تصفیه آب از طریق روش‌ها و فرآیندهای متعددی صورت می‌گیرد. یکی از رایج‌ترین روش‌ها، استفاده از رزین‌های تبادل یونی است. این ماده متخلخل هم به صورت مخلوطی از کاتیون‌ها و آنیون‌ها و هم به صورت جداگانه مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه مقاله به بررسی مفصل‌تر این موضوع خواهیم پرداخت.
رزین چیست؟
رزین بستر تبادل یونی است که معمولاً در نرم کردن آب و گرفتن سخت آب کاربرد دارد. پرمصرف‌ترین نمونه در صنعت رزین، ژل پلی استایرن است. این رزین ساختاری بسیار متخلخل دارد و اندازه هر مهره از 0.3 1.2 میلی متر متغیر است و تقریباً حاوی 45٪ رطوبت است. بلوک‌های سازنده این نوع رزین پلی استایرن و دی وینیل بنزن (DVB) است. دی وینیل بنزن یک مایع زرد رنگ با بوی تند است که بستر رزین را به هم متصل می‌کند.تعداد حجم بیشتر مهره های رزین هر فوت مکعب، کمک می‌کند تا یون‌های سختی بیشتری از آب جذب شده و به طور کلی ظرفیت بیشتر ایجاد می‌کند. رزین ممکن است از نظر ظاهری شبیه دانه‌های شکر قهوه‌ای بنظر برسد.
رزین تبادل یونی در مخازن تصفیه آب
عموما بستر رزین، مخلوط یکنواختی از رزین‌های تبادل یونی کاتیون و آنیون است. همچنین اغلب نسبت کاتیون به آنیون 2 به 3 است. به همین دلیل، به این نوع آرایش رزین، بستر مخلوط یا میکس بد گفته می‌شود. همانطور که پیش‌تر گفته شد نوع دیگری از آرایش بستر وجود دارد که کاتیون‌ها و آنیون‌ها در لایه‌های مجزا یا مخازن جداگانه قرار داده می‌شوند.
دلایل تفاوت نسبت‌های رزین تبادل یونی
دلیل استفاده از نسبت‌های مختلف دو نوع رزین، تفاوت در ظرفیت تبادل رزین‌های آنیونی و کاتیونی است. ظرفیت مبادله، مقدار ناخالصی است که حجم معینی رزین قادر به حذف آن است. این ظرفیت دارای واحدهای مول در میلی لیتر یا مول بر گرم است. از آنجا که چگالی رزین آنیون کمتر از رزین کاتیون است، این نوع رزین ظرفیت تبادل کمتری دارد و حجم بیشتری از رزین‌های آنیونی نسبت به رزین‌های کاتیونی برای به دست آوردن قابلیت‌های تبادل مورد نیاز است.
رزین سختی‌گیر
جزء اصلی یک نرم کننده آب یادستگاه سختی‌گیر که آب سخت را به آب نرم تبدیل می‌کند، بستر رزین است. رزین موجود در سختی‌گیرها سمی‌نیست و دانه‌ها نمی‌توانند از سیلندر خارج شوند.
کاربرد رزین در گرفتن سختی آب
نرم شدن آب یا همان سختی‌گیری آب فرآیندی است که در آن آب از طریق بستر رزین جریان می‌یابد تا یون‌های سختی، کلسیم و منیزیم را با یون های سدیم مبادله کند. هنگامی‌که رزین به ظرفیت خود برای نگهداری یون‌های سختی رسید، نرم کننده آب یک چرخه بازسازی را آغاز می‌کند. در طول این چرخه، محلول نمک کلرید سدیم از طریق رزین جریان می‌یابد و با تبادل یون‌های سدیم با یون‌های سختی و شستشوی یون‌های سختی در زهکش، فرآیند را به طور موثر معکوس می‌کند.
عملکرد سختی‌گیر
همانطور که گفته شد رزین‌ها دارای بار منفی هستند زیرا با یون‌های سدیم شارژ می‌شوند. آب هنگام ورود به مخزن مواد معدنی از طریق بستر رزین عبور می‌کند. بار منفی مواد معدنی به دلیل جذب بارهای مخالف به بار مثبت بستر رزین جذب می‌شود. یون‌های معدنی توسط دانه‌های رزین جذب می‌شوند و سپس یون‌های سدیم را آزاد می‌کنند و آب را نرم می‌کنند. این آب نرم از طریق شیرآلات به خانه‌ها می‌رسد.
تا چه مدت زمانی میتوان از رزین استفاده کرد؟
برخلاف تصور رایج، رزین برای همیشه دوام نمی‌آورد. در طول عمر یک سختی‌گیر، رزین تحت حمله دائمی‌شوک هیدرولیکی، اکسیداسیون، شوک اسمزی، ساییدگی عمومی، رسوب گیری و موارد متعدد دیگر قرار دارد. سازندگان رزین اغلب از ده سال به عنوان یک قانون کلی برای طول عمر مورد انتظار استفاده می‌کنند، اما این می‌تواند بسته به شرایطی که رزین در آن قرار دارد به طور قابل توجهی تغییر کند.
بازسازی
نرم‌کننده آب باید بتواند پس از اینکه تمام دانه‌های رزین را کاملاً با یون‌های سختی پوشانده است، از شر کلسیم و منیزیم خلاص شود تا به جمع‌آوری بیشتر ادامه دهد. این زمانی است که بازسازی صورت می‌گیرد.
در طول بازسازی، سختی‌گیر آب از محلول آب نمکی استفاده می‌کند که نمک یا کلرید سدیم به نرم کننده آب عرضه می‌شود تا یون‌های معدنی سختی شسته شود. همانطور که آب نمک از بین می‌رود، بار مثبت رزین به اندازه کافی قوی است که ترکیب کلرید سدیم را از هم جدا می‌کند، لایه سدیم را دوباره روی مهره رزین پر می‌کند و اجازه می‌دهد تا فرآیند تبادل یونی از سر گرفته شود.
انواع رزین‌های مورد استفاده در سختی‌گیر آب
رزین‌های کاتیونی
یک پلیمر متقاطع حاوی واحدهای ساختاری با بار منفی، رزین تبادل کاتیونی نامیده می‌شود.
رزین‌های آنیونی
رزین‌های آنیون بازی قوی بار منفی خود را در محدوده pH زیادی نگه می‌دارند، اما رزین‌های آنیونی با پایه ضعیف بار منفی خود را در مقادیر pH بالاتر از دست می‌دهند. به دلیلdeprotonation، رزین های بازی ضعیف بار خود را در pH بالا نگه نمی‌دارند. با این حال، آنها پایداری مکانیکی و شیمیایی خوبی دارند. رزین های آنیونی با پایه ضعیف برای نمک های آلی مناسب هستند به همین دلیل سرعت تبادل یونی سریعی دارند.
بازسازی رزین‌های آنیونی معمولاً مستلزم بهبود رزین با یک محلول کاملاً بازی مانند هیدروکسید سدیم آبی است. ماده شیمیایی احیا کننده در طول بازسازی از رزین عبور می‌کند، یون های منفی به دام افتاده را خارج می‌کند و ظرفیت تبادل رزین را دوباره پر می‌کند.
رزین‌های بستر مخلوط یا میکس بد: مبدل‌های یونی با رزین های کاتیونی و آنیونی ترکیب شده در یک مخزن به عنوان بستر مخلوط شناخته می‌شوند.
بستر رزین هر دو فرم H OH است. این دستگاه‌ها معمولاً با تمام قطعات داخلی، ابزار، اجزا و کنترل‌های ضروری ساخته می‌شوند تا به‌طور خودکار کنترل شوند.
نتیجه گیری
سختی‌گیرهای آب یک بخش مهم از تجهیزات در بسیاری از صنایع هستند که خرابی آنها می‌تواند به سرعت منجر به خرابی‌های پرهزینه شود. در نظر گرفتن رزین به عنوان یک آیتم تعمیر و نگهداری، شروعی عالی برای بهبود مدیریت سیستم آب شما است.
سوالات متداول
چه چیزی باعث سختی آب می‌شود؟
کلسیم و منیزم دو عنصر سخت کننده آب هستند.
چه مقدار رزین در یک سختی‌گیر وجود دارد؟
یک سختی‌گیر آب کوچک با ظرفیت 16000 دانه معمولاً از حدود ½ فوت مکعب محیط رزین استفاده می‌کند. در حالی که مدل‌های بزرگ‌تر با ظرفیت دانه 32000 از یک فوت مکعب کامل رزین تبادل یونی استفاده می‌کنند.
آیا رزین موجود در دستگاه‌های سختی‌گیر قابل اشتعال است؟
رزین تقریباً در دمای 230 درجه سانتیگراد شروع به سوختن می کند. احتراق خودکار ممکن است از بالای 500 درجه سانتیگراد رخ دهد.
منابع: