Schimbul de ioni este una dintre metodele eficiente de îndepărtare a anionilor și a cationilor din apă. Aceasta este una dintre cele mai importante etape de purificare, utilizată ca etapă pre-tratare și pentru obținerea apei purificate.
Schimbul de ioni se bazează pe utilizarea schimbătorilor de ioni - polimeri cu ochiuri de plasă de diferite grade de legare încrucișată, o structură micro- sau macroporică de gel legată covalent la grupuri ionogene (figura 1):
Fig. 1. Vedere generală a schimbătorilor de ioni utilizați în rășinile schimbătoare de ioni.
Disocierea acestor grupuri în apă sau în soluții oferă o pereche de ioni - fixat pe polimer și contraionul mobil care este schimbat cu aceeași ioni de încărcare nume (cationi sau anioni) din soluție. La desalinizarea chimică, schimbul de ioni este un proces reversibil între fazele solide și cele lichide. Includerea diferitelor grupări funcționale în rășină are ca rezultat formarea rășinilor selective.
Rășinile schimbătoare de rășină sunt împărțite în schimb de anioni și schimb de cationi. Rășinile schimbătoare de rășină conțin grupuri funcționale capabile să schimbe ioni pozitivi, rășini schimbătoare de anioni - la schimbul de ioni negativi (Figura 2):
Fig.2. Principiul schimbului de ioni
Rășinile pot fi împărțite în continuare în 4 grupe principale: rășini schimbatoare de cationi puternic acide, ușor acide și rășini schimbatoare de anioni puternic bazice și slab bazice.
Există două tipuri de aparate de schimb de ioni, de regulă, coloane:
- Cu un strat separat de schimbător de cationi și anionit;
Aparatele de primul tip constau din două coloane consecutive, prima dintre ele fiind umplută cu schimbător de cationi de-a lungul apei procesate. și cel de-al doilea schimbător de anioni (figura 3). Aparatele de tipul al doilea constau dintr-o coloană umplută cu un amestec al acestor rășini schimbătoare de ioni.
Fig. 3. Principiul sistemului de schimb de ioni
Notă: schimbarea de cationi este regenerată cu acid clorhidric; anionit - hidroxid de sodiu.
Avantajele schimbului de ioni sunt costurile de capital mici, simplitatea, lipsa limitărilor fundamentale pentru obținerea unei productivități ridicate.
Utilizarea metodei de schimb ionic este recomandată în tehnologiile de tratare a apei cu mineralizare slabă a apei: sub 100 200 mg / l de săruri, t. Chiar și la o concentrație moderată (aproximativ 1 g / l de sare) pentru curățarea a 1 m3 de apă, va fi necesar să se cheltuiască 5 litri de soluție 30% de acid clorhidric și 4 l de soluție 50% de alcaline.
Rășinile prezintă o serie de dezavantaje semnificative care fac dificilă utilizarea acestora:
- Cele mai multe rășini schimbătoare de ioni au o hidrofilitate scăzută, ceea ce determină o rată scăzută de difuzie a ionilor în bilele de rășină și o rată scăzută de sorbție și desorbție;
- În practică, rășini schimbătoare de ioni sunt utilizate sub formă de granule, care antiaglomeranți în coloana în timpul procesului de sorbție este nevoia de retrospălare forțată conduce la granule casabil treptată în timpul funcționării;
- Rășinile schimbătoare de rășină necesită o regenerare frecventă pentru a restabili capacitatea de schimb.
Regenerarea rășinilor schimbătoare de ioni se efectuează de obicei cu soluții de acid clorhidric (pentru forma H +) și hidroxid de sodiu (pentru forma OH). Calitatea regenerării este influențată de alegerea soluției de regenerare, tipul de rășină schimbătoare de ioni. viteza, temperatura, puritatea, tipul și concentrația soluției de regenerare, timpul de contact cu schimbătorii de ioni.
Pentru prepararea soluțiilor de acid clorhidric și hidroxid de sodiu, depozitarea și protejarea personalului împotriva eventualelor scurgeri, sunt necesare containere speciale.
În procesul de regenerare, se formează un mare număr de ape de spălare puternic acide și puternic alcaline, care trebuie neutralizate înainte de deversarea în sistemul de canalizare.
Sistemele de schimb ionic necesită pre-tratarea particulelor solide insolubile, reactivi reactivi (clorul în fluxul de apă pentru a evita contaminarea rășinii și deteriorarea calității acesteia.
Tehnologia de schimb ionic asigură desalinizarea clasică a apei și este un sistem economic de obținere a apei purificate. Această tehnologie permite obținerea apei cu un indice de conductivitate electrică foarte scăzut. Cu toate acestea, cu utilizarea prelungită a schimbătorilor de ioni, problema creșterii microorganismului poate apărea spontan. Pentru a reduce contaminarea microbiană, se folosesc lămpi UV, recircularea constantă a apei în bucla de distribuție, minimizarea sau, în general, excluderea întreruperilor în funcționarea echipamentului. Deoarece această metodă nu asigură puritate microbiologică datorită utilizării rășinilor schimbătoare de ioni. prin urmare, utilizarea sa pentru obținerea apei purificate este utilă în combinație cu microfiltrarea sterilizatoare (0,22 microni).