مبانی رزین تبادل یونی

مبانی تبادل یون

تبادل یونی روشی برای رفع آلودگی و تصفیه آب است و به حذف ترکیبات ناخواسته در آب کمک می کند. ما در سنین جوانی می آموزیم که آب از دو اتم هیدروژن و یکی از اتم اکسیژن تشکیل شده است. اما آب بسیار پیچیده تر از این است. در هر قطره آب مواد معدنی و مواد دیگری وجود دارد که به خواص شیمیایی و فیزیکی هر قطره می‌افزایند. از جمله (اما نه محدود به) طعم و بو. برخی از نمونه ها عبارتند از کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، سدیم، هیدروژن، کلرید، سولفات، نیترات، هیدروکسید و سیلیس. اگرچه آنها حل شده اند و با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند، اما این ترکیبات به صورت یون در آب وجود دارند.

یون های این مولکول ها دارای بار الکتریکی هستند. یون های دارای بار مثبت کاتیون و یون های دارای بار منفی آنیون نامیده می شوند. به عنوان مثال، سدیم و هیدروژن دارای بارهای مثبت (Na+) (H+) هستند، در حالی که کلرید و هیدروکسید دارای بارهای منفی (Cl-) (OH-) هستند. بار الکتریکی نحوه حذف یون ها از آب را دیکته می کند.

رزین کاتیونی و رزین آنیونی

کاتیون ها (ترکیبات با بار مثبت) با رزین های تبادل کاتیونی حذف می شوند، در حالی که آنیون ها (ترکیبات با بار منفی) با رزین های تبادل آنیون حذف می شوند.

این رزین های تبادل یونی از دانه های پلیمری نامحلول تشکیل شده اند که با یک "گروه عملکردی" طراحی شده اند که یون های بار مخالف را جذب می کند. هر تخت دارای مکان های کاربردی بسیاری است که در سراسر مهره، از سطح تا عمق داخل وجود دارد.

به عنوان مثال، پرولایت  C100  یک دانه رزین تبادل یونی با گروه های عاملی سولفونیک با بار منفی است. این گروه‌های دارای بار منفی کاتیون‌ها را جذب می‌کنند تا بار خنثی از خود به جا بگذارند و معمولاً به شکل هیدروژن (H+) یا سدیم (Na+) عرضه می‌شوند.

عملیات دمینرالیزاسیون

مهره رزین تبادل یونی بر اساس اندازه یون و همچنین داشتن بار مثبت منفرد (تک ظرفیتی) یا دو ظرفیتی (دو ظرفیتی) کاتیون های خاصی را بر سایر کاتیون ها ترجیح می دهد. گونه های انتخابی تر، یون های موجود روی رزین را جابجا کرده و آنها را به پساب می فرستند.

چرا می خواهیم این کار را انجام دهیم؟ گاهی اوقات حذف یک عنصر نامطلوب از آب، مانند سختی (که نرم کننده نیز نامیده می شود) یا حذف آلاینده های تنظیم شده (از آب آشامیدنی یا از آب صنعتی) مهم است. همچنین مواقعی وجود دارد که تمام یون ها (اعم از مثبت و منفی) باید از طریق فرآیندی به نام دمینرالیزاسیون از آب خارج شوند. تجزیه و تحلیل شیمی آب به تعیین یون های موجود در آب کمک می کند و سپس مشخص می کند که چه یون هایی باید از آب حذف شوند و از چه روشی برای تصفیه آب تبادل یونی استفاده می شود.

مبانی بازسازی رزین تبادل یونی

بازسازی فرآیندی است که دانه‌های رزین تبادل یونی را که اشباع شدند (کاملاً بارگذاری شده) می‌گیرد و یون‌هایی را که در طول چرخه حین کار جمع‌آوری شده‌اند حذف می‌کند تا رزین بتواند به استفاده خود ادامه دهد.

یک سیستم تبادل یونی شامل بستری از دانه‌های رزین با قابلیت جذب سختی یا سایر عناصر توسط تبادل یونی است. سپس دانه های رزین را می توان با غلظت بالا (10 درصد آب نمک) نمک یا سایر مواد شیمیایی احیا کننده بازسازی کرد تا ظرفیت رزین را بازیابی کند و سیستم را قادر می سازد بارها و بارها برای چندین سال استفاده شود.

بازسازی بستر رزین تبادل یونی شامل فرآیندهای متعددی است، از جمله:

1. شستشوی معکوس
2. تزریق مواد شیمیایی
3. آبکشی آهسته
4. آبکشی سریع

اولین گام در بازسازی، شستشوی معکوس سیستم با جاری شدن آب به سمت عقب از پایین بستر است. این کار تخت را بلند می کند و خاک، زباله و سایر مواد نامحلول موجود در تخت را خارج می کند. همچنین به حذف حفره های هوا در بستر رزین کمک می کند و رزین را مجدداً طبقه بندی می کند. شستشوی معکوس برای به حداقل رساندن افت فشار و اطمینان از جریان یکنواخت در بستر ضروری است. شستشوی معکوس معمولی فقط در سیستم های جریان همزمان انجام می شود. در سیستم های ضد جریان، شستشوی معکوس تنها در صورت نیاز انجام می شود.

سپس بستر ته نشین شده و با محلول آب نمک یا سایر مواد شیمیایی احیا کننده بازسازی می شود. این مرحله سختی یا یون های دیگر را حذف می کند و رزین را به شکل اولیه مورد نیاز برای شروع یک چرخه سرویس جدید باز می گرداند.

پس از بازسازی، مرحله شستشوی آهسته به فشار دادن ماده احیا کننده از طریق بستر ادامه می دهد تا تبدیل به ادامه یابد و ماده احیا کننده از سیستم حذف شود. شستشوی سریع یک شستشوی نهایی با آب خام است تا اطمینان حاصل شود که کیفیت آب پس از بازسازی تامین می شود. در سیستم های ضد جریان، می توان یک مرحله بازیافت را به عنوان جایگزینی برای شستشوی سریع وجود داشت. بازیافت بین رزین کاتیونی و رزین آنیونی، مواد شیمیایی احیا کننده باقیمانده را حذف می کند.

پس از شستشو، بستر رزین به سرویس باز می گردد. کل زمان برای بازسازی کمتر از 2 ساعت است و کل آب مصرفی حدود 7 برابر حجم رزین است: 15 لیتر بستر = 105 لیتر (50 gal./ft3). فاضلاب تخلیه می شود.

هنگامی که یک سیستم رزین بازسازی می شود، تنها حدود 60 تا 80 درصد از کل ظرفیت رزین تبادل یونی بازیابی می شود. مقداری سختی یا یون های عنصری روی و در رزین باقی می مانند. هنگامی که در سرویس بعدی قرار می گیرند، برخی از این ترکیبات باقیمانده از رزین خارج می شوند و به پساب می روند و به این "نشت" می گویند.

آشنایی با دیگر مقالات رزین تبادل یونی

https://electropumps.ir/ion-exchange-resin/