رزین تبادل یونی در تصفیه آب

یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین تبادل یونی است. این رزین‌ها که شامل رزین‌های کاتیونی و آنیونی هستند در از بین بردن سختی آب، تصفیه آب، یون زدایی و تولید آب فوق خالص کاربرد دارند.رزین‌های تبادل یونی ذرات کوچک جامدی هستند که با انجام یک تغییر شیمیایی در ساختار آب می‌توانند یون‌های مثبت و منفی نامطلوب محلول در آب را از بین ببرند.

تاریخچه تولید رزین تبادل یونی

استفاده از این روش در تصفیه آب قدمتی دیرینه دارد. نخستین بار رزین‌های تبادل یونی در سال ۱۸۵۰ کشف شد ولی بیست سال بعد در تصفیه آب مورد استفاده قرار نمی‌گرفت.در سال ۱۸۷۰ بود که آزمایشات ثابت کرد بعضی از کانی‌ها و رزین ‌های معدنی توانایی انجام تبادل یون را دارند و می‌توانند مواد موجود در آب که موجب سختی آب می‌شوند را حذف کنند. به این ترتیب رزین‌ها از سال ۱۸۷۰ به صورت گسترده در سیستم‌های تصفیه آب مورد استفاده قرار گرفت. اما به دلیل بی اثر بودن بر روی کاتیون‌ها باز هم نیازمند تغییرات بودند.سرانجام در سال ۱۹۴۴ رزین‌های تبادل یونی امروزی تولید شد که شامل رزین‌های کاتیونی و آنیونی به صورت همزمان بود. با به وجود آمدن رزین‌های تبادل یونی پیشرفت بزرگی در صنعت تصفیه آب رخ داد.

برای آشنایی بیشتر با این ذرات جامد، عملکرد، ویژگی‌ها و مزایایی آن‌ها با ما همراه باشید.

آشنایی بیشتر با رزین‌های تبادل یونی

از رزین‌های تبادل یونی برای کاهش و یا حذف کامل املاح محلول در آب مانند: کلسیم، منیزیم، آهن، منگنز، نیترات، سولفات، کلر، فلوراید استفاده می‌شود. بعضی از این املاح ساختار آنیونی و بعضی دیگر ساختار کاتیونی دارند.آنیون‌ها و کاتیون‌های رزین با املاح بالا وارد یک واکنش شیمیایی شده ودر نهایت باعث از بین رفتن جامدات محلول در آب (TSD) و تولید آب خالص بدون یون و مواد شیمیایی مضر خواهند شد. رزین سختی گیر، ذرات ژله‌ی مانند بسیار کوچک با قطرهای حدوداً ۰.۶ میلیمتر هستند. که ساختار این ذرات مشک و دارای سوراخ‌های بسیار ریزی است و مقداری آب داخل ساختارش وجود دارد.

رزین ها تعداد ثابتی یون دارند که این یون‌ها متحرک و غیرقابل تبادل هستند. از طرفی به همان تعداد یون‌ با بار الکتریکی مخالف در اطراف آنها وجود دارد تا در نهایت بار الکتریکی این رزین‌ها خنثی باشد.این یون‌های مخالف شناور و قابل تبادل هستند و می‌توانند آزادانه به داخل ساختار رزین وارد شده و یا از آن خارج شوند.اگر یون مثبت یا منفی (کاتیون و یا آنیونی) از خارج به درون دانه رزین وارد شود، برای حفظ بار الکتریکی، دانه رزین باید یک یون با همان بار الکتریکی را از دست بدهد. به این فرایند تبادل یون می‌گویند.وقتی ذرات رزین داخل آب قرار می‌گیرند آنیون‌ها و کاتیون‌های آن با آنیون‌ها و کاتیون‌های آب وارد تبادل یون می‌شوند و به این مواد محلول مضر در آب از بین می‌برند. همچنین موجب کاهش سختی آب خواهند شد.

یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

انواع رزین ها

رزین‌ها به سه دسته کلی رزین‌ کاتیونی، رزین آنیونی و رزین میکسبد تقسیم می‌شوند:

  • رزین کاتیونی: این رزین‌ها برای حذف کاتیون‌های محلول در آب مانند کلسیم، منیزیم، پتاسیم، آهن و … استفاده می‌شوند. رزین‌های کاتیونی خود به دونوع زیر تقسیم می‌شوند:
  • رزین کاتیونی سیکل هیدروژنی: در این نوع رزین کاتیون، هیدروژن H+ یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است که بعد از جایگزینی باعث کاهش PH آب می‌شود.
  • رزین کاتیونی سیکل سدیمی: در این نوع رزین کاتیون، سدیم Na+ یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است که باعث از بین رفتن میزان سختی آب می‌شود.
  • رزین آنیونی: این نوع رزین برای حذف آنیون‌های محلول در آب مانند: سیلیس، سولفات، کلراید، نیترات و … کاربرد دارد. رزین آنیونی نیز خود دارای انواع زیر است:
  • رزین آنیونی سیکل هیدروکسیدی: در این نوع رزین آنیون، هیدروکسید OH یون شیمیایی فعال در تبادل یونی است.
  • رزین آنیونی سیکل کلر: که در آن کلر با نام عملی Cl شاخه ی فعال در تبادل یونی محسوب می‌شود.
  • رزین میکسبد یا بستر مختلط : این رزین که همزمان دارای رزین‌های آنیونی و کاتیونی است موجب یون زدایی کامل آب و تهیه آب فوق خالص و دیونیزه خواهد شد. در مواردی که آب باید کیفیت بسیار بالایی داشته باشد از رزین بستر مختلط استفاده می‌شود.

شرایط استفاده از رزین های تبادل یونی

برای استفاده مؤثر از رزین‌های تبادل یونی در فرایند تصفیه آب باید شرایط زیر حتماً مهیا باشد:

  • تمایل رزین به جذب یون

باید ساختار رزین به کار رفته، متناسب با یون‌های محلول در آب و به گونه‌ی انتخاب شود که تمایل لازم برای جذب شیمیایی یون موردنظر را داشته باشد.

  • پایین بودن غلظت محلول

وقتی رزین را در محلولی با غلظت پایین قرار گیرد، بعد از گذشت مدت زمان قابل قبولی واکنش شیمیایی را انجام داده و ستون آن اشباع می‌شود. بعد از آن با مواد احیا کننده، رزین را مجدداً وارد واکنش شیمیایی می‌کنیم.

در صورتی که میزان یون‌های موجود در محلول بسیار زیاد باشد، ستون رزین بسیار زود اشباع شده و دیگر رزین‌ تأثیرگذار نخواهد بود و اگر بخواهیم به مقدار زیاد از مواد احیا کننده برای وارد شدن مجدد رزین به واکنش شیمیایی استفاده کنیم، از نظر اقتصادی به صرفه نخواهد بود.

برای محلول‌هایی که غلظت آن‌ها بالاست استفاده از روش‌های دیگر چون اسمز معکوس و یا تقطیر گزینه‌ی مناسب تری است.

  • ناخالصی‌های یونی:

باید در نظر داشت که رزین تبادل یونی تنها قادر به حذف ناخالصی‌ها و آلودگی‌های یونی از محلول است. اگر محلول دارای ناخالصی‌های غیریونی بالای است، توصیه می‌شود از سایر روش‌ها استفاده کنید.

یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

دسته بندی کلی رزین‌ تبادل یونی از نظر کاربرد

برای انتخاب رزین سختی گیر مناسب باید با ویژگی‌ها و انواع رزین‌های تبادل یونی آشنا باشیم. به طور کلی رزین‌های تبادل یونی در دسته‌بندی ‌های زیر موجود هستند:

  • Strong Acid Cation : SAC – رزین های کاتیونی قوی
  • Weak Acid Cation : WAC – رزین های کاتیونی ضعیف
  • Strong Base Anion : SBA – رزین های آنیونی قوی
  • Weak Base Anion : WBA – رزین های آنیونی ضعیف

مزایای استفاده از رزین‌های تبادل یونی

  • پایداری بالا
  • قابلیت بازیابی و احیا
  • قابلیت تحمل و پایدار ماندن در شرایط دمایی مختلف
  • تنوع در نوع و اندازه
  • برگشت پذیر بودن فرایند تبادل یونی
  • ظرفیت و بازدهی بالا در حذف یون‌ها
  • طول عمر بالا حتی تا ۱۵ سال در صورت استفاده درست
  • عدم تولید پسماندهای آلوده برای محیط زیست
  • سهولت در استفاده

کاربردهای رزین تبادل یونی

رزین‌های تبادل یونی به دلیل مزیت‌های که دارد یکی از روش‌های پر استفاده در تصفیه آب است. از آنجایی که این رزین‌ها انواع مختلفی دارند دامنه‌ی استفاده آن‌ها نیز بسیار گسترده است. از جمله کاربردهای آن در صنایع مختلف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

– استفاده در تجهیزات سختی گیری آب در صنایع، بویلرها و برج‌های خنک کننده

– یون زدایی کامل آب توسط رزین میکس بد (Mixed Bed) و تولید آب فوق خالص

– کاهش مواد معنی و یا دی آلکالیزاسیون (Dealkalization)

– حذف مواد معدنی

– حذف نیترات، فلوراید، فلزات سنگین موجود در آب

– حذف رنگ، بو، طعم نامطلوب، مواد آلی موجود در محلول

– جدا کردن کروماتوگرافیک

– استفاده در صنایع دارویی جهت خالص سازی مواد شیمیایی

– استفاده در صنایع غذایی و نوشیدنی

– استفاده در صنعت نساجی جهت حذف و بازیافت رنگ

– استفاده در صنایع قند و شکر جهت رنگ زدایی

– استفاده در صنعت کاغذ سازی

– خالص سازی آب جهت استفاده در آزمایشگاه‌ها

– استفاده در سیستم‌های پالایشگاهی، نیروگاهی و نیروگاه‌های هسته‌ای

– فرایند تصفیه بیو دیزل

یکی از راه‌های که برای تصفیه آب‌ها در صنایع و مراکز مختلف به کار برده می‌شود، استفاده از Ion Exchange Resin یا رزین‌های تبادل یونی است

عملکرد رزین تصفیه آب چگونه است؟

همان طور که می دانید امروزه سختی آب یک تهدید بزرگ برای سلامتی انسان ها محسوب می شود . وجود بیش از حد منیزیم و کلسیم در آب یک چالش بزرگ در صنعت تصفیه آب می باشد. روش های متعددی وجود دارد که برای کاهش آب طراحی شده اند که یکی از این روش ها استفاده از رزین تصفیه آب می باشد. رزین تصفیه آب محصولی می باشد که برای نرم سازی و کاهش سختی آب کاربرد چشم گیری دارد. سختی آب شامل کلسیم و منیزیم موجود در آب می باشد که با رزین تصفیه آب می توان سختی آب و فلزات سمی را از آب حذف و کاهش نمود. این رزین متشکل از دانه های ریز و متخلخل می باشد که قطر آن ها در محدوده ۳.۰ تا ۳.۱ می باشد. شما می توانید با استفاده از رزین در دستگاه های صنعتی تصفیه آب عملکرد سیستم را بالا ببرید و هزینه تصفیه آب را کاهش دهید. از کاربرد های رزین تصفیه آب می توان به نرم کردن آب ، املاح زدایی آب و قلیایی زدایی آب اشاره کرد. رزین تصفیه آب دارای ویژگی هایی همچون پایداری بالا، متشکل شده از مولکول های بزرگ قطبی، حلال بودن در آب و قابلیت برقراری واکنش با یون های مضر در آب می باشد.

استفاده از رزین تصفیه آب دارای مزایا و معایبی می باشد که در ادامه به این موارد می پردازیم.

مزایای رزین تصفیه آب

  1. رزین های تصفیه آب دارای طول عمر بالا می باشند.
  2. از بین بردن آلاینده های موجود در آب.
  3. قابلیت استفاده مجدد از رزین.
  4. قابلیت از بین بردن انتخابی مبدل یونی
  5. قابلیت کارآیی با فشار کم آب.

معایب رزین تصفیه آب

  1. با استفاده طولانی مدت از رزین تصفیه آب این امکان وجود دارد باعث بالا رفتن هزینه عملیاتی شود.
  2. رزین های تصفیه آب قابلیت این را ندارند که تمام باکتری های موجود در آب را حذف کنند.
  3. برای استفاده از این رزین اغلب به مرحله پیش تصفیه همانند هوادهی آب ، ته نشینی و فیلتراسیون شنی نیازمی شود.

عمر رزین تصفیه آب

رزین های تصفیه آب دارای طول عمر متفاوتی می باشند. طول عمر رزین ها به عوامل مختلفی نیز بستگی دارد. این عوامل شامل دفعاتی که شما رزین ها را احیا می کنید و شرایط کیفی که رزین در آن وجود دارد بستگی دارد. هر کدام از انواع رزین ها دارای طول عمر متفاوتی می باشند که شما می توانید با مراقبت درست نهایت استفاده از این محول را ببرید. از مواردی که می تواند به طول عمر رزین ها کمک کند قرار ندادن رزین ها در شرایط آلوده و احیا کردن آن ها فقط روز یک بار می باشد. اگر بخواهیم به صورت دقیق تر به این موضوع اشاره کنیم رزین های کاتیونی هم از نوع قوی و هم از نوع ضعیف  دارای طول عمر بین ۸ تا ۱۰ سال می باشد و قابلیت این را دارند در این بازه زمانی آب خالص تولید کنند. رزین های آنیونی هم از نوع قوی و هم از نوع ضعیف دارای طول عمری کم تر از رزین های کاتیونی می باشند و می توان گفت حداکثر طول عمر مفید این نوع رزین ها بین ۴ تا ۵ سال می باشد.

رزین کاتیونی

رزین تصفیه آب به دو دسته کلی رزین کاتیونی و رزین آنیونی دسته بندی می شود. رزین کاتیونی به رزینی گفته می شود که شامل کاتیون های قابل تبادل باشد. این نوع رزین به دو دسته رزین کاتیونی قوی و رزین کاتیونی ضعیف تقسیم بندی می شود. در ادامه به توضیح این رزین سختی گیر می پردازیم:

رزین کاتیونی قوی

رزین کاتیونی قوی قابلیت از بین بردن تمام کاتیون های موجود در آب را دارد و قدرت حذف آن به پی هاچ بستگی ندارد. قابل به ذکر می باشد عمر رزین کاتیونی قوی به  ۲۰ سال می رسد و نسبت به رزین کاتیونی ضعیف ظرفیت محدود تری دارد و سریع تر باید احیا شود. کاربرد های رزین کاتیونی قوی شامل استفاده در صنایع مختلف، تولید آب دیون و …می باشد.

رزین کاتیونی ضعیف

رزین کاتیونی ضعیف قادر به جذب تمام کاتیون های موجود در محلول نمی باشد. در مقایسه با رزین کاتیونی قوی می توان گفت این رزین دارای ظرفیت بالاتری و بازده احیای بالاتری می باشد. قابل به ذکر می باشد این رزین باعث تولید پساب کم تری در احیای مکرر می گردد . مزایای رزین کاتیونی ضعیف شامل راندمان بالای احیا، پایداری دمایی بسیار زیاد، قابلیت حذف یون های مربوط به قلیاییت و …می باشد.

احیای رزین کاتیونی اسیدی

همان طور که از نام رزین کاتیونی اسیدی معلوم است احیای این رزین به وسیله اسید می باشد. برای انجام این کار می توان از کلریدریک اسید و یا سولفوریک نیز استفاده نمود. در مقایسه کلریدریک اسید و یا سولفوریک می توان گف کلریدریک اسید موثرترمی باشد زیرا باعث افزایش ظرفیت رزین می شود.قابل به ذکر می باشد به علت تفاوت قیمت این دو در صنایع بزرگ بیشتر از سولفوریک استفاده می شود. سولفوریک اسید دارای دانستنیه زیادی می باشد و در زمان رقیق کردن تولید حرارت می کند . برای انجام این کار به سیستم های اتوماتیک نیاز است.

رزین تبادل یونی

رزین پرولایت

رزین پرولایت ساخت کشور انگلستان می باشد. شرکت پرولایت یکی از تولید کنندگان رزین سختی گیر در دنیا می باشد. شما می توانید از رزین پرولایت برای جداسازی و حذف عناصر و ترکیبات خیلی خاص استفاده کنید. رزین پرولایت جزو معتبر ترین برند های رزین تبادل یونی می باشد که برای حذف سختی آب و نرم سازی آب مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع رزین به کمک فرآیند تبادل یونی یون های عامل سختی را با یون های فریم خود جابجا می کند تا با این روش سختی آب را کاهش دهد. رزین های پرولایت دارای مدل های گوناگونی می باشد که از پر مصرف ترین آن ها می توان به MB400، C100،C100E نیز اشاره نمود در ادامه به توضیحات هر کدام از این مدل ها می پردازیم.

رزین سختی گیر کاتیونی پرولایت از ظرفیت بالا و عملکرد جنبشی بسیار بالایی برخوردار می باشد. این رزین از یک ساختار پلیمری ژل پلی استایرن متصل شده به دی وینیل بنزن تشکیل شده است. شکل ظاهری رزین پرولایت به صورت دانه های کروی می باشد. از مزایای رزین پرولایت می توان به ظرفیت عملکرد بالا در از بین بردن سختی آب ، پایداری فیزیکی و شیمیایی ، قابلیت احیای بالا و کیفیت بسیار بالا اشاره کرد.

از انواع محصولات رزین پرولایت می توان به نوع رزین های کاتیونی پرولایت که شامل مدل های C100 و C100E  می باشد اشاره نمود. از این  رزین ها می توان برای از بین بردن کلسیم و منیزیم موجود در آب های آشامیدنی و صنعتی استفاده نمود. از دیگر انواع رزین پرولایت می توان به رزین آنیونی پرولایت که شامل مدل های A400 می شود نیز اشاره نمود. از رزین های آنیونی پرولایت می توان برای مبادله یون های کلسیم و منیزیم نیز استفاده نمود. در آخر می رسیم به نوع رزین میکس بد که از این نوع رزین ها می توان برای استفاده در دستگاه های دیونانیزر استفاده نمود.

مزیت های رزین پرولایت

همان طور که می دانید رزین پرولایت یکی از معروف ترین و با کیفیت ترین رزین های موجود در بازار می باشد. این محصول دارای کاربرد های بسیار زیادی می باشد که به چند نمونه از آن اشاره می کنیم:

  1. این محصول دارای استاندارد های جهانی همچون WQA و NSF/ANSI 61 می باشد.
  2. مجهز به پایداری فیزیکی بالا.
  3. مجهز به پایداری شیمیایی بالا.
  4. قابلیت احیای مجدد.
  5. دارای تولید ترکیبات کمتر در ترکیب با آب.
  6. قابلیت کاهش سختی آب.
  7. قابلیت عملکرد سینتیک مطلوب.
  8. قابلیت جایگزینی یون های کلسیم و منیزیم با یون های فرم یونی خودش.