سختی گیر رزینی

در سالهای اخیر میزان تقاضا برای آب نرم افزایش زیادی یافته و دو دلیل عمده برای این افزایش می توان ذکر نمود:

پیدایش و پیشرفت صنایع جدید که تمامی آنها احتیاج به آب نرم (سختی گیر) دارند.

پیشرفت تمدن، آگاهی و پی بردن مردم به خواص آبهای نرم شده و ارزش اقتصادی آنها نسبت به مصرف آبهای سخت، سختی آب ناشی از یونهای کلسیم، منزیم ، ومقدار کمتر ترکیبات فلزاتی چون آهن ، منگنز و آلومینیوم می باشد. از آنجایی که سه فلز مذکور به مقادیر جزئی در آب وجود دارند، لذا اثرآنها بسیار کم است.

متداولترین روش برای حذف سختی آب استفاده از سختی گیر های رزینی می باشد. رزین ها ، کلسیم و منیزیم را با سدیم تعویض کرده و آب سخت را به آب نرم تبدیل می کنند.

انواع سختی گیرها و کاربرد آن

سختی گیرها در دو نوع اتوماتیک و نیمه اتوماتیک وجود دارند. عمده ترین کاربرد دستگاه های سختی گیر عبارتند از:

• نرم کردن آب دیگه ای بخار و مبدلهای حرارتی.
• نرم کردن آب مورد برج های خنک کننده و سیستمهای سرمایشی
• نرم کردن آب مصرفی صنایع نستاجی و رنگرزی

فرمول محاسبه ظرفیت سختی گیرها

حجم رزین(GRAIN) = دبی بر حسب متر مکعب در ساعت × سختی آب PPM × ساعت بین دو احیاء × 15.45

طرز کار سختی گیر رزینی

نحوه عملکرد سختی گیرهای رزینی با جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم سدیم مثبت که در رزین موجود در سختی گیر موجود است،تعریف می شود. این رزین باید به طور متناوب احیاء شود تا از رسوب مواد معدنی سخت در آن جلوگیرری گردد. این فرایند با خارج شدن سختی گیر از سیکل و عبور نمک محلول در آب صورت می گیرد و در طول فرآیند احیا آب سختی گیر به همراه نمک محلول عبوری از رزین از سیستم تخلیه می گردد و در این بازه زمانی که عموما در طول شب صورت می پذیرد، آب موجود در سیکل بدون سختی گیری وارد سیستم می شود تا روند شست و شو پایان یابد. یکی از روش های جلوگیری از خروج سختی گیر از سیستم استفاده از دو مخزن سختی گیر تحت عنوان سختی گیر دوبلکس می باشد که در ادامه به طور مفصل به نحوه عملکرد آن پرداخته می شود.

بررسی مزایا و معایب سختی‌گیرهای تبادل یونی

مزایا:

سختی‌گیرهای تبادل یونی یکی از مؤثرترین روش‌ها برای حذف سختی آب هستند و توانایی دارند نیاز واقعی به آب نرم را در کاربردهای مختلف خانگی و صنعتی به‌خوبی تأمین کنند.

معایب:

با وجود کارایی بالا، این نوع سختی‌گیرها دارای چالش‌هایی نیز هستند که عبارت‌اند از:

هزینه بالا:

قیمت خرید اولیه، راه‌اندازی و نگهداری این سیستم‌ها نسبتاً زیاد است.

اشغال فضای زیاد:

طراحی و ابعاد این دستگاه‌ها معمولاً فضای زیادی را اشغال می‌کند، به‌ویژه در محیط‌های کوچک.

نامناسب بودن آب برای آشامیدن:

آبی که توسط این دستگاه‌ها نرم می‌شود، حاوی یون‌های سدیم است و برای شرب مناسب نیست.

راه‌حل‌ها برای این مشکل:

استفاده از یک خروجی مجزا برای آب سخت، به‌منظور تأمین آب شرب. استفاده از دستگاه تقطیر برای حذف سدیم موجود در آب نرم‌شده.

کاربردهای سختی گیر رزینی

کاربرد سختی گیرها رزینی  معمولا برای مصارف صنعتی، شهری، و تجاری استفاده می شوند . از کاربردهای سختی گیر می توان موارد زیر را نام برد :

• آب آشامیدنی
• بویلر و راکتور وآب جبرانی
• برج خنک کننده با آب
• آب با درجه خلوص بالا
• خشکشویی ها و رستوران های بزرگ
• حفاظت از عناصر انتقال حرارت و نازل اسپری
• استفاده در اسمز معکوس و یا سیستم دیونیزه
• تصفیه ی  فاضلاب
• بازسازی آب

رزین در سختی‌گیرها: عملکرد، نگهداری و طول عمر

رزین (Resin) نوعی صمغ گیاهی است که بیشتر از صمغ درخت کاج به‌دست می‌آید و به دلیل خواص شیمیایی، در ساخت لاک، چسب و جلا دهنده‌ها کاربرد گسترده‌ای دارد.
در سختی‌گیرهای بویلر، رزین به شکل دانه‌هایی از جنس سدیم یا پتاسیم استفاده می‌شود. این دانه‌ها هنگام عبور آب سخت، یون‌های کلسیم و منیزیم را جذب کرده و آن‌ها را با یون‌های سدیم یا پتاسیم جایگزین می‌کنند.
پس از مدتی، رزین خاصیت خود را از دست می‌دهد و باید با عبور آب شور (محلول نمک) از آن، طی فرایند شست‌وشوی معکوس (Backwash)، بازیابی شود.
در تمام سیستم‌های سختی‌گیر رزینی، این شست‌وشو باید به‌طور دوره‌ای انجام شود؛ البته برخی مدل‌های جدید، این کار را به‌صورت خودکار انجام می‌دهند. طول عمر رزین بسته به کیفیت آن و نوع آب مصرفی، بین ۱۰ تا ۱۵ سال متغیر است.

تقسیم بندی رزین

رزین معمولاً برای سختی‌گیرها در دنیا سه نوع نمک استفاده می‌شود که به شرح زیر تقسیم‌بندی می‌گردد:

1.نمک سخت(سفت)

نمک سخت یک ماده‌ی معدنی در درون زمین می‌باشد که دارای 98 تا 99 درصد از سدیم کلراید می‌باشد. این نوع نمک ماندگاری در آب در حدود 0.5 تا 1.5 درصد است.

2.نمک خورشیدی

نمک خورشیدی یک نوع نمک است که از تبخیر به وسیله‌ی خورشید از آب دریا به دست می‌آید.
این نمک 85 درصد از سدیم کلراید تشکیل شده است. این نمک به صورت کریستال به فروش می رسد.

3.نمک تبخیرشده

نمک تبخیر شده که از استخراج در اعماق زمین به دست می‌آید با تبخیر کردن مواد اضافی تا 99.6% سدیم کلراید دارد.

آیا مفید است که ترکیبی از این نمک‌ها را با هم استفاده کنیم؟

به صورت کلی این تفاوت وجود ندارد که مخلوطی از این نمک‌ها با هم استفاده شود اما باعث می‌شود تا عملکرد سختی‌گیر کاهش پیدا کند.

دلیل و زمان تعویض رزین در سختی گیر رزینی و دلایل

رزین‌های مورد استفاده در سختی‌گیرها پس از مدتی کارکرد نیاز به تعویض پیدا می‌کنند. در ادامه مهم‌ترین دلایل این موضوع بررسی شده است:

شکستگی رزین به دلیل تماس با آب کلردار شهری

یکی از دلایل اصلی تخریب رزین، مجاورت طولانی با آب حاوی کلر است. پس از حدود ۱۰ سال، دانه‌های رزین به‌تدریج شکسته و تکه‌تکه می‌شوند. این ذرات شکسته باعث کاهش فشار آب در مخزن شده و حتی ممکن است وارد سیستم لوله‌کشی ساختمان شده و باعث گرفتگی شیرها شوند.
همچنین، در صورت تخریب رزین یا خرابی بخش توزیع‌کننده‌ی زیرین (Bottom Distributor)، احتمال ورود این ذرات به جریان آب وجود دارد. Bottom Distributor صفحه‌ای در پایین مخزن است که دارای نازل‌های برنجی بوده و از خروج سیلیس و رزین جلوگیری می‌کند. در صورت خرابی این بخش، باید آن را بررسی و در صورت نیاز تعمیر یا تعویض نمود.

آلودگی رزین با جلبک

اگر مخزن رزین در فضای باز نصب شده باشد، احتمال رشد جلبک درون آن وجود دارد. این آلودگی معمولاً قابل مشاهده بوده و در چنین شرایطی تعویض رزین ضروری خواهد بود.

وجود شن درون مخزن

گاهی وجود شن، به‌ویژه در مناطقی که از آب چاه استفاده می‌شود، باعث افت فشار آب و کاهش عملکرد سختی‌گیر می‌گردد. بهترین راه‌حل، تخلیه کامل مخزن، حذف شن‌ها و جایگزینی با رزین نو است. حذف شن از رزین‌های قدیمی معمولاً دشوار و وقت‌گیر است.

بلااستفاده ماندن طولانی‌مدت مخزن رزین

اگر مخزن برای مدت طولانی (چند ماه یا سال) بلااستفاده بماند، یا بوی تند و نامطبوع از آن به مشام برسد، بهتر است رزین‌ها تعویض شوند. در این حالت می‌توان ابتدا رزین‌ها را خارج کرده، مخزن را با محلول قوی کلر تمیز کرد و سپس رزین جدید وارد سیستم کرد.

آلودگی رزین با آهن یا مواد آلی

رزین‌هایی که با آهن یا مواد آلی آلوده شده‌اند، ممکن است کارایی خود را از دست بدهند. در برخی موارد می‌توان با استفاده از محلول‌های پاک‌کننده قوی مخصوص رزین مانند Res-Up، Iron Out، اسید سیتریک یا سفیدکننده، آن‌ها را احیا کرد. با این حال، در اغلب موارد تعویض رزین بهترین و مطمئن‌ترین گزینه خواهد بود.

مشخصات کلی رزین های تبادل یونی

مشخصات کلی رزین تبادل یونی (Ion Exchange Resin) ماتریس پلیمری حل نشدنی  است که حاوی یون های نا پایدار قادر به تبادل با یون در محیط اطراف است.

رزین‌ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:

• رزین‌های کاتیونی قوی SAC) Strongacidis Cation)
• رزین‌های کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidis Cation)
• رزین‌های آنیونی قوی SBA) Strong basic anion)
• رزین‌های آنیونی ضعیف WBA) Weak basic anion)

رزین­های کاتیونی ضعیف قادر به جذب کاتیون­هایی هستند که به قلیائیت آب مرتبط است و قادر به جذب کلیه کاتیون­های موجود در آب نمی­ باشند.

مزیت رزین­های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آن­ها در مقایسه با رزین­های کاتیونی قوی می­باشد، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء های مکرر می­گردد.

رزین­های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون­های موجود در آب می­باشد.

رزین­های آنیونی ضعیف قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسیدسولفوریک، کلریدریک و نیتریک می­باشد. رزین­های آنیونی ضعیف مقاوم­تر از رزین آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم­های تصفیه آب کاربرد بیشتری دارند.

رزین کیلیت

رزین کیلیت دارای گروه های عاملی ویژه ای است که شامل دو یا چند اتم الکترون دهنده است که یک اتم فلز تشکیل را می دهند. کلاس های گروه های عاملی این نوع رزین که از اهمیت صنعتی برخورد دارند، شامل اسیدهای phosphonic، اسیدهای آمینه و کربوکسیلیک و ترکیبات گوگرد می باشند. رزین هایی که دارای قابلیت های فلزی کیلیت شدن آن هایی هستند که حاوی اسید aminophosphonic یا اسید iminodiacetic یا سایت های تیول می باشند. رزین حاوی Nmethylglucamine را قابلیت های انتخابی برای بورون هستند.

رزین‌های نوع ژلی فاقد ساختار منافذ دائمی هستند. منافذ موجود در این نوع رزین‌ها بسیار ریز هستند و معمولاً اندازه‌ای کمتر از ۳۰ آنگستروم دارند. این نوع منافذ که به آن‌ها منافذ مولکولی یا gelular گفته می‌شود، تنها در زمان تماس با محلول ایجاد می‌گردند. رزین‌های ژلی معمولاً شفاف هستند و از نظر ظاهری با رزین‌های نوع میکروپروس متفاوت‌اند. 

مشخصات فیزیکی و شیمیایی رزین های تبادل یونی

معمولا رزین های مایع در دانه های کروی شکل با قطری بین 0.3 میلی متر تا 1.2 میلی متر تولید می شوند. رزین های پودری نیز برای مصارف خاص وجود دارند. دانه های پلیمری از نظر فیزیکی بسیار پایدار است و می تواند در انواع مختلف از ستون ها و یا راکتورهای مورد استفاده قرار گیرد. رزین سولفونیک اسید تا 120 درجه سانتی گراد نسبت به گرما مقاومت دارند و بعضی از گریدهای خاص تا 170 درجه سانتی گراد نیز نسبت به گرما مقاومند.رزین های تبادل یونی هنگامی که از یک حالت پیوند یونی به حالتی دیگر تبدیل می شوند، دچار آب رفتگی و یا تورم می شوند. زمانی که با حلال غیر قطبی در تماس قرار گیرند، دچار آب رفتگی می شوند.

رزین های تبادل یونی و chelating بر روی طیف گسترده ای از PH پایدار هستند.آنها تقریبا پایدار ترین مواد شیمیایی معدنی یا آلی به جز اکسیدان های قوی از قبیل کلر محلول، ازن و یا پراکسید می باشد.

شست و شوی معکوس رزین

شستشوی معکوس رزین برای حذف هر گونه ذرات، مواد زائد و از بستر رزین مهم است.آب برای مدت زمان حدود 15 تا 30 دقیقه، در سرعت جریان برای تبدیل رزین به مایع تا 60٪ تزریق می شود. پسماند رزین مصرف شده با توجه به قوانین هر کشور باید جمع آوری و مورد بازیافت قرار گیرد.