Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена?

Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена?

Наиболее эффективным способом водоподготовки по умягчению воды на сегодняшний день является умягчение воды методом ионного обмена. При водоподготовке методом ионного обмена удается действовать максимально эффективно. Не зря же этот способ водоподготовки так популярен как в быту, так и в промышленности.

Как известно, жесткость воде придают растворенные в ней соли кальция и магния. Суть метода ионного обмена заключается в том, что определенные химические реагенты, которые называются ионообменным материалом, либо просто ионитами, имеют свойство регулировать ионную структуру воды в нужном направлении.

При просачивании сквозь ионообменный материал в жесткой воде происходит замена большей части растворенных в ней ионов электролитов на такое же количество ионов ионитов, вследствие чего происходит изменение химической структуры самой воды, так и химического реагента. В отличие от метода аэрации, очистка воды ионным обменом не влечет за собой выпадение солей жесткости в виде осадков,  что не требует установки дополнительных фильтрующих устройств. В отличие от метода аэрации, очистка воды ионным обменом не влечет за собой выпадение солей жесткости в виде осадков,  что не требует установки дополнительных фильтрующих устройств.

Во время взаимодействия с водой смола имеет свойство набухать. Поскольку смола в процессе замены ионов солей жесткости теряет свой изначальный химический состав, во время срока эксплуатации происходит постепенное уменьшение её рабочих характеристик (ресурс зависит от количества обработанной воды и от её жесткости).

Благодаря возможности эффективно обрабатывать большое количество воды в кратчайшие сроки, именно умягчение воды методом ионного обмена стало наиболее востребованным способом очистки воды от тяжелых металлов в промышленных условиях.

Компания Альбион является ответственным поставщиком промышленной химии: 

• Мы сопровождаем груз  клиента с момента производства и до момента применения продукта клиентом
• Можем осуществить связь с технологами на производстве   
• Предоставляем образцы с нашего склада или с производства

Источник: https://albionchem.ru/news/17128/

Ионообменная очистка воды: преимущества и особенности метода

Ионный обмен – процесс обмена между теми ионами, которые находится в растворе, и ионами, находящимися на поверхностях твердой фазы материалов (ионитов). Сущность метода ионообменной очистки воды определяется областью его применения.

Ионообменный метод – особенности очистки воды данным способом

Самым эффективным способом водоподготовки и умягчения воды сегодня считается именно ионный обмен. Данная методика широко применяется и в промышленности, и в быту.

Жесткость воде придают растворенные в ней соли магния и кальция, а ионный обмен регулирует их содержание и, соответственно, нормализует состав. В итоге минеральные соли жесткости заменяются на другие химические структуры, и вода сохраняет нужные свойства.

Вода просачивается сквозь ионообменный материал, в результате чего в ней большая часть ионов электролитов заменяется на иониты, изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость. В отличие от аэрации, ионная очистка не приводит к выпадению солей жесткости в осадок, а значит, устанавливать дополнительные фильтрующие устройства не требуется.

Принципы и технология работы ионных умягчителей

Самый популярный химический реагент, используемый для водоподготовки ионным способом – это специальная смола. Она представляет собой твердое вещество неорганического происхождения с пористой структурой.

В состав смолы входят различные функциональные добавки, которые и отвечают за протекание реакций ионного обмена. Форма выпуска – гранулы разных размеров (они являются произвольными).

Если смола была получена в ходе полимеризации, она будет шаровидной, а если путем поликонденсации, то неправильной формы. При взаимодействии с водой смола набухает.

Смола в процессе замены ионов солей жесткости постепенно утрачивает первоначальный состав, рабочие характеристики в ходе эксплуатации безвозвратно изменяются.

Чтобы восстановить работоспособность реагента, обычно используется раствор обычной поваренной соли, реже, но тоже может применяться лимонная кислота.

Учтите, что восстановление солью не вернет смоле все первоначальные качества, поэтому со временем ионные фильтры меняют. Если все делать правильно и регулярно очищать вещество, оно прослужит вам около трех лет.

Ионообменный метод очистки воды: плюсы и минусы

К очистке ионообменным способом обычно прибегают в том случае, если нужно подготовить воду с высокой минерализацией – то есть около 100-200 мг солей на один литр.

Ионообменные умягчители могут эффективно работать с очень высоким уровнем жесткости.

Есть у них минусы? Да, как и у любых других систем, поэтому давайте рассмотрим преимущества и недостатки ионообменной технологии водоподготовки более подробно.

• Очень высокое качество очистки и умягчения воды.
• Снижение содержания в жидкости не только солей жесткости, но и других вредных веществ.
• Простота эксплуатации и обслуживания.

• Высокие расходы на восстановление химических реагентов.
• Необходимость правильной утилизации использованных реагентов.
• Низкий показатель гидрофильности смолы.

Впрочем, в передовых системах все минусы являются практически незаметными – расход реагентов в них медленный, а за счет специальных катализаторов процесс обработки воды возрастает в разы.

Технология умягчения воды с помощью ионов: необходимое для работы оборудование

Технические особенности оборудования и его стоимость определяются с учетом сферы применения – фильтры для стоков бывают очень габаритными, в то время как бытовые устройства максимально компактные и малошумные. Минимальный ценник на домашнюю систему подготовки воды составляет 300 долларов. Основные форм-факторы:

1. Маленькие стационарные устройства со сменными картриджами.
2. Ионообменные колонны – габаритные устройства, которые подключаются непосредственно к водопроводу.

Бытовая система ионного обмена оснащается несколькими баллонами и насосом. Фильтры колонного типа состоят из:

• рабочей емкости – имеет вид герметичного бака или баллона, заполненного ионообменной смолой.
• клапана с электронным процессором, управляющим подачей воды.
• емкости для восстановительного материала – имеет вид бака, куда засыпается соль.

Работа умягчителей является полностью автоматизированной – процессор подает воду в колонну, та попадает в ионообменную среду и отдает смоле ионы солей жесткости, после чего очищенная вода через шланг вывода подается к устройствам водопотребления.

Когда реагент истощается, устройство направляет немного жидкости в специальный бак, и после насыщения соляным раствором она снова возвращается в смоле. Циркуляция продолжается до тех пор, пока система не будет восстановлена.

В принципе бытовые и промышленные системы между собой различаются только размерами рабочих емкостей и типами используемых реагентов – принцип действия у них один.

Очистка воды методом ионного обмена и правила восстановления смолы

В фильтрационных установках с картриджами восстановление смолы осуществляется строго вручную. Порядок действий:

1. Для начала нужно перекрыть подачу воды в фильтр, а затем сбросить внутреннее давление.
2. Достаньте картридж со смолой и промойте его под проточной водой.
3. Высыпьте смолу в отдельную посудину и покройте соляным раствором (если картридж разбирается) или опустите в раствор картридж целиком. Раствор готовьте из расчета 100 г соли на литр воды, воды нужно в среднем 2-4 л.
4. Оставьте смолу в растворе примерно на 6-8 часов, затем слейте раствор и промойте смолу предварительно отфильтрованной чистой водой 2-3 раза.
5. Установите картридж в исходное положение.

В первых литрах воды, пропущенных через только что очищенный фильтр, может ощущаться легкий вкус соли – это нормально.

Умягчение воды катионированием

Кроме ионной водоподготовки, процесс умягчения воды часто называется как катионирование. Под катионированием подразумевается процесс обработки жидкости с применением методики ионного обмена, в результате чего происходят процессы катионного обмена. С учетом типа ионов (Н+ или Na+), которые находятся объеме катионита, выделяют два вида катионирования – Н и Na.

Натрий-катионитовый метод

Натрий-катионитовый метод применяется для умягчения воды с процентным содержанием взвешенных веществ до 8 мг/л и цветностью воды не больше 30 град. Жесткость снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до 0,05-0,1 мг-экв/л, а при двухступенчатом до 0,01 мг-экв/л. Преимущества способа – доступность, низкая цена, простая утилизация продуктов регенерации.

Водород-катионитовый метод

Водород-катионитовый метод используется для глубокого умягчения воды. Он основывается на фильтровании жидкости через слой катионита. При Н-катионировании рН фильтрата снижается в значительной мере, происходит это за счет образующихся в ходе процесса кислот. Углекислый газ уделяется дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4).

Другие физико-химические методы очистки воды

Все физико-химические способы очистки воды направлены на удаление растворенных в ней примесей, а в ряде случаев и взвешенных частиц. Многие методики физико-химической очистки также требуют глубокого предварительного выделения из стоков взвешенных включений, для чего применяется процесс коагуляции. Основные методики физико-химической очистки воды:

• флотация;
• сорбция;
• электрохимическая и ионообменная очистка;
• нейтрализация;
• гиперфильтрация;
• экстракция;
• эвапорация;
• выпаривание, испарение, кристаллизация.

При этом самым востребованным способом является именно метод флотации, направленный на извлечение из водных масс нефтепродуктов и других гидрофобных частиц с помощью газовых пузырьков.

В основе процесса очистки лежит молекулярное слипание частичек масла и пузырьков тонкодиспергированного газа.

Образование пузырьков зависит от интенсивности их столкновения, а также химического взаимодействия веществ в воде, избыточного давления газа, прочих факторов.

Почему полезно умягчать воду методом ионного обмена? Перспективы применения метода

Ионный обмен – это, пожалуй, одна из самых популярных сегодня методик умягчения, опреснения и обессоливания воды, а также практичный способ рекуперации ионных компонентов. Он позволяет извлекать, а затем утилизировать ценные примеси, поэтому широко применяется в промышленности, аналитической химии. Посредством ионного обмена концентрируются следовые количества определяемых веществ, рассчитывается суммарное солесодержание растворов, удаляются мешающие анализу ионы, разделяют компоненты сложных смесей. Ионный обмен используется для получения обессоленной и умягченной воды в таких отраслях как цветная металлургия, электронная промышленность, атомная и тепловая энергетика, пищевая отрасль, очистка сточных вод, пр. Ведутся активные работы, направленные на создание станций для извлечения ценных компонентов из океанских глубин.

Источник: https://global-aqua.ru/metody-i-tekhnologii/ionoobmennaya-ochistka-vody-preimushhes.html

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.

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.

Источник: https://www.bwt.ru/useful-info/765/

Умягчение воды методом ионного обмена

Не использовать сегодня разные варианты очистных установок просто невозможно. И если потребитель еще употребляет воду из под крана, то он, либо сильно рискует собственным здоровьем, либо в его поселке или многоквартирном доме уже есть своя система очищения воды, и скорее всего, без умягчения воды методом ионного обмена не обошлось.

Ионная необходимость – зачем такой метод нужен?

Обойтись без очищения воды сегодня нельзя. Только если анализ воды показывает, что примеси в воде все в норме, тогда, как говорится, можно жить спокойно. Но сегодня в воде такое огромное количество посторонних включений, что очистная система, не то, что нужна, она состоит из нескольких мощных этапов.

Одной из самых больших проблем остается накипь, вызываемая жесткостью. Всего две соли. А вреда от них, как говорится на миллион. К каким последствиям может приводить высокая степень жестковатости воды и ее последствие в виде прочного известкового налета? Все представлено в таблице, почти все эти проблемы решают ионообменные фильтры умягчители.

Метод устранение примесей	Решение проблем
Ионный обмен	Лучшее из всех существующих вариантов, умягчение Устранение накипи Сокращение расходов энергоресурсов Страховка техники от перегорания Сохранение здоровья Предотвращение порчи вкуса чая, кофе, любых продуктов

То есть, устранение всего двух солей решает огромный набор проблем. И это действительно, правда. Проблема вся в том, что накипь вызывает очень много различных неприятностей. Один тот факт, что она плохо проводит тепло, чего стоит. Вот оттуда все плюсы умягчения и вытекают. И хоть стоят установки немало. Но экономия, на отсутствии накипи того стоит.

Плюс, в таблице не отмечено, что накипь повреждает все с чем соприкасается. Сантехника, кафель. Твердые известковые налеты значительно портят внешний вид, да и удалить их быстро и без затрат не получится.

Потому, собственно ученные и стали задумываться о том, как сделать воду мягче. Так появилось умягчение воды методом ионного обмена. Ведь физика и химия получили свое развитие гораздо раньше, чем специфические знания в этих сферах.

Что касается целесообразности применения замены ионов, то тут можно отметить следующее – малые постоянные затраты, относительная простота в эксплуатации. Да и для того, чтобы использовать такой прибор не нужны какие-то специальные знания. Во всяком случае, поменять сменный картридж сможет каждый. Главные показатели для применения ионнообмена:

• Минерализация – 100-200 мг солей га литр;
• Высокая степень жесткости, при этом неважно какая;
• Специфические принципы (некоторые обменные устройства работают по тому же принципу, только не с солями жесткости)

То есть подобный, хоть и химический метод очищения воды довольно целесообразен, т.к. помогает избавиться не только от жесткости, но и от других вредных примесей способных к ионному обмену.

Плюсы и минусы ионного обмена

Как и у любого другого метода устранения разного рода примесей, обмен не лишен своих минусов, но у него есть и весьма внушительные козыри, которые помогают ему держаться на плаву и оставаться при этом среди лидеров, то есть не где-то там позади, а настоящее второе место. При этом хоть и есть на него затраты, хоть и немалые, но некоторым предприятиям и частным потребителям именно такой вариант подходит более всего.

Если показатель жесткости в воде невысокий, то затраты солей на восстановление составит 5 литров примерно, 30-процентного раствора соляной кислоты и примерно литра четыре 50-процентного раствора щелочи. Показатель жесткости при этом не более1 грамма на литр, показатель минерализации слаб.

Что касается самих ионообменных смол, которые как известно, являются основным фильтрующим элементом в ионных устройствах, то их минуса можно свести к такому списку:

• Низкая гидрофильность – в результате ионы медленно проникают в смолу, получается невысокая скорость очищения воды;
• Их нужно постоянно восстанавливать, а потом и менять

Смолу сейчас выпускают в гранулах. Такую форму делают специально, чтобы затормозить процессы слеживания засыпки. Но оно все же образовывается и со временем рыхление нужно проводить и делать это надо периодически.

Что плохого в рыхлении? Да сам факт рыхления. Ведь замешивая хрупкие гранулы, их легко повредить. Внутреннее содержимое попадает на другие гранулы, на них налипает мусор. И вот уже присыпку нужно менять гораздо раньше, чем обычно.

Добавить можно и частое восстановление. Менять фильтры с использованной смолой нужно раз в 3 месяца. И это только при среднем показателе жесткости.

Восстанавливать забитый картридж можно в помощью анионов или катионов. Разные варианты восстановителей могут принести разный вред прибору. Да и качество самого восстанавливаемого фильтра может резко ухудшится. Плюс бывают такие вредные восстанавливающие вещества, что хранить их просто так нельзя. Нужно иметь в штате специалистов с дипломом и склад с разрешением на хранение.

Внимание! Большая часть расходов при покупке установки ионообменного умягчения воды у Вас будет уходить на покупку таблетированной соли

Еще одно – в процессе восстановления образуются вредные вещества. Которые тоже нужно как-то утилизировать. С этим так же возникает масса проблем.

Да и стоимость таблетированной соли нужно учитывать — на нее будет уходить большая часть расходов! Ну и конечно, очищать воду от жесткости, не устранив из нее механические примеси нельзя.

И о плюсах – умягчение воды методом ионного обмена дает самое качественное умягчение. Не один другой прибор не поможет в такой степени, как это сделает реагентный ионный прибор.

Источник: https://vodopodgotovka-vodi.ru/umyagchitel-vody/umyagchenie-vody-metodom-ionnogo-obmena

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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:

1. Изъятый фильтр боком укладывают на ровную, возвышенную поверхность.

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

3. Вместе с взрыхленной засыпкой вода вытекает из емкости фильтра.

4. 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).

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

6. 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!

Источник: https://biokit.ru/video-instructions/ionoobmennye-smoly-dlya-vody/

Умягчение воды методом ионного обмена

Качество воды из природных источников не всегда позволяет использовать ее в различных технологических процессах без предварительной водоподготовки. Например, могут не соответствовать техническим условиям показатели прозрачности из-за взвешенных веществ, высокая цветность и мутность.

Присутствие различных химических примесей, включая соли жесткости, придают воде нежелательные органолептические свойства, и способствуют образованию плотного известкового осадка, который откладывается на внутренних поверхностях трубопроводов, нагревательных приборов и устройств.

С целью удаления солей жесткости применяются различные способы умягчения.

Способы снижения жесткости

В арсенале средств водоподготовки выделяют ряд физических и физико-химических методов умягчения воды, включающих:

Выбор методики и установки определяется исходными показателями качества воды (для этого необходимо провести исследование в специальной лаборатории), ее дальнейшим использованием, необходимой степенью водоочистки, а также техническими возможностями и экономической целесообразностью. Наиболее универсальным является метод ионного обмена, позволяющий довольно глубоко обрабатывать воду, очищая ее от солей жесткости, но при  этом, не удаляя необходимые минеральные вещества.

Установки для умягчения методом ионного обмена

Основным компонентом такого устройства являются ионообменные смолы (иониты).

Это так называемые сорбенты для ионного обмена, которые имеют вид очень плотного, водонерастворимого каркаса с положительным (+) или отрицательным (-) зарядом, а также компенсирующим его противоположно заряженным подвижным противоионом, который «захватывает» и обменивается с ионами одноименного заряда, растворенными в воде.

Каркас, или матрица незначительно набухает в водной среде. Ионообменные смолы подразделяют на несколько видов:

1. По происхождению:
   
   • природные (целлюлозные, древесные, торфяные)
   • синтетические (из силикагеля, алюмогеля или сульфоугля).
2. В зависимости от химической природы – иониты, выполненные из:
   
   • неорганических веществ – цеолитов (щелочных и щелочноземельных алюмосиликатов),
   • органических синтетических смол (стирол, акриламид и др.)
   • минерально-органических веществ.
3. По знаку заряда:
   
   • Катиониты – это смолы, способные поглощать и замещать положительные ионы нежелательных примесей из водного раствора. В зависимости от «поглотителя» различают слабокислотные (содержат остаток карбоксильных кислот) и сильнокислотные (сульфокислотные группы);
   • Аниониты – обеспечивают ионный обмен между отрицательно заряженными частицами раствора и ионита. Подразделяются на слабо-, средне- и сильноосновные;
   • Амфолиты (амфотерные иониты) – одновременно выполняют роль и катионита, и анионита.

Эксплуатационные свойства катионитов определяются фракционным составов, т.е. размером зерен, а также способностью к набуханию и механической прочностью.

Механизм процесса умягчения воды методом ионного обмена

Удаление солей жесткости методом ионного обмена базируется на физико-химических особенностях ионитов, в результате чего они способны поглощать из воды ионы, заменяя их эквивалентным количеством ионов катионита такого же заряда. Проходя через слой ионообменника, процесс умягчения воды продолжается до определенной глубины катионита, заканчиваясь на уровне работающего слоя, называемого зоной умягчения.

При многократном использовании катионита верхний слой истощается и в нем образуется 3 зоны: истощения, рабочая и свежего катионита. Причем размер нерабочих слоев постепенно увеличивается, а зона умягчения сокращается и в момент достижения ее нижнего слоя катионита происходит «проскок» ионов жесткости – умягчение методом ионного обмена становится неэффективным.

Способы ионнообменного умягчения

В зависимости от того вида иона, которым «заряжен» катионит различают процессы:

• натрий-катионирование (Nа+) осуществляется посредством прохождения через слой глауконита, сульфоугля или др. В результате соли кальция (Са2+) и магния (Mg2+), находящиеся в воде, вступают в реакции ионного обмена, замещая в фильтре натрий (Nа+)и образуя эквивалентное количество водорастворимых натриевых солей.
• водород-катионирование (Н+) – чаще применяют в сочетании с натрий-катионированием по одной из следующих схем:
  1. Последовательное катионирование путем пропуска воды вначале через водородный катионит. После перемешивания отфильтрованной и необработанной воды и прохождения ее через дегазатор (в нем удаляется углекислота) – она пропускается через натриевый катионит.
  2. Параллельный обмен с ионами Н+ (часть воды пропускается через водород-катионитный) Nа+ катионитного фильтра, через который проходит другая часть водного потока. После этого обе порции отфильтрованной водной среды смешиваются. В результате такого умягчения методом ионного обмена получают воду, характеризующуюся низкой жесткостью и невысокой щелочностью.
  3. Совместное катионирование – обработка осуществляется в одном фильтре-умягчителе, который содержит оба типа катионитов в разных слоях: верхний слой «работает» как водородный, а нижний — как натриевый катионит. При необходимости дополнительного умягчения обработанной воды методом ионного обмена используют натрий-катионитный фильтр второй ступени.

Эксплуатация ионнообменного умягчителя

Аппараты, используемые для умягчения воды методом ионного обмена, имеют конструкцию вертикального цилиндра. Его заполняют смолой-ионитом.

Для устранения солей жесткости вода подается в верхнюю зону устройства, где она омывает слои смолы и постепенно освобождается от ионов жесткости.

Для эффективной работы установки контролируют эти показатели и, если концентрация ионов жесткости и/или рН не снижаются – необходима регенерация смолы. Она включает взрыхление, собственно регенерацию соответствующим раствором и отмывку катионита от продуктов регенерации.

Принцип физико-химических процессов, характерных для ионного обмена показан на видео

Источник: https://www.ruswater.com/articles/umyagchenie-vody-metodom-ionnogo-obmena/

Умягчение воды

Умягчение воды — процесс, направленный на удаление из нее катионов кальция и магния, т.е. снижение ее жесткости.

По требованию САНПиН жесткость питьевой воды не должна превышать 7 мг–экв/л, а к воде, участвующей в процессах теплообмена выставляют требования глубокого ее умягчения, т.е. до 0,05…0,01 мг–экв/л.

Жесткость воды, используемой для подпитки барабанных котлов ТЭЦ, не должна превышать 0,005 мг–экв/л, или 5 мкг–экв/л.

Снижение совокупной концентрации катионов Mg(II), Ca(II) и анионов, с которыми они при определенных условиях могут образовывать не стенках труб и аппаратов плотные нерастворимые отложения, проходит на системах водоочистки и водоподготовки различными методами, чей выбор определяется качеством исходной воды, требованию к ее очистке и технико–экономическими соображениями.

В основе данного метода лежит способность некоторых материалов (катионитов и анионитов) поглощать из воды ионы (катионы и анионы) в обмен на эквивалентное количество ионов (катионов и анионов).

Процесс катионирования — тот процесс, при котором происходит обмен катионами. В водоподготовке при умягчении — катионами катионита на ионы Ca2+ и Mg2+ из воды.

Процесс анионирования — соответственно анионами, в основном при обессоливании и глубоком обессоливании.

Промышленные катиониты или т.н. ионнообменные смолы — это высокомолекулярные полимеры, макропористой или гелевой структуры и имеющие в своем составе функциональные группы, способные к ионному обмену.

Катионит, попадая в воду, начинает набухать.

Концентрация мобильных противоионов функциональных групп в зерновом пространстве имеет 1,5 – 6 г–экв/л.

Стремясь к установлению равновесия, противоионы функциональных групп покидают частицы смолы, переходя в объем воды.
Схематично реакцию катионного обмена натрий-катионитового фильтра можно представить так:
2Na[R] + Ca2+ → RCa + 2Na+
2Na[R] + Mg2+ → RMg + 2Na+,
где [R] – нерастворимая матрица полимера.

Прекращение миграции и процесса набухания смолы наступает в момент достижения условия минимального запаса энергии в системе. При этом внутри частицы смолы остаются аккумулированные противоионы с малым радиусом, вступившие в ассоциации с функциональными группами.

Чем больше динамическая активность ионов и их заряд, тем выше их энергия вхождения в катионит:
Na+ < NH4+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < AL3+ < Fe3+ При условии одинаковых зарядов у ионов, энергия вхождения будет зависеть от их гидратации.

Для иона же водорода энергия вхождения в 17 раз выше, чем у натрия и в 4 раза, чем у кальция.

Как видно, селективность по катиону железа III выше, чем по катионам магния и кальция. Для исключения попадания на катионнообменную смолу большого количества железа, что приведет к снижению эффективности ее работы, необходимо предварительно обезжелезивать воду на установках обезжелезивания.

Важным параметром кинетики процесса ионного обмена является его скорость.

На поверхности частицы, омываемой водой, образуется неподвижный слой водяной пленки. Катионам кальция и магния, для попадания внутрь зерна смолы, необходимо преодолеть этот слой. С увеличением скорости проходящей жидкости толщина неподвижной водяной пленки становится тоньше и ее преодоление для катионов из раствора становится легче.

Также на скорость диффузии катионов влияет температура воды — с ее ростом она увеличивается.

Большая скорость ионного обмена, ее повышение при увеличении температуры и скорости протока жидкости говорят о том, что при фильтровании через катиониты допустимы высокие скорости прохождения воды через фильтр.

Средняя обменная емкость катионитов, используемых в процессах водоподготовки, варьируется от 1,5 – 2,5 г–экв/л, что означает, что данные катиониты могут задержать на 1 литр набухшей смолы от 1,5 до 2,5 грамм–эквивалентов катионов.

Различают полную и рабочую обменную емкость катионитов.

Полная обменная емкость — это все то возможное количество грамм-эквивалентов катионов, которое может быть уловлено 1 м3 катионита до окончательного исчерпания своего ресурса, т.е. до того момента, пока жесткость воды на выходе не будет равна жесткости воды на входе.

Рабочая обменная емкость катионного фильтра выражает то количество грамм–эквивалентов катионов, которое может задержать 1м3 катионита до момента их проскока, т.е. до того момента, когда жесткость воды на выходе начнет расти.

Как правило, указываемая производителем обменная емкость данного катионита относится к катиониту уже в набухшем состоянии, т.е. к катиониту, находящемся в рабочем виде.

Рассмотрим работу катионитового фильтра

В процессе фильтрования воды через неистощенный катионитовый фильтр различают три рабочих зоны катионита.

Вода, проходя сверху вниз, умягчается до некоторой глубины. Этот слой смолы, участвующий в умягчении воды, называют работающим слоем или зоной умягчения.

Далее умягченная вода проходит сквозь слой свежего катионита.

Постепенно верхние слои истощаются, и границы зон умягчения и свежего катионита опускаются ниже. Через какое-то время часть работающего катионита истощается. По факту в работающем катионитовом фильтре мы наблюдаем три зоны: истощенной, работающей и зоны свежего катионита.

Рабочая обменная емкость фильтра Ep, г–экв/л, выражается следующим уравнением:
Ер=Q*Жи или Ер = ер*Vк,
где Q — количество умягченной воды;

Жи — жесткость исходной воды;

ер — рабочая обменная емкость загруженного катионита;
Vк — объем катионита в фильтре, находящегося в набухшем состоянии (т.е. в рабочем).
Vк = аф*hк, где
аф – площадь фильтра, м2;
hк – высота слоя катионита, м.

Преобразовав вышеприведенные выражения, получим формулу рабочей обменной емкости катионита:
еp = Q*Жи/aф*hк.

Зная скорость потока воды vк через катионитовый фильтр, можно определить количество воды, которое может быть умягчено:
Q = vк*аф*Тк = ера*ф*h*к/Жи,
откуда определим время работы Тк:
Тк = ер*hк/vк*Жи.

Время работы катионитового фильтра является межрегенерационным циклом фильтра.

По истечении этого времени или по проходе через фильтр того количества воды, которое может быть умягчено, фильтр подвергается регенерации соляной, серной кислотой или раствором поваренной соли.

В зависимости от качества воды и заданной степени ее очистки применяют натрий-катионирование, водород-катионирование, анионирование и совместную работу фильтров данного типа.

Пример схем работы промышленных или бытовых фильтров умягчения.

Использование магнитной обработки воды целесообразно в случае высокой кальциево-карбонатной жесткости.

В процессе прохождения воды сквозь магнитное поле в ней образуются центры кристаллизации, которые укрупняются и выпадают в неприкипающий шлам, удаляемый при продувке. Т.е. выделение осадка идет не на стенках поверхности нагрева, а в объеме воды.

Условиями для осуществления успешной магнитной обработки воды должно являться высокое содержание карбоната и сульфата кальция, а концентрация свободного оксида углерода IV должна быть меньше равновесной. Так же увеличивают противонакипный эффект содержащиеся в воде примеси оксидов железа и прочих.

Аппараты магнитной обработки воды работают как на основе постоянных магнитов, так и на основе электромагнитов. Недостатком аппаратов с постоянными магнитами является то, что время от времени их приходится чистить от ферромагнитных примесей. Электромагниты чистят от оксидов железа, отключив их от сети.

Скорость воды в магнитном поле при ее обработке не должна превышать 1м/с.

Для увеличения объема обрабатываемой воды на единицу времени применяют аппараты с послойной магнитной обработкой.

Метод магнитной обработки нашел применение на тепловых сетях горячего водоснабжения, на ТЭЦ, в теплообменных аппаратах.

Выбор данного метода при решении задачи умягчения воды должен главным образом основываться на его эффективности при очистке воды данного качества – использоваться как основной, последующей ступени или в качестве дополнительного.

В данное время наиболее широкое распространение в водоподготовке получил метод обратного осмоса.

Суть метода состоит в том, что под высоким давлением, — от 10 до 25 атмосфер, — вода подается на мембраны. Мембраны, являясь селективным материалом по отношению к проходящим сквозь нее примесям, пропускают молекулы воды и не пропускают растворенные в воде ионы.

Пермеат направляется потребителю и составляет от 50 до 80 % от объема подаваемой воды.

Его количество зависит от свойств мембраны и ее состояния, качества исходной воды и желаемого результата очистки. Чаще всего это около 70%.

Концентрат, соответственно, от 50 до 20%.

При увеличении нагрузки на мембрану, т.е.

увеличения процентного соотношения между пропускаемой водой и водой с примесями, селективность мембраны снижается и достигает минимума при отсутствии концентрата, т.е. тогда, когда вся вода, подающаяся на установку обратного осмоса, проходит сквозь мембрану.

При увеличении нагрузки на мембрану срок ее службы сокращается, а при достижении критических параметров, при которых попускаемая жидкость с примесями проходит сквозь мембрану полностью, она разрушается. Средний срок службы мембраны — 5 лет.

Поверхность мембран со временем может обрастать микроорганизмами, покрываться слоем труднорастворимых соединений. Для чистки обратноосмотических мембран применяют растворы кислот и щелочей с добавлением биоцидов.

При промывки обратного осмоса нельзя забывать, что полупроницаемая мембрана — это не фильтр. Промывка должна проводиться исключительно по ходу движения жидкости. Обратный ток раствора воды приведет к выходу мембраны из строя.

В качестве реагентов используется известь, сода, едкий натр и пр. В настоящий момент мало где применяются, но для общего понимания процессов перевода в малорастворимые соединения кальция и магния и дальнейшее их осаждение, рассмотрим их.

Снижение накипи известкованием.

Метод применим к воде с высокой карбонатной и малой некарбонатной жесткостью.

При добавлении известкового молока pH воды повышается, что приводит к переходу растворенного диоксида углерода и гидрокарбонатного иона в карбонатный ион:
СО2 + ОН- = СО32- + Н2О,
НСО3- + ОН- = СО32- + Н2О.

При насыщении воды карбонатными ионами кальций выпадает в осадок:
Са2+ + СО32- = СаСО3↓.

Также с увеличением рН в осадок выпадает и магний:
Мg2+ + OH- = Mg(OH)2↓.

В случае, если превышение карбонатной жесткости незначительно, то вместе с известью дозируют соду, чье присутствие снижает некарбонатную жесткость:
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl,
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4.

Для более полного осаждения катионов магния и кальция рекомендуется подогревать воду до температуры 30 – 40 градусов. С ее повышением растворимость CaCO3 и Mg(OH)2 падает. Это дает возможность снижать жесткость воды 1 мг–экв/л и менее.

Содово-натриевый метод умягчения воды.

Добавление соды необходимо в том случае, если некарбонатная жесткость больше чем карбонатная. При равенстве этих параметров добавление соды может и не понадобиться совсем.

Гидрокарбонаты кальция и магния в реакции со щелочью образуют малорастворимые соединения кальция и магния, соду, воду и углекислый газ:
Ca(HCO3)2 + 2NaOH = CaCO3↓ + Na2CO3 + 2H2O,
Mg(HCO3)2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + Na2CO3 + H2O + CO2↑.

Образовавшийся в результате реакции гидрокарбоната магния с щелочью углекислый газ снова реагирует с щелочью с образованием соды и воды:
CO2 + NaOH = Na2CO3 + H2O.

CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl,

CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4

Сульфат и хлорид магния реагируют со щелочью, образуя выпадающий в осадок гидроксид магния:
MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + Na2SO4 ,
MgCl2 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2NaCl .

Ввиду того, что в реакциях гидрокарбоната с щелочью образуется сода, которая в дальнейшем реагирует с некарбонатной жесткостью, ее количество необходимо коррелировать в соотношении карбонатной и некарбонатной жесткости: при их равенстве соду можно не добавлять, при условии Жк > Жнк образуется избыток соды, при обратном соотношении Жк < Жнк – недостаток, и соду необходимо добавлять.

Сочетание различных методов обработки воды с целью снижения ее жесткости дает в иной раз довольно высокую результативность. Обусловлено это, как правило, высокими требованиями к качеству воды и пара.

Примером может быть сочетание обратного осмоса с натрий-катионированием. Основная жесткость воды снижается на фильтрах-катионитах, на обратном осмосе идет ее обессоливание.

В другом случаем в качестве дополнительной ступени очистки может служить магнитная обработка воды – установку располагают после системы умягчения на трубопроводе циркуляции горячего водоснабжения.
Статью подготовил: Руководитель ПТО OOO «CАТ» Макаров Василий А. 8-905-282-32-19

Источник: https://satspb.net/articles/umiagchenie_vodi.php