Wymieniacze jonowe odgrywają kluczową rolę w nowoczesnym uzdatnianiu wody. Są one wykorzystywane do skutecznego usuwania rozpuszczonych jonów i dostosowywania wody do określonych wymagań - czy to w procesach przemysłowych, produkcji wody zdemineralizowanej (woda w pełni zdemineralizowana), czy też recyklingu wody procesowej. W tym artykule wyjaśniamy funkcje wymienników kationowych i anionowych, które jony są usuwane za pomocą różnych rodzajów żywicy i kiedy warto zastosować filtr strumieniowy CO₂.

Wymieniacz kationowy: Usuwanie jonów dodatnich (kationów)

1. silnie kwaśne wymieniacze kationowe (SAC)

Silnie kwaśne wymieniacze kationowe zawierają grupy funkcyjne, takie jak kwas sulfonowy, które są silnie zjonizowane i dlatego pozostają aktywne nawet przy niskiej wartości pH. Te żywice wymienne zastępują dodatnio naładowane jony (kationy) w wodzie jonami wodoru. Skutecznie usuwa to substancje tworzące twardość, takie jak wapń i magnez, co jest szczególnie ważne w procesie zmiękczania i demineralizacji.

Obszary zastosowania
  • Zmiękczanie:
    • Usuwanie substancji tworzących twardość, takich jak (jony wapnia) i (jony magnezu), które powodują osadzanie się kamienia.
  • Demineralizacja:
Usunięte połączenia
  • Utwardzacz
  • Sód i potas
  • Jony metali ciężkich, takich jak żelazo, miedź lub ołów
Połączenia, które nie zostały usunięte
  • Aniony takie jak chlorki, siarczany lub azotany
  • Związki niejonowe, takie jak substancje organiczne lub nierozpuszczone cząsteczki

2. słabo kwaśne wymieniacze kationowe (WAC)

Słabo kwaśne wymieniacze kationowe zawierają grupy karboksylowe, które są zjonizowane w wyższych zakresach pH i dlatego mogą wiązać dodatnio naładowane jony (kationy). Są one szczególnie skuteczne w usuwaniu kationów związanych z twardością węglanową (wodorowęglany). W przeciwieństwie do silnie kwaśnych wymieniaczy kationowych, działają one tylko w zakresie pH od zasadowego do obojętnego, a zatem są bardziej selektywne w swoim zastosowaniu.

Obszary zastosowania
  • Selektywne usuwanie twardości węglanowej:
    • Wiązanie jonów wapnia i magnezu, które są obecne w postaci wodorowęglanów.
  • Regeneracja przy użyciu niewielkich ilości chemikaliów:
    • W porównaniu do żywic silnie kwaśnych, żywice słabo kwaśne wymagają mniej kwasu do regeneracji.
Usunięte połączenia
  • Utwardzacze w postaci wodorowęglanów.
  • Jony metali ciężkich, takich jak żelazo, które są związane z wodorowęglanami
Połączenia, które nie zostały usunięte
  • Twardość niewęglanowa: siarczany lub chlorki wapnia i magnezu
  • Aniony, takie jak chlorki lub azotany
Oczyszczalnia ścieków dla walcowni zimnej

Zdjęcie: Nasze wymienniki kationów i anionów ALMA ION

Wymieniacz anionowy: Usuwanie jonów ujemnych (anionów)

1. słabo zasadowe wymieniacze anionowe (WBA)

Słabo zasadowe wymieniacze anionowe mają grupy funkcyjne, takie jak grupy aminowe, które mogą wiązać słabe kwasy, takie jak kwas węglowy i aniony organiczne. Działają one w zakresie pH od neutralnego do lekko zasadowego i są idealne do usuwania określonych anionów. Decydującą wadą jest to, że słabo zasadowe wymieniacze anionowe nie mogą bezpośrednio usuwać rozpuszczonego CO₂.

Obszary zastosowania
  • Obróbka wstępna:
  • Usuwanie słabych kwasów:
    • Wiązanie kwasu węglowego () i anionów organicznych.
Usunięte połączenia
  • Aniony takie jak chlorki, siarczany i azotany
  • Wodorowęglan
  • Słabe aniony organiczne i kwas węglowy
Połączenia, które nie zostały usunięte
  • Rozpuszczony dwutlenek węgla 
  • Słabo zdysocjowane aniony, które znajdują się poza efektywnym zakresem pH

2. silnie zasadowe wymieniacze anionowe (SBA)

Silnie zasadowe wymieniacze anionowe zawierają czwartorzędowe grupy amoniowe, które mają wysokie powinowactwo do wszystkich rodzajów anionów, w tym słabo zdysocjowanych kwasów, takich jak kwas krzemowy. Działają w szerokim zakresie pH i są idealne do usuwania wszelkich anionów, w tym słabo lub nie w pełni zjonizowanych.

Obszary zastosowania
  • Demineralizacja:
  • Usuwanie kwasu krzemowego i resztkowej zasadowości:
    • Usuwanie pierwiastków śladowych i minimalnych jonów resztkowych w celu osiągnięcia maksymalnej czystości wody.
Usunięte połączenia
  • Wszystkie klasyczne aniony: Chlorki, siarczany, azotany, fosforany
  • Słabo zdysocjowane kwasy: kwas krzemowy
  • Aniony organiczne i pozostałości kwasów organicznych
  • Pozostałości zasadowości, takie jak wodorowęglany
Połączenia, które nie zostały usunięte
  • Substancje niejonowe, takie jak nierozpuszczone substancje organiczne
  • Molekularny CO₂, jeśli wcześniej nie zastosowano pionu CO₂.
System filtracji ścieków przemysłowych

Zdjęcie: Nasz wymiennik jonów ALMA ION z filtrem wielowarstwowym ALMA Fil

Kiedy CO₂-Riesler jest przydatny?

Filtr zraszany CO₂ jest używany, gdy rozpuszczony dwutlenek węgla musi zostać usunięty z wody. Powstaje on, gdy wodorowęglan jest przekształcany w kwas węglowy w wymienniku kationowym. Kwas węglowy rozkłada się następnie na wodę. Ten rozpuszczony CO₂ stanowi wyzwanie dla uzdatniania wody, szczególnie w systemach z wymiennikami anionowymi.

Powody stosowania chwytaka CO₂

1. odciążenie wymiennika anionowego

CO₂ nie może być usuwany bezpośrednio przez wymieniacze anionowe, ponieważ nie jest naładowany. Tworzy on jednak ponownie wodorowęglan w żywicy, reagując z jonami wodorotlenkowymi, co niepotrzebnie obciąża pojemność wymieniacza anionowego i zmniejsza jego wydajność.

Filtr CO₂ usuwa CO₂ z wody, zanim dostanie się ona do wymiennika anionowego. Chroni to żywicę i wydłuża jej żywotność. Zmniejsza to również ilość wymaganej regeneracji, ponieważ w żywicy pozostaje mniej jonów podlegających regeneracji, takich jak wodorowęglan.

2. optymalizacja wartości pH

CO₂ rozpuszczony w wodzie obniża wartość pH wody, ponieważ jest częściowo przekształcany w kwas węglowy. Niska wartość pH (poniżej 6) może pogorszyć wydajność wymieniacza anionowego i zdestabilizować cały proces wymiany jonowej.

Filtr CO₂ usuwa nadmiar CO₂, co stabilizuje wartość pH do bardziej neutralnego poziomu (6-7). Zapewnia to idealne warunki dla wymiennika anionowego, ponieważ żywica działa najskuteczniej w tym zakresie pH.

3. poprawa jakości wody

Usuwanie CO₂ zmniejsza resztkową zasadowość uzdatnionej wody. Zasadowość, głównie w postaci wodorowęglanów, może być niepożądana w uzdatnionej wodzie, zwłaszcza w produkcji wody demineralizowanej (woda w pełni zdemineralizowana).

Filtr CO₂ pomaga wymiennikowi anionowemu skuteczniej usuwać pozostałe aniony, takie jak chlorki, siarczany i azotany. Zwiększa to czystość wody i dodatkowo zmniejsza przewodność, co ma zasadnicze znaczenie dla zastosowań w przemyśle elektronicznym, chemicznym i spożywczym.

4. optymalizacja kosztów

Odwadniacz CO₂ zmniejsza koszty operacyjne systemu uzdatniania wody. Zmniejszając obciążenie wymiennika anionowego, wymagana jest mniejsza ilość środka regenerującego (takiego jak soda kaustyczna), a żywotność żywic jest wydłużona. Pozwala to nie tylko zaoszczędzić na kosztach środków chemicznych, ale także obniżyć koszty konserwacji i skrócić czas przestojów systemu.

Podsumowanie

Połączenie wymienników kationowych, wymienników anionowych i filtra zraszanego CO₂ jest kluczowym procesem w uzdatnianiu wody:

  • Silnie kwaśne i słabo kwaśne wymieniacze kationowe usuwają dodatnio naładowane jony, takie jak wapń i magnez, i obniżają twardość węglanową, zastępując je jonami wodoru.
  • Słabo alkaliczne i silnie alkaliczne wymieniacze anionowe usuwają ujemnie naładowane jony, takie jak chlorki, siarczany, azotany, a nawet słabo zdysocjowane substancje, takie jak kwas krzemowy.
  • Filtr zraszany CO₂ to skuteczne rozwiązanie do usuwania rozpuszczonego CO₂ z wody. Odciąża to wymiennik anionowy, stabilizuje wartość pH i poprawia jakość wody poprzez zmniejszenie resztkowej zasadowości.

Dzięki ukierunkowanemu wykorzystaniu tych technologii woda może być uzdatniana do wysokiego stopnia czystości, a jednocześnie ekonomicznie. Wybór odpowiedniej kombinacji wymieniaczy j onowych i oczyszczacza CO₂ zależy od konkretnych wymagań danego systemu. Dzięki dobrze przemyślanemu planowaniu i wdrożeniu można obniżyć koszty operacyjne i znacznie zwiększyć wydajność systemu uzdatniania wody.

Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!

info@almawatech.com

06073 687470