تجهیزات صنعتی- فیلتر شنی

تبادل یونی (IE) یک روش تصفیه آب است که برای حذف ناخالصی های محلول ناخواسته از آب و سایر محلول های مایع استفاده می شود. فرآیندی که توسط آن انجام می شود با تبادل یون های آلاینده با یون های یک ماده مورد نظر است. این یون ها حاوی یک بار الکتریکی مثبت به نام کاتیون یا یک بار منفی به نام آنیون هستند. برای حفظ بار خنثی آب، یون های مبادله شده باید دارای همان نوع (یا -) بار الکتریکی باشند.

آلاینده های محلول در آب:

یون ها معمولاً زمانی تشکیل می شوند که یک آلاینده در آب حل شود. هنگامی که مواد محلول در آب هستند، همچنان مانند کریستال شفاف به نظر می رسند. از طرفی اگر آلاینده ها ذرات جامد باشند، آب کدر می شود. جامدات را می توان با روش های مختلف فیلتراسیون از آب حذف کرد. این ذرات جامد ابتدا باید قبل از جایگزینی ذرات محلول با تبادل یونی از آب خارج شوند.

نرم شدن آب با استفاده از دستگاه سختی گیر آب:

یکی از کاربردهای رایج دستگاه سختی گیر آب، نرم کردن آب است. آب سخت در درجه اول حاوی یون های کلسیم و منیزیم محلول است. این یون‌ها می‌توانند رسوب کنند و در لوله‌های آب و دیگ‌های گیاهی رسوب کنند و در صورت حذف نشدن، باعث آسیب به سیستم شوند.

برای نرم شدن آب، یون های کاتیون سخت (کلسیم کلسیم و منیزیم منیزیم) را با کاتیون دیگری جایگزین می کنیم که باعث تشکیل رسوب نشود. این فرآیند شامل استفاده از دانه های رزین مبادله شده با سدیم (Na) است. این سیستم یون های سخت (Ca و Mg) را از ذرات رزین عبور می دهد که این کاتیون ها را با دو یون سدیم جایگزین می کند.

واکنش تبادل یونی را می توان به صورت زیر نشان داد:

2 RNa Ca -> R2Ca 2 Na

هر یون کلسیم یا منیزیم که وارد دانه های رزین می شود با دو یون سدیم که از مهره خارج می شوند جایگزین می شود. یون های آنیون نمی توانند وارد رزین شوند زیرا مهره همچنین حاوی آنیون سولفونات پایدار (SO3-) است که یون مثبت آب را دفع می کند. این تبادل به دلیل رزین ترجیح داده شده کلسیم و منیزیم نسبت به سدیم اتفاق می افتد. نتیجه جایگزینی یون های سخت با یون های سدیم است، اگرچه شوری آب بدون تغییر باقی می ماند. آنها اجزای شوری آب هستند که در طی فرآیند نرم شدن یا تبادل یونی تغییر می کنند. در صورت تمایل، یون‌های سخت ناچیز را می‌توان با پتاسیم در ترکیب با یا به جای یون‌های سدیم جایگزین کرد.

معدنی زدایی:

دمینرالیزاسیون تبادل یونی یک فرآیند دو مرحله‌ای است که شامل تصفیه با رزین‌های تبادل کاتیونی و آنیونی می‌شود. شما کاتیون های محلول در آب را با یون های هیدروژن (H) و آنیون های محلول را با هیدروکسید (یون های OH-) جایگزین می کنید. با این فرآیند، یون‌های کاتیون و آنیون جدید برای تشکیل مولکول‌های آب جدید ترکیب می‌شوند. این ترکیب را می توان به صورت زیر نشان داد:

H OH– -> HOH -> H20

نتیجه خالص این تغییر حذف کامل آلاینده های یونی است. آلاینده های یونی به دو رزین مبادله ای اضافه می شود و آب به طور کامل غیر معدنی می شود.

اصطلاحات تبادل یونی ، یون زدایی و دمینرالیزاسیون اغلب به صورت مترادف برای نشان دادن یک فرآیند استفاده می شوند. با این حال، یون زدایی و دمینرالیزاسیون را می توان با فناوری هایی غیر از تبادل یونی انجام داد. تبادل یونی فرآیندی است که معمولاً در نیروگاه های هسته ای، فرآیندهای صنعتی و عملیات پزشکی و دارویی برای کنترل خلوص و pH آب با حذف یون های ناخواسته و جایگزینی آنها با یون های قابل قبول استفاده می شود .

به طور خاص، شامل تبادل یون بین یک جامد (همچنین به عنوان رزین) و یک محلول آبی، اغلب به عنوان آب آشامیدنی شهری، اما اغلب شامل فرآیند و حتی فاضلاب (به عنوان مثال، صنعت پوشش) است. بسته به هویت یون هایی که رزین در آب آزاد می کند، این فرآیند می تواند منجر به تصفیه آب یا کنترل غلظت یک یون خاص در یک محلول شود. تبادل یونی تبادل برگشت پذیر یون ها بین مایع و جامد است.

این فرآیند اغلب برای حذف یون های ناخواسته از یک مایع و جایگزینی یون های قابل قبول از جامد (رزین) استفاده می شود.دستگاه هایی که در آن تبادل یونی انجام می شود معمولاً دمینرالیزر نامیده می شوند. این نام از عبارت دمینرالیز گرفته شده است، فرآیندی که طی آن در تشکیل آب خالص، یون های ناخالص مایع ورودی (آب) با جایگزینی یون های H و OH حذف می شوند. H + و OH- در مناطقی با دانه های رزین در مخازن یا ستون های دمینرالیزه یافت می شوند .

رزین های تبادل کاتیونی در مقابل رزین های تبادل آنیونی:

دو نوع کلی از رزین های تبادل یونی وجود دارد: رزین های تبادل یونی مثبت به نام رزین های تبادل کاتیونی و رزین های تبادل یونی منفی که رزین های تبادل آنیونی نامیده می شوند . کاتیون یک یون با بار مثبت است. کاتیون های رایج عبارتند از Ca +2 ، Mg +2 ، Fe +2 و H +1 . رزین کاتیونی کاتیونی است که یون های مثبت را مبادله می کند. آنیون یک یون با بار منفی است. آنیون های رایج عبارتند از Cl-1، SO4-2 و OH- 1 . رزین آنیون رزینی است که یون های منفی را مبادله می کند. از نظر شیمیایی، هر دو گونه مشابه هستند و به گروهی از ترکیبات به نام پلیمرها تعلق دارند که مولکول‌های بسیار بزرگی هستند که از ترکیب بسیاری از مولکول‌های یک یا دو ترکیب در یک ساختار تکرار شونده تشکیل شده‌اند که زنجیره‌های بلند تولید می‌کنند. دیمینرالایزر ظرفی با حجم چند فوت مکعب است که معمولاً حاوی رزین است.

یک عامل دمینرالیزه کننده ممکن است حاوی مخلوطی از رزین های تبادل کاتیونی و رزین های تبادل آنیونی باشد که به آن بستر مخلوط می گویند. دمینرالایزرهای دو بستر دارای دو مخزن هستند که اولی حاوی رزین کاتیونی و سپس یک ظرف جداگانه حاوی رزین آنیونی است. از نظر فیزیکی، رزین های تبادل یونی به شکل دانه های بسیار کوچکی به نام دانه های رزین با قطر متوسط حدود 0.5 میلی متر تشکیل می شوند. رزین مرطوب ظاهری مانند ماسه کهربایی مرطوب و شفاف دارد و در آب، اسیدها و بازها نامحلول است و نسبت آن معمولاً 2 قسمت رزین کاتیونی به 3 قسمت رزین آنیونی است.