رزین تبادل یون
رزین تصفیه آب یا رزین حذف سختی از آب یکی از مهمترین های مواد مصرفی در سیستم های تصفیه آب استخر و سیستم رسوب زدای تجهیزات موتورخانه می باشد که برای گرفتن سختی و آهک آب مورد استفاده قرار می گیرد. رزین همانند آهنربا عمل می کند به گونه ای که منیزیم و کلسیم موجود در آب را شبیه به قطب مثبت و منفی آهنربا جذب می کند و سپس وقتی که آب نمک وارد رزین می شود سدیم و رزین شبیه به قطب های هم نام آهنربا عمل می کنند و از هم دور می شوند. رزین سختی گیر به عنوان محیطی برای مبادله یونی عمل می کند. به همین دلیل به آن ها رزین تبادل یونی نیز گفته می شود. این رزین در شکل های بسیار کوچکی که معمولا اندازه شعاع آن ها 0.25 – 0.5 میلی متر می باشد. رنگ این رزین ها زرد یا سفید است و نحوه ی قرارگیری این دانه ها در کنار هم به صورت متخلخل می باشد به طوری که سطوح بالایی رزین به صورت تو در تو قرار دارند. جنس رزین های تجاری از پلی استارین سولفونات می باشد. عملکرد این یون ها به گونه ای است که آزاد شدن یونی همراه با به دام انداختن یون دیگری همراه است. رزین های تعویض یونی دو نوع هستند: رزین کاتیونی (بار مثبت) و و رزین آنیونی (بار منفی). در اثر تعویض یون، کاتیون ها یا آنیون های موجود در محلول با آنیون ها و کاتیون های موجود در رزین تعویض می شوند. به گونه ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می مانند.
رزین تبادل یون یا پلیمر تبادل یون یك رزین یا پلیمر است كه به عنوان رسانه و ابزاری برای تبادل یون عمل می كند. رزین ها یک ماتریس نامحلول (یا ساختار حمایتی) به طور معمول در ابعاد کوچک با شعاع (0.25 – 0.5 میلی متر) هستند و معمولا سفید یا زرد رنگ و از زیر لایه پلیمر آلی ساخته شده است. این دانه ها معمولا متخلخل هستند و سطح تماس بالایی را در سطح و داخل آن ها ارائه می دهند. ضبط یون ها همراه با انتشار یون های دیگر همراه است، بنابراین این فرایند مبادله یون نامیده می شود. انواع مختلفی از رزین تبادل یونی وجود دارد. اما اکثر رزین های تجاری از پلی استیرن سولفونات ساخته شده اند. در بسیاری از موارد رزین های تبادل یونی در چنین فرایندهایی به عنوان یک جایگزین انعطاف پذیرتر برای استفاده از زئولیت های طبیعی یا مصنوعی به کار گرفته شدند. همچنین رزین های تبادل یون در پروسه فیلتراسیون بیودیزل نیز بسیار موثر هستند. رزین های تبادل یونی کاربردهای مختلفی دارند. از مهمترین آن ها می شود به استفاده از این رزین ها در دستگاه های تصفیه آب اشاره کرد. با استفاده از تبادل یونی کلسیم و منیزیم موجود در آب را گرفته و با یون سدیم جایگزین می کند. رایج ترین رزین سختی گیر که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد آنیونی و کاتیونی می باشد که در یون های آنیونی، یون ها با بار منفی را جذب می کنند و در یون های کاتیونی، یون ها با بار مثبت را جذب می کنند. رزین سختی گیر کاتیونی و آنیونی هر دو دانه های پلاستیکی کوچک، متخلخل و پلاستیکی می باشند. اندازه این رزین ها تقریبا با قطر 5/5 میلی متر است که متغیر می باشد. هر مهره رزین همچنین باید دارای یک عدد خنثی کننده باشد که بتواند در داخل و خارج از مهره حرکت نماید که با یونی از بار مشابه در طی عملیات تبادل یونی تعویض می شود (وقتی محلول آبی از روی مهره ها گذر می کند و تبادل یونی اتفاق می افتد، از بین رفتن آلودگی نامطلوب می شود).
سختی آب
آب های مصرفی به طور معمول دارای ناخالصی، املاح معدنی و نمک هستند. بیشترین ناخالصی موجود در آب های مصرفی یون های کلسیم و منیزیم می باشند. افزایش ناخالصی ها و املاح در داخل آب برای آشامیدن و مصرف های صنعتی و بهداشتی مناسب نیست و کارایی و بازدهی تجهیزات صنعتی را کاهش می دهد. سختی آب همچنین باعث افزایش مصرف انرژی می شود. سختی آب به دو نوع سختی موقت آب و سختی دائم آب تقسیم می شود. سختی موقت آب معمولا بر اثر حرارت و گرما ایجاد می شود (مانند جرم داخلی سماورها) و به راحتی نیز از بین می رود. سختی دائم آب متشکل از سولفات ها و نیترات های چند ظرفیتی است و با حرارت از بین می رود. واحد سختی آب ppm و یا میلی گرم بر لیتر است. برای از بین بردن سختی آب با روش تبادل یونی از رزین سختی گیر استفاده می شود که به آن زئولیت سدیمی نیز گفته می شود. این رزین ها کروی شکل و پلاستیکی هستند و تشکیل شده از پلیمرهای آلی می باشند. این محصول کلسیم، منیزیم و املاح معدنی موجود را از طریق تبادل یونی از بین می برد و سختی آب را کاهش می دهد. یون های کلسیم و منیزیم با یون های سدیم و پتاسیم جایگزین می شوند و آب از این طریق سختی گیری می شود. در واقع اصلی ترین کاربرد رزین نبادل یونی در تصفیه آب و عملیات های جدا سازی املاح و رسوب زدایی می باشد.
عملکرد رزین سختی گیر
رزین در داخل مخزن سختی گیر قرار می گیرد به صورتی که یون های کلسیم و منیزیم موجود در آب را گرفته و با یون های سدیم در آب جایگزین کرده و سبب نرمی آب می شود. رزین بعد از چندین ساعت استفاده با توجه به دبی عبوری نیاز به احیا پیدا می کند که برای احیای رزین نیاز به محلول آب و نمک می باشد که رزین به حالت اولیه خود در بیاید. برای عملکرد بهتر رزین در داخل سختی گیر بهتر است که رزین هر دو سال یکبار تعویض گردد تا بهترین عملکرد را داشته باشد. رزین سختی گیر به طور متوسط دارای عمر مفید 10 سال است که به طور میانگین 8 تا 10 سال برای نوع کاتیونی و 4 تا 5 سال برای نوع آنیونی آن در نظر گرفته می شود. البته اگر آن را فقط یک بار در روز احیا کنید و مراقب باشید دچار آلودگی نشود، عمر آن تا 15 سال نیز افزایش می یابد.
رزین میکس بد
رزین میکس بد نوعی رزین تبادل یونی است که جهت احیای آب برای تولید آب خالص و یا آب یونیزه کاربرد دارد. برای دیونیزه کردن آب، شفاف کردن آب میعان شده و تولید آب خالص فوق العاده میتوان از این محصول استفاده نمود. دو نوع رزین کاتیونی و آنیونی را می توان در یک ظرف با یکدیگر مخلوط نمود و آب با کیفیت فوق بالا به وسیله واکنش های تبادل یونی زیاد تولید خواهد شد و در صورت تکرار به عنوان یک معبر گذر آبی در طول بستر اختلاط رزین ها اتفاق خواهد افتاد. توضیح رزین میکس بد، به زبان ساده متشکل از رزین های آنیونی و کاتیونی قوی به نسبت 40% کاتیونی و 60% آنیونی تشکیل شده است.
رزین آنیونی قوی
رزین سختی گیر آنیونی قوی (SBA) به صورت معمول برای ضد آب زدایی، دالکالیزاسیون و ضد آب بودن و همچنین برای از بین بردن کل کربن آلی (TOC) یا سایر ارگانیک ها بسته به نوع رزین مورد مصرف قرار می گیرند. آن ها در انواع مختلفی موجود هستند که هر یک مجموعه ای از مزایا و محدودیت های منحصر به فرد را ارائه می دهند ولی به صورت کلی، رزین های SBA به اندازه کافی قوی هستند که اسیدهای قوی و ضعیف را حذف کنند (از جمله اسیدهای کربنیک و سیلیسیک).
رزین کاتیونی قوی
رزین سختی گیر کاتیونی قوی (SAC) از جمله رزین های بسیار مورد مصرف هستند، مخصوصا برای استفاده نرم کننده، چون در از بین بردن کامل یون های سختی مثل منیزیم (Mg +) یا کلسیم (Ca2 +) موثر می باشند. انواع خاصی از رزین های SAC همچنین برای برنامه هایی که خواستار از بین بردن باریم و رادیوم از آب آشامیدنی یا جریان های دیگر هستند، توسعه داده شده است. رزین های SAC به وسیله اکسیدان ها آسیب می بینند و به وسیله آهن یا منگنز ساخته می شوند، بنابراین باید مراقب باشید تا رزین در معرض این مواد قرار نگیرد.
رزین آنیونی ضعیف
رزین سختی گیر آنیونی ضعیف (WBA) اغلب با واحدهای SBA برای استفاده زوج می شوند چون تنها آنیون های مرتبط با اسیدهای قوی تر (مثل کلرید و سولفات) را از بین می برند و اسیدهای ضعیف را حذف نمی کنند (مثل دی اکسید کربن و سیلیس). این می تواند برای مواردی که مایل به از بین بردن اسیدهای قوی تر هستند در حالی که ضعیف تر را حذف می کنند سودمند باشد، اما معمولا WBA و SBA به صورت مشترک برای تکمیل یک عملیات تخریب زدایی کامل تر مورد مصرف قرار می گیرند.
رزین کاتیونی ضعیف
رزین سختی گیر کاتیونی ضعیف (WAC) کاتیون های مرتبط با قلیایی (سختی موقتی) را از بین می برند و برای کاربردهای دیالیزاسیون استفاده می شوند. علاوه بر این، رزین های WAC تمایل به مقاومت در برابر اکسیداسیون نسبتا بالا و دوام مکانیکی دارند و آن ها را برای انتخاب جریانی که دارای اکسیدان هایی مثل پراکسید هیدروژن و کلر هستند، انتخاب می کنند.
انواع رزین کاتیونی
- رزین کاتیونی قوی با پیوند متقاطع جهت تحمل بهتر کلر
- رزین کاتیونی مشبک مشکی و یا کهربایی مورد استفاده جهت حذف آهن
- رزین کاتیونی قوی سیاه رنگ با پیوند عرضی جهت تحمل بهتر کلر موجود در آب
- رزین کاتیونی قوی حاوی سدیم ماکروپور با پیوند متقاطع برای تحمل بالاتر کلر موجود در آب
- رزین کاتیونی دانه درشت درخشان کهربایی رنگ مورد استفاده در سختی گیرهای جریان بالا
- رزین کاتیونی با سدیم کهربایی و مشکی با قدرت نرم کنندگی بالا مورد استفاده در سختی گیرهای تجاری و صنعتی بزرگ
کاربردهای رزین سختی گیر
رزین پرولایت معتبرترین و همزمان پرفروش ترین رزین تبادل یونی است که در صنعت تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرد. رزین سختی گیر پرولایت با تنوع بسیار بالا به منظور گرفتن کلسیم، منیزیم و همچنین سختی گیری صنعتی و تولید آب خالص در صنعت استفاده می شود. رزین سختی گیر کاربردهای زیادی دارد و دارای مصرف خانگی و صنعتی است. از رزین در موارد زیر و برای از بین بردن سختی آب و جلوگیری از تشکیل رسوب استفاده می شود:
- آبکاری فلزات
- موتورخانه ها
- صنعت رنگرزی
- تصفیه بیودیزل
- دیگ های بخار
- برج خنک کننده
- خشک شویی ها
- مبدل های حرارتی
- تجهیزات گرمایشی
- تصفیه آب و فاضلاب
- سیستم های سرمایشی
- مدارهای اولیه و ثانویه در نیروگاه های هسته ای
- حذف سختی آب های شور، آب چاه ها و آب های سطحی
مزایای رزین پرولایت
پرکاربردترین گونه از محصولات رزین پرولایت، رزینهای C100 و C100E می باشد که به ترتیب به عنوان رزین مورد استفاده جهت سختی گیر صنعتی و رزین فود گرید به منظور استحصال آب آشامیدنی در صنعت تصفیه آب مورد استفاده قرار می گیرند. از دیگر محصولات می توان به رزین پرولایت دیونایزر (مدل C100H) و رزین های پرولایت اختصاصی حذف بی کربنات، آرسنیک، نیترات، حذف سولفات و به ویژه رزین پرولایت رنگبر به منظور حذف رنگ موجود در آب خروجی از چاه ها و قالیشویی ها اشاره نمود.
عوامل مهم در خرید رزین سختی گیر
- مقدار مورد نیاز رزین: مهم است که بدانید قبل از خرید نرم کننده آب به چه مقدار رزین احتیاج دارید. باید به دفترچه راهنمای کاربر سیستم سختی گیر خود مراجعه نمایید تا ظرفیت مخزن و میزان رزین مورد نیاز را در آن پیدا کنید.
- نوع رزین: انتخاب بهترین نوع رزین برای آب شما قبل از هر چیز به منبع آب شما بستگی دارد. اگر آب شما از چاه خصوصی تامین می شود یا حتی اگر در برخی از شهرهایی زندگی می کنید که آب شما دارای مقدار زیادی آهن باشد استفاده از یک رزین مشبک انتخاب بهتری خواهد بود.
- طول عمر رزین: به طور متوسط اگر تا 1.0 ppm کلر در آب خود دارید، سیستم سختی گیر شما نرم کردن آب را با کیفیت بالا تا حدود 10 سال ادامه می دهد. طول عمر رزین نرم کننده آب شما به سختی آب شما نیز بستگی دارد، به همین دلیل برای تولیدکنندگان بسیار سخت است که سال های مشخصی را که یک سیستم برای دوام آن طراحی شده، تعیین کنند.
عوامل تعیین کننده مقدار رزین سختی گیر
برای تعیین مقدار رزین مورد نیاز برای سختی گیر باید به مواردی توجه کرد و با توجه به این عوامل میزان رزین لازم را تعیین نمود. این عوامل و پارامترها عبارتند از:
- سطح مقطع رزین
- سختی آب منطقه
- زمان بک واش سختی گیر
- میزان آب برداشتی در هر سیکل
- زمان تماس مورد نیاز بین رزین و آب
- سرعت عبور جریان آب از سختی گیر
به طور کلی و طبق قوانین موجود، برای ایجاد تماس لازم بین رزین و آب، باید به ازای هر 30 لیتر رزین، جریان آب از سختی گیر با سرعت 19 لیتر در دقیقه عبور کند و حداکثر میزان خروجی 28 لیتر در دقیقه باشد. سرعت عبور جریان آب از سختی گیر یا همان دبی جریان، به ازای هر 30 لیتر رزین، نباید از 11 لیتر در دقیقه بیشتر باشد. برای جلوگیری از هرگونه نشتی و عبور ناخالصی در سختی گیر، بهتر است سرعت عبور جریان آب حداکثر به 30 لیتر در دقیقه، به ازای هر 0.1 متر مربع سطح مقطع رزین محدود شود.