Способ ионообменных смол. Что такое ионообменная смола? Как это работает? Другие физико-химические методы очистки 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

Схема фильтра (классический вариант прямоточной технологии)

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?

Традиционные ионообменные смолы: карбоксильная смола, сульфокатионит

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.

» закончено. Однако, оказалось, что это совершенно не так. Мы упустили очень важный момент — рассчёт умягчения на ионообменной колонне ! В одной из предыдущих статей «Способы умягчения воды. Ионный обмен » мы говорили о наиболее распространённом способе борьбы с жёсткой водой — удалении солей жёсткости с помощью обмена на специальной смоле. Но не говорили о том, как расчитать этот процесс.

Расчёт умягчения на ионообменной колонне состоит из трёх этапов:

1. Учёт потока воды для подбора собственно корпуса и управляющего клапана.
2. Учёт характеристик ионообменной смолы для уточнения характеристик корпуса и режимов промывки.
3. Сопоставление возможностей и количества смолы с реальной жёсткостью воды, которую нужно получить для уточнения всей системы вообще и частоты регенераций в частности.

На самом деле первые два пункта лучше доверить специалистам — это их работа и не стоит отбирать у них хлеб 🙂 Но третий пункт является ключевым и менее требовательным к техническим знаниям (особенно если учесть, что в конце статьи вы сможете скачать и пользоваться калькулятором для расчёта умягчения), и третий пункт можно провести самостоятельно, проверяя правильность подбора умягчителя разнообразными копаниями. Поэтому в статье остановимся на третьем этапе. Заодно третий этап позволяет определить, сколько денег вы будете тратить на умягчение воды с помощью ионного обмена.

Для того, чтобы понимать, что к чему и про какой обмен идёт речь, рекомендуем воспользоваться статьёй Способы умягчения воды. Ионный обмен . Ну а пока что продолжаем тему.

Расчёт умячения на ионообменной колонне с точки зрения возможностей смолы и реальной жёсткости воды состоит в следующем. Каждая ионообменная смола имеет паспортные данные. Одна из ключевых характеристик — общая ионообменная ёмкость смолы , которая выражается в грамм-эквивалентах на литр смолы.

Общая ионообменная ёмкость — грубо говоря, это единица, которая показывает, сколько солей жёсткости может удалить данная смола до того, как полностью потеряет способность обмениваться. То есть, когда пишется, что общая ионообменная ёмкость равняется 2 г-экв, то это означает, что один литр смолы может извлечь из воды соли жёсткости в количестве 2 г-экв, после чего потеряет способность что-либо извлекать, и для восстановления этой способности будет необходимо произвести процедуру регенерации смолы концентратом поваренной соли, или же, по научному, натрия хлоридом в таблетированной форме.

Вернёмся немного назад и поговорим про грамм- (милиграмм-) эквиваленты. Это страшное слово, но нам оно не страшно, поскольку жёсткость воды выражается в милиграмм-эквивалентах на литр (или, что равнозначно, в молях на литр), и ничего никуда пересчитывать не надо.

Нужно помнить, что 2 г-экв — это общая ионообменная ёмкость только одного литра смолы. Соответственно, если в вашем умягчителе у вас 100 литров смолы, то ваша общая ионообменная ёмкость составит 200 г-экв.

Теперь о том, как это всё применяется на практике. Мы имеем значение общей ионообменной ёмкости — 2 г-экв. И мы имеем значение жёсткости воды, например, 10 мг-экв/л. Что получается? Получается, что один литр данной ионообменной смолы может удалить соли жёсткости из 200 литров воды. Как мы это узнали?

Мы разделили значение общей ионообменной ёмкости (2000 мг-экв) на значение общей жёсткости воды (10 мг-экв/л). В результате получили 200 литров жёсткой воды.

Вы можете спросить: «И что же, теперь нужно проводить регенерацию солью через каждые 200 литров очищенной воды?» Это так лишь в том случае, если вы используете 1 литр ионообменной смолы. Потому что 2 г-экв — это значение для одного литра смолы.

Соответственно, если вам предложили ионообменный умягчитель, в котором 100 литров ионообменной смолы, то получается, что КАЖДЫЙ литр этой смолы может умягчить 200 литров воды с жёсткостью 10 мг-экв/л. Сколько это получится воды? Это очень просто посчитать: воспользуемся значением общей ионообменной ёмкости для всего умягчителя (200 г-экв) и разделим её на жёсткость воды (0,01 г-экв/л) и получим 20 000 литров.

То есть, если вы умягчаете воду жёсткостью 10 мг-экв/л на ионообменном умягчителе с обЪёмом смолы 100 литров и ионообменной ёмкостью одного литра смолы 2 г-экв, то смола перестанет работать после 20 м 3 очищенной воды.

Можно предположить, что регенерацию нужно проводить каждые 20 м 3 очищенной воды, но на практике регенерация происходит чаще (обычно вдвое), чем это выходит по расчёту. Всё потому, что жёсткость воды является значением непостоянным, и ресурс ионообменной смолы может закончится быстрее. Естественно, делать запас в 50 % — это уже слишком. Но 10-20 % — это самое оно. Поэтому при описанных условиях регенерация должна происходить каждые 16-18 м 3 очищенной от солей жёсткости воды.

Таким образом, если вам предложили умягчитель, в котором 100 литров ионообменной смолы с общей ёмкостью одного литра 2 г-экв, а регенерацию установили каждые 5 м 3 очищенной воды, то на вас тупо зарабатывают, ведь вам приходится почти в 4 раза чаще покупать таблетированную соль для возобновления работы умягчителя. Возможен другой вариант — при описанных условиях регенерация происходит каждые 30 м 3 воды. Это экономит деньги но делает бессмысленным умягчитель как таковой — поскольку 10 м 3 воды вы получили с исходной жёсткостью.

И наконец — обещанный калькулятор расчёта умягчения на ионообменной колонне.

Его вы можете скачать по ссылке «Калькулятор для рассчёта обЪёма воды между регенерациями «. Пользоваться им очень просто — нужно ввести цифры в зелёные квадратики и посмотреть результат в квадратике жёлтом. Ну а потом сравнить его с тем, что вам насчитали специалисты 🙂

Методики расчёта могут быть разными, и мы НЕ предлагаем обвинять поставщиков в недобросовестности на основании одного лишь рассчёта вручную или с помощью нашего калькулятора. Но несоответствие значений — это сигнал, что нужно к процессу покупки умягчителя в данной компании присмотреться подробнее. Возможно, там есть и другие несоответствия.

Ах, да, чуть не забыли — рассчитав частоту регенераций и зная своё обычное потребление воды, вы можете заранее, перед покупкой умягчителя, узнать, сколько денег вы будете тратить на соль для регенерации. Так, в предложении должна стоять цифра — на одну регенерацию уходит, например, 25 кг соли. Соответственно, если на умягчителе на 100 литров ионообменной смолы вы очищаете 18 м 3 воды с жёсткостью 10 мг-экв/л от регенерации до регенерации, а 18 м 3 воды вы тратите за месяц, то каждый месяц вам будет необходимо высыпать в солевой бак 1 мешок (25 кг) соли. Ну а теперь остаётся узнать цену соли в вашем регионе, и всё — экономический расчёт готов! И вы можете определить, потянете ли вы такие затраты 🙂

Итак, расчёт умягчения на ионообменной колонне — это быстро, просто и полезно!

На сайте производителя заказать смолу для фильтров, получить рекомендации по применению в водоподготовке для коттеджа и в промышленности. Получить больше технической информации по самому популярной ионообменной смоле можно на нашем сайте.

Смола для фильтров - это ионообменная смола, которая представляет собой небольшие правильные гранулы круглой формы примерно 1 мм в диаметре. Смола для фильтров делится на пищевую и непищевую . Пищевая применяется в водоподготовке, как понятно из названия, для приготовления пищи и других личных целей, где необходима чистая вода. Непищевая - для подпиточной воды в бойлерах , котельных , там, где требования к воде ниже, там где единственным требованием выступает относительная мягкость воды для предотвращения образования отложений накипи на теплопередающих поверхностях. Уникальным применением смолы для фильтров является процесс получения эксклюзива - это . Основное назначение смолы для фильтров является умягчение воды до заданных значений . В фильтр с ионообменной смолой подается жесткая вода, с невысоким содержанием железа и на выходе из фильтра получается умягченная вода. Этот процесс получения мягкой воды называется умягчением.

Ионообменные смолы делятся на катиониты и аниониты по знаку улавливаемых ионов. дано описание и раскрыт принцип действия самой распространенной смолы для фильтров - катионита. Анионит в принципе похож и по внешнему виду и по принципу действия, только меняется знак улавливаемых ионов на противоположный. - это не одноразовый продукт. Есть ресурс по емкости и ресурс по количеству циклов перезарядки (регенерации). При заполнении поверхности ионообменной смолы ионами солей жесткости необходимо избавиться от них - провести регенерацию раствором обычной нейодированной поваренной соли. И все, смола вновь готова к работе.

Перед покупкой смолы для фильтров необходимо определиться с анализами воды и показателями, которые Вас не устраивают. Для этого нужно сделать отбор пробы воды как . Заказать анализ воды по основным показателям можно на нашем сайте сайт через форму обратной связи, или написав нам e-mail: [email protected] , привезти образец воды в наш офис и через день будет готов результат.

Наиболее распространенные варианты:

• катионит КУ-2-8
• катионит КУ-2-8чС

Отличие как описывалось выше в предназначении. КУ-2-8 - для технической воды и КУ-2-8чС - для питьевой воды . Оба вида катионита выпускаются по ГОСТ 20298-74 и проходят двойной анализ качества. на промежуточном и конечном цикле производства. В производстве данных катионитов исключены высокотоксичные реактивы.

Цены на смолу для фильтров на рынке могут быть совершенно заоблачными, если речь идет об импортной продукции.

Катиониты пищевого класса европейского производства начинаются от 8.000 рублей за 25 литровую упаковку. Цена на смолу для фильтров китайского производства немного ниже и оцениваются от 5.000 рублей за мешок в 25 литров. И те и другие не ГОСТированы, о чем тщательно умалчивают маркетологи.

При практически одинаковых характеристиках такой весомый разброс цен . Сводная таблица основных характеристик смол для фильтров будет размещена под этой ссылкой позже .

На нашем сайте можно заказать:

• пищевого класса КУ-2-8чС по ГОСТ 20298-74 по цене 2.980 рублей за упаковку в 25 литров.
• Купить катионит КУ-2-8 (непищевого класса) по ГОСТ 20298-74 стоит еще дешевле - 2.180 рублей (25 литров).

В 2015 году на базе производственной компании ООО "Смолы" создано подразделение сервисной службы . Основной вид деятельности которой заключается в поддержке и консультации по производимой продукции.

Мы можем помочь Вам в обслуживании фильтра со смолой, провести сервисное обслуживание и замену смолы исходя из экономической целесообразностью.

Cвязаться с сервисом можно по электронной почте: [email protected] или через форму обратной связи на нашем сайте.

Ионообменные смолы представляют собой мелкие полупрозрачные гранулы сферической формы. Цвет гранул смолы как правило зависит от состава смолы: так, например, сильнокислотные катионообменные смолы обладают ярко-желтым или коричневым цветом, в то время как слабоосновные аниониты представляют собой белые непрозрачные гранулы.Основная сфера применения ионообменных смол - удаление жесткости в установках водоподготовки для энергетических предприятий. Ионный обмен основан на удалении из воды, пропускаемой через слой смолы, ионов, которые замещают находящиеся на активных группах смолы катиона натрия, протоны или гидроксильные группы.

Смолы различаются как по принципу действия (катионообменные, анионообменные), так и по своей структуре (гелевые, макропористые). Выбор для конкретного процесса той или иной смолы определяется характером удаляемой из воды примеси.

Классификация ионообменных смол

1. По составу. Различают аниониты и катиониты. Как и следует из названий, катиониты имеют в качестве функциональной группы катионную, аниониты - анионную. Соответственно, катиониты обменивают (и извлекают из воды) катионы, аниониты - анионы.

2. По типу и силе функциональных групп и степени смолы подразделяются на:

Сильнокислотные катионообменные смолы - используются для умягчения воды и ее обессоливания.

Слабокислотные катионообменные смолы - используются для устранения временной жесткости, а также повышенной щелочности воды.

Сильноосновные анионообменные смолы применяются в основном для обессоливания воды с очень высоким содержанием солей и кремния, что обуславливается высокой скоростью обмена сильноосновных анионитов. Этот способ по скорости и затрачиваемой энергии превосходит обратный осмос.

Слабоосновные анионообменные смолы используются чаще всего для обессоливания органических соединений, в числе которых сахароза, молочная сыворотка, глюкоза и другое.

Афолиты имеют в одной смоле сразу несколько типов функциональных групп (анионных и катионных) в разных или одинаковых пропорциях - используются в основном для обессоливания воды в одну ступень. Соотношение тех или иных функциональных групп определяется соотношением в исходной воде удаляемых ионов.

3. По структуре гранул : полистирольные, гелевые и макропористые. Также возможны смешанные структуры такие как полистирольная-гелевая и полистирольная-макропористая. Возможно применение для очистки воды от извести.

Смолы гелевого типа при контакте с водой набухают сильнее, чем другие, в это время их объем увеличивается в полтора-два раза. Ионный обмен в смолах гелевого типа происходит довольно быстро, однако в скорости эти смолы однозначно уступают смолам с макропористой структурой, которые в отличии от гелевых смол не так сильно набухает.

4. По обмениваемому иону в исходной форме : натриевая, водородная и др. Чаще всего в исходной форме смолы обмениваемыми катионами являются для катионообменной смолы натрий или протон, а в анионообменниках - хлор или гидроксильная группа.

5. По степени однородности размеров гранул различают монодисперсные (бОльшая часть гранул имеет одинаковый размер) и полидисперсные (размер гранул распределен в широких пределах).

Для регенерации ионообменных смол используют: регенерационную соль (для смол в натриевой форме), кислоту (для смол в Н-форме), раствор гидроксида натрия (для смол в ОН-форме).

Рис.Сравнение полной динамической ПДОЕ и динамической обменной емкости ДОЕ. Заштрихованная площадь А соответствует ДОЕ, а вся площадь над кривой с учетом проскока солей - ПДОЕ

Селективность

Под селективностью понимают способность избирательно сорбировать ионы из растворов сложного состава. Селективность определяется типом ионогенных групп, числом поперечных связей матрицы ионита, размером пор и составом раствора. Для большинства ионитов селективность невелика, однако разработаны специальные образцы, имеющие высокую способность к извлечению определенных ионов.

Механическая прочность

Показывает способность ионита противостоять механическим воздействиям. Иониты проверяются на истираемость в специальных мельницах или по весу груза, разрушающего определенное число частиц. Все полимеризационные иониты имеют высокую прочность. У поликонденсационных она существенно ниже. Увеличение степени сшивки полимера повышает его прочность, но ухудшает скорость ионного обмена.

Осмотическая стабильность.

Наибольшее разрушение частиц ионитов происходит при изменении характеристик среды, в которой они находятся. Поскольку все иониты представляют собой структурированные гели, их объем зависит от солесодержания, рН среды и ионной формы ионита. При изменении этих характеристик объем зерна изменяется. Вследствие осмотического эффекта объем зерна в концентрированных растворах меньше, чем в разбавленных. Однако это изменение происходит не одновременно, а по мере выравнивания концентраций «нового» раствора по объему зерна. Поэтому внешний слой сжимается или расширяется быстрее, чем ядро частицы; возникают большие внутренние напряжения и происходит откалывание верхнего слоя или раскалывание всего зерна. Это явление называется «осмотический шок». Каждый ионит способен выдерживать определенное число циклов таких изменений характеристик среды. Это называется его осмотической прочностью или стабильностью.

Наибольшее изменение объема происходит у слабокислотных катионитов. Наличие в структуре зерен ионита макропор увеличивает его рабочую поверхность, ускоряет перенабухание и дает возможность «дышать» отдельным слоям. Поэтому наиболее осмотически стабильны сильнокислотные катиониты макропористой структуры, а наименее - слабокислотные катиониты.

Осмотическая стабильность определяется как количество целых зерен, отнесенное к общему первоначальному их числу, после многократной (150 раз) обработки навески ионита попеременно в растворе кислоты и щелочи с промежуточной отмывкой обессоленной водой.

Химическая стабильность

Все иониты обладают определенной стойкостью к растворам кислот, щелочей и окислителей. Все полимеризационные иониты имеют большую химическую стойкость, чем поликонденсационные. Катиониты более стойки, чем аниониты. Среди анионитов слабоосновные устойчивее к действию кислот, щелочей и окислителей, чем сильноосновные.

Температурная устойчивость

Температурная устойчивость катионитов выше, чем анионитов. Слабокислотные катиониты работоспособны при температуре до 130 ° С, сильнокислотные типа КУ-2-8 - до 100-120 ° С, а большинство анионитов - не выше 60, максимум 80 ° С. При этом, как правило, Н- или ОН-формы ионитов менее стойки, чем солевые.