رزین تبادل یونی در تصفیه آب

رزین در تصفیه آب کاربرد گسترده ای پیدا کرده و تاثیر بسزایی در حذف کلسیم و منیزیم موجود در آب دارد. رزین ها این روز ها به یکی از مهم ترین مباحث در صنعت تصفیه آب تبدیل شده اند و بر همین اساس تجهیزات تصفیه آب زیادی برای آن ها طراحی و ارائه شده است. رزین ها ذرات کوچک باردار یونی می باشند که در سختی گیر رزینی کاربرد گسترده ای دارند و تا حد مطلوبی می توانند در کاهش سختی آب کمک کنند.

رزین در تصفیه آب چه کاربردی دارد؟

رزین ترکیبی مصنوعی با مولکول های تقریبا بزرگ به شعاع 0.5 تا 0.25 میلیمتر می باشد که دارای دو قطب ناهمنام بوده و قادر به تبادل یون با ذرت باردار در محیط است. با توجه به وجود قطب های فعال آن ها، این ذرات به راحتی با سایر ذرات و مولکول های باردار موجود در محیط به تبادل یون پرداخته و به آنها متصل می شوند. همچنین قدرت چسبندگی بسیار بالای این ذرات، در صنایع مختلف از قبیل تولید پلاستیک، کفپوش و چسب استفاده می گردد. از مهم ترین موارد کاربرد رزین تصفیه آب می باشد که هدف اصلی در آن، کاهش سختی و مولکول های کلسیم و منزیم موجود در آب است.

کاربرد رزین در تصفیه آب در گام اول به نوع ذرات استفاده شده برای این هدف بستگی دارد، اما در حالت کلی می توان گفت این ذرات با توجه به کاتیون یا آنیون های فعال خود به تبادل یونی با ذرات معلق در آب با بار مثبت یا منفی پرداخته و باعث خنثی سازی خود و ذرات معلق می گردند. برای درک بهتر کاربرد این ذرات در صنعت تصفیه آب لازم است با انواع آن ها و ویژگی های هر یک بیشتر آشنا شویم.

رزین کاتیونی چیست؟

رزین های کاتیونی به ذرات یا پلیمرهایی گفته می شود که دارای نقاط کاتیونی متحرک و فعال بوده و می تواند در واکنش برای تبادل یون شرکت کند. از این نوع رزین برای حذف سختی آب استفاده می شود، چون قادر است یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب را با یون های سدیم موجود در این ذرات زرد و سفید رنگ جایگزین نماید. کاربرد رزین در تصفیه آب بر اساس قوی یا ضعیف بودن رزین کاتیونی نیز متفاوت است. به طوری که رزین های کاتیونی قوی قادر به حذف سختی آب هستند در حالی که کاتیون های ضعیف تنها می توانند سختی های موقت آب را حذف کنند. رزین های کاتیونی قوی استفاده شده برای کاهش سختی آب دارای سولفوریک فعال بوده و در نوع ضعیف آن از کربوکسیلیک استفاده می گردد. از جمله رزین های کاتیونی قوی می توان به پلی استایرن سولفونات و برای نوع ضعیف آن به کربوکسیلیک اسید اشاره نمود.

رزین آنیونی چیست؟

رزین های آنیونی نقطه مقابل کاتیونی ها هستند و بخش آنیونی آنها فعال و آماده برقراری واکنش و تبادل یون می باشد. از این نوع ذرات بیشتر برای خالص سازی آب و حذف کلر موجود در آن استفاده می گردد. از نوع ضعیف این رزین بیشتر برای حذف اسیدهای معدنی استفاده می شود و به جاذب اسید معروف هستند. در مقابل، رزین های آنیونی قوی قادر هستند تمام آنیون های موجود در آب را حذف نمایند. رزین های آنیونی که به قلیایی شهرت دارند را می توان در دو نوع ضعیف و قوی تقسیم بندی کرد. نوع قلیایی ضعیف این ذرات دارای گروه های 4 تایی آمینو هستند مانند PolyAPTAC و نوع ضعیف آن حاوی گروه های آمینو اولیه، ثانویه و ثالث مانند پلی اتیلن ایمین می باشند.

کاربرد رزین در سیستم تصفیه آب رزینی

سیستم های رزینی (دستگاه دیونایزر، فیلتر شنی، سختی گیر رزینی و دی آلکالایزر) معمولا برای آب خام با TDS کمتر از 2000 کاربرد دارد. برای آب های شورتر استفاده از سیستم رزینی کارایی و صرفه اقتصادی ندارد. زیرا تعداد دفعات اشباع رزین بالا رفته و سیکل احیای رزین کوتاه تر می شود. در نتیجه مقدار مصرف مواد احیا کننده بالا می رود. همچنین به علت انباشتگی املاح، سیستم رزینی کارکرد مناسبی نخواهد داشت. در این موارد تنها راه استفاده از دستگاه تصفیه آب صنعتی RO می باشد.

کاربرد رزین در تصفیه آب و سختی گیری

با توجه به نوع رزین استفاده شده در فرآیند تصفیه آب، این ذرات می توانند برخی از مواد و ذرات معلق در آب را حذف کنند. از اصلی ترین کاربردهای رزین در تصفیه آب می توان به کاهش سختی آن اشاره نمود که یک تهدید بزرگ برای سلامتی انسان به حساب می آید. وجود منیزیم و کلسیم زیاد در آب از بزرگترین چالش ها در صنعت تصفیه آب می باشد که تجهیزات زیادی برای کاهش آن طراحی و تولید شده است.

استفاده از سختی گیر رزینی یکی از بهترین راهکارها در این زمینه می باشد که می تواند یون های منیزم و کلسیم را با یون سدیم فعال در رزین تعویض نماید. پس از استفاده متوالی از رزین به مرور زمان لازم است نسبت به احیای سختیگیر رزینی اقدام شود. برای احیای رزین و افزایش راندمان و بهبود کاربرد رزین در این زمینه از نمک برای شستشوی آنها استفاده می شود. نکته مهم اینکه با این روش نمی توان کلر و گوگرد و سایر مواد آلی موجود در آب را حذف نمود.

کاربرد رزین در خالص سازی آب

از دیگر موارد استفاده رزین های تبادل یونی در تصفیه آب، خالص سازی و زلال شدن آن می باشد. بسیاری از مواد محلول در آب بعد از عبور از لایه های رزین، به دلیل اتصال این دانه ها به هم، امکان عبور را پیدا نمی کنند. بنابراین حجم زیادی از ذرات معلق از این طریق از آب جدا شده و در نهایت منجر به زلال سازی آن خواهد شد.
علاوه براین، رزین های آنیونی قوی و ضعیف قدرت بالایی در حذف کلر و سایر ترکیبات از قبیل اسیدهای معدنی دارند. استفاده از این نوع رزین تاثیری بر میزان سیلیکای موجود در آب ندارد، اما می تواند سایر ترکیبات از قبیل اسیدهای سیلیسیک را حذف کند.

حذف کربناتها یا قلیائیت زدایی (DEALKALIZATION)

قلیاییت زدایی یکی دیگر از استفاده هایی است که از سیستم های رزینی می شود. سیستم رزینی که برای حذف قلیائیت آب از آن استفاده می شود دستگاه دی آلکالایزر نام دارد.

یون زدایی کامل آب (Demineralization)

کاربرد دیگر سیستم رزینی یون زدایی کامل آب  و تهیه آب کاملا خالص به وسیله دستگاه دیونایزر است. آب فوق خالص یا آب دمین در صنایع دارویی و صنایع حساس دیگر استفاده میشود. تهیه آب فوق خالص یک فرایند دو مرحله ای است به دو صورت انجام می شود. روش اول Double RO و روش دوم به کارگیری سیستم رزینی در کنار دستگاه RO است. در تصفیه آب فوق خالص با استفاده از سیستم رزینی، در مرحله اول تصفیه آب توسط دستگاه تصفیه آب اسمز معکوس RO انجام می گردد. در مرحله بعد از رزین میکس بد برای حذف کامل یون های آنیونی و کاتیونی استفاده می شود.

چیدمان سیستم رزینی

چیدمان های زیادی از سیستم رزینی در تصفیه آب استفاده می شود. از میان این روش ها رایج ترین و پرکاربردترین آن شامل مراحل زیر است :

• پیش تصفیه سبک سازی

• نمک زدایی (سیستم اصلی)

• پالایش نمودن

در فرایند سبک سازی (سختی زدایی آب) یون های کلسیم و منیزیم با سدیم جایگزین می شوند.

در پروسه نمک زدایی تمام کاتیون ها با یون هیدروژن یا سدیم و تمام آنیون ها با یون هیدروکسیل یا کلرید تبادل می شوند.

در فرایند پالایش نمودن کاتیون ها و آنیون هایی که از اولین مرحله نمک زدایی فرار کرده اند، حذف می شوند.

بهترین نوع رزین که در تصفیه آب کاربرد دارد؟

دانه های رزین طبق اندازه ذرات و قطب های فعال دارای خاصیت های متفاوتی هستند. به همین علت لازم است در زمان انتخاب آن ها به شرایط آب و محیط توجه داشت. از جمله معیارهای بسیار مهمی که می تواند بر کیفیت تصفیه آب با کمک رزین تبادل یونی تاثیرگذار باشد، اندازه ذرات است. هر چقدر این دانه ها کوچک تر باشند، به همان نسبت قدرت واکنش پذیری در آن ها افزایش پیدا خواهد کرد.
علاوه بر اندازه ذرات، به کاتیونی یا آنیونی بودن رزین و قوی و ضعیف بودن آن ها نیز باید توجه شود. برای مثال، اگر هدف مورد نظر کاهش سختی موقت آب باشد، رزین کاتیونی ضعیف و برای حذف سختی دائمی آب، از رزین کاتیونی قوی مناسب باید استفاده شود. این در حالی است که نوع آنیونی رزین نمی تواند تاثیر مطلوبی بر درجه سختی آب داشته باشد و بیشتر برای خالص سازی استفاده می شود.

سوالات متداول رزین تبادل یونی

منبع: آبسازه absaze.com