Wymiana jonowa (zmiękczanie, demineralizacja)

Wymiana jonowa w technologii uzdatniania wody wykorzystywana jest głownie do jej zmiękczania im demineralizacji. Woda naturalna zawiera jony wapnia (Ca2+) oraz magnezu (Mg2+). Suma ich stężeń tworzy twardość całkowitą. Ta część jonów wapnia i magnezu, która związana jest w węglanach nazywana jest twardością węglanową. Do odwracalnego wiązania kationów tworzących twardość wody wykorzystywana jest żywica kationitowa z grupami czynnymi obsadzonymi jonami sodowymi. W procesie wymiany jonowej jony tworzące twardość zostają zastąpione jonami neutralnymi (dwa jony Na+ na jon Ca2+). Gdy wszystkie jony sodu zostaną zastąpione jonami wapniowymi i magnezowymi konieczna jest regeneracja żywicy roztworem chlorku sodu (soli kuchennej). Zachodzi wtedy proces odwrotny, grupy czynne żywicy obsadzane są jonami sodowymi a roztwór poregeneracyjne zostanie skierowany do kanalizacji jako ściek.

Złoże jonowymienne zasypane jest do zbiornika ciśnieniowego wyposażonego w drenaż górny i dolny. Regeneracja zdolności jonowymiennej złoża składa się z kilku cykli: spulchniania złoża przeciwprądowym strumieniem wody, regeneracja złoża solanką prowadzona we współprądzie lub w przeciwprądzie, wypieranie solanki ze zbiornika oraz płukanie szybkie usuwające ze złoża reszte solanki. Solanka przygotowywana jest w zbiorniku zarobowym z tabletek solnych rozpuszczonych w wodzie.

Filtry zmiękczające mogą być łączone równolegle co pozwala na ciągła prace instalacji: jeden ze zbiorników załączony jest do pracy, drugi w fazie regeneracji. W przypadku zmiękczacza jednokolumnowego w trakcie regeneracji następuje przerwa w produkcji wody zmiękczonej. Woda doprowadzana do zmiękczania powinna być pozbawiona jonów zeaza i manganu ponieważ blokują one grupy aktywne jonitu.

W roztworze wodnym cząsteczki związków chemicznych: kwasów, zasad i soli występują w postaci zdysocjowanej w postaci dodatnio naładowanych kationów oraz ujemnie - anionów. Proces jonitowej demineralizacji wody odbywa się w układzie dwóch kolumn, z których jedna wypełniona jest silnie kwaśnym kationitem, pracującym w cyklu wodorowym, a druga silnie zasadowym anionitem, pracującym w cyklu wodorotlenowym. Grupy czynne żywic jonowymiennych ulegają wymianie na jony stanowiące zasolenie wody. Proces wymiany jonowej polega na wymianie kationów na jon wodorowy a anionów na grupę hydroksylową. Wymiana ta zachodzi w równoważnych ilościach. Proces ten jest odwracalny.

Obsadzenie grup aktywnych przez zawarte w wodzie jony prowadzi do wyczerpania zdolności jonowymiennej złoża i co za tym pogorzenie jakości wody uzdatnionej. Aby odzyskać jego właściwości po uzdatnieniu określonej ilości wody, złoża jonitowe należy poddać regeneracji. Regenerację kationitu przeprowadza się roztworem kwasu solnego lub siarkowego, natomiast anionitu roztworem wodorotlenku sodowego. Reagenty pobierane są z pojemników magazynowych. W czasie regeneracji zachodzi proces odwrotny: kationy zatrzymane na kationicie wymieniane są na jony wodorowe, aniony zaś na jony hydroksylowe. Usunięte jony trafiają do ścieków powstających w procesach regeneracji.

Proces demineralizacji wody pozwala na otrzymanie wody o wysokim stopniu czystości. Woda zdemineralizowana wykorzystywana jest w wielu dziedzinach gospodarki, między innymi w przemyśle farmaceutycznym, kosmetycznym, elektronicznym, energetycznym i spożywczym oraz wszędzie tam, gdzie wysoka jakość wody jest warunkiem prawidłowego funkcjonowania urządzeń. Proces demineralizacji jonitowej pozwala na praktycznie całkowite usuniecie zawartych w niej kationów i anionów.

Wymiana jonowa

Deminelralizacja