ما در این پست از وب سایت مجله خبری دانشگاه آب قصد داریم نقش رزین سختی گیر کاتیونی رامورد بررسی قرار دهیم.که در واقع از این محصول در موارد بسیاری استفاده می‌شود که مهمترین آنها حذف سختی آب است.
رزین کاتیونی چیست؟
رزین های کاتیونی حاوی کاتیون های قابل تبادل هستند .در عملیات حذف آلاینده های آب، با استفاده از رزین کاتیونی یون هیدروژن یا سدیم جایگزین کاتیون های موجود در آب می شود و در هنگام احیای رزین کاتیونی، کاتیون های سطح رزین وارد محلول احیا شده و هیدروژن و سدیم جایگزین آن ها می شود. این عملیات که یک فرآیند تبادل یون است در راستای کاهش سختی آب انجام می شود.
عملکرد رزین سختی گیر:
نقش رزین سختی گیر در تصفیه آب موثر و مهم است. ذرات رزین سختی گیر بعد از مدتی استفاده، به اصطلاح اشباع می‌شوند و دیگر قادر به انجام تبادل یونی نمی‌باشند. در این حالت و برای استفاده مجدد از resin، باید آن را احیا کنید. برای شارژ مجدد و احیای رزینها باید از محلول آب و نمک استفاده کنید. محلول آب و نمک برای احیای رزین سختی گیر، معمولا باید بین ۵۰ تا ۱۵۰ گرم در لیتر باشد. شما باید با استفاده از عمل بکواش، محلول آب و نمک را به داخل مخزن سختیگیر هدایت کنید.
بعد از چندین بار انجام این کار، resin دوباره احیا می‌شود و توانایی تبادل یونی و نرم کردن آب را پیدا می‌کند. محلول آب و نمک در عمل بک واش، از زیر مخزن استوانه ای دستگاه وارد می‌شود و با گذشت از صفحات مشبک، به رزینهای سختی گیر می‌رسد.
یکی از روش های موجود جهت حذف سختی آب، استفاده از سختی گیرهای رزینی می‌باشد. عمده دستگاه‌های سختی گیر مورد کاربرد در سیستم‌های تصفیه آب، بیشتر بصورت استوانه و از جنس فلزی هستند. به صورتیکه که در داخل آن، ذرات رزین کاتیونی قرار می‌گیرد و داخل سطوح آن با اپوکسی پوشش داده شده است. (تا از خوردگی آن جلوگیری و باعث افزایش عمر دستگاه گردد)
بستر رزینها در دستگاه سختی گیر میتواند ثابت یا شناور باشد. درون سیستم بستر ثابت، حجم رزینهای داخل دستگاه انبساطی ندارد. درنتیجه آب ورودی از بالای دستگاه وارد شده و بیشترین تبادل یونی در قسمتهای بالای بستر resin انجام می‌شود. قسمتهای پایین بستر، میزبان فرآیند تصفیه نهایی بوده و تعیین کننده درجه خلوص آب خروجی از تعویض کننده می‌باشند.
ذکر نکات زیر در رابطه با شرایط رزین سختی گیر در دستگاه‌های سختیگیری آب، میتواند کمک کننده باشد:
- برای نگهداری و جلوگیری از خروج resin ها در قسمت پایین دستگاه و در زیر این ذرات، یک صفحه مشبک و یک بستر از سیلیس تعبیه می‌شود.
- عمق رزین معمولاً بین 5/0 تا 3 متر انتخاب می‌گردد. برحسب نوع این ذرات، 50 تا 100 درصد از حجم آن بعنوان فضای خالی برای انبساط RESIN در نظر گرفته می‌شود.
- میزان جریان را معمولاً در حدود 2/0 الی 1 متر مکعب در دقیقه، به ازای هر متر مکعب از حجم resin در نظر می‌گیرند.
- هرچند که به علت افت فشار، دبی جریان ورودی به واحدهای تعویض یونی، محدود می‌شود. ولی حداقل دبی جریان به علت کانالیزه شدن، نمی‌تواند خیلی کم باشد. زیرا کانالیزه شدن باعث می‌شود که قسمتی از رزین‌هابدون استفاده باشند. از این رو سرعت آب عبوری از بستر ذرات رزینی، باید حدود یک متر در ساعت باشد.
دو نوع اصلی رزین های کاتیونی:
- رزین کاتیونی قوی (strong acidic cation)
این رزینها متشکل از یک ساختار فیزیکی کو‌پلیمر و یک گروه عاملی یونی هستند و عمدتاً از پلیمری پلی استایرن ساخته می‌شوند. آنها دارای قطب مثبت فعال هستند و گزینه خوبی برای کاهش سختی آب و حذف یون‌های کلسیم و منیزیم می‌باشند. این نوع رزین تحت هر PH عمل می‌کند. عمر آن حتی به 20 سال نیز می‌رسد و برای دیونیزه کردن مناسب است.
رزین کاتیونی قوی پر‌مصرف‌ترین نوع در بین رزینهای کاتیونی است. پایداری، سرعت بالای تبادل یون، عدم تغییر pH آب، حذف سریع تمامی یون‌ها و کاتیون‌ها و تورم کمتر از 7 درصد ازجمله مزایای آن می‌باشد. این نوع رزینها توسط اکسیدان‌ها آسیب می‌بینند و توسط آهن و منگنز نیز آلوده می‌شوند. بنابراین نباید در معرض این مواد قرار بگیرند.
- رزین کاتیونی ضعیف (weak acidic cation)
این رزین دارای گروه‌های عاملی کربوکسیل (COOH) به‌عنوان عامل تبادل یون است. همچنین فقط توانایی فعالیت در محدودهpH بیشتر از 7 را دارد. نوع ضعیف، برای کاهش سختی موقت آب نیز مؤثر است و کاتیون‌هایی که منجر به قلیایی شدن آب می‌شوند را حذف می‌کند. این رزین مانند اسید‌های آلی ضعیف در محیط اسیدی یونیزه نمی‌شود. اما در محیط قلیایی یونیزه می‌گردد و میتواند یون متحرک خود را تعویض کند.
تفاوت رزین های سختیگیر کاتیونی قوی و کاتیونی ضغیف:
- ظرفیت تبادل یونی در رزین اسیدی قوی کمتر از رزین تبادل یونی اسیدی ضعیف است.
- رزینهای تبادل یونی قوی به شدت اسیدی هستند و دارای یک گروه اسید سولفونیک در قاب استایرن می‌باشند.
- رزین کاتیونی اسیدی ضعیف دارای یک گروه پلی اکریلیک بصورت سوراخ می‌باشد.
- طول عمر رزینهای کاتیونی اسیدی قوی بیشتر از طول عمر رزینهای کاتیونی ضعیف می‌باشد و معمولاً دیرتر اشباع می‌گردند.
- رزین کاتیونی اسیدی قوی دارای اتم گوگرد الکترو منفی است و بنابراین الکترون‌ها را از اتم اکسیژن جذب می‌کند و همچنین الکترون‌های اتم هیدروژن را نیز جذب می کند و آن را بار مثبت می‌کند. این خاصیت رزین کاتیونی
- اسیدی قوی است ولی در خصوص رزین کاتیونی اسیدی ضعیف دارای اتم کربن نسبتاً کمتر الکترو منفی است و از این رو جریان الکترون نسبتاً کمتری از اتم هیدروژن وجود دارد و باعث می‌شود مانند اسید ضعیفی رفتار کند.
- از هر دو رزین برای مصارف سختیگیری و نرم کردن آب استفاده می‌شوند.
کاربرد‌های رزین کاتیونی :
- حذف سختی آب: می‌توان از آن برای حذف یون‌های سخت آب و نرم‌تر شدن آب استفاده کرد.
- استفاده به‌عنوان سختیگیر در موتورخانه: استفاده از آن به‌عنوان سختیگیر، بهترین راه برای جلوگیری از ایجاد رسوب در تجهیزات موتورخانه ازجمله بویلر می‌باشد.
- استفاده در آکواریوم: آب آکواریوم نباید میزان زیادی سختی داشته باشد. به همین منظور می‌توان از رزینهای کاتیونی جهت جلوگیری از افزایش میزان سختی آب آکواریوم استفاده کرد.
- حذف یون‌های سمی: از این رزین می‌توان جهت حذف یون‌های سمی مانند مس یا یون‌های خطرناکی مانند سرب استفاده کرد. می‌توان آنها را با یون‌های کم‌خطر و بی‌اثری مانند پتاسیم و سدیم جایگزین کرد.
- استفاده به‌عنوان نرم‌کننده و رقیق‌کننده: رزین کاتیونی ضعیف میتواند سختی و قلیایی بودن محلول را به‌طور هم‌زمان حذف کند. این رزین قادر است یون‌های سختی و قلیایی را با یون‌های هیدروژن مبادله کند. بنابراین، آب تصفیه‌شده با pH پایین‌تر و در نتیجه اسیدی خواهد بود.
معایب رزین سختی گیر کاتیونی:
- سختی گیر های رزینی در موتورخانه‌ها فضا اشغال می‌کنند. سازندگان با توجه به محدودیت فضاهای معماری و افزایش قیمت زمین تمایل دارند که حداقل فضا برای موتورخانه‌ها در نظر گرفته شود.
- بهره‌برداری از سختی گیرهای رزینی در فشار آب ورودی بیش از 4 بار امکان پذیر نیست.
- با توجه به محدودیت منابع آب کشور و بحران فراگیر آب، رسوب گیرهای رزینی بیشترین هدررفت آب را در زمان احیا و بکواش دارند.با حذف سختیگیر رزینی به راحتی 10% در مصرف آب سازمانها و ارگانهای دولتی و ساختمانهای تجاری و مسکونی صرفه جویی خواهد شد.
- رسوبگیرهای رزینی به دلیل پوسیدگی و خوردگی هر چند سال یکبار می‌بایست تعمیر اساسی یا تعویض گردند.
- سختی گیرهای رزینی یا سختی گیرهای تبادل یونی ، باعث شوری آب می‌شوند و نمک سدیم را با نمک‌های کلسیم و منیزیم معاوضه می‌کنند بنابراین قابل شرب نیست و برای سلامتی مضر هستند.
- از مهمترین مضرات سختی گیرهای رزینی یا فیلترهای پلی فسفات پکیج در مدار آب مصرفی این است که آب خروجی سختی گیر، آب بسیار نرم و فاقد املاح کلسیم و منیزیم است. آب نرم به شدت خورنده است که باعث جدا شدن فلزات سنگین از سطوح داخلی لوله‌های فلزی شده و وارد آب شرب می‌شود.
مزایای استفاده از رزین سختی گیر کاتیونی:
یک برنامه تصفیه آب، جنبه های اقتصادی سیستم را تحت تأثیر قرار می دهد و از طرفی عملیات پیوسته و رضایت بخش تر سیستم را نیز تضمین می نماید. برخی از این مزایا عبارت است از:
- کاهش هزینه های تعمیراتی
- کاهش توان مصرفی سیستم
- افزایش راندمان تجهیزات
- کاهش افت فشار سیستم
- افزایش راندمان سطح انتقال حرارت
- کاهش هزینه اولیه سیستم (به دلیل در نظر گرفتن رسوب زایی)
نکات مهم در هنگام استفاده از رزین سخت گیر:
- آب ورودی به سختی گیر آب نباید در آن باقی بماند زیرا می تواند عمر مفید رزین های کاتیونی را نصف نماید. علاوه بر این یخ زدن رزین کاتیونی در مخزن سختی گیر می تواند عمر مفید آن را کاهش دهد.
- درصورت باز نمودن درب کیسه های رزین باید در نظر داشت که حتما در مجاورت آب قرار بگیرند. وجود رطوبت برای نگه داری رزین های تبادل یون الزامی است.
- استفاده از سنگ نمک با خلوص بالا توصیه می شود. به تجربه دیده شده است که در صورت استفاده از نمک های با خلوص پایین، گل و لای موجود روی بستر رزین را می پوشاند و ظرفیت تبادل کاهش پیدا می شود.
- کنترل سختی آب خروجی از دستگاه بصورت روزانه یا دو روز یکبار توسط کیت های سختی سنج به تمامی اپراتور ها و تکنسین های نگه دار توصیه می شود.
- اطمینان از مکش نمک پس از نصب و راه اندازی دستگاه سختی گیر رزینی با شیر چند راهه اکیدا توصیه نمی شود. به تجربه دیده شده است که پس از نصب و راه اندازی متأسفانه شیر مکش نمک تنظیم نگشته و عملا احیا با نمک صورت نمی گیرد.
- در صورتی که آب ورودی به سختی گیر دارای املاح، گل و لای و یا ذرات معلق می باشد، حتما قبل از شروع عملیات سختی گیری، آب را بوسیله فیلتر کربن و یا فیلتر شنی عاری از اینگونه ذرات کنید.
نتیجه:
رزین کاتیونی از جمله محصولات بسیار پرفروش برای مصارف تصفیه آب و تبادل یون‌های دلخواه در سایر محلول‌ها به شمار می‌رود. این محصول به خاطر داشتن استانداردهای مختلف جهانی از هیچ‌گونه خطری برای سلامتی انسان برخوردار نیست، اما بایدبا احتیاط و با مشورت متخصصان مورد استفاده قرار گیرد. رزینهای کاتیونی به خاطر داشتن بار مثبت، تنها می‌توانند به حذف یون‌های هم‌بار بپردازند و با رزینهای آنیونی و میکس بد تکمیل می‌شوند.
