Żywice jonowymienne w uzdatnianiu wody: Rodzaje i zastosowanie
- Szczegóły
W licznych artykułach i wypowiedziach ekspertów można znaleźć informację, że sercem i jednym z najważniejszych elementów każdego zmiękczacza wody jest złoże filtracyjne. W większości urządzeń tego typu na rynku stanowi je żywica jonowymienna. Czym jest i co warto wiedzieć na jej temat?
Czym jest żywica jonowymienna?
Żywica jonowymienna należy do grupy jonitów, inaczej nazywanych sorbentami jonowymi. Są to wielkocząsteczkowe ciała stałe charakteryzujące się usieciowioną strukturą. Żywica jonowymienna to substancja, która ma zdolność wymiany jonów. Jest wykorzystywana między innymi w procesach separacji, oczyszczania i uzdatniania.
Substancja najczęściej występuje w formie bardzo małych kulek o żelowej konsystencji. Średnica mikrogranulek wynosi nie więcej niż 0,5 mm. Drobne ziarna mają przeważnie kolor jasnożółty oraz porowatą strukturę. Dzięki temu mają bardzo dużą powierzchnię, zarówno na zewnątrz, jak i w ich wnętrzu.
Rodzaje żywic jonowymiennych
Najpopularniejsze rodzaje żywicy to żywica anionowa i kationowa. Żywica anionowa ma ładunek dodatni i przyciąga jony naładowane ujemnie. Natomiast kationowa jest jej przeciwieństwem. Dzięki ujemnemu ładunkowi przyciąga jony o ładunku dodatnim.
W zmiękczaczach wody możemy spotkać się z dwoma rodzajami żywicy jonowymiennej. W niektórych modelach producenci piszą o obecności żywicy polisferycznej, inni z kolei chwalą się tym, że stosują wyłącznie żywicę monosferyczną. Przede wszystkim chodzi tu o budowę każdej z cząsteczek złoża. W obu przypadkach mamy do czynienia z małymi kulkami o żelowej konsystencji.
Przeczytaj także: Wybór żywic do zbiorników z wodą
- Żywica polisferyczna: to ziarna o różnej wielkości - mniejsze i większe cząstki składają się na powierzchnię filtracyjną.
- Żywica monosferyczna: zapewnia bardziej wyrównany rozkład przepływu wody. To oznacza, że woda ma szansę zostać dokładniej zmiękczona.
Ponadto podczas badań nad żywicą monosferyczną zauważono, że powoduje mniejsze spadki ciśnienia, jest bardziej odporna mechanicznie i chemicznie. Co za tym idzie, jest zwyczajnie bardziej trwała, ma większą żywotność i potrzebuje mniej regenerantu do oczyszczania.
Zastosowanie żywic jonowymiennych w uzdatnianiu wody
Ze względu na właściwości zmiękczające wodę, żywica jonowymienna jest wykorzystywana w dziedzinie filtracji wody. Stosuje się ją jako element mieszanki filtrującej. Zmiękczanie wody to niejedyne zastosowanie złoża jonowymiennego. Służy między innymi do oczyszczania wody z innych niebezpiecznych lub niepożądanych substancji.
Uzdatnianie wody metodą wymiany jonów polega na przepływie wody zawierającej jony wapnia i magnezu przez warstwę wymieniacza jonowego tzw. jonitu. Substancje takie, posiadające charakter kwasów lub soli kwasów mają zdolność wymiany tylko kationów i nazywane są kationitami.
Dzięki temu wyjątkowemu atrybutowi jonity znalazły szczególnie szerokie wykorzystanie przy zmiękczaniu i demineralizacji wody. W instalacjach nastawionych na redukcję twardości oraz demineralizacji wody stosuje się natomiast żywice jonowymienne, w tym kationowe i anionowe, które kontrolują wymianę jonów wapnia i magnezu na jony sodu.
Proces zmiękczania wody
Złoże filtracyjne w zmiękczaczach wody to w rzeczywistości ziarna o porowatej strukturze, które obecne w ogromnych ilościach, tworzą powierzchnię filtracyjną. Naładowane ujemnie ziarno żywicy jonowymiennej przyciąga do swojej powierzchni dodatnio naładowane jony sodu. Jony sodu są mobilne, co oznacza, że mogą być wymieniane na inne dodatnie jony.
Przeczytaj także: Wymagania dotyczące wilgotności posadzki
Gdy twarda woda wpływa na złoże filtracyjne, jony wapnia i magnezu o silniejszym ładunku dodatnim wypierają jony sodu z żywicy. Wapń i magnez pozostają na złożu jonowymiennym, natomiast jony sodu trafiają do wody. Gdy już wszystkie jony sodu zostaną zastąpione jonami magnezu i wapnia, brakuje miejsca na przyjmowanie nowych, a tym samym nie ma szans na wydajną redukcję stopnia twardości wody.
Regeneracja żywicy jonowymiennej
Dzięki zastosowaniu roztworu solanki następuje proces odwrotny niż podczas zmiękczania wody. To znaczy, że jony wapnia i magnezu zalegające na złożu są zamieniane na neutralne jony sodu. Po pierwsze i najważniejsze, usuwa jony wapnia i magnezu zatrzymane przez żywicę. Po drugie usuwa pęcherzyki i nieregularne puste przestrzenie między ziarnami złoża jonowymiennego.
Zdolności jonowymienne żywicy zmniejszają się o pewien procent po każdej regeneracji. Duży wpływ na skrócenie żywotności żywicy jonowymiennej mają zanieczyszczenia znajdujące się w wodzie.
Wpływ twardej wody i korzyści z jej zmiękczania
Twarda woda to dość dokuczliwe zjawisko, występujące na terenie całej Polski. Borykają się z nim właściciele niewielkich mieszkań, sposobu na zwalczenie skutków szukają mieszkańcy domów jednorodzinnych. Lista szkód, jakie powoduje jest bardzo długa.
Wysoka twardość wody, czyli zawartość rozpuszczonych związków głównie wapnia i magnezu, jest bez wątpienia jedną z największych uciążliwości użytkowych podczas korzystania z wody. Skutki twardej wody odczuwalne są podczas eksploatacji budynków mieszkalnych, ale również w instalacjach budynków usługowych i przemysłowych wielu branż.
Przeczytaj także: Technologie oczyszczania wody: Przegląd
Negatywne skutki twardej wody
Do najbardziej uciążliwych skutków twardej wody podczas eksploatacji budynków mieszkalnych należą:
- powstawanie trudnych do usunięcia osadów na bateriach, wannach, kabinach prysznicowych, sanitariatach, płytkach ściennych;
- odkładanie tzw. kamienia kotłowego na wszystkich elementach stosowanych do podgrzewania wody;
- odkładanie się osadów na wewnętrznych powierzchniach rur, co prowadzi do zmniejszenia ich prześwitu i w konsekwencji wzrostu strat ciśnienia;
- większe zużycie środków myjących, piorących i czyszczących w wyniku zmniejszonego pienienia się detergentów w twardej wodzie;
- nadmierne wysuszanie skóry oraz włosów;
- sztywne tkaniny po praniu, co wymaga zastosowania większych ilości płynów zmiękczających.
Korzyści z użytkowania miękkiej wody
Do najważniejszych zalet użytkowania miękkiej wody należą:
- długotrwałe zachowanie czystości wanien, kabin prysznicowych, płytek, urządzeń sanitarnych oraz wylewek i baterii;
- większy komfort korzystania z wody (miękka skóra, włosy oraz prane tkaniny);
- mniejsze straty ciśnienia wody w instalacji w wyniku braku obrastania wewnętrznych powierzchni rur osadem;
- mniejsza awaryjność urządzeń podgrzewających wodę oraz domowego AGD;
- mniejsza częstotliwość przerw w pracy instalacji technologicznych lub hodowlanych wywołanych blokowaniem elementów urządzeń drobnym osadem powstałym z twardej wody;
- mniejszymi stratami energii cieplnej w wyniku braku warstwy kamienia kotłowego na powierzchniach grzewczych urządzeń;
- mniejszym zużyciem detergentów do prania, zmywania, sprzątania, itp.
Zmiękczacze wody
Zmiękczacze wody to urządzenia często i chętnie polecane przez ekspertów z branży uzdatniania wody. Główną zaletą jest skuteczność. To urządzenia centralne, a więc zmiękczają wodę kierowaną na całą instalację. Dość istotną kwestią jest dobór właściwego zmiękczacza wody do potrzeb domowników.
Znanych jest kilka sposobów usuwania twardości wody, jednak tylko zmiękczanie wody wykorzystujące proces wymiany jonowej jest sposobem o potwierdzonej skuteczności, znanym od wielu lat, bezpiecznym oraz łączącym w sobie niskie koszty inwestycyjne, oraz eksploatacyjne.
Budowa zmiękczacza wody
Każdy zmiękczacz wykorzystujący proces wymiany jonowej składa się z kilku podstawowych podzespołów:
- Kolumna jonitowa (wymiennik jonowy) z żywicą jonowymienną.
- Głowica sterująca.
- Zasobnik na sól tabletkowaną.
- Zawór podmieszania.
- System dystrybucji wody.
- Układ króćców wlotu wody twardej, wylotu wody miękkiej, odprowadzenia popłuczyn do kanalizacji oraz podłączenia przewodu od zbiornika na sól tabletkowaną.
Zasada działania zmiękczacza wody
W dużym uproszczeniu zasada działania zmiękczacza wody wykorzystuje proces wymiany jonowej, który odbywa się podczas przepływu twardej wody przez złoże zmiękczające. Podczas tego procesu dochodzi do wymiany jonów odpowiedzialnych za twardość wody (wapń i magnez) na jony sodu, którego związki nie są już tak uciążliwe z użytkowego punktu widzenia.
Proces usuwania twardości wody można podzielić na dwa podstawowe etapy związane z pracą zmiękczacza:
- Etap zmiękczania wody: zasadniczy proces, w którym jony magnezu i wapnia zamieniane są na jony sodu w procesie wymiany jonowej.
- Etap regeneracji zmiękczacza: składa się z kilku procesów, jednak w zależności od rodzaju zmiękczacza mogą one przebiegać w różnej kolejności lub być pominięte.
Podsumowanie
Żywice jonowymienne odgrywają kluczową rolę w procesach uzdatniania wody, szczególnie w zmiękczaniu wody. Dzięki swoim właściwościom wymiany jonowej, są w stanie skutecznie redukować twardość wody, co przekłada się na liczne korzyści zarówno w gospodarstwach domowych, jak i w przemyśle. Wybór odpowiedniego rodzaju żywicy oraz dbałość o jej regularną regenerację są kluczowe dla zapewnienia długotrwałej i efektywnej pracy systemów uzdatniania wody.
tags: #żywice #jonowymienne #uzdatnianie #wody #rodzaje #zastosowanie
