومیایی کردن اجساد، تولید عطر، جواهرات، جلا دادن، لاک، ساخت ظروف غذایی، عایق بندی قایق ها و ... استفاده می شد.

در سال 1935 دو شیمیدان انگلیسی به نام های آدامز (Adams) و هولمز (Holmes) خواص تبادل یونی مواد ناشی از تقطیر مواد جدا کننده قلیایی یا اسیدی را با موفقیت کشف کردند. این مرحله مهم سرآغازی برای آشنایی انسان با خواص رزین های تبادل یونی به شمار می آید. با پیشرفت تکنولوژی بشر به این نکته پی برد که رزین ها می توانند به پلیمر تبدیل شوند، این یافته مهم منجر به کشف رزین های مصنوعی گردید. رزین های تبادل یونی برای اولین بار در سال های 1938 در آلمان تولید شده و به فروش رسیدند. امروزه به دلیل خاصیت ویژه رزین های تبادل یونی (مصنوعی) از آنها به طور گسترده برای تولید پلیمر استفاده می شود که ارزانتر و تصفیه راحت تری دارند.

انواع رزین ها

انواع رزین ها

رزین ها از نظر ترکیب شیمیای به طور کلی به انواع زیر طبقه بندی می شوند:

• رزین آلکیدی

• رزین پلی استر

• رزین فنولیک

• رزین وینیل استر

• رزین اپوکسی

• سایر رزین ها

کاربرد رزین ها

کاربرد رزین ها رزین ها در واقع پلیمرهایی و به عبارتی دیگر کوپلیمرهایی با جرم مولکولی بالایی هستند که در زنجیره مولکولی خود گروه های فعالی (عاملی) دارند. این پلیمرها معمولاً در دمای محیط، به صورت مایعی با ویسکوزیته بالا و ظاهری عسل مانند، شفاف به رنگ زرد روشن تا مایل به قهوه ای هستند. رزین ها دانه های جامد و پولکی می باشند که در صورت نیاز آنها را در حلال مناسب حل می نمایند.

از وظایف مهم رزین در پوشش ها، تشکیل فیلمی از رنگ روی سطح می باشد. بخش اصلی پوشش های حفاظتی معمولاً از جنس رزین است که می تواند به عنوان محمل رنگ بوده و سایر اجزای پوشش را در درون خود نگهدارد.

برخی مهمترین کاربردهای صنعتی رزین در تصفیه آب موارد زیر هستند:

• سختی گیری آب شرب و صنعتی

• یونزدایی کامل و تولید آب فوق خالص توسط رزین بستر مخلوط (Mixed bed)

• صنایع دارویی و خالص سازی مواد

• حذف و بازیافت رنگ درصنایع نساجی

• صنایع غذایی و آشامیدنی

• تولید آب مورد استفاده جهت شستشوی نماهای شیشه ای

• استفاده در تصفیه خانه ها و تصفیه فاضلاب

• کاهش سختی آب چاه و حجم زیاد آب

• صیقل دادن سطوح پس از فرایندهای مبادله یونی

• حذف مواد معدنی غیر اورگانیک (همراه یا بدون حذف سیلیکا)

• حذف فلزات سنگین از آب

• حدف نیترات و فلوراید از آب

• حذف رنگ و مواد آلی

• نیروگاه ها

• نیروگاه های هسته ای

• بازیابی و جداسازی فلزات گرانبها

• استفاده به عنوان کاتالیست در برخی فرایندها

شست و شوی ممبران‌های دستگاه تصفیه آب صنعتی

سختی آب چیست؟

آب سخت (Hard water) آبی است که شامل نمک های معدنی مانند ترکیبات بی کربنات، یون های کلسیم، منیزیم و ... باشد. سختی آب در عمل براساس دو عنصر کلسیم و منیزیم اندازه گیری می گردد، البته موادی مانند آلومینیوم، آهن، منگنز و روی نیز در سختی آب شرکت می کنند، اما غلظت آنها نسبت به کلسیم و منیزیم بسیار پایین و قابل چشم پوشی هستند.

سختی به طور کلی دارای دو نوع سختی موقت و دائم است. به سختی دائم اصطلاحاً سختی غیر کربناتی نیز می گویند که شامل سختی بدون نمک های بی کربناتی (ازجمله کلرید، سولفات) می باشد. نوع دیگر سختی، سختی موقت یا سختی کربناتی و شامل بی کربنات کلسیم و منیزیم است. از مجموع این دو نوع سختی آب، سختی کل (total hardness یا TH) بدست می آید.

• سختی موقت یا سختی کربناتی (Carbinated hardness):

سختی که به دلیل وجود ترکیباتی مانند بی کربنات کلسیم، منیزیم و آهن در آب باشد را سختی موقت می گویند. این سختی آب را می توان توسط جوشاندن به مقدار قابل توجهی کاهش داد.

• سختی دائم آب (Nocarbonated hardness):

نوع دیگری از سختی آب است که در اثر وجود نمک های دیگری غیر از موارد بالا ایجاد می شود و به آسانی و توسط جوشاندن از بین نمی رود. برای حذف این سختی معمولاً از روش های مختلف شیمیایی استفاده می گردد. این نوع سختی را سختی پایدار یا سختی غیر کربناتی آب می گویند که شامل ترکیباتی مانند سولفات ها، نیترات ها، کلرورها، فسفات ها و سیلیکات منیزیم و کلسیم می باشد.

مضرات آب سخت

وجود یون های کلسیم و منیزیم در آب موجب سختی آب و آثار زیانبار زیر خواهد شد:

• تغییر طعم و مزه آب و نوشیدنی ها

• دیر پخته شدن و سفتی حبوبات

• آسیب به دیواره دیگ های بخار یا بویلرها

• کاهش کیفیت رنگ و ایجاد لک بر روی پارچه در صنایع نساجی و رنگرزی

• تشکیل رسوب در برج های خنک کننده، سیستم های گرمایی و سرمایشی که موجب کاهش بازده و یا از کار افتادن آنها می گردد.

• ایجاد خوردگی و تشکیل لایه آهکی در دیواره دیگ ها و تجهیزات

• تشکیل رسوب در آب گرمکن، کتری، لوله ها و شیرآلات

• افزایش مصرف انرژی و ایجاد رسوب در وسایل که با آب داغ سر و کار دارند.

• کاهش قدرت مواد شوینده و درنتیجه افزایش مصرف آنها

• ایجاد لکه بر روی البسه پس از شستشو

• ایجاد لکه بر روی ظروف پس از شستشو

• استحمام دشوار و زبر شدن مو

• مضر برای سلامتی انسان و ایجاد عوارضی مانند: مشکلات گوارشی، سنگ کلیه، مثانه، ریزش مو و بیماری های پوستی

درجه سختی آب

درجه سختی آب

سختی آب توسط روش های صنعتی و آزمایشگاهی اندازه گیری می شود. سختی آب حاوی کاتیون های منیزیم و کلسیم را معمولاً بر حسب میلی گرم بر لیتر (mg/L) یا در یک میلیون ppm بیان می کنند.

درجه سختی آب معمولاً توسط مقدار کلسیم و منیزیم موجود در آن سنجیده می شود. این میزان درجه بندی مشخصی ندارد و در سراسر دنیا متفاوت است. برای مثال در آلمان اگر ده میلی گرم CaO در یک لیتر آب وجود داشته باشد، درجه سختی آب را یک بیان می کنند، اما در فرانسه اگر یک لیتر آب محتوی ده میلی گرم کربنات کلسیم یا منیزیم باشد، گفته می شود که درجه سختی آب یک است.

برای تعیین سریع میزان سختی آب در آلمان از قرص های آماده ای استفاده می شود. به ترتیب که در یک لوله آزمایش مدرج و مخصوصی تا خط نشان آب مورد آزمایش ریخته می شود و توسط معرفی که در بسته وجود دارد، رنگ آب را قرمز می کنند، سپس تا زمانی که رنگ آن سبز شود، به طور پیوسته در آب، قرص می ریزند. تعداد قرص های ریخته شده در آن، درجه سختی آب را نشان می دهد. دقت این روش تعیین سختی آب حدود نیم درجه است. آب را براساس میزان سختی به 4 نوع زیر تقسیم می کنند:

• آب سبک: این آب دارای سختی کل بین 0 تا 75 می باشد.

• آب نسبتاً سخت: سختی کل در این آب در محدوه 75 تا 150 است.

• آب سخت: سختی کل آب سخت در بازه 150 تا 300 می باشد.

• آب خیلی سخت: سختی کل این آب بیشتر از 300 است.

حذف سختی آب

حذف سختی آب

یکی از روش های رفع سختی آب در صنعت استفاده از مواد شیمیایی گوناگونی مانند سدیم کربنات می باشد. اگر این مواد به آب مصرفی در دیگ ها افزوده شوند، سختی آب را پیش از ورود به دیگ ها می گیرد یا باعث تشکیل رسوب آهک و گچ بر دیواره دیگ ها می گردد (این رسوب به دیواره دیگ نمی چسبد).

امروزه جهت حذف سختی در آب از روش های مختلفی استفاده می شود که از آن جمله می توان به روش هایی مانند روش های حرارتی، اسمز معکوس (RO)، تبادل یونی، سختی گیر مغناطیسی و غیره اشاره نمود. مرسوم ترین روش برای حذف سختی در آب هایی که TDS کمتر از ppm700، استفاده از دستگاه سختی گیر است که به روش تبادل یونی عمل می کند. در این دستگاه ها، یون های سدیم بستر رزین، جایگزین یون های کلسیم و منیزیم در آب می گردند. استفاده از دستگاه سختی گیر تبادل یونی، سابقه طولانی در سراسر دنیا داشته و مرسوم ترین روش برای حذف سختی آب می باشد.

رزین های تبادل یونی در تصفیه آب

رزین های تبادل یونی در تصفیه آب

رزین های تبادل یونی (Ion Exchange Resin) پلیمرهایی با ساختار متخلخل و شبکه ای هستند یک یون فعال به طور دائم در ساختار آن مستقر می باشد. چون رزین ماده ای خنثی است، باید به اندازه "اکی والان" (حاصلضرب تعداد مول یک یون در بار آن) یون غیر متحرک در ساختار رزین یون متحرک (فعال) وجود داشته باشد. در فرایند مبادل یونی هر یون با یون دیگری با بار مشابه خود مبادله می شود، بنابراین در دستگاه سختی گیر رزین کاتیونی هر یک یون مثبت منیزیم یا کلسیم با دو یون مثبت سدیم جایگزین می گردد. رزین های تبادل یونی به دلیل مزیت های زیر جهت حذف آلودگی ها و تصفیه آب صنعتی مناسب هستند:

  • 1- رزین های مبادله یونی دارای ظرفیت و بازده بالایی برای حذف یون های مضر (در غلظت پایین) هستند.

  • 2- رزین ها پایدار هستند به آسانی بازیافت می شوند.

  • 3- رزین های تبادل یونی در محدوده دمایی وسیعی قابل استفاده می باشند.

  • 4- استفاده از این رزین ها در واحد های کوچک و بزرگ مناسب است.

  • 5- فرایند مبادل یونی توسط رزین های کاتیونی و آنیونی برگشت پذیر است.

انواع رزین های تبادل یونی

رزین های تبادل یونی که در عملیات تصفیه و خالص سازی آب در صنعت استفاده می شوند، دارای انواع زیر می باشند:

1- رزین تبادل یونی کاتیونی (Cation exchange resin)

رزین کاتیونی قابلیت حذف کاتیون ها یا یون های مثبت موجود در آب هستند. رزین های کاتیونی خود به دو دسته رزین های کاتیونی اسیدی قوی و ضعیف تقسیم می شوند:

• رزین های کاتیونی اسیدی قوی (SAC)

رزین های کاتیونی قوی، قابلیت حذف کلیه کاتیون های موجود در را دارند. این رزین ها در دو فرم سدیمی و هیدروژنی تولید شده و به بازار عرضه شده اند. از فرم سدیمی رزین کاتیونی قوی به طور گسترده برای کاهش سختی آب استفاده می گردد. در واقع یون های سدیمی موجود در رزین با یون های فلزی مانند کلسیم و منیزیم تعویض شده و سختی آب را کاهش می دهد. گروه عاملی رزین های کاتیونی قوی، سولفونیک اسید می باشند. این رزین ها خود به دو دسته رزین های کاتیونی نوع 1 و 2 طبقه بندی می شوند. رزین های کاتیونی قوی دارای ویژگی های مهم زیر هستند:

  • 1- خنثی کردن بازهای قوی و تبدیل آن ها به نمک های معادل

  • 2- دارای گروه عاملی اسید سولفونیک بوده که در نمک زدایی آب خام عملکرد مناسبی دارد.

  • 3- حذف کلیه کاتیون های آب خام

  • 4- دارای عملکرد مطلوب در کلیه PH ها

  • 5- سختی زدایی آب توسط فرم سدیمی (سدیم به عنوان یون فعال)

  • 6- کاتیون زدایی از آب توسط فرم هیدروژنی

• رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف (WAC)

رزین های کاتیونی ضعیف نیز توانایی حذف یون های مثبت موجود در آب را دارند، با این تفاوت که تنها بخشی از این کاتیون ها را از آب حذف می کنند. این کاتیون های حذف شده همان یون های مثبتی هستند که باعث خاصیت قلیایی آب می شوند. گروه های عاملی رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف، کربوکسیلیک اسید می باشد. این گروه عاملی مانند اسیدهای آلی ضعیف رفتار کرده و در محیط های اسیدی یونیزه نمی شود، بلکه تنها در محیط های قلیایی یونیزه شده و یون متحرک خود را مبادله می کنند. رزین های کاتیونی اسیدی ضعیف دارای ویژگی های زیر می باشند:

  • 1- کاتیون هایی که با قلیائیت جمع شده اند، توسط فرم هیدروژنی حذف می شوند.

  • 2- به دلیل عدم توانایی در حذف تمام کاتیون ها برای سختی گیری و قلیایی زدایی، از آن به همراه رزین های SAC استفاده می شود.

  • 3- این رزین ها در مقایسه با رزین های SAC دارای بازده احیای بالاتر و درنتیجه جهت عملیات احیا نیاز کمتری به اسید دارد.

2- رزین تبادل یونی آنیونی (Anion exchange resin)

رزین های آنیونی توانایی حذف یون های منفی موجود در آب را دارند. این رزین های خود به دو دسته آنیونی قوی و ضعیف تقسیم می شوند:

• رزین های آنیونی بازی قوی (SBA)

رزین های آنیونی قوی قادر به حذف کلیه آنیون های موجود در آب هستند. برای احیای رزین های آنیونی قوی از یک باز قوی مانند سود سوزآور استفاده می گردد. این رزین های خود به دو نوع رزین آنیونی قوی نوع 1 و 2 طبقه بندی می شود. رزین های آنیونی بازی قوی دارای ویژگی های زیر می باشند:

  • 1- خنثی کردن اسیدهای قوی و تبدیل آنها به نمک معادل

  • 2- شامل گروه فعال آمونیوم چهار ظرفیتی (نوع 1 و 2)

  • 3- نوع دو در مقایسه با نوع یک بازه احیای بالاتری دارد.

  • 4- نوع یک رزین آنیونی قوی دارای پایداری بیشتری و قابلیت حذف اکثر اسیدهای ضعیف می باشد.

• رزین های آنیونی بازی ضعیف (WBA)

این رزین های قادرند تنها برخی از یون منفی یا آنیون های موجود در آب را حذف کنند. رزین های آنیونی بازی ضعیف قادر به حذف اسیدها معدنی مانند اسید هیدروکلریک (HCL) یا اسید سولفوریک (H2SO4) از آب می باشد. رزین های آنیونی بازی قوی دارای ویژگی های زیر هستند:

1- دارای گروه عاملی آمینی

2- کاربرد رزین های WBA در تصفیه آب مشابه WAC است و توسط سود یا آمونیاک احیا می گردند.

3- رزین های WBA نسبت به SBA مقاوم تر در برابر آلاینده های آب دارند.

4- برای حفاظت از رزین های SBA پیش از آنها رزین های WBA قرار می گیرند.

باید توجه داشت که به طور کلی تفاوت رزین های قوی و ضعیف (آنیونی و کاتیونی) در محدوده PH است که می توان از آنها استفاده کرد. رزین های قوی قابلیت عملکرد در محدوده وسیعی از PH را دارند اما رزین های ضعیف برای محیط هایی با محدوده PH کوچکتری مناسب هستند. علاوه بر این، رزین های قوی نسبت به نوع ضعیف قابلیت احیای بیشتری دارد و گران تر هستند.

3-	رزین بستر مخلوط یا میکس بد (Mix bed)

3- رزین بستر مخلوط یا میکس بد (Mix bed)

به این رزین میکس بد، مخلوطی از رزین های کاتیونی و آنیونی است و به رزین ترکیبی نیز می گویند. این رزین ترکیبی از نسبت 40 به 60 درصد به ترتیب رزین های آنیونی قوی (یا یون فعال هیدروکسید) و کاتیونی قوی (با سیکل هیدروژنی) ساخته شده است. این رزین عملکرد هر دو رزین کاتیونی و آنیونی را به طور همزمان دارد. به صورت که کلیه یون های محلول در آب را جذب و به جای آنها، یون های +H و –OH به آب وارد می کنند. معمولاً هنگامی از این آب استفاده می شود که به درجه ای از آب سالم نیازمند هستیم که کیفیت آن کاملاً مطمین باشیم. از این رزین به طور گسترده در دستگاه های دی یونایزر و تولید آب خالص استفاده می شود. بسته به میزان TDS و کیفیت آب ورودی و حجم آب عبوری از رزین، لازم است که بستر رزین را در بازه های زمانی مختلف توسط محلول اسید و باز، احیا و شسته شود تا مجدداً بتواند مورد استفاده قرار بگیرد. مهمترین ویژگی های رزین های میکس بد شامل موارد زیر می باشند:

1- تولید آب مقطر و فوق خالص برای مصارف صنعتی و آزمایشگاهی

2- قابلیت حذف اکثر مواد معدنی موجود در آب

3- تولید آبی با TDS بسیار پایین

4- تولید آب جهت شستشوی نماهای شیشه ای

4- رزین های حذف آهن و منگنز

یکی از متداول ترین مشکلات مصرف کنندگان آب به ویژه در بخش صنعتی، وجود املاح آهن و منگنز در آب است. این مواد معمولاً به صورت اکسید فریک و اکسید منگنز نامحلول در آب هستند. وجود یون آهن در آب بسته به میزان غلظت آن می تواند سبب کدورت آب و تغییر رنگ آن به زرد مایل به قهوه ای، طعم نامطبوع، ایجاد لکه بر روی لباس و در غلظت بالا باعث رسوبگذاری در لوله ها و تاسیسات صنعتی شود. وجود یون منگنز در آب نیز می تواند باعث ایجاد لکه های قهوه ای بر روی لباس و ذرات سیاه رنگ بر روی وسایل گردد. مقدار مجاز یون آهن در آب بسته به کاربرد آن متفاوت است، این مقدار برای آب آشامیدنی مقدار ppm 0.3 و برای مصارف صنعتی حدود 0.005 تا ppm0.3 تعیین شده است. ترکیبات آهن به طور کلی به شکل یون فرو (دو ظرفیتی) و یون فریک (سه ظرفیتی) وجود دارد.

این ترکیبات در آب های سطحی معمولاً به صورت فریک و در آب های چاه به شکل فرو می باشند. ترکیبات فرو توسط رزین های کاتیونی (معمولاً فرم سدیمی) از آب قابل حذف هستند، اما ترکیبات فریک در آب موجب رسوب گذاری بر بستر رزین و اختلال در عملکرد سیستم خواهند شد.

از رزین های کاتیونی حذف انتخابی آهن و منگنز قابلیت حذف فلزات سنگینی مانند آهن و منگنز از آب را دارند و از این رزین های جهت استخراج فلزات از سنگ معدن، تصفیه پساب های صنعتی، پساب آبکاری ها و نیز حمام آبکاری فلزات استفاده می شود.

5- رزین تبادل یونی حذف آرسنیک

آلودگی آب های زیر زمینی به ماده سمی آرسنیک، یکی از اساسی ترین مشکلات و آلاینده های آب آشامیدنی در سراسر دنیا است. مصرف طولانی مدت این ماده می تواند سبب بروز بیماری هایی جدی از جمله سرطان در انسان شود. سازمان بهداشت جهانی حد مجاز و استاندارد آرسنیک در آب را 0.01 میلی گرم بر لیتر تعیین کرده است، در حالی که حداکثر مقدار مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی حدود 5 میلی گرم بر لیتر می باشد.

آرسنیک عمدتاً به صورت دو ترکیب آرسنات و آرسنیت در آب وجود دارد و با استفاده مستقیم از روش تبادل یونی تنها می توان آرسنات (با بار منفی) را از آب حذف نمود. اما به منظور حذف آرسنیک (با بار خنثی) ابتدا آن را توسط فرایند اکسایش به آنیون (با بار منفی) تبدیل کرده و سپس از آن از رزین های مبادل یونی جهت حذف آن استفاده می شود. در این روش، فرایند اکسایش باعث تبدیل آرسنیت به آرسنات در آب می گردد. باید دقت شود که در روش استفاده همزمان از فرایندهای اکسایش و تبادل یونی، لازم است که رزین ها توسط عملیات احیا از مواد حاصله از اکسایش پاک شوند. اگر زمان انجام روش اکسیداسیون طولانی باشد، ممکن است موجب آسیب به رزین ها شود. بنابراین تعیین زمان بهینه فرایند اکسایش در عملکرد دستگاه اهمیت بسزایی خواهد داشت، بدین منظور استفاده از رزین های انتخابی آرسنیک (نوع آنیونی قوی) در مقایسه با انواع دیگر مناسب تر است. این رزین آنیونی قوی از نوع کلراید است و اگر PH آب در هنگام استفاده از آن در محدوده 8 تا 9 باشد، واکنش آرسنات کلرید رخ خواهد داد.

6- رزین تبادل یونی انتخابی حذف بور

در تمام بافت های بدن انسان مقدار کمی بور (بورون) وجود دارد، اما مقدار اضافه آن می تواند باعث آسیب به سیستم عصبی انسان شود. بدین دلیل در بسیاری از کشورها غلظت بورون در فاضلاب و آب آشامیدنی کنترل می شود. طبق توصیه سازمان بهداشت جهانی (WHO) مقدار مجاز بور در آب آشامیدنی مقدار 5.0 میلی گرم می باشد، بنابراین حذف بور از منابع آبی یکی از بزرگترین دغدغه های بهداشت عمومی و محیط ریست محسوب می شود.

بور معمولاً در طبیعت به صورت اسید بوریک و نمک معادل آن می باشد. امروزه روش های مختلف جداسازی اسید بوریک از آب آشامیدنی در حال توسعه هستند که در این می توان به استفاده رزین های حذف انتخابی بور اشاره نمود. این رزین ها نوعی رزین آنیونی ضعیف است که می تواند بور را در غلظت های بسیار پایین و در حضور یون های دیگر از آب حذف کند.

7- رزین تبادل یونی مخصوص حذف نیترات

وجود نیترات در آب آشامیدنی یکی از مهمترین مسائل در حوزه تصفیه آب و فاضلاب محسوب می گردد و از طریق روش های مختلفی به آب شرب مصرفی ما وارد می شود. اصلی ترین عامل آلودگی آب توسط نیترات، استفاده از کودهای شیمیایی است که توسط آب های زیر زمینی جذب شده اند. سازمان حفظ محیط زیست آمریکا و بهداشت جهانی، میزان استاندارد نیترات در آب را به ترتیب 45 و 50 میلی گرم بر لیتر اعلام شده است. جهت حذف نیترات و رساندن آن به حد مجاز، معمولاً از رزین های تبادل یونی استفاده می شود.

انتخاب رزین تبادل یونی مناسب جهت کاهش سطح نیترات در آب شرب کار ساده ای نیست و نیازمند تجربه و تخصص کافی می باشد. معمولاً جهت نیترات از آب از یکی از انواع رزین های تبادل یونی آنیونی ضعیف، آنیونی قوی نوع یک، آنیونی قوی نوع دو و یا به طور ویژه از رزین آنیونی قوی مخصوص حذف نیترات استفاده می شود. از رزین های تبادل یونی دیگری نیز جهت حذف نیترات از آب می توان استفاده کرد، اما در شرایطی که آب ورودی مقدار بالای سولفات داشته باشد یا هدف جلوگیری از نشت نیترات در آب تصفیه شده باشد، استفاده از رزین آنیونی قوی حذف نیترات بسیار کارآمدتر است.

ویژگی های شیمیایی رزین های تبادل یونی

ویژگی های شیمیایی رزین های تبادل یونی سختی آب

از جمله مهمترین ویژگی های شیمیایی رزین های تبادل یونی موارد زیر هستند:

1- اندازه ذرات رزین تبادل یونی

رزین های تبادل یونی در اندازه بستر و ذرات مختلف عرضه می شوند. رزین ها به صورت دانه های کروی ژله ای هستند که معمولاً در محدوده اندازه 300 تا 1200 میکرون (0.3 تا 1.2 میلیمتر) تولید می گردند. برای مشخص کردن توزیع اندازه ذرات رزین، اصطلاح اندازه یا قطر موثر (اندازه ای که 90 در دانه های رزین بزرگتر از آن باشند) و ضریب یکنواختی (EC) بکار می رود.

قطر موثر (P10) قطری تعریف می شود که 10 درصد از ذرات (از نظر وزنی) از آن کوچکتر باشند. ضمناً قطری که 60 درصد از ذرات (از نظر وزنی) دارای قطر کوچکتری هستند، P60 نامیده می شود. ضریب یکنواختی رزین، به نسبت قطر P60 با قطر موثر (P10) گفته می گردد و همان طور که از اسم آن پیداست، ضریب یکنواختی نشان دهنده پراکندگی در قطر ذرات است، به زبان دیگر هر چه ضریب یکنواختی مقدار کمتری داشته باشد، دانه های رزین یک دست تر هستند و هرچه عدد بزرگتری باشد، اندازه ذرات رزینی پراکندگی بیشتری دارد.

چگالی واقعی ذرات رزین، از ویژگی های بسیار مهم رزین محسوب می شود و مقدار آن به میزان رطوبت و نوع رزین موجود در بستر (برحسب اندازه)، بستگی دارد. چگالی دانه های رزین های اسیدی و بازی معمولاً به ترتیب حدود 1.2 و 1.1 می باشد.

در فرایند تصفیه آب، عمدتاً استفاده از رزین هایی با اندازه موثر حدود 700 میکرون و ضریب یکنواختی کمتر از 1.7 مناسبتر است. زیرا، ذرات کوچکتر رزین، سینتیک (جنبش) واکنش مبادله یونی را بهبود می بخشند، اما باعث افزایش افت فشار و کاهش دبی آب می شوند.

2- تورم پذیری رزین

رزین های تبادل یونی تمایل بالای به جذب رطوبت دارند، این خاصیت رزین به پیوندهای متقابل و گروه های فعال موجود در ساختار آن بستگی دارد. برای مثال رزین های ژله ای با پیوندهای متقابل کم و گروه های فعال اسید سولفونیک یا آمونیوم، حاوی مقدار زیادی آب هستند که باعث تورم آنها می شود. تورم و انقباض پی در پی باعث کاهش عمر رزین های تبادل یونی می گردد. از طرف دیگر، حجم یون های مختلف به ویژه یون های هیدراته شده متفاوت است، بنابراین با ورود و خروج یون هایی با حجم مختلف، شبکه رزین دچار انبساط و انقباض خواهد شد. به این خاصیت رزین اصطلاحاً تورم پذیری آن می گویند. در زمان سرویس و بهره برداری رزین های تبادل یونی بستر آن فشرده و منقبض شده و سپس با احیای رزین به حالت اولیه برگشته و بستر آن منبسط می گردد. میزان تورم پذیری بستر رزین به غلظت محیطی که رزین در آن قرار می گیرد بستگی دارد و برای انواع رزین های اسیدی و قوی مقدار متفاوتی دارد.

در طراحی فیلتر سختی گیر رزینی (ظرف حاوی رزین) توجه به تورم پذیری رزین اهمیت بسزایی دارد، زیرا اگر تغییر حجم و تورم پذیری رزین در هنگام بهره برداری در نظر گرفته نشود، ممکن است که رزین در فیلتر سر بسته خود، فضای کافی برای انبساط نداشته باشد و در اثر فشار وارد شده، بخشی از دانه های رزین شکسته شوند.

رزین های تبادل یونی در تصفیه آب

3- پایداری رزین تبادل یونی

پایداری فیزیکی و مکانیکی رزین های مبادله یونی معمولاً تحت تاثیر مقاومت (سختی) ساختار پلیمری و تناوب سیکل های تورم و انقباض رزین می باشد. در اثر عواملی مانند ته نشینی مواد (مانند هیدروکسید آهن) و گرفتگی حفره های رزین، شکستگی ساختار پلیمری رزین، تغییر شکل گروه های فعال و درنتیجه کاهش ظرفیت مبادله یونی رزینی می تواند باعث تجزیه شیمیایی رزین های تعویض یونی شوند. رزین های کاتیونی عمداً پایدارتر از انواع آنیونی هستند هرچند که از آنها می توان تا دمای 150 درجه سانتیگراد هم استفاده نمود.

4- ظرفیت تبادل یونی رزین

ظرفیت تبادل یونی رزین برابر است با تعداد یون هایی که به وسیله یک واحد وزنی (وزن خشک / وزن تر) و یا حجمی (حجم ماده تر) از رزین جذب می شوند و کلی به تعداد گروه های فعالی که در طی فرایند فعال سازی در ساختار رزین قرار داده شده اند، بستگی دارد.

هر رزین ظرفیت مشخصی دارد. این ظرفیت را ظرفیت کل یا تئوریک رزین (Total capacity) می نامند و برابر با وزن یون هایی است که در واحد حجم یا واحد وزن رزین قابل مبادله می باشد و براساس حجم (وزن) رزین آب گرفته شده، به صورت ظرفیت حجمی (یا وزنی) مشخص می شود. با این وجود، ظرفیت عملی رزین (Operating capacity) از این مقدار کمتر است و تحت شرایط مناسب تر برای دستگاه سختی گیر این دو مقدار به یکدیگر نزدیکتر خواهند شد.

ظرفیت رزین بر اساس ماده خشک مقدار کمتری است، زیرا این ظرفیت به دلیل وجود پیوندهای متقابل در ساختار رزین و کاهش گروه های فعال چسبیده به سطح کاهش می یابد.

دستگاه سختی گیر رزینی

دستگاه سختی گیر رزینی

سختی گیر رزینی دستگاهی است که وظیفه آن حذف سختی کل آب شامل: یون های کلسیم، منیزیم و برخی کاتیون های فلزی محلول در آب سخت است. امروز سختی گیری از طریق رزین تبادل یونی در سیستم تصفیه آب صنعتی کاربرد گسترده ای دارد.

دستگاه سختی گیر رزینی دارای بدنه تحت فشار از جنس فلزی (گالوانیزه) یا فایبرگلاس (FRP) است که محیط مساعدی برای تبادل یونی و حذف آهک از آب فراهم می کند. سختی آب (شامل EC ،PH ،TDS ، Total hardness) پس از خروج از دستگاه سختی گیر، تغییرات قابل توجهی خواهد داشت، به این ترتیب که سختی و هدایت الکتریکی آب پس از عبور از دستگاه سختی گیر کاهش و TDS به میزان کمی افزایش می یابد، اما PH آب در محدوده خاصی ثابت می ماند. دستگاه های سختی گیر رزینی دارای ظرفیت مختلفی هستند و به منظور محاسبه ظرفیت دستگاه ضروری است که دبی جریان آب، سختی کل آب ورودی و مدت زمات شستشوی معکوس یا بک واش اندازه گیری شود.

اجزای سختی گیر رزینی

اجزای اصلی دستگاه سختی گیر رزینی شامل موارد زیر هستند:

• ورودی و خروجی آب

• لوله رایزر (لوله وسط دستگاه)

• شیر تخلیه هوا و آب

• فشارسنج

• مخزن دستگاه سختی گیر: این مخزن از جنس فلزی یا فایبرگلاس ساخته می شود و دارای دریچه های بازدید جهت تخلیه یا پر کردن سیلیس و رزین می باشد. در قسمت بالا و پایین این مخزن، نازل هایی قرار دارد که جهت پاشیدن آب بر سطح بستر رزین استفاده می شوند.

• نوع و جنس رزین تبادل یونی: اصلی ترین بخش سختی گیر رزینی است که وظیفه اصلی یون زدایی از آب را دارد. این رزین های تبادل یونی مورد استفاده در تصفیه آب دارای سه نوع کاتیونی، آنیونی و میکس بد هستند.

• سنگ سیلیس با دانه بندی مختلف

• نازل های سختی گیر

• آب پخش کن و صفحه آن

• مخزن محلول آب نمک: این مخزن معمولاً از جنس پلی اتیلن و به منظور انجام عملیات احیای سختی گیر ساخته می شود.

• شیر کنترلی سختی گیر (دستی یا اتوماتیک): از شیرهای کنترلی جهت تنظیم حالت کاری دستگاه استفاده می گردد.

مکانیزم عمل سختی گیر رزینی

دستگاه سختی گیر رزینی که اصطلاحاً نرم کننده آب (water softner) نامیده می شود، از فرایند تبادل یونی جهت تولید آب نرم و خالص از آب ورودی استفاده می کند. در دستگاه سختی گیر تبادل یونی (رزینی)، فاز محلول در واقع یک محلول الکترولیت و حاوی یون می باشد. هدف از فرایند تعویض یونی در دستگاه، جداسازی آنها از محلول است و فاز جامد همان رزین است که عمل مبادله یون توسط آن انجام می شود. به ترتیب که یون های با بار مثبت به رزین های کاتیونی و یون های منفی به رزین های آنیونی متصل می شوند. برای مثال در فرایند سختی گیری توسط رزین کاتیونی (سیکل سدیمی)، ابتدا آب سخت حاوی کلسیم و منیزیم از میان بستر رزین عبور کرده و یون های سخت توسط یون های نرم دانه های رزین مبادله می شوند. نتیجه این فرایند، آب است که سختی آن گرفته شده و اصطلاحاً نرم شده است.

با گذشت زمان، دانه های رزین در دستگاه با یون های کلسیم و منیزیم اشباع شده و ظرفیت آنها برای سختی گیر کاهش می یابد. این فرایند تا زمانی ادامه پیدا می کند که تمام محل های تبادل در مبدل (رزین) اشغال شوند. در این شرایط رزین دستگاه سختی گیر نیازمند عملیات احیا خواهد بود.

نکات مهم استفاده از رزین های تبادل یونی

نکات مهم استفاده از رزین های تبادل یونی

جهت استفاده و نگهداری از رزین های تعویض یونی، رعایت نکات زیر ضروری هستند:

1- رزین های تبادل یونی باید همیشه در داخل آب نگهداری کرد تا کاملاً خیس باقی بمانند.

2- پیش از استفاده از سختی گیر رزینی، باید فیلترهای رزینی را بکواش نمود تا رزین های داخل آن برحسب اندازه خود مرتب شوند.

3- پیش از احیای رزین های تبادل یونی فرم سدیمی، ابتدا باید رزین را با اسید کلریدریک 4% شستشو داد.

4- عمر مفید میانگین رزین ها (با شرایط یک بار احیا در روز) و در شرایطی که از آلودگی های رزین صرف نظر کنیم، بین 8 تا 10 سال می باشد.

عملیات احیای یا بازسازی رزین

فرایند تبادل یونی در دستگاه سختی گیر نمی تواند به صورت پیوسته صورت بگیرد. پس از گذشت زمان، فضای رزین برای جذب کلسیم و منیزیم کاهش یافته و کیفیت رزین کمتر می شود. بنابراین، جهت استفاده مجدد از دستگاه باید سختی گیر را احیا (Regeneration) یا بازسازی کرد. عملیات احیای رزین دستگاه سختی گیر بسیار ضروری و لازم است زیرا با در طول عمر رزین و دستگاه تاثیر بسزایی دارد. در کنار هر واحد سختی گیر رزینی همیشه یک مخزن نمک قرار دارد که از آن در هنگام احیا استفاده می شود.

فرایند "فعال سازی مجدد" رزین را اصطلاحاً بازسازی آن می گویند که با استفاده از اسید قوی (به عنوان یون های هیدرونیم) برای کاتیون ها و سود سوز آور (به عنوان منبع یون های هیدروکسیل) برای آنیون ها انجام می گردد. این عملیات بسته به اندازه و ظرفیت دستگاه می تواند تا 30 دقیقه ادامه داشته باشد تا بستر رزین از یون های اضافی و آلاینده آب کاملاً پاک شود.

برای انجام عمل احیا، معمولاً به ترتیب عمل می شود که ابتدا بستر رزین بکواش (شستشوی معکوس) شده، سپس مقدار مشخصی از ماده شیمیایی در دوره زمانی و دبی مشخصی تنظیم شده و به سیستم وارد می شود. در مرحله آخر هم شستشوی آهسته و سریع رزین صورت می گیرد. در ادامه به روش احیای رزین های کاتیونی و میکس بد می پردازیم.

روش احیای رزین کاتیونی قوی

روش احیای رزین کاتیونی قوی

برای احیای رزین کاتیونی قوی به نکات زیر توجه کنید:

1- رزین کاتیونی اسیدی قوی را می توان پس از استفاده به خوبی بازیافت و احیا نمود.

2- جهت احیای رزین کاتیونی در فرم هیدروژنی از یک اسید قوی (مانند HCl) و رزین فرم سدیمی از محلول سدیم کلرید (NaCl) انجام می شود.

3- برای احیای رزین کاتیونی قوی، بستر رزین را توسط آب نمک شسته می شود تا یون های منیزیم و کلسیم موجود در رزین با سدیم نمک تعویض گردد. درنتیجه رزین مجدداً به شکل رزین کاتیونی فرم سدیمی در می آید.

4- در مرحله آخر، رزین را با آب تمیز شسته شو داده تا نمک اضافه از سیستم خارج شده و دستگاه آماده بهره برداری گردد.

احیای رزین کاتیونی ضعیف

جهت احیای رزین کاتیونی ضعیف از هر نوع اسیدی می توان استفاده نمود. بازیافت و بازیابی این رزین با راندمان بالایی قابل اجرا می باشد. رزین های کاتیونی ضعیف تمایل بالایی به یون های هیدروژن دارند، بنابراین احیای آنها توسط مقدار استوکیومتری از اسید به آسانی انجام می شود.

احیای رزین کاتیونی با اسید سولفوریک یا اسید هیدروکلریک؟

به منظور احیای رزین های کاتیونی از هر نوع اسیدی می توان استفاده نمود، اما بازده احیای این رزین توسط اسید سولفوریک نسبت به اسید هیدروکلریک مقدار کمتری است. علت این موضوع شامل موارد زیر می باشد:

1- در هنگام استفاده از اسید سولفوریک برای احیای رزین های کاتیونی، جهت جلوگیری از تشکیل رسوب سولفات کلسیم لازم است که غلظت اسید را تا حد ممکن پایین تر انتخاب کنیم. این در حالی است که از نظر تئوری هر چقدر غلظت اسید بیشتر باشد، بازده احیای آن بالاتر خواهد بود.

2- از آنجایی که وزن مولکولی اسید سولفوریک بالا است، هر 98 گرم از آن با خلوص 100%، همان اثر 72 گرم از اسید هیدروکلریک با خلوص 100% را دارد.

3- اسید سوفوریک حتی در غلظت های کمتر از 2% نیز دارای یونیزاسیون ناقص است به عبارتی دیگر، این اسید دو ظرفیتی در عمل دو یون هیدروژن آزاد نمی کند و قسمتی از اسید به هدر می رود. بنابراین فاضلاب سیستم نیز اسیدی بوده و برای محیط زیست خطرناک می باشد.

احیای رزین میکس بد (بستر مخلوط)

احیای رزین میکس بد (بستر مخلوط)

برای احیای رزین های بستر مخلوط روشی وجود دارد که در داخل همان مخزن زرین انجام می شود. بدین منظور لازم است که پیش از افزودن اسید و سود به سیستم، ابتدا رزین های کاتیونی و آنیونی از یکدیگر جدا شوند. این جداسازی در میکس بد توسط عملیات شستشوی معکوس رزین با نرخ جریان مناسب صورت می گیرد. رزین های کاتیونی که دارای چگالی بیشتری هستند، در مخزن رزین کاتیونی ته نشین شده و رزین آنیونی در مخزن به سمت بالا می رود. در برخی موارد جهت جداسازی رزین از آب نمک استفاده می شود. پس از جداسازی، بستر هر یک از رزین های آنیونی و کاتیونی باید دوباره احیا گردد. پس از استفاده از مواد احیا کننده، رزین ها را آب خالص شستشو داده و فوراً توسط هوای فشرده و تمیز با هم مخلوط می شوند. نکته مهم در این باره این است که برای سهولت در جداسازی دو رزین، می توان پیش از احیا از یک رزین خنثی به همراه رزین های کاتیونی و آنیونی استفاده نمود. استفاده از رزین خنثی تاثیری بر روی کیفیت و خواص آب خروجی ندارد و لازم است که چگالی آن باید بین رزین آنیونی و کاتیونی باشد. عملکرد رزین خنثی به این ترتیب است که در طی عملیات احیا، به صورت یک لایه جداکننده بین دو رزین آنیونی و کاتیونی رفتار خواهد کرد.

عمر مفید رزین کاتیونی

پاسخ به این سوال که عمر رزین تبادلی یونی کاتیونی چقدر است، دشوار است زیرا عمر مفید یک رزین تبادل یونی به عوامل مختلفی مانند کیفیت آب خام ورودی، کیفیت رزین مورد استفاده، میزان عملیات احیای رزین، دما و ... بستگی دارد. اما بطور کلی می توان عمر مفید رزین کاتیونی در تصفیه آب را مدت 5 تا 10 سال برآورد کرد. اما این مدت زمان برای رزین آنیونی حدود 4 تا 8 سال است.

قیمت سختی گیر رزینی

قیمت دستگاه سختی گیر به ظرفیت و نوع و جنس مواد اولیه مورد استفاده در آن بستگی دارد، برخی از مهمترین عواملی که در تعیین قیمت سختی گیر موثر هستند، موارد زیر هستند:

• برند رزین مورد استفاده

• نوع شیر دستگاه سختی گیر (اتوماتیک یا دستی)

• عدسی های مورد استفاده

• ظرفیت سختی گیر

• ابعاد مخزن آن

• ابعاد و ظرفیت مخزن آب و نمک

• جنس بدنه دستگاه (فلزی یا FRP)

• مقدار رزین مورد استفاده

• ضخامت ورقه بکار رفته در بدنه

در میان موارد بالا، موثرترین عوامل در قیمت سختی گیر رزینی، نوع و قیمت رزین و شیر کنترلی استفاده شده در دستگاه می باشند. شیرهای کنترلی نوع اتوماتیک در مقایسه با دستی گرانتر هستند و برای انجام مراحل کاری مختلف سختی گیر به طور اتوماتیک تنظیم می شوند. استفاده از رزینی ارزان تر و کیفیت پایین شاید در روزهای اول ظاهراً تفاوتی در عملکرد دستگاه نداشته باشد، اما با گذشت زمان و اشباع شدن رزین ها مشاهده خواهیم کرد که رزین دیگر احیا نمی شود و ناچار به شارژ مجدد آن خواهید بود. استفاده از رزین مرغوب با برندی معتبر قطعا در عملکرد سختی گیر رزینی بی تاثیر نخواهد بود.

ظرفیت سختی گیر رزینی

ظرفیت سختی گیر رزینی

وظیفه اصلی سختی گیر رزینی، حذف کاتیون کلسیم و منیزیم موجود در آب و تعویض آنها با یون سدیم می باشد. ظرفیت سختی گیر را برحسب گرین (Grain) یا کیلو گرین اندازه گیری می کنند و از تقسیم حاصل ضرب تعداد ساعت کاری تا بکواش، سختی آب و دبی آب خروجی بر 17.10 محاسبه می شود:

ظرفیت سختی گیر رزینی

در رابطه بالا سختی آب، دبی آب خروجی و ساعت کاری تا شستشوی معکوس، به ترتیب برحسب ppm، gpm و 60 در تعداد روز هستند. ظرفیت سختی گیرهای رزینی موجود در بازار از 30 تا 2000 کیلوگرین متغیر است.

هر چه ظرفیت سختی گیر بالاتر باشد، دبی آب خروجی از دستگاه بیشتری است و می تواند جهت سختی گیری از برای خوراکی (آب ورودی) با سختی بالاتر استفاده شود.

روش احیای رزین کاتیونی قوی

انتخاب رزین های تبادل یونی

برای انتخاب رزین مورد استفاده در تصفیه آب و دستگاه سختی گیر، ابتدا باید نوع رزین (کاتیونی یا آنیونی) مورد نظر خود را انتخاب کنیم. یکی از تفاوت های رزین های تبادل یونی (آنیونی یا کاتیونی) قوی و ضعیف در قیمت آنهاست. رزین های نوع ضعیف نسبت به قوی قیمت بالاتری دارند، زیرا رزین های ضعیف بازده احیا و بازسازی بیشتری دارند. بازده یا راندمان احیای رزین های قوی معمولاً کمتر از 40 درصد است، به بیان دیگر پس از احیای این رزین ها 60% از جرم آنها عملاً تلف می شود، ولی راندمان احیای رزین های تبادلی یونی معمولاً حدود 100 درصد می باشند. به علاوه، رزین های تبادل یونی ضعیف را می توان توسط اسید یا باز ضعیف و یا با اسید یا باز رقیق احیا نمود. اگرچه رزین های تبادل یونی ضعیف قادر به تعویض تمام یون ها نیستند و تنها یون هایی با شرایط خاص را حذف می کنند، ولی کاربرد آنها در صنایع مختلف نسبت به نوع قوی بیشتر است و معمولاً گرانتر از رزین های تبادل یونی قوی می باشند.

تفاوت دیگر رزین های نوع قوی و ضعیف در میزان تورم پذیری آنهاست. رزین های تبادل یونی قوی که به صورت هیدروژنی یا هیدروکسیلی می باشند، دارای بیشترین حجم متورم شده هستند، اما رزین های ضعیف هنگامی که به صورت نمک در می آیند، بیشتر حجم را دارند. بنابراین پس از احیای رزین های قوی ممکن است تا میزان 90 درصد افزایش حجم داشته باشند، اما حجم رزین های ضعیف پس از اشباع به 90% افزایش می رسد.

حجم رزین مورد مورد نیاز در سیستم سختی گیر بسته به نوع و ظرفیت رزین متفاوت است. رزین های آنیونی نسبت به رزین های کاتیونی ظرفیت تبادل یونی کمتری دارند، بنابراین حجم بیشتری از رزین های آنیونی نیاز است تا قابلیت تبادل یونی معادل کل حاصل گردد.

رزین های پرولایت

رزین های تبادل یونی معمولاً برحسب حجم و در بسته بندی های حدود 20 تا 200 لیتری به فروش می رسند. به دلیل اهمیت و کاربرد فراوان رزین ها در صنایع مختلف، شرکت های زیادی اقدام به تولیدی آنها کرده اند، اما در این میان، رزین های پرولایت پرفروش ترین رزین تبادل یونی هستند که جهت سختی گیری صنعتی و تولید آب خالص در صنعت استفاده می شوند. استفاده از مواد اولیه کاملاً مرغوب، با کیفیت و تنوع محصولات شرکت پرولایت (purolite) را بزرگترین و مشهورترین برند تولید کننده رزین تبدید نموده است. پرکاربرترین محصولات رزین پرولایت، رزین های C100 و C100E می باشد که به ترتیب به عنوان سختی گیر صنعتی و آب آشامیدنی در صنعت تصفیه آب استفاده می شوند. از دیگر محصولات این شرکت می توان به رزین های پرولایت  دیونایزر (مدل C100H)و رزین های پرولایت اختصاصی حذف بی کربنات، آرسنیک، نیترات، حذف سولفات و به ویژه رزین پرولایت رنگبر حذف رنگ اشاره نمود.

احیای رزین میکس بد (بستر مخلوط)

محاسبه مقدار رزین مورد نیاز

یکی از عوامل موثر در طراحی دستگاه سختی گیر رزینی، مقدار رزین مورد نیاز دستگاه است، زیرا عواملی مانند مقدار و جنس رزین در بازده و عملکرد دستگاه سختی گیر بسیار موثر هستند. حجم رزین مورد نیاز برای دستگاه سختی گیر می توان توسط عوامل زیر برآورد کرد:

• میزان دبی آب (نرخ عبور جریان آب از سختی گیر)

• سختی آب خام ورودی

• حجم آب سختی گیری شده

• تعداد دفعات احیای روزانه

• ظرفیت تبادل یونی رزین مورد استفاده

معمولاً تعداد دفعات احیا در روز حداکثر سه مرتبه می باشد و زمان هر بار احیا را تقریباً دو ساعت در نظر می گیرند. این زمان بسته به دمای آب می تواند حداکثر سه ساعت زمان ببرد تا محلول اشباع آب نمک در مخزن تولید و آماده مصرف شود. هنگام محاسبه میزان رزین مورد نیاز براساس دبی آب معمولاً به دو عامل سطح مقطع رزین و زمان تماس مناسب مورد نیاز میان رزین و آب توجه ویژه می شود.

مشخصات آب آشامیدنی سالم از نظر میزان سختی

آب آشامیدنی سالم استاندارد از نظر املاح موجود در آن باید مشخصات زیر را داشته باشد:

• آب نرمی حاوی تمام املاح معدنی مورد نیاز بدن باشد.

• نوشیدن آبی خالصی که کلیه املاح آن حذف شده باشد، برای سلامتی انسان مضر است.

• حاوی مقدار مناسبی کلسیم و منیزیم برای سلامتی انسان (خصوصاً برای کودکان در حال رشد)

• میزان سدیم موجود در آب از 300 میلی گرم بر لیتر بیشتر نباشد.

• میزان سدیم کلرید مورد نیاز بدن حدود دو تا سه قاشق غذایی در روز است که منابعی مختلفی از جمله باید تامین شود.

جذب سدیم از طریق مصرف آب نرم به میزان سختی آن بستگی دارد. این میزان جذب کمتر از 3% از سدیم مورد نیاز بدن است که از طریق آب صورت می گیرد.

5- رزین تبادل یونی حذف آرسنیک

آلودگی آب های زیر زمینی به ماده سمی آرسنیک، یکی از اساسی ترین مشکلات و آلاینده های آب آشامیدنی در سراسر دنیا است. مصرف طولانی مدت این ماده می تواند سبب بروز بیماری هایی جدی از جمله سرطان در انسان شود. سازمان بهداشت جهانی حد مجاز و استاندارد آرسنیک در آب را 0.01 میلی گرم بر لیتر تعیین کرده است، در حالی که حداکثر مقدار مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی حدود 5 میلی گرم بر لیتر می باشد.

آرسنیک عمدتاً به صورت دو ترکیب آرسنات و آرسنیت در آب وجود دارد و با استفاده مستقیم از روش تبادل یونی تنها می توان آرسنات (با بار منفی) را از آب حذف نمود. اما به منظور حذف آرسنیک (با بار خنثی) ابتدا آن را توسط فرایند اکسایش به آنیون (با بار منفی) تبدیل کرده و سپس از آن از رزین های مبادل یونی جهت حذف آن استفاده می شود. در این روش، فرایند اکسایش باعث تبدیل آرسنیت به آرسنات در آب می گردد. باید دقت شود که در روش استفاده همزمان از فرایندهای اکسایش و تبادل یونی، لازم است که رزین ها توسط عملیات احیا از مواد حاصله از اکسایش پاک شوند. اگر زمان انجام روش اکسیداسیون طولانی باشد، ممکن است موجب آسیب به رزین ها شود. بنابراین تعیین زمان بهینه فرایند اکسایش در عملکرد دستگاه اهمیت بسزایی خواهد داشت، بدین منظور استفاده از رزین های انتخابی آرسنیک (نوع آنیونی قوی) در مقایسه با انواع دیگر مناسب تر است. این رزین آنیونی قوی از نوع کلراید است و اگر PH آب در هنگام استفاده از آن در محدوده 8 تا 9 باشد، واکنش آرسنات کلرید رخ خواهد داد.

آیا سدیم آب سختی گیری شده برای سلامتی انسان مضر است؟

برخی از استفاده کنندگان دستگاه سختی گیر، نگران هستند که سدیم اضافه شده به آب سختی گیری شده برای سلامت آنها مضر باشد. در این باره باید بدانیم که میزان سدیم افزوده شده به این آب به میزان سختی آب بستگی دارد. اما بطور کلی باید توجه داشت که حتی اگر اینکه آب ورودی سختی بالای داشته باشد، این میزان سدیم آب سختی گیری شده در مقابل میزان نیاز روزانه ما به سدیم و مقدار دریافتی از طریق مواد غذایی، مقداری بسیار ناچیزی است و در این مورد اصلاً نگرانی وجود ندارد. 
برخی دیگر از افراد نیز مضطرب هستند که شاید آب سختی گیری شده مانند نمک (کلرید سدیم) سبب شوری آب شود. اما این تصور درست نیست، زیرا آب سختی گیری شده حاوی بی کربنات سدیم (نه کلرید سدیم) است، طعم شوری نخواهد داشت.
 

ایجاد نظر

نظر خود را بنویسید حداکثر تعداد کاراکتر ۵۰۰۰