Ионообменные смолы: применение. Насколько они эффективны при очистке воды? Введение технологического процесса

" статьёй Способы умягчения воды . Где опишем основные существующие способы и , как можно из жёсткой воды сделать мягкую воду. А также подробнее остановимся на одном из них, наиболее распространённом и надёжном.

Способы умягчения воды можно разделить на три и большие группы:

1. химические способы.
2. физические.
3. экстрасенсорные.

Перед тем, как перейти к описанию способов, давайте для начала определимся с терминами. А именно с термином "умягчение воды ". Ранее, в статье "Жёсткая вода " мы затрагивали вопрос жёсткости воды и причин, которые её вызывают — а также последствий использования жёсткой воды. Соответственно, существует несколько определений термина "умягчение воды ", в зависимости от того, на каком этапе идёт воздействие —

• на этапе борьбы с причинами жёсткости воды или
• на этапе борьбы с последствиями использования жёсткой воды.

Понятное дело, этап воздействия на причину жёсткости воды будет бороться и с последствиями жёсткой воды. Но не наоборот. Соответственно, теперь можно перейти к способам умягчения воды. Химические реагентные способы умягчения воды мы затронем в другой статье, а сейчас поговорим про ионный обмен .

Химический способ борьбы с жёсткой водой основан на обмене. Обменом заведует ионо-обменная смола. Ионо-обменная смола — это длинные молекулы, собранные в полупрозрачные желтоватые шарики.

Из этих молекул торчат многочисленные отростки (очень-очень маленькие), к которым присоединяются частицы соли. Простой поваренной соли (ионы натрия).Один ион натрия на один отросток.

В процессе умягчения вода проходит через смолу, пропитывает её насквозь. Соли жёсткости заменяют натрий, связанный со смолой. То есть, происходит обмен — натрий высвобождается и течёт далее, а соли жёсткости остаются связанными со смолой. Причём важно знать, что вымывается из смолы в два раза больше солей, чем оседает, что связано с разницей в зарядах ионов.

Соответственно, рано или поздно (зависит от ёмкости смолы, количества очищенной воды и количества солей жёсткости) все соли натрия в смоле заменяются на соли жёсткости. И после этого смола перестаёт работать — так как больше нечего обменивать.

Для каждой смолы есть свой предел, который она может достигнуть, после чего перестаёт работать. После чего возможны два варианта обращения со смолой, которые зависят от того, в каком виде вы использовали эту смолу. Так, существует два варианта, в каких ионообменная смола работает.

Первый вариант — простой картридж, который располагается в стандартном корпусе, как для или для . Пример картриджа с ионообменной смолой:

Другой вариант — смола, которая насыпается в большой баллон (или не очень большой, зависит от фантазии инженеров). Поскольку баллон чаще всего похож на колонну (пропорциями), то он называется "ионообменная колонна". Она же называется "умягчитель", "ионообменник". Пример ионообменной колонны:

Отличия этих двух вариантов заключаются в количестве ионообменной смолы:

1. Картридж с ионообменной смолой годится только для того, чтобы пить воду и иногда на ней готовить.
2. Ионообменная колонна предназначена для очистки воды на всю квартиру, дом, производство.

Второй вариант, помимо большей стоимости при покупке, имеет нюанс: он требует постоянных затрат на покупку соли, которой восстанавливается фильтрующая способность смолы. Здесь мы возвращаемся к тем возможностям, что можно сделать с ионообменной смолой, когда она перестаёт работать. Так, вариант с картриджем таков — выкинуть. Хотя иногда встречаются люди, которые применяют к нему второй вариант, как к ионообменной колонне.

Ионообменная колонна всегда имеет спутника — бак с рассолом.

В этом баке специальная таблетированная соль растворяется и образует рассол.

Периодически (зависит от того, какой тип управления используется и от показателей воды) раствор соли протекает через смолу, вымывает соли жёсткости и меняет их на исходную соль. После промывок смола восстанавливает свои способности к ионному обмену.

Ионообменная смола так же может удалять и железо в небольших количествах. Трёхвалентное железо портит ионообменную смолу, смола необратимо забивается, и её нужно менять. Так что будьте внимательны и вовремя делайте анализ воды .

Какой фильтр лучше покупать? Какой больше нравится. И, естественно, тот, который в наибольшей степени позволяет вам достичь ваших целей (о чём говорилось в статье "Выбор фильтра для воды: сколько тратить? ").

Также следует учитывать особенности, связанные с размером эксплуатационных расходов на использование ионообменного фильтра. Так, для разных установок умягчения воды требуется разное количество соли на одинаковую производительность. И нужно следить, чтобы расходы на соль были минимальными . Так же показатель — количество сброса воды в канализацию при промывках. Чем больше тратится воды, тем дороже выходит обслуживание. Для ориентира — минимальный расход соли, который мне когда-либо встречался, при производительности 1,5 м3/час составлял 1,14 кг соли на регенерацию.

Ионный обмен — способ умягчения воды, который воздействует на причину жёсткости воды, чем делает её мягкой.

Другие способы умягчения воды мы рассмотрим в дальнейшем.

Низкая производительность катионитового фильтра зависит в основном от двух причин:

• недостаточной высоты слоя сульфоугля в фильтре. В этом случае необходимо добавить сульфоуголь до максимума, поднять возможно выше верхнее дренажное устройство или увеличить высоту фильтра, приварив к верхней части цилиндрическую обечайку;
• высокого гидравлического сопротивления труб дренажного устройства, подводящих воду. Для устранения этого явления необходимо разгрузить фильтр, демонтировать дренажное устройство переделать его, увеличив количество ответвлений и соответственно количество ниппелей и колпачков. Если колпачки отсутствуют, необходимо отфрезеровать большее количество щелей на боковых ответвлениях. Если это не поможет и заметного действия не даст, то необходимо заменить все трубы, увеличив диаметр их.

Снижение обменной рабочей емкости катионита зависит от нескольких причин:

• низкого качества поваренной соли, применяемой для регенерации. Соль, применяемую для регенерации, необходимо подвергать анализу. Для этого приготовляют 10-процентный раствор ее и определяют обычным способом общую жесткость. Она не должна превышать 40 мгэкв / л ;
• повреждения дренажного устройства в фильтре, например, при срыве колпачков, при коррозионном повреждении ниппелей и т. д. В этом случае необходимо разгрузить фильтр, осмотреть и отремонтировать дренажное устройство;
• неточного соблюдения режима регенерации (низкая интенсивность взрыхления катионита, увеличенная скорость пропускания раствора соли, несоблюдение последовательности при открывании кранов, недостаточное количество соли, загружаемое в солерастворитель). В этих случаях необходимо привести режим регенерации в полное соответствие с инструкцией по обслуживанию фильтра.

Интенсивная убыль катионита при взрыхлении , сопровождающаяся помутнением воды. Прежде всего необходимо проверить режим взрыхления, не допуская выброса сульфоугля в промывочную воду. Это явление также может происходить при недостаточном качестве сульфоугля. При несоблюдении правил хранения сульфоугля происходит порча его, он рассыпается, изменяя свой гранулометрический состав. Лучшие всего сульфоуголь хранить в воде. Кроме этого, подвышенное содержание воздуха в воде и скопление его в фильтре также способствует окислению угля.

Пологая кривая истощения катионита и большая "хвостовая" обменная емкость его.

Это явление наблюдается в том случае, если скорость фильтрования воды в различных местах сечения фильтра неодинакова, что происходит при различном сопротивлении прохождению воды в различных точках дренажного устройства.

В этом случае рекомендуется остановить фильтр, открыть верхний люк, удалить верхний загрязненный слой, и перелопатить слой катионита на глубину до 1 м . При ближайшем капитальном ремонте следует обратить особое внимание на гидродинамику нижнего дренажного устройства.

Увеличение периода отмывания соли после регенерации.

Причиной этого обычно является увеличенное мертвое пространство между поверхностью цементной заливки и уровнем размещения колпачков. Для устранения этого явления необходимо дополнительно осуществить заливку, доведя ее до нижних кромок колпачков.

Попадание зерен катионита в умягченную воду.

Это свидетельствует о неполадке в дренажном устройстве в результате срыва дренажных колпачков. В этом случае фильтр останавливают, выгружают и ремонтируют дренажное устройство.

Чтобы обеспечить высокий уровень очистки воды в домашних условиях, необходимо использовать трехступенчатую систему фильтрации. Такая система включает в себя картридж механической очистки, умягчения (в котором используется ионообменная смола) и доочистки из активированного угля.

Ресурс подобных картриджей приблизительно составляет 5-7 тысяч литров, поэтому их достаточно менять раз в год на новые. Но есть один важный момент: эффективность картриджа с ионообменником напрямую зависит от уровня жесткости поступающей жидкости и его полноценное применение возможно только при проведении регулярной регенерации.

Ионообменные смолы: общее описание

Это соединения в виде мелких шариков, обычно янтарного цвета. Они способны улавливать из водных растворов ионы магния и кальция и заменять на ионы натрия (или водорода). В результате жидкость приобретает нормальный уровень жесткости.

Такие материалы широко применяются в процессах водоподготовки, начиная с 60-х годов прошлого века. Это один из доступных, экологически безопасных и быстрых способов фильтрации. Он позволяет избавиться от накипи, добиться хорошего пенообразования при контакте с моющими средствами и получить питьевую воду без посторонних примесей.

В бытовых фильтрах наиболее часто используются иониты гелевого типа (например, катионит КУ-2-8, Dowex, Relite, Lewatit и др. Они обладают химической стойкостью, осмотической стабильностью и не выделяют в очищаемую воду вредные примеси.

Так как емкость ионитов ограничена, необходимо своевременно проводить ее восстановление. Для этого ионообменник погружают в раствор, содержащий избыток ионов натрия. В этом случае процесс пойдет в обратном направлении: ионы натрия поглощаются, а ионы кальция и магния отдаются в раствор. В качестве регенерационного соединения обычно используют поваренную соль.

Как регенерировать смолу при помощи поваренной соли?

Для этого следует закрыть кран на входе, чтобы перекрыть подачу воды в фильтр, и включить чистую воду, чтобы сбросить давление в корпусах системы. Затем следует достать картридж механической очистки и тщательно очистить его от загрязнений, промыв под струей воды со щеткой, а также вымыть колбу фильтра. После этих процедур картридж механической очистки установить на место.

Затем необходимо достать картридж с ионообменником. Процедура его регенерации зависит от типа фильтрационной системы: в простых фильтрах содержимое можно высыпать и регенерировать в отдельной емкости, в более сложных восстановление проводится без извлечения гранул.

В первом случае следует залить смолу 2 л 10 %-ного раствора нейодированной поваренной соли (100 г соли на 1 л воды) и дать настояться в течение 6-8 часов. После этого ионообменник промывают чистой водой 2-3 раза и засыпают обратно.

Второй вариант предполагает заливание смолы прямо в картридже 2 л 10 %-ного солевого раствора, после чего картридж ставят в промытую колбу и заливают еще 0,5 л раствора, оставляют на 8-10 часов. По истечении этого времени жидкость сливают и вновь погружают ионообменник в 2 л раствора. Для устранения избытка соли после этого гранулы промывают 2 л чистой воды.

Важный момент! Восстановление смолы может проводиться неоднократно, но постепенно она загрязняется примесями, которые содержатся в воде, и теряет ионообменную емкость. Поэтому картридж с ионообменником подлежит замене примерно раз в год (в зависимости от интенсивности использования и жесткости воды).

Ионообменная смола используется в фильтрах водоочистных систем для умягчения воды. В процессе умягчения натрий-катионит удаляет из воды ионы кальция и магния. Наличие именно эти ионов делает воду жесткой. Удаленные ионы жесткости замещаются соответствующим количеством ионов натрия. В случае эквивалентного замещения ионов анионный состав (отрицательно заряженные ионы) и рН (водородный показатель, кислотность среды) воды не меняется.

При работе фильтра-умягчителя происходит процесс сорбции (поглощения) ионов жесткости и эффективность фильтрующего материала (обменная емкость смолы) постепенно снижается. В следствие этого ухудшается эффективность фильтра. Ионы солей жесткости не задерживаются на гранулах смолы и попадают в систему водоснабжения дома. Жесткость водопроводной воды повышается, в результате чего качество воды падает, на сантехническом оборудовании и посуде образуется белый налет.

Чтобы на выходе из системы фильтрации не ухудшилось качество питьевой воды, необходимо регулярно проводить специальные действия, которые называются "регенерация ионообменной смолы". Регенерация вернет наполнителю фильтра-умягчителя его способность эффективно снижать жесткость воды из скважины.

Процесс регенерации фильтра-умягчителя

1. Взвешенные соли удаляются из фильтра промывкой водой.
2. Ионы, связанные со ионообменной смолой, удаляются раствором регенерации (NaCl).
3. Фильтр промывается водой, чтобы удалить раствор регенерации.

Одно из достоинств фильтров на основе ионообменных смол состоит в том, что регенерация катионитов производится раствором обычной поваренной соли (хлористый натрий, NaCl). То есть на здоровье человека и состоянии экологии не оказывается никакого отрицательного воздействия. Соль должна постоянно находится в солевом баке из которого во время регенерации порционно поступает в балон.

Восстановление свойств фильтрующего реагента позволяет многократно использовать одну засыпку. Однако, способность ионообменной смолы умягчать воду постепенно снижается, так как регенерация не возвращает ионообменной смоле все ее свойства на 100%.

Средний срок службы ионообменной смолы составляет 3 года, при определенных условиях эксплуатации - до 6 лет. Полностью выработанные катиониты подлежат утилизации.