Как работает умягчение воды ионообменными смолами

Ионообменная смола для умягчения воды

Существует множество способов сделать питьевую воду максимально безопасной. Когда-то наши бабушки и дедушки не слышали про системы фильтрации. Сегодняшняя экология усложнила ситуацию с питьевой вода. Постоянная очистка нагревательных приборов от налета накипи заставляет познать жесткость воды и задуматься о качестве питьевой воды.

Удаление солей жесткости, которые откладываются на бытовых приборах, возможно с помощью специальных умягчителей. Многие системы фильтрации используют ионообменную смолу для умягчения воды. Рассмотрим более подробно виды смол, их принцип работы и для чего они в системе очистки.

Классификация ионообменных смол

В борьбе с солями кальция и магния отличным вариантом будут безреагентные умягчители воды. Большая часть смягчающих фильтров работает с помощью реагентов. Вода получает нужный состав благодаря фильтрующей массе и реагентам. Последние могут так же восстанавливать фильтрующие среды. Основой фильтра-ионообменника является смола.

Ионообменная смола для смягчения воды используется во многих сферах:

  • очистка;
  • деминерализация;
  • удаления кремния;
  • выборочная фильтрация.

Основой смолы являются иониты – нерастворимые полиэлектролиты. Различают искусственные, природные и синтетические смолы.

Ионит имеют форму заряженного каркаса с ионами противоположного знака. При контакте ионов каркаса с ионами другого знака происходит смена ионитов.

Направление заряда приводит к делению ионов на амфолиты. К ним прибавляются отрицательные катиониты с положительными аонитами. Катионы притягиваются к катионитам, а анионы – к аноитам.

Каркас может иметь различную основу: химическую, нехимическую, минерально-органическую. Она является сочетанием органики и синтетических ионитов. Если каркас гелиевый, то в него макропористые или гелиевые иониты. Они активны в набухшим состоянии при увеличении объема до 3 раз. Однако их ресурс иссякаем. При ликвидации всех мостиков-сшивок смола перестает смягчать воду.

Существуют смолы с равномерным распределением мостиков – изопористые иониты. При большем впитывании они увеличиваются сильно в объеме.

Набухание ионитов гелиевой основы вызвано раскрытием гранул подобно бутону цветка. Гелиевая структура не имеет сплошных стенок и не однородна. Минусом гелиевых смол является их неспособность поглощать большие органические вещества и ионы. При фильтрации может произойти «отравление смолы» — закупорка пор.

Сегодня наиболее применяемыми являются макропористые иониты. Их преимуществами являются малое изменение объема, хорошо адсорбируют, имеют продолжительные обменные реакции, большую скорость фильтрации, прочные и жесткие. Поры в микропористых смолах являются результатом искусственного процесса: добавление жирных кислот, спиртов и гептана.

Если сравнить существующие виды ионитов, то видно:

  • макропористые иониты прочнее гелиевых структур;
  • гелиевые аниониты хуже работают гелиевых катионитов;
  • полистирольные аониты слабее акриловых.

Принцип работы ионообменной смолы

ИВ — исходная вода; OS — обработанная вода; Р — реагент

Смолы для умягчения начали применять только во второй половине прошлого века и быстро себя изжили. В XX веке было сделано максимальное число открытий в области очистки воды. Пик популярности ионообменных смол был в 80-90-ые годы. Потом их стали вытеснять мембраны и обратный осмос. Сегодня смолы для смягчения воды популярны в системах очистки, но не занимают лидирующие позиции.

Для большего понимания принципа работы ионообменную смолу можно сравнить с икрой. Неопытный человек может с первого взгляда перепутать ее с белужьей.

Ранее уже говорилось, что смола для умягчения воды может состоять из трех видов ионитов: аниониты, катиониты и аониты. Наиболее распространенные аониты. Суть разделения в том, что каждый вид может замещать исключительно одноименные иониты.

Аниониты могут иметь сильную или слабую основу, а так же промежуточную и смешанную. Катиониты обладают слабой или сильной кислотностью. Сильная основа анионитов позволяет совершать обмен при любом кислотно-щелочном балансе, слабая – только до 6. Катиониты сильной кислотности могут обмениваться при любом рН, а слабокислотные – до 7.

Таким образом, ионообменная смола умягчает воду, но почти не очищает ее от других примесей. Она может полностью устранить жесткость. Возможно несколько раз прогонять воду через фильтр, что бы сделать ее более мягкой. При каждой очистки увеличивается концентрация натрия, большое значение которой является опасным для человеческого организма.

Иониты могут иметь солевую или смешанную форму. Основу солевой составляют натриевые и хлористые соединения, а смешанной – натрий-хлор или гидроксил-хлорид.

Ионообменные смолы используются в фармакологии, пищевой промышленности, на АЭС для очистки конденсата и т.д.

Иногда дополнительно используют таблетированную соль для умягчения воды. Но обычная столовая соль в таблетках вымывает ионообменные смолы из фильтра. Со временем смола потрескается и утратит свои фильтрующие способности.

Таблетированная солью может восстановить ионнообменную смолу. Продают ее в больших пакетах по 25 кг.

Как выбрать?

Сегодня во многих магазинах на прилавках легко найти смолу для ионообменного фильтра. Если уже известна марка и зарекомендованной производитель ионообменной смолы, то ее быстро можно найти в интернете.

Основным показателем эффективности работы является влажность, а не поглощение. В смоле присутствует химически связанная влага. Ее удаление ведет к разрушению ионообменной смолы для умягчения воды.

Далее следует обратить внимание на емкость ионов – рабочая, объемная, весовая. Объемная и весовая являются стандартными характеристиками, которые определяются в лабораторных условиях. Они всегда указаны в паспорте продукции.

Рабочую емкость измерить невозможно. Она зависит от формы и глубин фильтрующего слоя смолы. Так же важны и входные параметры очищаемой воды.

Следует обратить внимание на скорость фильтрации, уровень восстановления, размер задерживаемых частиц и т.д.

Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации

Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации

Для снижения концентрации солей тяжелых металлов и предотвращения появления накипи на посуде и бытовой технике применяют умягчители воды, из которых самыми распространенными умягчителями являются ионообменные смолы для воды. В статье мы разберем принципы их работы, разновидности и предназначение в очистительной системе.

Из этой статьи вы узнаете:

Как выглядят ионообменные смолы для очистки воды

Для чего нужны ионообменные смолы для воды

Можно ли пить воду после применения ионообменной смолы для очистки воды

Как заменить ионообменную смолу для очистки воды в умягчителе

Как выглядят ионообменные смолы для очистки воды

Применение ионообменных смол в фильтрующих системах частного жилого сектора давно считается необходимым условием для получения качественной питьевой воды. Пик популярности этого способа очистки приходится на конец ХХ века.

С виду, ионообменная смола – это скопление мелких шариков (до 1 мм в диаметре), которые производят из полимерных материалов.

Тот, кто никогда не сталкивался с этим материалом, с легкостью может перепутать смолу с рыбьей икрой. Пользу и его уникальные характеристики нельзя игнорировать. Использование ионообменных смол для умягчения воды позволяет задерживать ионы примесей металлов и солей жесткости. Но такой фильтр не просто накапливает в себе все эти вещества, а заменяет ионы вредных веществ на абсолютно безопасные. Эта процедура замены ионов и закрепила существующее название фильтрующей среды (ионообменные смолы).

В химии ионообменные смолы относят к ионитам (высокомолекулярное соединение, имеющее функциональные группы, которые, в свою очередь, способны вступать в реакцию обмена с ионами какой-либо жидкости). Отдельные группы ионитов способны также вступать в окислительные реакции, процессы восстановления и физической сорбции.

Статьи, рекомендуемые к прочтению:

По своей структуре ионообменные смолы бывают пористыми, гелевыми или промежуточными.

Смолы с гелевой структурой не содержат пор. Обмен ионами в такой структуре возможен лишь в тот момент, когда смола набухает и становится похожей (по консистенции) на гель.

Пористая структура получила свое название благодаря огромному количеству пор на поверхности смолы. Эти поры как раз и позволяют произвести ионный обмен.

В промежуточной структуре ионообменных смол соединены свойства как пористой, так и гелевой структуры.

Все эти разновидности смол имеют принципиальные различия. У гелевых – наибольшая обменная емкость, тогда как смолы с пористой структурой обладают высокой стойкостью к химическим и термическим воздействиям. Такая стойкость позволяет смолам с пористой структурой поглощать больше примесей независимо от температуры воды.

Кроме этого, ионообменные смолы для очистки воды разделяют по заряду ионов. При обмене катионов (положительно заряженных ионов) смолу называют катионитом. В случае обмена анионами (отрицательно заряженными ионами) – анионитами. На практике суть различия по этому признаку сводится к способности обмена ионов в водной среде с разным уровнем pH. У анионитов «рабочей» считается среда с рН от 1 до 6, в то время как у катионитов процессы протекают в среде с рН от 7 и более. Конечно же, пользователям необязательно разбираться в таких тонкостях работы фильтров. В выборе необходимого типа фильтрующего устройства вам должны помогать специалисты в этой области.

В большинстве случаев ионообменная смола, находящаяся в фильтрующих системах, содержит большое количество ионов солей хлора или натрия. В некоторых случаях такая смола состоит из смеси солей с другими элементами (натрий-водород, гидроксил-хлорид и др.).

В зависимости от параметров, ионообменные смолы для умягчения воды могут отличаться друг от друга. Одним из таких показателей является влажность. Оптимально, когда влажность сведена к минимуму. Поэтому производители стараются извлечь влагу из смолы еще до момента ее упаковки. Для этого используют специальные центрифуги.

Ионообменные смолы оценивают также по уровню их емкости. Эта характеристика показывает, сколько ионов в исходной среде приходится на единицу массы (объема смолы). Сравнивая смолы по этому признаку, выделяют три вида емкости: рабочую, объемную и весовую. Объемная, как и весовая, являются стандартными величинами, то есть их параметры определяют в лаборатории, а полученные данные записывают в характеристики готовых продуктов.

В отличие от двух предыдущих, рабочая емкость не подлежит измерениям, поскольку имеет много условностей (степень чистоты воды, толщина слоя смолы, сила потока воды и др.). Со временем ионы рабочей среды полностью заменяются ионами примесей, содержащихся в воде. В таком случае рабочая емкость подлежит восстановлению.

Читайте материал по теме: Обессоливание воды

Для чего нужны ионообменные смолы

По поводу основной цели использования ионообменных смол для воды существует много мифов. Согласитесь, применять эти смолы в составе бытовых фильтров лишь для улучшения вкуса жидкости – достаточно затратное решение. Сомнения вызывает и необходимость в изменении ионного состава воды, так как некоторые вредные примеси в ней все равно остаются.

Тем не менее целей, которые достигаются путем использования ионообменных смол для воды, немало. И, пожалуй, главной из них является смягчение воды. Эта способность ионообменных смол позволяет рекомендовать их для применения с приборами бытовой техники и других домашних устройств, имеющих непосредственный контакт с водой.

Кроме прямой пользы для здоровья (использование воды для питья или приготовления пищи), смягченная жидкость позволяет продлить срок использования бытовой техники, имеющей непосредственный контакт с водой. Это стиральные и посудомоечные машины, водонагреватели, утюги, отопительные котлы, водоочистительные фильтры, увлажнители, очистители воздуха и другие приборы. Особенно важно использование смягченной воды с приборами, которые нагревают саму жидкость. Жесткая вода – самая главная причина появления накипи и последующего выхода прибора из строя.

Можно ли пить воду после ионообменной смолы

Важно понимать, что основное назначение ионообменных смол – это смягчение воды. В процессе фильтрации происходит замена ионов кальция и магния, способных создавать нерастворимые соединения, на ионы хлора, натрия и другие элементы, которые создают легкорастворимые соединения.

На протяжении всей своей истории человечество вполне успешно училось приспосабливаться к новым природным источникам воды. Различия химического состава жидкости и большое количество этих источников покрывались отличной адаптацией организма человека ко всем внешним факторам.

Организм сам выводил все «лишнее». Несмотря на большое количество информации о накоплении нерастворимых солей магния и калия в нашем организме и причиняемом ими вреде, каких-либо реальных доказательств этих данных не существует. Это подтверждается еще и тем фактом, что для людей с нарушенными обменными процессами в организме полностью очищенная вода критически опасна. Все необходимые нам элементы относительно здоровый организм способен был извлечь из потребляемой нами воды и пищи.

Но это правило было актуально до всеобщей индустриализации общества, до появления так называемой техногенной среды. Даже природные источники воды в большинстве своем имеют повышенное содержание ионов тяжелых металлов, различные нежелательные органические примеси и даже изотопы радиоактивных элементов. Было бы здорово иметь такой фильтр, который смог бы заменять подобные примеси на ионы естественного происхождения. Но, к сожалению, ионообменные фильтры на такое неспособны.

В большинстве случаев изготовители ионообменных фильтров за счет рекламных слоганов предлагают заменить одни ненужные нам микроэлементы на другие.

Определить, насколько действительно важно менять ионный состав воды с помощью ионообменных фильтров, не так уж и просто. Посмотрите на ситуацию с посудомоечными и стиральными машинами. Для длительной эксплуатации этих приборов очень важна степень жесткости воды. Чем она меньше, тем меньше и вероятность появления накипи на тэне, и, соответственно, выхода прибора из строя. Но производители этих бытовых приборов давно уже нашли простой выход – применение химического способа смягчения воды путем добавления умягчителей в состав моющих средств.

Можно вспомнить о чайниках и кастрюлях, в которых кипятится вода, благополучно нами потребляемая. Но степень воздействия «жесткой» воды на наш организм досконально не изучена, чтобы говорить о каких-либо выгодах применения фильтров с ионообменными смолами.

Но давайте обсудим, на что же способны фильтры, содержащие ионообменные смолы для очистки воды. Не будем останавливаться на химических процессах, происходящих в этой жидкости, после прохождения через такой фильтр. То, что реально беспокоит потребителей, – это присутствие в воде ионов тяжелых металлов. Большинство трубопроводов в настоящее время состоит не из пластиковых труб (о которых лет 30–40 назад у нас мало кто слышал), а из металлических. Раньше при поломке одного из участков такой трубы или целой секции производили замену трубы на стальную оцинкованную.

Эти трубы до сих пор являются основным «поставщиком» ионов цинка и свинца в наш дом. Если проанализировать степень очистки воды бытовыми ионообменными фильтрами от ионов этих металлов, то окажется, что эта степень близка к нулю. По-настоящему действенные элементы, задерживающие эти вредоносные ионы, существуют, но они устанавливаются на крупных промышленных предприятиях, цель которых уловить дорогостоящие химические соединения. Из-за большой дороговизны подобного оборудования вероятность его применения в бытовых фильтрах очень низка.

Читайте материал по теме: Очистка воды от железа

Замена ионообменной смолы в умягчителе воды

Не стоит забывать, что любая система очистки воды со временем для обеспечения безотказной работы нуждается в активном вмешательстве человека. Мы говорим не о систематических сменах малоэффективных картриджей или постоянной подсыпке регенерационной соли. Такие меры нельзя назвать трудозатратными, но и их эффективность не так высока. Речь идет о процедуре полной смены фильтрующей массы в обезжелезивателе или смягчителе воды. Такой процесс может потребовать много усилий.

Использование различных засыпных фильтров для собственного коттеджа предполагает процедуру периодической дозасыпки фильтрующего элемента и полной его замены по истечении нескольких лет эксплуатации. О необходимости такой замены вы узнаете по ухудшению органолептических показателей поступаемой воды.

Это выражается в увеличении количества двухвалентного железа, когда регенеративные способности засыпки исчерпываются (нет должного эффекта). Похожая ситуация наблюдается и со смягчителями воды. Через определенный период система очистки начинает давать сбои, и вода снова становится жесткой, со всеми вытекающими последствиями.

Читайте также:  Как выполнить ремонт водопровода в частном доме

В этом случае пользователи стоят перед выбором: сделать все самостоятельно или вызвать компанию, которая на этом специализируется.

Конечно, просто засыпать подложку из гравия и фильтрующую загрузку не так уж и сложно, но выгрузить отработанный наполнитель – занятие не из простых.

Многие популярные засыпные фильтры, используемые владельцами загородных коттеджей, основаны на использовании емкостей из стеклопластика. И это неудивительно, поскольку этот материал не гниет, не ржавеет, он легок и прочен. Но в то же время в таких емкостях не предусмотрены ни система слива, ни какие-либо транспортировочные отверстия для ее переноски. Отключив эту емкость от трубопровода и сняв управляющий клапан, нужно будет приложить невероятные усилия по переносу отяжеленного фильтра из дома во двор.

Если эта задача вам удалась, то можно приступать к выгрузке:

Изъятый фильтр боком укладывают на ровную, возвышенную поверхность.

К горловине водоподъемной трубки хомутом присоединяют крепкий шланг, через который под определенным напором подается вода.

Вместе с взрыхленной засыпкой вода вытекает из емкости фильтра.

Для обеспечения чистоты вашего двора рекомендуют подставить под поток воды плотный полиэтилен (следует учесть, что этот полиэтилен не должен пропускать гранулы засыпки и подложку из гравия).

После того как емкость будет освобождена, из смягчителя или фильтра достается водоподъемная трубка.

Затем проводят повторную промывку емкости и заносят ее обратно в дом.

Но если вы не хотите тратить свое время и силы, то на российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой и обслуживанием систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.

Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.

Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.

Специалисты нашей компании готовы помочь вам:

подключить систему фильтрации самостоятельно;

разобраться с процессом выбора фильтров для воды;

подобрать сменные материалы;

устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;

найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.

Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!

Для удаления из воды солей жесткости, растворенных металлов и органических соединений уже более 50 лет используют иониты:

Иониты — это вещества (материалы), способные при определенных условиях заменять определенные ионы в растворах на другие. В бытовой водоочистке используются иониты:

  1. цеолиты
  2. ионообменные смолы — катиониты и аниониты в различных комбинациях,

требующие регенерации поваренной солью NaCl, соляной кислотой HCl или гидроксидом натрия NaOH — в зависимости от типа материала.

Процесс удаления растворенных солей и металлов на ионообменных смолах называется умягчением (ионным обменом, катионированием, применяют также вводящие в заблуждения определения: «комплексная очистка», «универсальная очистка»)

Изначально в бытовых условиях этот метод применялся в основном для удаления солей жесткости (соли кальция, магния) путем натрий-катионирования. Однако, сейчас есть большой выбор ионообменных смол и для удаления железа, марганца, а также органики с помощью МИКСОВ (смесей) катионитов и анионитов.

Пример марок таких смол: АПТ-2, Ecomix, Ecotar, Ferosoft, Promix, Ionofer и прочие.

Также надо понимать, что выбор ионообменных смол сейчас огромный. Есть селективные смолы (которые удаляют в первую очередь конкретные элементы: нитраты, бор, кремний и т.д.) — они очень дорогие и в бытовых условиях применяются редко. В основном используются катиониты, антониты и миксы для удаления широкого спектра загрязнений.

Ионообменные смолы — это очень обширная тема. Мы говорим здесь исключительно о бытовой водоочистке и я буду сообщать только то, что следует знать о смолах в ключе нашей задачи — очистить воду в частом доме, либо на малом производстве от растворенных солей и металлов.

Что представляет из себя ионообменная смола?

Ионообменные смолы к смоле в прямом смысле слова отношения не имеют. Они изготавливаются из твердых нерастворимых в воде синтетических полимеров. Гранулы смолы — шарики правильной формы размером от 0,2 до 1,2 мм диаметром. Гелевой или макропористой структуры.

Шарики смолы похожи на мелкую икру щуки или на «тобико» — икру летучей рыбы. Монтажники водоочистки, даже называют смолу «икрой» на профессиональном сленге.

Смолы бывают монодисперсные — где все «икринки» одинакового размера — это позволяет обрабатывать воду быстро с малым сопротивлением и высокой степенью «очистки». А бывают смолы полидисперсные с различным размером гранул, например, ионообменные «миксы» для удаления широкого спектра загрязнений имеют в своем составе частицы разного размера.

Суть процесса умягчения

суть процесса принципиально отличается от обезжелезивания.

Смолы не окисляют и не переводят растворенные вещества в твердую форму для последующего фильтрования, а, наоборот — забирают из раствора ионы (диссоциированные соли) кальция, натрия, железа, марганца и т.д. и замещают их на катионы натрия, который не придает воде такого свойства оставлять следы и накипь, как жесткость.

Есть ионообменные смолы для глубокой деминерализации воды. Они регенерируются не солью, а кислотой, щелочью в зависимости от типа и выделяют при ионном обмене ионы H+ и OH- в зависимости от типа смолы, тем самым смещают pH воды в ту или иную сторону. Также есть смолы для глубокой очистки воды, которые работают на истощение. Их не регенерируют, а просто меняют смолу на новую.

В данной статье мы будем говорить только о натриевых смолах, которые работают за счет регенерации солью NaCl, так как они наиболее применимы в бытовых условиях. Остальные смолы нужно регенерировать агрессивными веществами, поэтому их применяют в основном на производствах.

В процессе работы Na-катионита (на стадии насыщения) — ионообменной смолой поглощаются из воды положительно заряженные ионы кальция, магния, железа, марганца и выделяется в воду натрий. Общая солевая насыщенность воды (TDS) при этом остается неизменной или даже возрастает. Это зависит от типа растворенных веществ, которые забирает смола и их концентраций, конечно.

Исходя из вышесказанного возникает важный параметр ионообменных смол — ионообменная емкость смолы.

Ионообменая емкость

Емкость смолы для простоты объяснения сути процесс — подобна емкости электрической батарейки.

Есть запас натрия на стенках пор частиц смолы, который в процессе ионного обмена постепенно покидает смолу, замещаясь кальцием, железом и т.д., тем самым снижается способность смолы забирать из воды растворенные вещества.

Когда заканчивается натрий в смоле — прекращается и очистка, вода проходит через толщу смолы не изменяя своих свойств.

Чтобы очистка воды от солей не прекращалась рассчитывают так называемый фильтроцикл смолы, исходя из общей ионообменной емкости загрузки умягчителя поделенной на сумму количества загрязнений воды по формуле:

Железо*1,37+Марганец*2+Жесткость = Общее количество загрязнений мг экв/л

Емкость смолы обозначается разных странах различными единицами:

В Росси жесткость обозначается в градусах = граммам экв. на литр смолы. Вот такими емкостями обладают некоторые смолы :

  • КатионитыLewatit S1567, Alfasoft, Purolite C100 — 2 г экв./л
  • Миксы по железуЭкотар В, Экотар В-30, Экомикс А, Ferosoft B — 1,2 г экв./л
  • Миксы по органикеЭкотар С, Экомикс С, Ferosoft A — 0,7 экв./л

приведены ориентировочные данные, есть нюансы, читайте инструкции производителей смол!

На практике емкость смолы рассчитывают с уменьшенным значением исходя из соображения, что смола работает в не идеальных условиях + учитывается погрешность в анализе воды. Для катионитов принимаем значение емкости 1.5 гр/л, для миксов 1 и 0,6 — примерно так.

По факту точное значение емкости смолы определяется только наблюдением за работой умягчителя. Когда ионный обмен прекращается — смотрим сколько воды прошло очистку и выставляем значение на автоматике с небольшим запасом.

Кроме того, емкость ионообменной смолы может постепенно снижаться из-за засорения смолы окисленным железом и взвешенными веществами.

В таком случае помогает промывка смолы кислотой или специальным средством очистки ионообменных смол:
БОС, Ферронет, ProRustOut

Загадочное понятие эквивалента

Когда мы говорим о емкости ионита в численном выражении, мы используем единицы миллиграмм эквивалент на литр смолы (мг.экв/л). Что же такое эквивалент?

Эквивалент вещества — это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода в кислотно-основных (ионообменных) химических реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Определение выше взято из Википедии. Более подробное объяснение понятия эквивалент здесь (ВИДЕО).

Простыми словами эквивалент не прямо указывает на массу вещества, а сообщает об его относительной молярной массе его ионов равной массе ионов с противоположным знаком, которые требуются для того, чтобы образовать молекулярную связь и привести ионы в равновесие. Сложно, да?

Но есть хорошая новость — разбираться в этом совершенно нет никакой необходимости. Выбросьте это из головы. Для успешного подбора, расчета, монтажа и эксплуатации умягчителя вникать в понятие эквивалента не нужно.

Я больше не буду возвращаться к этой теме, мы будем игнорировать «экв.» и говорить о жесткости «мг/л» для простоты, хотя это и не совсем верно. Для наших целей понятие эквивалента не актуально.

Фильтроцикл — последовательность стадий насыщения и регенерации

Мы заранее рассчитываем работу умягчителя таким образом, чтобы сделать регенрацию (промывку) смолы раствором поваренной соли до наступления ощутимого снижения качества очистки.

Этот цикл называется в водоочистке фильтроциклом.

Проще говоря — фильтоцикл — это количество полученной чистой воды между регенерациями.

Желательно, чтобы работы бытового умягчителя без промывки хватало примерно на 1 неделю или примерно равно необходимому недельному расходу воды. Это мое сугубо личное профессиональное представление о бытовом расходе воды, у Вас могут быть другие требования. Например, раз в 3 дня или раз в 3 недели — дело Ваше. Смысл в том, чтобы умягчителем было удобно пользоваться. Раз в неделю ночью происходит промывка умягчителя автоматически. Нужно только следить за уровне соли в солевом баке. И вода всегда будет мягкая.

Если речь идет об очистке воды на производстве — там фильтроцикл может быть и 12 часов, главное рассчитать все так, чтобы фильтр не требовал промывки во время активной фазы водоразбора.

Производительность умягчителя

Благодаря сферической форме и одинаковому размеру гранул у ионообменной смолы очень хорошие дренажные свойства. Через умягчитель можно пропустить довольно большой объем воды в час без существенной потери давления на выходе.

Однако! Ионный обмен не происходит моментально. Реакция ионного обмена занимает некоторое время, поэтому важным параметром работы умягчителя является СКОРОСТЬ движения воды внутри колонны.

Скорость помноженная на площадь сечения (поле фильтрации) баллона дает нам представление об объеме очищаемой воды в час, иначе говоря — о ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ.

Итак, у нас есть два новых параметра — скорость и производительность!

Скорость фильтрации

Различные ионообменные смолы имеют разную максимально допустимую скорость фильтрации , к тому же количество удаляемых веществ тоже влияет на процесс очистки воды. Чем быстрее вода проходит через толщу смолы — тем, получается, хуже очищается вода, так? Да, это так.

И наоборот, чем медленнее движется вода через толщу смолы — тем дольше контакт ионообменного материала с водой и, соответственно, более полноценно происходит реакция обмена, на выходе вода будет чище.

Чем грязнее вода — тем медленнее надо прогонять воду через смолу для хорошей очистки.

Глядя на смолу мы видим гладкие шарики, но на самом деле они пористые и стенки этих пор тоже представляют собой рабочую поверхность, на которой закреплен натрий, готовый к обмену с кальцием и другими катионами. Тем не менее, поверхность крупиц тоже работает и чем мельче фракция смолы — тем больше ее рабочая поверхность и, соответственно, скорость обмена больше. Но при этом чем смола мельче, тем хуже ее дренажные свойства.

Баланс между площадью рабочей поверхности и дренажными свойствами, видимо, был найден производителями в размере частиц 0,3-0,5 мм, но некоторые смолы выпускаются и более мелкой фракции.

Как бы там ни было — каждый ионообменный материал имеет максимально допустимую скорость фильтрации. Нужно смотреть мануал от производителя на фильтрующий материал, чтобы получить эту информацию из первоисточника.

Например, скорость фильтрации для Lewatit S 1567 рекомендуется производителем не более 60 метров в час, правда, не уточняется при каких именно условиях. Но для большинства ионообменных смол скорость фильтрации принимается за 15-20 метров в час. Особенно это касается смол для удаления из воды железа и марганца.

Условия эксплуатации ионообменных смол

Иониты прекрасно удаляют растворенные вещества, однако, они легко загрязняются взвесями — особенно трехвалентным железом. Поэтому в воде, которая проходит очистку ионообменной смолой не должно быть взвешенных веществ, а если вода железиста, то не должно быть и кислорода, ведь железо окисляется и образует частицы гидроокиси, которая губительно влияет на смолу. Присутствие сероводорода не желательно и может негативно сказываться на работе некоторых ионообменных загрузок. Об этом говорится в инструкциях производителей, которые следует лично читать прежде, чем выбрать тот или иной продукт для своей системы водоочистки. Воду, которой предстоит очистка в умягчителе желательно предварительно осветлять с помощью магистральных фильтров с полипропиленовыми картриджами, либо на специальных загрузках с помощью обезжелезивателя.

Вода входит в колонну по трубе от 16 до 32 мм диаметром, расширяется на весь диаметр колонны и продолжает движение вниз через толщу смолу с заметно меньшей скоростью, чем она шла по трубе. Затем у дна колонны вода проникает в центральную трубку, поднимается по ней и, проходя через клапан управления, по трубам поступает к потребителю. Потребитель открывает краны в доме — иногда 1 кран, а иногда и несколько.

Типичная картина: вечер, вся семья в сборе, вода хлещет из всех кранов: стирает машинка, моется посуда на кухне, на втором этаже наполняют ванну, сливаются унитазы… одновременно.

Чтобы в доме не ощущалось перепадов давления при открытии нескольких кранов сразу нужна хорошая производительность системы.

Мы считаем максимальное количество потенциально открытых кранов — это и будет необходимая производительность умягчителя.

Как рассчитывать фильтроцикл и производительность?

Дома разные и в них живут разные люди. Кто-то приезжает на выходные вдвоем, другой живет постоянно с большой семьей.

Кто-то любит принимать ванну утром и вечером, а другой работает тренером в спортзале и ему хватает душа на работе. Ему вода нужна только, чтобы посуду мыть.

У третьего автомойка или фермерское хозяйство и ему воды надо в день по 10 кубов! Как бы там ни было — вопрос расчета не представляет больших трудностей.

Для расчета фильтроцикла будущего спасителя умягчителя будем действовать по шагам:

  1. Подумаем какой нужен фильтроцикл (на сколько дней)
  2. Прикинем максимальную производительность (скорость потребления воды)
  3. Рассчитаем общее количество удаляемых веществ в воде
  4. Подберем размер колонны и соответственно объем смолы
  5. Не забудем про солевой бак и его размер
Читайте также:  Какой фильтр для воды с обратным осмосом лучше

Этап 1. Необходимый фильтроцикл

Подумайте, каков желаемый фильтроцикл? Для бытовых нужд — одна-две недели — оптимально. Чаще, чем раз в неделю не нужно, а реже 1 раза в 2-3 недели не очень хорошо, все-таки смола накапливает в себе всякие загрязнения механического характера и их надо смывать прежде, чем в смоле заведутся бактерии.

Предстоящий объем потребления воды просто прикиньте, посмотрите на счетчик. Поставьте счетчик в конце-концов и замерьте объем воды. Учитывайте сезонность и тот объем воды, который используется без предварительной очистки — вода в саду, например.

Допустим, в среднем Ваша семья потребляет 13 м3 воды в месяц. В нашем примере мы принимаем желаемый фильтроцикл 1 промывка через каждые 10 дней. Значит: нам нужна промывка через каждые 4,5 куба.

Этап 2. Максимальная (пиковая) производительность

Прикиньте соотношение максимального количества потенциально открытых кранов в доме, когда вся семья дома.

Вам поможет эта таблица производительности:

Допустим, у нас в доме 2 санузла:

1) СУ 1: Унитаз и раковина

2) СУ 2: Душ, унитаз, раковина

+ кухня и стиральная машинка

А в доме живет всего 3 человека. Мама, папа и взрослая дочь. Итак, одновременно может быть открыто по 1 крану в каждом СУ, на кухне моется посуда + стирает машинка. И судя по таблице максимальная производительность будет: 12+5+7+4 = 28 литров в минуту. Умножим на 60 мин — получаем 1,7 куба в час. Это именно максимальная производительность и она будет достигаться в очень редких случаях. Наиболее вероятно, что обычно скорость разбора воды не будет превышать 1,5 куба в час. Поэтому, глядя на картинку более реалистично берем в расчет 1,5 куба воды в час

Этап 3. Расчет количества удаляемых веществ

Это очень просто! Если требуется только умягчение, то мы просто берем жесткость воды из анализа, смотрим сколько там мг/л солей жесткости. Если помимо солей жесткости требуется удаление железа/марганца — то мы считаем сумму загрязнений по формуле:

Железо*1,37 + Марганец*2 + Жесткость = Общее количество загрязнений мг экв/л

таким пересчетом мы приводим все загрязнения к общему знаменателю так сказать… к эквиваленту жесткости.

Для удобства расчета я придумал КАЛЬКУЛЯТОР УМЯГЧИТЕЛЯ — пользуйтесь, но смотрите только не ломайте :))

Калькулятор показывает какую надо взять колонну, сколько смолы и главное — какую смолу сыпать!

Вам останется только прислать мне свой заказ на ватсап. Я вышлю Вам оборудование транспортной компанией за пару дней в любой город России.

Сам калькулятор доступен по ссылке в виде гугл-таблицы — пользуйтесь. (ЛИСТ — «расходы воды»)

Допустим, в нашей воде 0,7 мг растворенного двухвалентного железа, 0,18 мг марганца и 6,4 мг/л солей жесткости. В таком случае расчет следующий: 0,7*1,37+0,18*2+6,4 = 7,74 общее количество удаляемых веществ

Этап 4. Подбор размера колонны и количества смолы

Для умягчителей используются колонны (корпуса фильтров) для водоподготовки стандартных типоразмеров. Они примерно одинаковы для всех производителей, делаются по неким мировым стандартам и взаимозаменяемы. Однако, могут быть небольшие отличия в размерах на пару сантиметров по высоте.

Колонну желательно брать неокрашенную, чтобы видеть на просвет, что там внутри происходит во время промывки. А чтобы свет не проникал внутрь колонны и там не развивались водоросли (как это происходит в аквариуме) следует надевать на колонну термоизоляционный чехол.

Как происходит фильтрация?
Как происходит регенерация?
Скорости умягчения

Умягчение. Как это работает?

На этом ВИДЕО очень классно показано общее устройство умягчителя. Четко,профессионально точно, коротко и ясно:

Метод посчета расхода соли:

2. Обменная емкость смолы = 1.2г*экв/литр смолы
Расход соли на регенерацию одного литра смолы возьмем = 120г/литр смолы
Жесткость = 32мг*экв/литр
Тогда на умягчение 1 литра воды будет затраченно следующее количество соли:
(120г/лсмолы)*(32мг*экв/л)/(1200мг*экв/л.смолы)=3,2г/л

Умягчение воды методом ионного обмена, как происходит весь процесс?

Жесткость воды – это наличие в ее составе нерастворимых соединений солей марганца и кальция. Жесткость воды является одной из основных характеристик в технологическом процессе очистки воды. Необходимость в снижении жесткости воды обусловлена многими факторами. Разностороннее влияние оказывает жесткая вода на здоровье человека, вызывая различные заболевания, включая сердечно-сосудистые. Поэтому необходимостью является умягчение воды и в питьевом, и в хозяйственно-бытовом водоснабжении.

В настоящее время существуют несколько методов проведения умягчения воды. Умягчение воды методом ионного обмена является основным.

Принцип действия метода ионного обмена состоит в способности ионитов или ионообменных материалов поглощать из воды отрицательные или положительные ионы в обмен на такое же количество ионов ионита. Процесс умягчения воды методом ионного обмена, результатом которого является обмен катионами, носит название катионирования.

Умягчение воды методом ионного обмена происходит следующим образом. Жесткая вода проходит через фильтры умягчения воды, внутри которых засыпаны ионообменные смолы. Смола – это синтетические гранулы, в которые введены ионогенные группы путем химического взаимодействия.

Принцип умягчения и водоочистки методом ионного обмена заключается в том, что ионообменная смола, вступая в реакцию с растворенными в воде солями, отдает ионы. Основная причина обмена частицами между жесткой водой и фильтровой загрузкой заключается в разности концентрации ионов. Ионы солей стремятся попасть в раствор в виду того, что в растворе отсутствуют подобные ионы. Согласно принципу сохранения электронейтральности ионы жесткой воды стремятся пробраться внутрь гранул засыпки.

Ионообменные смолы разделяются на катионы – тогда выделяются в воду положительно заряженные частицы, и аниониты – выделяются частицы, заряженные отрицательно. Для умягчения воды методом ионного обмена, в основном, используются катионы.

Важное свойство ионообменной засыпки – это их способность к регенерации. Регенерация допускает длительное, до нескольких лет, использование одной засыпки. Этот процесс представляет собой возвращение гранул загрузки к первоначальному химическому состоянию способом промывки растворами щелочей или солей, в зависимости от заряда частиц. Регенерация Na+ катионовых фильтров умягчителей проводится раствором поваренной соли. В установках для умягчения воды ионным методом можно применять таблетируемую соль. После проведенной регенерации рекомендуется засыпку промыть от избытка солей. Восстановление Н+ фильтров осуществляется раствором серной кислоты. После чего засыпка также промывается.

Умягчение воды методом ионного обмена не требует внешней энергии и является малозатратным. Однако, спустя некоторое время, фильтровая засыпка насыщается кальцием и магнием и исчерпывает свой натриевый запас. Проводить смену смолы весьма накладно. Поэтому она подвергается неоднократной регенерации в течение своего длительного срока эксплуатации. Процесс регенерации обратен процессу умягчения воды методом ионного обмена. Во время регенерации смола отдает ионы кальция и магния, а ионы натрия забирает из рассола.

Очень важным является вопрос, когда же проводить регенерацию. Передовые системы умягчения воды методом ионного обмена, обладающие расширенным компьютерным управлением, принимают решение сами. С помощью компьютера собираются данные о фактическом потреблении воды по дням. Затем компьютер постоянно учитывает объем воды, прошедшей процесс умягчения через смолу, оставшийся ресурс смолы, ближайший предполагаемый расход воды. На основании собранных данных процессор умягчителя и принимает решение. Для управления подобными умягчителями потребуется внести только одну величину – это жесткость воды, все остальное умягчитель будет проделывать сам.

Срок эксплуатации ионообменных смол ограничен. Засыпка для фильтра считается отработанной при связи большинства ее функциональных групп с ионами удаляемых из воды веществ. Тогда и требуется регенерация. Однако общая эффективность ионогенных групп с течением времени падает.

Смола для умягчения воды: назначение и применение

Из содержание этой статьи вы узнаете:

Жесткая вода – проблема, с которой сталкивался почти каждый. Накипь на стенках чайника, известковый налет в стиральной машине, внезапная поломка бойлера, скопление большого количества солей на лопастях паровых турбин на крупных производствах. Все это признаки влияния повышенной жесткости воды, которые приводят не только к отказу техники, но и, при длительном воздействии на организм человека, могут негативно сказаться на общем состоянии его здоровья. В настоящее время одним из основных методов решения данной проблемы является применение специальных умягчителей воды, среди которых наиболее известны ионообменные смолы.

1. Ионообменные смолы. Определение

Активное применение в области водоподготовки умягчающие смолы приобрели благодаря своей способности не растворяться в воде, имея при этом возможность вступать в реакции обмена с ионами других жидкостей.

Ионообменные смолы – вещества неорганического происхождения, имеющие множество пор и выпускающиеся в виде гранул. Это класс специальных материалов, для удаления из водных растворов примесей и вредных солей на молекулярном уровне. Представляют собой синтетические однородные светло-желтые и желтые пластиковые шарики размерами около 1 мм, которые обычно называют ионитами. Применяются в водоподготовке для извлечения соединений, образующих жесткость воды, а также нитратов, сульфатов и гидроокислов.

Основной принцип их работы заключается в том, что молекулы ионитов связаны между собой в единую прочную сеть, которая улавливает из растворов различные соли и примеси. Одни смолы имеют кислотные остатки с отрицательными зарядами, другие – щелочные группы с положительными зарядами. В умягчаемой воде также содержатся положительно и отрицательно заряженные ионы. Когда вода проходит через ионитовый фильтр, начинают действовать электрические силы. Положительные группы ионитов притягивают отрицательные ионы, а отрицательные группы ионитов присоединяют положительные ионы.

Умягчающая смола заряжена ионами натрия, в то время как в воде с временной карбонатной жесткостью присутствуют кальций и магний. При кипячении они выпадают в осадок и приводят к появлению известкового налета или как еще говорят – кальциту, известкового шпата.

Жесткая вода, пропускаемая через установку умягчения, насыщается ионами натрия, а ионы кальция и магния поглощаются смолой. После этого вода становится натриевой, т.е. мягкой. Появившиеся в процессе ионного обмена соли натрия не остаются в виде накипи на стенках нагревательных и сантехнических приборов, а также безопасны для человека.

Важно понимать, что данная смола нуждается в периодической промывке, регулярность которой зависит от показателя загрязненности пропускаемой воды и от интенсивности эксплуатации фильтра.

Умягчающую смолу можно подвергнуть регенерации. Когда ресурс фильтрующего элемента установки умягчения подошел к концу, для восстановления его можно просто поместить в раствор соли. Умягчающая смола будет насыщаться ионами натрия, а вредные ионы кальция и магния будут поглощаться раствором. В установках по умягчению воды данный процесс происходит посредством попадания определенного количества жидкости в бак с реагентами, после чего, уже насыщенный солью раствор проходит через гранулированную смолу. После данного контакта с солью иониты смолы восстанавливаются и вновь готовы для ионообменного умягчения воды.

Стандартизация ионообменных смол проводится в соответствии государственным стандартам – ГОСТ 20298-74, ГОСТ 20301-74 «Смолы ионообменные. Катиониты», «Смолы ионообменные. Аниониты». Согласно этим документам, транспортировка и хранение мешков или контейнеров со смолами (25 – 50 кг) обязательно должны производиться раздельно для катионитов и анионитов. Срок службы умягчающей смолы при условии регулярной регенерации составляет не менее трех лет.

2. Классификация ионообменных смол

Смолы для умягчения воды подразделяются:

В зависимости от заряда иона:

а. Катиониты, извлекаемые ионы из воды положительные (+): кальций, марганец, магний, водород, железо, натрий;

б. Аниониты, извлекаемые ионы из воды отрицательные (-): хлориды, сульфаты, нитраты, силикаты, гидроокислы;

В зависимости от структуры матрицы:

а. Гелевая, где смолы не содержат пор, из-за чего они могут обмениваться ионами только в гелеобразном состоянии. Достоинство заключается в том, что смолы с такой структурой могут проводить большее число обменных процессов;

б. Пористая (макропористая), где на поверхности ионообменных смол находится большое количество пор, что способствует процессу умягчения. Достоинство заключается в высокой химической стойкости и в возможности проведения ионного обмена практически при любой температуре воды;

в. Промежуточная – среднее между двумя предыдущими типами.

В зависимости от типа матрицы:

а. Полистирольная, получается в процессе сополимеризации полистирола и дивинилбензола (ДВБ);

б. Полиакриловая, получается в процессе сополимеризации полиакрилата и ДВБ.

В зависимости от размера частиц:

а. Полидисперсные – частицы размерами от 0,3 до 1,2 мм;

б. Монодисперсные – частицы размерами около 0,5 мм.

Кроме вышеперечисленной классификации, к важным показателям, характеризующим основные свойства ионообменных смол, относятся:

– Селективность. Данная характеристика позволяет выборочно подвергать сорбции определенные ионы из растворов сложного состава. Обычно ионообменные смолы обладают незначительно развитой селективностью, однако, разработаны некоторые образцы, которые обладают этой характеристикой в высокой степени, что позволяет им извлекать только определенные ионы из раствора;

– Влажность. Чем меньше ее содержание в ионообменной смоле, тем лучше. Для этого производители перед упаковкой прогоняют гранулы смолы через специальную центрифугу для удаления остатков влаги;

– Емкость. Данная характеристика позволяет определить какое количество ионов в первоначальной среде приходится на единицу общего объема. Таким образом, смолу относят к одному из трех видов емкостей: рабочей, объемной или весовой;

– Механическая прочность или истираемость. Способность ионитов противостоять различным механическим воздействиям. Для оценки данной характеристики ионообменные смолы проходят проверку в специальной мельнице, после чего определяется число разрушенных или деформированных гранул;

– Осмотическая стабильность. Способность ионита выдерживать строго отведенное число циклов перемены характеристик окружающей его среды. Такую характеристику определяют соотношением числа уцелевших зерен к их первоначальному числу, после многократной смены кислой и щелочной среды (150 раз) с промывкой водой в перерывах между сменами циклов;

– Химическая стойкость. Устойчивость ионообменных смол к различным агрессивным растворам: кислым, щелочным и окислителей. Большей химической стойкостью в отличие от поликонденсационных обладают полимеризационные иониты. Также эта характеристика сильнее проявляется у катионитов, чем у анионитов;

– Термическая устойчивость. Катиониты обладают наибольшей работоспособностью при повышенных температурах (до 130 ˚С), в отличие от анионитов, для которых предельная температура раствора составляет 60-80 ˚С.

Фильтр для умягчения является лучшим способом смягчения жесткой воды и эффективно используется для избавления от солей жесткости, удаления вредных химических элементов и их соединений, тяжелых металлов, и для получения дистиллированной воды. Поэтому спектр применения умягчающих смол достаточно широк. Они незаменимы в процессах водоочистки и водоподготовке, связанных с использованием воды в промышленных, коммерческих или бытовых целях.

В ежедневном бытовом отношении, после умягчения специальными смолами, воду можно применять в процессе приготовления пищи и даже пить, так как данные смолы безопасны и не токсичны. Благодаря активному действию смол, продляется срок службы бытовой техники: стиральных и посудомоечных машин, сантехники, утюгов, чайников, водонагревателей, увлажнителей, отопительных котлов, очистителей воздуха и многих других устройств, имеющий непосредственный контакт с водой.

Умягченная вода положительно влияет на кожные покровы человека, не вызывая раздражений, сухости, шелушений и стягивания.

Умягчающие воду смолы обеспечивают достаточно высокую степень эффективности деминерализации в различных установках, а также в фильтрах на крупных и небольших производствах. Умягчающую смолу применяют при: очистке и умягчении воды для химической, металлургической и тяжелой промышленностей, очистке водопроводной и с последующим умягчением, удалением железа, марганца, аммония и вредных соединений органики.

Фильтры с умягчающими смолами для удаления солей жесткости из водопроводных систем устанавливают на магистрали холодной воды, где они занимают место сразу после первичного фильтра грубой механической очистки. После действия фильтра жесткость воды уменьшается, что снижает или полностью предотвращает процесс образования накипи.

Читайте также:  Что такое водозаборное сооружение и для чего оно предназначено

4. Принцип действия умягчающих смол

Умягчающая смола является основным действующим компонентом фильтра установки смягчения воды. Вредные соли жесткости удерживаются специальными смолами, при этом заменяясь на безопасные соединения натрия.

Умягчающие смолы засыпаются в фильтры различных размеров – от бытовых до промышленных. Сделав анализ воды на входе и выходе фильтра с ионообменными смолами, можно сравнить и убедиться, что ионный состав изменился и вода, как химическое соединение, стала чище. Как же это происходит?

Ионообменные смолы на поверхности каждой гранулы сосредотачивают электрический заряд с отрицательным (-) или положительным (+) знаком. К примеру, катионит имеет на поверхности большое количество отрицательно заряженных точек. Согласно уравнению равновесия ионного обмена, эти отрицательно заряженные точки уравновешиваются положительными ионами раствора воды.

При прохождении воды через гранулы ионообменных смол соли кальция и магния улавливаются ионитом и задерживаются на нем. Положительные ионы на катионите отсоединяются и уступают им место. Этот процесс лимитируется количеством удержанных ионов.

Далее происходит перезарядка ионита – регенерация, основанная на принципе обратимости ионообменного процесса. Вместо воды через ионообменную смолу пропускается регенерирующий насыщенный солевой раствор (NaCl), который снимает ионы с гранул и уносит их. После проведенной процедуры ионообменная смола вновь готова к применению.

Значительным преимуществом являются малые затраты на эксплуатационные расходы.

Смола обладает низким гидрофильным показателем, вследствие чего наблюдается низкая скорость фильтрации воды

Длительный срок службы ионообменных смол при своевременной регенерации

Со временем ионообменную смолу необходимо заменять на новую, для более быстрого и качественного умягчения воды

Достаточно простой способ регенерации системы, при котором можно использовать насыщенный раствор поваренной соли или таблетированную соль

Экономические расходы, связанные с проведением регенерации смол высоко насыщенными растворами соли

Доступная цена, многообразие выбора для различных нужд и потребностей

Выполнение требований по утилизации использованных умягчающих смол

Высокая степень умягчения жесткой воды и качество ее очистки

Уменьшение в первоначальной воде не только солей жесткости, но и различных вредных веществ, бактерий и микроорганизмов

Преимуществом является легкость использования и обслуживания

Умягчение воды ионообменными смолами

Одной из актуальных проблем воды является ее жесткость, обусловленная присутствием в воде значительного количества углекислых и сернокислых солей кальция, магния и железа – солей жесткости. Вода, содержащая более 7 мг-экв/л солей жесткости, считается жесткой.

Для некоторых областей применения воды жесткость не играет никакой роли. Например, при поливке газонов, тушении пожаров. Но, к сожалению, жесткость воды – это проблема не только воды для питья и приготовления пищи, но и воды, используемой в быту для стирки, мытья посуды и т. д. А для современной бытовой техники (стиральные, посудомоечные машины и т. д. ), автономных систем горячего водоснабжения и отопления, новейших образцов сантехники – жесткость воды – катастрофа. Поэтому борьба с ней крайне актуальна. Соли жесткости при нагревании выпадают в осадок, известный каждому как накипь, которая вызывает преждевременный выход из строя сантехники, бытовой техники, нагревательных котлов и труб.

Сегодня проблему жесткой воды решают умягчением ее следующими методами обработки: магнитное и электромагнитное воздействие, отбавление всевозможных “антинакипинов”. Принцип действия этих методов – связать соли жесткости и не давать им в течение какого-то времени выпасть в виде накипи. Но наиболее эффективным и экономически оправданным методом удаления из воды солей жесткости является применение ионообменных смол в автоматических фильтрах-умягчителях. В основе работы таких фильтров лежит ионообменный процесс, при котором растворенные “жесткие” соли заменяются на “мягкие”, не образующие твердых отложений.

Целью нашей работы является определение степени жесткости воды с. Батырево, изучение способов умягчения воды и определение эффективности установки умягчения воды на основе ионообменных смол.

Состав воды. Жесткость. Зачем ее устранять.

Вода – весьма распространенное на Земле вещество. Почти ¾ поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха. Одной из важнейших характеристик природной воды является ее жесткость.

Жесткость воды – совокупность свойств воды, обусловленных наличием в нем катионитов кальция и магния. Сумма их концентраций выражается в моль/л или моль/кг называется общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной) и некарбонатной (постоянной) жесткости воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния ( устраняется кипячением ), вторая _ наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2ммоль/л ), средняя жесткость (2-10ммоль/л ) и жесткую (больше 10ммоль/л ).

Кругооборот воды в природе осадки выпадая на землю в виде дождя, снега, проходя через Грунд растворяют минералы. Источником могут служить, так же, микробиологические процессы, протекающие в почве на площади водосбора, сточные воды предприятия.

Жесткость воды – нежелательное явление. На стенках паровых котлов жесткая вода образует накипь, обладающую плохой теплопроводностью, вследствие чего увеличивается расход топлива. Кроме того, накипь способствует разъединению (коррозии) стенок котлов, что может повлечь за собой аварию. Трубки радиаторов от жесткой воды могут зарасти накипью, отчего радиатор перестает действовать.

Использование жесткой воды приводит к образованию накипи в котлах и отопительных приборах, повышает расход мыла и т. д. В жесткой воде плохо разваривается мясо, овощи. Плохо заваривается чай и т. д. Очень жесткая вода непригодна для питья.

Потери от жесткости воды в быту – это перерасход на 30-50% моющих средств при стирке белья и купании, плохие потребительские свойства воды: при заваривании кофе или чая в такой воде может выпасть бурый осадок, при кипячении на поверхности образуется пленка, вода приобретает характерный привкус; в жесткой воде хуже разваривается мясо, потому что соли жесткости с белками мяса образуют нерастворимые соединения, что, в свою очередь приводит к снижению усвояемости белков. Необходимо отдельно остановиться на влиянии жесткости воды на результат умывания и купания. Соли жесткости образуют с моющими веществами (мыло, шампунь, стиральный порошок) так называемые “мыльные шлаки” в виде пены, которая, высыхая, образует микроскопическую корку на коже и волосах, нанося существенный вред их здоровью. В результате появляется сухость волос, шелушение, зуд, перхоть. Одним из предвестников такого нежелательного воздействия является характерный “скрип” вымытой кожи и волос. А восстанавливать жировую пленку приходится косметическими кремами и масками. И наоборот, ощущение “мылкости” после мытья мягкой водой – это признак сохранения на коже защитной жировой пленки. Косметологи всего мира рекомендуют умываться мягкой (например, талой или дождевой) водой.

Способы устранения жесткости воды

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задерживают также большую часть бактерии. Кроме того, для обеззараживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0. 7г хлора на 1т воды.

Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные примеси удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлением, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Чем глубже скважина тем больше жесткость воды. Существует два основных способа решения данной проблемы:

1. Замещение ионов кальция и магния а ионы натрия посредством ионообменных установок водоподготовки.

2. Преобразование растворенных солей кальция и магния в мелколлоидные структуры до поступления к водонагревательным элементам и теплообменниками.

Вода от скважины поступает по трубопроводу в колонну заполненную гранулами ионообменной смолы. Проходя через гранулы ионообменной смолы вода отдает ей ионы кальция и магния насыщаясь ионами натрия, с чем и поступает к потребителям. По мере работы ресурс ионообменной смолы уменьшается. Для его восстановления требуется периодичная обработка ионообменной смолы раствором поваренной соли.

Функция слежения за ионообменным ресурсом смолы выполняет электронный блок управления располагаемый «на голове» колонны. В блоке управления под действием электрического тока происходит переключение каналов обеспечивающих смену режимов: фильтрование (жесткой воды ) , промывки смолы от задержанной грязи, регенерация смолы раствором соли, промывка смолы от соли. Запас раствора соли находится в отдельном баке рядом с колонной. Промывная вода и раствор соли по окончанию циклов промывки отводится в канализацию. В зависимости от производительности установки расход воды на промывку колеблется от 300л до 1000л. Для приготовления соляного раствора используется таблетированная соль расфасованная в мешки. Насос в скважине или напор в водонапорной башне должны обеспечивать промывку ионообменной смолы.

Вода от скважины проходит по трубопроводу к потребителям на который намотаны провода от низкочастотного генератора. Провода на трубопроводе образуют катушки индуктивности создающие в водопроводной трубе переменное электромагнитное поле заданной частоты. Полярные молекулы воды, ориентируясь по силовым линиям поля, отпускают ионы металлов, способствуя коагуляции солей. В результате на нагревательных элементах не происходит отложение солей.

Ионообменные смолы (ионообменные полимеры)- синтетические органические иониты. Твердые, нерастворимые органические набухающие в растворах электролитов и органических растворителях сшитые полимеры, способные к электролитической диссоциации.

Ионообменные смолы нашли широкое применение во всем мире в устройствах по водоочистке с конца 20века. Это мелкие шарики из полимерных материалов, насыщенных ионами, способные изымать из воды различные ионы, взамен отдавая свои, их для удобства назвали «ионообменными смолами», хотя правильное научное название их – «иониты». По структуре иониты подразделяются на гелевые, способные к ионообмену только в набухшем состоянии, макропористые и промежуточной структуры. Если иониты обменивают анионы – это аниониты, если катионы – катиониты.

Аниониты классифицируются как сильноосновные ( обмен анионов происходит при любых значениях pH), слабоосновные ( обмен анионов из кислот – pH 1 ), смешанной активности.

Катиониты бывают сильнокислотные, способные к ионообмену при любых значениях pH, и слабокислотные – ионообмен при pH больше 1.

Основным показателями ионитов является влажность, которая химически связана в смоле, весовая и объемная (определяющиеся стандартными методами ) и рабочая ионообменная ( зависящая от и размеров слоя смолы, от свойств растворов) емкости. Метод ионообменных смол с наибольшим успехом применяется для решения таких проблем с водой, как удаление растворенного железа из воды и умягчение жесткой воды

Современные синтетические – ионообменные смолы чрезвычайно надежны и долговечны, благодаря чему обеспечивается высокая производительность фильтров. Срок службы смолы достигает 6-8 лет в зависимости от исходного качества воды. Соли жесткости создают большие проблемы в энергетике. Откладываясь на поверхности нагрева водонагревательных установок, несколько раз уменьшают теплопроводность, ведут к перегреву и выводу из строя котловых труб.

Фильтр для очистки воды серии ФИП на основе ионообменной смолы установлен в котельной нашей школы. Я решила изучить механизм умягчения воды с помощью ионообменных смол и сравнить эффективность их работы с другими методами.

По химической природе каркаса неорганические органические минерально-органические

По структуре гелевые макропористые

По природе обмениваемых ионов катиониты аниониты

Назначение, устройство, принцип работы установки «Фильтр для очистки воды серии ФИП- 0,21-0,6-1,5»

Установка ФИП предназначена для очистки воды от взвешенных частиц, привкусов, запахов, цветности, органических соединений, свободного активного хлора, железа, для глубокого умягчения подпиточной воды тепловых сетей до нормативной жесткости. Извлечение загрязнений из воды в зависимости от их химической природы осуществляется, во-первых, в результате их сорбции поверхностью частиц сорбента, и, во-вторых, вследствие задержания взвешенных частиц и образования осадка в толще фильтрующего слоя. Фильтр применяется при следующих условиях:

– давление воды, поступающей на фильтр – не менее 2,5 и не более 6,0 кг/см3;

– температура воздуха в помещении 5-350С, влажность воздуха – не более 70%.

Технические характеристики фильтра ФИП- 0,21-0,6-1,5:

Производительность – до 1500л/ч;

Размеры фильтра, диаметр – высота – 210-1450мм;

Объем сорбента – 35л.

Представляют собой установку, стоящая из регулирующей арматуры корпуса, внутри расположены: нижнее распределительное устройство ( колпачок с отверстием), резервуар катионита.

3. Принцип работы установки.

Процесс удаления солей кальция и магния – умягчения. Умягчение обусловлено реакцией обмена ионов кальция и магния, находящиеся в сырой воде, обуславливающих жесткость, на ионы натрия, находящихся в катионите ( ионообменный материал). Ионы обмена материала представляет собой высокомолекулярное соединение трехмерной гелевой и макропористой структурой, содержащий функциональные группы кислотного характера способные к реакциями катионного обмена. Основной характеристики умягчающих свойств катионита является величина его рабочей обменной емкости Ераб, выражается количеством грамм – эквивалентов катионов, поглощаемых одним кубическим метром катионитом (г-экв/м³). Чем выше обменная способность катионита, тем выше продолжительность работы умягчителя

Работа умягчителя заключается последовательно повторения четырех технологических операций: взрыхления, регенерация, отмывка катионита и умягчение обрабатываемой воды.

1) Взрыхление /обратная промывка/ приводит катионит во взвешенное состояние и предназначено для устранения местных уплотнений в слое катионита, обеспечивая полный контакт регенерационного раствора с зернами катионита. Кроме того, при обратной промывке удаляются загрязнения внесенные обрабатываемой водой, а также разрушение в процессе эксплуатации зерна катионита. Взрыхление производится 15-20 минут. При взрыхлении необходимо постоянно наблюдать за выносом мелких частиц, для этого каждые 2-3 мин отбирается проба воды.

2) Регенерация катионита / восстановление ионообменной способности катионита/

После замены всех обменных катионов натрия катионами кальция и магния , катинит истощается, т. е. теряет способность умягчать воду для восстановления превоначальной величины рабочей обменной емкости необходимо удержанные катионитом катионы удалить из него и заменить обменным путем катионом натрия. Этот процесс называется умягчением. Сущность этого метода заключается в том, что в резервуар катионита в определенном количестве подается раствор соли 6-8% концентрации. Для этого из солевого раствора раствор подается в фильтр и фильтр оставляется на «контакт с солью» не менее чем на 2 часа. Химические процессы, протекающие при регенерации, выражаются следующим уравнением:

Предназначена для удаления продуктов регенерации – хлористых солей жесткости ( CaCl2,MgCl2)

Умягчение происходит путем обмена ионов кальция и магния, находящихся в сырой воде и обуславливающих ее жесткость, на ионы натрия, находящихся в катионите. При умягчении воды протекают следующие реакции:

Символ Кат обозначает катионит.

Во время работы фильтра через каждые 2-3 часа производится анализ умягченной воды.

Жесткость умягченной воды Жу. в. не более 100 мкг-экв/л. При достижении жесткости воды в фильтре более 100 мкг-экв/л, то фильтр необходимо отключить на регенерацию.

Средние показатели анализа воды шахтных колодцев и артскважины села Батырева.

(По данным Батыревской санэпидемстанции)

Определяемые Стандарты Шахтные колодца артскважина

Окисляемость 5,0мг/л 2,2мг/л 1,8мг/л

РН показатель 6-9 7,8 7,5

Аммиак 2,0 0,05 1,2

Общая минерализация 1000мг/л 1730мг/л 1910мг/л

Ссылка на основную публикацию