آب های مورد استفاده درصنایع و خصوصا شرب در کشور ایران دارای ناخالصی و املاح فراوان و همچنین نمک های محلول در آب فراوانی می باشند که از این میان یون های کلسیم و منیزیم از جمله عمده ناخالصی های آب های کشور ایران هستند مقدار فراوان و بیش از حد این یون های کاتیونی برای مصارف صنعتی و بهداشتی و همچنین خوراکی مناسب نمی باشند. لذا باید برای بهره گیری بیشتر از منابع آب خصوصا منابع آب زیرزمینی این سختی را برطرف نمود که از این میان متداول ترین و اقتصادی ترین روش برای حذف سختی کل آب و سختی گیری استفاده از دستگاه سختی گیر رزینی می باشد .
در ادامه به بررسی اینکه رزین چیست و دارای چه انواعی می باشد و همچنین به کاربرد آن در صنعت تصفیه آب پرداخته می شود.
رزین (Resin) چیست؟
رزین ها موادی هستند که دارای مولکول های بزرگی می باشند که دو سر آنها قطبی بوده و دارای بارهای مخالف می باشند، درنتییجه رزین ها چسبندگی خوبی را ایجاد می کنند. رزین ها در ساختن پلاستیک ها، چسب ها و ... کاربرد دارند.
رزین های موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می توانند یون های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می باشد به گونه ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده ها با محلول های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون ، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکال های آنیونی -(SO2) می باشد که کاتیون متحرکی مثل (H+) یا (Na+) به آن متصل هستند.
این کاتیون های متحرک می توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون های متحرکی مثل (CL-) یا (OH-) به آن متصل می باشد. در اثر تعویض یون ، کاتیون ها یا آنیون های موجود در محلول با کاتیون ها و آنیون های موجود در رزین تعویض می‌شود ، به گونه ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می ماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود. برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:
- خود دارای یون باشد.
- در آب غیر محلول باشد.
- فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، به طوریکه یون ها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.
در مورد رزین های کاتیونی هر دانه رزین با آنیون غیر متحرک و یون متحرک (H+) را می توان همچون یک قطره اسید سولفوریک با غلظت 25% فرض نمود. این قطره در غشایی قرار دارد که فقط کاتیون می‌تواند از آن عبور نماید.
جنس رزین چیست؟
جنس رزین با توجه به این که به دو صورت طبیعی و مصنوعی وجود دارد، متنوع است و هرکدام ویژگی های خاص خود را دارند. به طور کلی در تهیه رزین مصنوعی از انواع مختلفی از هیدروکربن ها استفاده می شود تا در نهایت ترکیبات پلیمری جهت ساخت رزین ایجاد می شوند. در تعیین جنس رزین باید نوع رزین را در نظر گرفت.
طبقه بندی رزین‌ها :
رزین ها بر حسب گروه عامل تعویض متصل به پایه پلیمری رزین به چهار دسته تقسیم می‌شوند:
- رزین های کاتیونی قوی SAC) Strong acidis Cation)
- رزین های کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidis Cation)
- رزین های آنیونی قوی SBA) Strong basic anion)
- رزین های آنیونی ضعیف WBA) Weak basic anion)
بطور کلی رزین های نوع قوی در یک محدوده وسیع pH و رزین های نوع ضعیف در یک محدوده کوچک از pH مناسب هستند. ولیکن با استفاده از رزین های نوع ضعیف ، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف مواد شیمیایی مورد نیاز برای احیاء رزین را سبب می شود. رزین های کاتیونی قوی قادر به جذب کلیه کاتیون های موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیون های هستند که به قلیائیت آب مرتبط است.
مزیت رزین های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آنها در مقایسه با رزین های کاتیونی قوی می‌باشد ، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء مکرر می گردد. اصولا زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون های آب است به کارگیری توام رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی تر از به کارگیری رزین های کاتیونی قوی می‌باشد. رزین های آنیونی قوی قادر به جذب کلیه آنیون های موجود در آب بوده ولی رزین های آنیونی قادر به جذب آنیون اسیدهای قوی نظیر اسید سولفوریک ، اسید کلریدریک و اسید نیتریک می‌باشد. رزین های آنیونی ضعیف مقاوم تر از رزین های آنیونی قوی بوده و به همین جهت در سیستم های تصفیه آب ، رزین‌های آنیونی قوی در پایین دست رزین های آنیونی ضعیف قرار می گیرند.
سختی گیرهای رزینی بر اساس جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم های سدیم مثبت، که در رزین موجود در سختی گیر، موجود هستند، کار می کند. این رزین ها باید بطور متناوب احیاء بک واش (back wash) گردند تا از رسوب مواد معدنی سخت در آنها جلوگیری گردد. این کار با عبور دادن آب نمک، از رزین صورت می گیرد.
در طی فرآیند احیاء (بک واش)، آب سختی گیر به دور ریخته می شود، و در نتیجه فقط آب سخت در دسترس خواهد بود. این کار معمولا در طی مدت زمان شب انجام می گیرد. یک راه حل دیگر، استفاده از دو منبع رزین می باشد به طوریکه وقتی یکی از آنها در حال احیاء می باشد، دیگری سرویس می دهد.
سوالی که برای افراد در رابطه با رزین پیش می آید این است که، کاربرد رزین چیست یا کاربرد رزین در تصفیه چیست؟ در تصفیه آب از رزین برای حذف کلسیم، منیزیم و از بین بردن سختی آب (سختی آب یکی از مهم ترین مشکلات آب است که تهدیدی برای سلامتی انسان ها محسوب می شود) استفاده می شود. در انجام این کار از رزین تبادل یونی تصفیه آب استفااده می شود. به این صورت که ذرات رزین از طریق تبادل یونی با ذرات معلق در آب با بار منفی یا مثبت به وسیله کاتیون ها یا آنیون های فعال خود موجب خنثی سازی خود و ذرات معلق آب می شوند و از این طریق سختی آب را کاهش می دهند. نام دیگر این نوع رزین تصفیه آب، رزین آنیونی و کاتیونی است.
مزایای رزین تصفیه آب
سختی گیر های تبادل یونی، تمامی نیاز های آب نرم واقعی را برای مصارف خانگی و صنعتی، برآورده می کنند.
معایب رزین تصفیه آب
اشکالات اصلی سختی گیر های تبادل یونی عبارتند از :
- گران بودن آنها، بالا بودن هزینه راه اندازی و نگهداری آنها، و جاگیر بودن سختی گیر.
اشکال دیگر، این است که آب سختی گیری شده حاوی سدیم بوده که برای آشامیدن مناسب نیست. البته این مشکل را می توان با درنظر گرفتن یک خروجی که آب سختی گیری نشده از آن بیرون می آید، حل نمود. یک راه حل دیگر برای از بین بردن محتویات سدیم، استفاده از دستگاه تقطیر کننده آب می باشد.
مقاله فیلتر ممبران چیست؟ را در آب کالا بخوانید.
مطالب مرتبط :
فیلتر پلی فسفات