اصل روش تبادل یونی چیست؟

اصل روش تبادل یونی چیست؟

تبادل یونی با انتشار یون بین یون‌های آزادانه که توسط خود مبدل حمل می‌شوند و رزین سختی گیر های موجود در محلول تحت درمان به دست می‌آید. نیروی محرکه برای تبادل یونی، اختلاف غلظت بین یون ها و میل ترکیبی گروه های عاملی روی رزین تبادل یونی ها است که اصل اساسی تبادل یونی است.

رزین سختی گیر اساسی ترین مواد برای تحقق عملکرد تبادل هستند که با توجه به خواص مواد آنها می توان آنها را به مبدل های یونی معدنی و مبدل های یونی آلی و به مبدل های یونی طبیعی و مبدل های یونی مصنوعی تقسیم کرد. رزین های تبادل یونی طبیعی شامل خاک رس، زئولیت، لیگنیت و غیره و مبدل های یون طبیعی مصنوعی شامل رزین ژل، رزین ماکرو متخلخل، رزین جذب، رزین ردوکس، رزین کیلیت و غیره می باشد. با توجه به ظرفیت تبادل آن، می توان آن را به رزین بازی قوی، رزین بازی ضعیف، رزین اسید قوی، رزین اسید ضعیف و انواع دیگر تقسیم کرد. رزین تبادل یونی در واقع یک الکترولیت پلیمری نامحلول است که از یک جامد پلیمری با ساختار شبکه ای و بسیاری از گروه های فعال متصل به ماتریس تشکیل شده است.

2. روش تبادل یونی در تصفیه فاضلاب چه کاربردهایی دارد؟

در تصفیه فاضلاب، از روش تبادل یونی می توان برای حذف برخی از مواد مضر موجود در فاضلاب، بازیابی مواد شیمیایی با ارزش، فلزات سنگین و عناصر کمیاب یا برای تحقق استفاده مجدد از منابع آب استفاده کرد. عمدتاً برای تصفیه فاضلاب آبکاری مانند فاضلاب آبکاری کروم، فاضلاب آبکاری نیکل، فاضلاب آبکاری کادمیوم، فاضلاب آبکاری طلا، فاضلاب آبکاری نقره، فاضلاب گالوانیزه، فاضلاب آبکاری مس و سیانور و غیره استفاده می شود. و نقره و CD-2 را از فاضلاب چاپ فیلم، CD-3 و سایر مواد شیمیایی گرانبها بازیابی می کند و همچنین می تواند برای تصفیه سایر فاضلاب های حاوی کروم، فاضلاب های حاوی نیکل، فاضلاب های حاوی جیوه و فاضلاب های رادیواکتیو استفاده شود. .

پساب آبکاری که حاوی ده ها تا صدها میلی گرم کروم در لیتر است ابتدا برای حذف مواد معلق فیلتر می شود، سپس از یک رزین کاتیونی برای حذف رزین های سختی گیر فلزی عبور می کند و سپس وارد رزین آنیونی می شود تا Cr2O7- و Cr2O4- و محتوای شش ظرفیتی را حذف کند. کروم موجود در پساب کمتر از 0.5 میلی گرم در لیتر است، همچنین می تواند به عنوان گردش آب شستشو استفاده شود. پس از بازسازی رزین آنیون با 12% NaOH، محتوای کروم محلول بازسازی شده می تواند به 17 گرم در لیتر برسد. رزین کاتیونی نوع H در محلول بازسازی شده برای تبدیل Na2CrO4 به اسید کرومیک استفاده می شود و سپس تبخیر می شود. برای 7 تا 8 بار غلیظ شده، سپس می توان آن را برای تصفیه مجدد به مخزن آبکاری بازگرداند.

روش تبادل یونی فاضلاب آبکاری را تصفیه می کند اولین رزین کاتیونی دو وظیفه دارد یکی حذف یون های فلزی و ناخالصی ها و کاهش آلودگی رزین آنیونی است زیرا فلزات سنگین می توانند اکسیداسیون و تجزیه رزین سختی گیر را کاتالیز کنند و دیگری این که یون های فلزی و ناخالصی ها را حذف می کند. مقدار pH را کاهش دهید، به طوری که شش قیمت به صورت Cr2O7- وجود داشته باشد، زیرا گزینش پذیری رزین آنیونی Cr2O7- از Cr2O4- و سایر آنیون ها بیشتر است و تبادل یک Cr2O7- دو Cr6+ را حذف می کند و سطح تبادل یک Cr2O4- فقط می تواند یک Cr6+ را حذف کند. از آنجایی که Cr2O7- یک اکسید کننده قوی است، آسیب اکسیداتیو به رزین آسان است، بنابراین باید یک رزین پایه قوی با پایداری شیمیایی خوب انتخاب شود.

3. امکانات رایج برای روش تبادل یونی چیست؟

یک سیستم کامل تبادل یونی شامل واحدهایی مانند پیش تصفیه، تبادل یونی، بازسازی رزین تبادل یونی  و ابزارهای کنترل الکترونیکی می باشد که در این میان واحد تبادل یونی هسته سیستم است.تجهیزات و دستگاه های متداول برای روش تبادل یونی در واقع اجزای تشکیل دهنده این سیستم هستند. واحد تبادل یونی با توجه به ساختار، استفاده و حالت عملکرد ستون تبادل یونی، دستگاه واحد تبادل یونی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: سیستم تبادل یونی بستر ثابت و سیستم تبادل یونی پیوسته.

سیستم تبادل یونی بستر ثابت به این معنی است که فرآیندهای تبادل رزین سختی گیر و بازسازی در یک تجهیزات در زمان‌های مختلف انجام می‌شود، یعنی زمانی که رزین سختی گیر بازسازی می‌شود، برنامه تبادل یونی از کار می‌افتد. بستر ثابت را می توان با توجه به شرایط استفاده مختلف و جهت جریان هیدرولیک به انواع مختلفی تقسیم کرد: 1. یک تخت یا چند بستر پر شده با تنها یک رزین سختی گیر؛ 2. ستون تبادل یونی پر از رزین کاتیونی و ستون تبادل یونی پر شده است. با رزین آنیونی به صورت سری به هم متصل می شوند. 3. نوع بستر شناور که بر نیروی جریان آب تکیه دارد تا لایه رزین را شناور کند تا اجرا شود؛ 4. در بستر ثابت احیاکننده مخالف، دو نوع رزین تبادل یونی قوی و ضعیف (چگالی کوچک، اندازه ذرات کوچک) با نسبت مشخصی پر می شوند. رزین ضعیف نازک در لایه بالایی و رزین ضعیف با چگالی بالا و اندازه ذرات درشت در لایه زیرین قرار دارد.

سیستم تبادل یونی پیوسته به این معنی است که فرآیندهای تبادل و بازسازی به طور همزمان در تجهیزات مختلف انجام می شود، یعنی می توان فرآیند تبادل را به طور مداوم انجام داد. سیستم تبادل یونی پیوسته را می توان به بستر سیال و بستر متحرک تقسیم کرد. رزین سختی گیر در بستر سیال به طور مداوم در دستگاه گردش می کند و رزین تبادل یونی مصرف شده پس از بازسازی و تمیز شدن در طول فرآیند جریان، ظرفیت تبادل خود را بازیابی می کند. بستر متحرک به این صورت است که ستاره رزین در دستگاه به صورت دوره ای حرکت می کند و رزین مصرف شده پس از بازسازی و تمیز شدن در طی فرآیند حرکت، ظرفیت تبادل خود را بازیابی می کند و سپس به طور مرتب آن را به بالای ستون مبادله پر می کند.

4. در بهره برداری و مدیریت روش تبادل یونی باید به چه مواردی توجه شود؟

(1) جامدات معلق و گریس: از آنجایی که SS موجود در فاضلاب منافذ رزین را مسدود می کند، گریس ذرات رزین را می پوشاند و بر پیشرفت عادی تبادل یونی تأثیر می گذارد. جامدات و مواد روغنی حاوی سیلت هستند و می توان از روش های پیش تصفیه مانند فیلتراسیون، شناورسازی هوا و شفاف سازی استفاده کرد.

(2) ماده آلی: برخی از مواد آلی پلیمری دارای نیروی اتصال قوی با یون های ثابت گروه های فعال انگشتان درخت هستند، پس از ترکیب شدن، بازسازی آن دشوار است، که به نوبه خود بر سرعت بازسازی و ظرفیت تبادل رزین تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، فاضلاب حاوی مواد آلی مولکولی بالایی است وقتی اسیدی است، نیروی اتصال بین اسید آلی با امتیاز بالا و گروه آمونیوم چهارتایی بازی قوی بسیار قوی است و شستن آن دشوار است. هنگام تصفیه فاضلاب حاوی چنین موادی، می توان رزین هایی با درجه اتصال عرضی کم انتخاب کرد، یا فاضلاب را می توان برای حذف مواد آلی با مولکولی بالا از آب پیش تصفیه کرد.

(3) یون‌های فلزی با ظرفیت بالا: Fe3+، Cr3+، AL3+ و سایر یون‌های فلزی با ظرفیت بالا به راحتی توسط رزین جذب می‌شوند و شستشوی آن در طول بازسازی مشکل است و باعث مسمومیت رزین و کاهش ظرفیت تبادل رزین می‌شود. پس از مسموم شدن رزین با آهن بالا رنگ آن تیره می شود در این زمان با خیساندن طولانی مدت در اسید با غلظت بالا می توان آن را بازسازی کرد.

(4) مقدار pH: گروه های فعال رزین های تبادل یونی اسید قوی یا باز قوی توانایی یونیزاسیون قوی دارند و ظرفیت تبادل اساساً به مقدار pH فاضلاب بی ربط است، اما رزین های اسید ضعیف و رزین های باز ضعیف باید در شرایط قلیایی و اسیدی به ترتیب برای اعمال ظرفیت تبادل بیشتر. بنابراین، برای فاضلاب های اسیدی و قلیایی مختلف، درخت های تبادلی متفاوتی باید انتخاب شود؛ برای رزین تبادلی انتخابی، می توان مقدار pH فاضلاب را با توجه به خواص یون های موجود در فاضلاب تصفیه شده و ویژگی های رزین تنظیم کرد.

(5) دمای آب: در یک محدوده معین، افزایش دمای آب می تواند فرآیند تبادل یونی را تسریع کند، اما زمانی که دمای آب از محدوده دمای مجاز رزین بیشتر شود، باعث تجزیه و تخریب گروه های تبادل رزین می شود. . اگر دمای فاضلابی که باید تصفیه شود خیلی زیاد است، باید سرد شود.

(6) اکسیدان ها: اکسیدان های قوی مانند CL2، O2، Cr2O7- باعث تجزیه اکسیداتیو رزین می شود و در نتیجه ظرفیت تبادل گروه های فعال از بین می رود و ماتریس جامد رزین را تخریب می کند، که این امر تأثیر می گذارد. استفاده معمولی از رزین بنابراین، هنگام تصفیه فاضلاب حاوی اکسیدان قوی، لازم است رزین هایی با پایداری شیمیایی بهتر و درجه اتصال متقابل بالا انتخاب شود یا برای از بین بردن تأثیر اکسیدان ها، مقدار مناسبی از عامل کاهنده به آن اضافه شود.

(7) الکترولیت: در مورد غلظت الکترولیت بالا، رزین سختی گیر به دلیل اثر فشار اسمزی شکسته می شود، هنگام برخورد با فاضلاب با غلظت نمک بالا، باید یک رزین تبادل یونی  با درجه اتصال عرضی بالا انتخاب شود.