ионообменная смола для умягчения воды какая лучше
Ионообменная смола для умягчения воды
Существует множество способов сделать питьевую воду максимально безопасной. Когда-то наши бабушки и дедушки не слышали про системы фильтрации. Сегодняшняя экология усложнила ситуацию с питьевой вода. Постоянная очистка нагревательных приборов от налета накипи заставляет познать жесткость воды и задуматься о качестве питьевой воды.
Удаление солей жесткости, которые откладываются на бытовых приборах, возможно с помощью специальных умягчителей. Многие системы фильтрации используют ионообменную смолу для умягчения воды. Рассмотрим более подробно виды смол, их принцип работы и для чего они в системе очистки.
Классификация ионообменных смол
В борьбе с солями кальция и магния отличным вариантом будут безреагентные умягчители воды. Большая часть смягчающих фильтров работает с помощью реагентов. Вода получает нужный состав благодаря фильтрующей массе и реагентам. Последние могут так же восстанавливать фильтрующие среды. Основой фильтра-ионообменника является смола.
Ионообменная смола для смягчения воды используется во многих сферах:
Основой смолы являются иониты – нерастворимые полиэлектролиты. Различают искусственные, природные и синтетические смолы.
Ионит имеют форму заряженного каркаса с ионами противоположного знака. При контакте ионов каркаса с ионами другого знака происходит смена ионитов.
Направление заряда приводит к делению ионов на амфолиты. К ним прибавляются отрицательные катиониты с положительными аонитами. Катионы притягиваются к катионитам, а анионы – к аноитам.
Каркас может иметь различную основу: химическую, нехимическую, минерально-органическую. Она является сочетанием органики и синтетических ионитов. Если каркас гелиевый, то в него макропористые или гелиевые иониты. Они активны в набухшим состоянии при увеличении объема до 3 раз. Однако их ресурс иссякаем. При ликвидации всех мостиков-сшивок смола перестает смягчать воду.
Существуют смолы с равномерным распределением мостиков – изопористые иониты. При большем впитывании они увеличиваются сильно в объеме.
Набухание ионитов гелиевой основы вызвано раскрытием гранул подобно бутону цветка. Гелиевая структура не имеет сплошных стенок и не однородна. Минусом гелиевых смол является их неспособность поглощать большие органические вещества и ионы. При фильтрации может произойти «отравление смолы» — закупорка пор.
Сегодня наиболее применяемыми являются макропористые иониты. Их преимуществами являются малое изменение объема, хорошо адсорбируют, имеют продолжительные обменные реакции, большую скорость фильтрации, прочные и жесткие. Поры в микропористых смолах являются результатом искусственного процесса: добавление жирных кислот, спиртов и гептана.
Если сравнить существующие виды ионитов, то видно:
Принцип работы ионообменной смолы
ИВ — исходная вода; OS — обработанная вода; Р — реагент
Смолы для умягчения начали применять только во второй половине прошлого века и быстро себя изжили. В XX веке было сделано максимальное число открытий в области очистки воды. Пик популярности ионообменных смол был в 80-90-ые годы. Потом их стали вытеснять мембраны и обратный осмос. Сегодня смолы для смягчения воды популярны в системах очистки, но не занимают лидирующие позиции.
Для большего понимания принципа работы ионообменную смолу можно сравнить с икрой. Неопытный человек может с первого взгляда перепутать ее с белужьей.
Ранее уже говорилось, что смола для умягчения воды может состоять из трех видов ионитов: аниониты, катиониты и аониты. Наиболее распространенные аониты. Суть разделения в том, что каждый вид может замещать исключительно одноименные иониты.
Аниониты могут иметь сильную или слабую основу, а так же промежуточную и смешанную. Катиониты обладают слабой или сильной кислотностью. Сильная основа анионитов позволяет совершать обмен при любом кислотно-щелочном балансе, слабая – только до 6. Катиониты сильной кислотности могут обмениваться при любом рН, а слабокислотные – до 7.
Таким образом, ионообменная смола умягчает воду, но почти не очищает ее от других примесей. Она может полностью устранить жесткость. Возможно несколько раз прогонять воду через фильтр, что бы сделать ее более мягкой. При каждой очистки увеличивается концентрация натрия, большое значение которой является опасным для человеческого организма.
Иониты могут иметь солевую или смешанную форму. Основу солевой составляют натриевые и хлористые соединения, а смешанной – натрий-хлор или гидроксил-хлорид.
Ионообменные смолы используются в фармакологии, пищевой промышленности, на АЭС для очистки конденсата и т.д.
Иногда дополнительно используют таблетированную соль для умягчения воды. Но обычная столовая соль в таблетках вымывает ионообменные смолы из фильтра. Со временем смола потрескается и утратит свои фильтрующие способности.
Таблетированная солью может восстановить ионнообменную смолу. Продают ее в больших пакетах по 25 кг.
Как выбрать?
Сегодня во многих магазинах на прилавках легко найти смолу для ионообменного фильтра. Если уже известна марка и зарекомендованной производитель ионообменной смолы, то ее быстро можно найти в интернете.
Основным показателем эффективности работы является влажность, а не поглощение. В смоле присутствует химически связанная влага. Ее удаление ведет к разрушению ионообменной смолы для умягчения воды.
Далее следует обратить внимание на емкость ионов – рабочая, объемная, весовая. Объемная и весовая являются стандартными характеристиками, которые определяются в лабораторных условиях. Они всегда указаны в паспорте продукции.
Рабочую емкость измерить невозможно. Она зависит от формы и глубин фильтрующего слоя смолы. Так же важны и входные параметры очищаемой воды.
Следует обратить внимание на скорость фильтрации, уровень восстановления, размер задерживаемых частиц и т.д.
Для удаления из воды солей жесткости, растворенных металлов и органических соединений уже более 50 лет используют иониты:
Иониты — это вещества (материалы), способные при определенных условиях заменять определенные ионы в растворах на другие. В бытовой водоочистке используются иониты:
требующие регенерации поваренной солью NaCl, соляной кислотой HCl или гидроксидом натрия NaOH — в зависимости от типа материала.
Процесс удаления растворенных солей и металлов на ионообменных смолах называется умягчением (ионным обменом, катионированием, применяют также вводящие в заблуждения определения: «комплексная очистка», «универсальная очистка»)
Изначально в бытовых условиях этот метод применялся в основном для удаления солей жесткости (соли кальция, магния) путем натрий-катионирования. Однако, сейчас есть большой выбор ионообменных смол и для удаления железа, марганца, а также органики с помощью МИКСОВ (смесей) катионитов и анионитов.
Пример марок таких смол: АПТ-2, Ecomix, Ecotar, Ferosoft, Promix, Ionofer и прочие.
Также надо понимать, что выбор ионообменных смол сейчас огромный. Есть селективные смолы (которые удаляют в первую очередь конкретные элементы: нитраты, бор, кремний и т.д.) — они очень дорогие и в бытовых условиях применяются редко. В основном используются катиониты, антониты и миксы для удаления широкого спектра загрязнений.
Ионообменные смолы — это очень обширная тема. Мы говорим здесь исключительно о бытовой водоочистке и я буду сообщать только то, что следует знать о смолах в ключе нашей задачи — очистить воду в частом доме, либо на малом производстве от растворенных солей и металлов.
Что представляет из себя ионообменная смола?
Ионообменные смолы к смоле в прямом смысле слова отношения не имеют. Они изготавливаются из твердых нерастворимых в воде синтетических полимеров. Гранулы смолы — шарики правильной формы размером от 0,2 до 1,2 мм диаметром. Гелевой или макропористой структуры.
Шарики смолы похожи на мелкую икру щуки или на «тобико» — икру летучей рыбы. Монтажники водоочистки, даже называют смолу «икрой» на профессиональном сленге.
Смолы бывают монодисперсные — где все «икринки» одинакового размера — это позволяет обрабатывать воду быстро с малым сопротивлением и высокой степенью «очистки». А бывают смолы полидисперсные с различным размером гранул, например, ионообменные «миксы» для удаления широкого спектра загрязнений имеют в своем составе частицы разного размера.
Суть процесса умягчения
суть процесса принципиально отличается от обезжелезивания.
Смолы не окисляют и не переводят растворенные вещества в твердую форму для последующего фильтрования, а, наоборот — забирают из раствора ионы (диссоциированные соли) кальция, натрия, железа, марганца и т.д. и замещают их на катионы натрия, который не придает воде такого свойства оставлять следы и накипь, как жесткость.
Есть ионообменные смолы для глубокой деминерализации воды. Они регенерируются не солью, а кислотой, щелочью в зависимости от типа и выделяют при ионном обмене ионы H+ и OH- в зависимости от типа смолы, тем самым смещают pH воды в ту или иную сторону. Также есть смолы для глубокой очистки воды, которые работают на истощение. Их не регенерируют, а просто меняют смолу на новую.
В данной статье мы будем говорить только о натриевых смолах, которые работают за счет регенерации солью NaCl, так как они наиболее применимы в бытовых условиях. Остальные смолы нужно регенерировать агрессивными веществами, поэтому их применяют в основном на производствах.
В процессе работы Na-катионита (на стадии насыщения) — ионообменной смолой поглощаются из воды положительно заряженные ионы кальция, магния, железа, марганца и выделяется в воду натрий. Общая солевая насыщенность воды (TDS) при этом остается неизменной или даже возрастает. Это зависит от типа растворенных веществ, которые забирает смола и их концентраций, конечно.
Исходя из вышесказанного возникает важный параметр ионообменных смол — ионообменная емкость смолы.
Ионообменая емкость
Емкость смолы для простоты объяснения сути процесс — подобна емкости электрической батарейки.
Есть запас натрия на стенках пор частиц смолы, который в процессе ионного обмена постепенно покидает смолу, замещаясь кальцием, железом и т.д., тем самым снижается способность смолы забирать из воды растворенные вещества.
Когда заканчивается натрий в смоле — прекращается и очистка, вода проходит через толщу смолы не изменяя своих свойств.
Чтобы очистка воды от солей не прекращалась рассчитывают так называемый фильтроцикл смолы, исходя из общей ионообменной емкости загрузки умягчителя поделенной на сумму количества загрязнений воды по формуле:
Железо*1,37+Марганец*2+Жесткость = Общее количество загрязнений мг экв/л
Емкость смолы обозначается разных странах различными единицами:
В Росси жесткость обозначается в градусах = граммам экв. на литр смолы. Вот такими емкостями обладают некоторые смолы :
приведены ориентировочные данные, есть нюансы, читайте инструкции производителей смол!
На практике емкость смолы рассчитывают с уменьшенным значением исходя из соображения, что смола работает в не идеальных условиях + учитывается погрешность в анализе воды. Для катионитов принимаем значение емкости 1.5 гр/л, для миксов 1 и 0,6 — примерно так.
По факту точное значение емкости смолы определяется только наблюдением за работой умягчителя. Когда ионный обмен прекращается — смотрим сколько воды прошло очистку и выставляем значение на автоматике с небольшим запасом.
Кроме того, емкость ионообменной смолы может постепенно снижаться из-за засорения смолы окисленным железом и взвешенными веществами.
В таком случае помогает промывка смолы кислотой или специальным средством очистки ионообменных смол:
БОС, Ферронет, ProRustOut
Загадочное понятие эквивалента
Когда мы говорим о емкости ионита в численном выражении, мы используем единицы миллиграмм эквивалент на литр смолы (мг.экв/л). Что же такое эквивалент?
Эквивалент вещества — это реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или другим способом быть эквивалентна катиону водорода в кислотно-основных (ионообменных) химических реакциях или электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
Определение выше взято из Википедии. Более подробное объяснение понятия эквивалент здесь (ВИДЕО).
Простыми словами эквивалент не прямо указывает на массу вещества, а сообщает об его относительной молярной массе его ионов равной массе ионов с противоположным знаком, которые требуются для того, чтобы образовать молекулярную связь и привести ионы в равновесие. Сложно, да?
Но есть хорошая новость — разбираться в этом совершенно нет никакой необходимости. Выбросьте это из головы. Для успешного подбора, расчета, монтажа и эксплуатации умягчителя вникать в понятие эквивалента не нужно.
Я больше не буду возвращаться к этой теме, мы будем игнорировать «экв.» и говорить о жесткости «мг/л» для простоты, хотя это и не совсем верно. Для наших целей понятие эквивалента не актуально.
Фильтроцикл — последовательность стадий насыщения и регенерации
Мы заранее рассчитываем работу умягчителя таким образом, чтобы сделать регенрацию (промывку) смолы раствором поваренной соли до наступления ощутимого снижения качества очистки.
Этот цикл называется в водоочистке фильтроциклом.
Проще говоря — фильтоцикл — это количество полученной чистой воды между регенерациями.
Желательно, чтобы работы бытового умягчителя без промывки хватало примерно на 1 неделю или примерно равно необходимому недельному расходу воды. Это мое сугубо личное профессиональное представление о бытовом расходе воды, у Вас могут быть другие требования. Например, раз в 3 дня или раз в 3 недели — дело Ваше. Смысл в том, чтобы умягчителем было удобно пользоваться. Раз в неделю ночью происходит промывка умягчителя автоматически. Нужно только следить за уровне соли в солевом баке. И вода всегда будет мягкая.
Если речь идет об очистке воды на производстве — там фильтроцикл может быть и 12 часов, главное рассчитать все так, чтобы фильтр не требовал промывки во время активной фазы водоразбора.
Производительность умягчителя
Благодаря сферической форме и одинаковому размеру гранул у ионообменной смолы очень хорошие дренажные свойства. Через умягчитель можно пропустить довольно большой объем воды в час без существенной потери давления на выходе.
Однако! Ионный обмен не происходит моментально. Реакция ионного обмена занимает некоторое время, поэтому важным параметром работы умягчителя является СКОРОСТЬ движения воды внутри колонны.
Скорость помноженная на площадь сечения (поле фильтрации) баллона дает нам представление об объеме очищаемой воды в час, иначе говоря — о ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ.
Итак, у нас есть два новых параметра — скорость и производительность!
Скорость фильтрации
И наоборот, чем медленнее движется вода через толщу смолы — тем дольше контакт ионообменного материала с водой и, соответственно, более полноценно происходит реакция обмена, на выходе вода будет чище.
Чем грязнее вода — тем медленнее надо прогонять воду через смолу для хорошей очистки.
Глядя на смолу мы видим гладкие шарики, но на самом деле они пористые и стенки этих пор тоже представляют собой рабочую поверхность, на которой закреплен натрий, готовый к обмену с кальцием и другими катионами. Тем не менее, поверхность крупиц тоже работает и чем мельче фракция смолы — тем больше ее рабочая поверхность и, соответственно, скорость обмена больше. Но при этом чем смола мельче, тем хуже ее дренажные свойства.
Баланс между площадью рабочей поверхности и дренажными свойствами, видимо, был найден производителями в размере частиц 0,3-0,5 мм, но некоторые смолы выпускаются и более мелкой фракции.
Как бы там ни было — каждый ионообменный материал имеет максимально допустимую скорость фильтрации. Нужно смотреть мануал от производителя на фильтрующий материал, чтобы получить эту информацию из первоисточника.
Например, скорость фильтрации для Lewatit S 1567 рекомендуется производителем не более 60 метров в час, правда, не уточняется при каких именно условиях. Но для большинства ионообменных смол скорость фильтрации принимается за 15-20 метров в час. Особенно это касается смол для удаления из воды железа и марганца.
Условия эксплуатации ионообменных смол
Иониты прекрасно удаляют растворенные вещества, однако, они легко загрязняются взвесями — особенно трехвалентным железом. Поэтому в воде, которая проходит очистку ионообменной смолой не должно быть взвешенных веществ, а если вода железиста, то не должно быть и кислорода, ведь железо окисляется и образует частицы гидроокиси, которая губительно влияет на смолу. Присутствие сероводорода не желательно и может негативно сказываться на работе некоторых ионообменных загрузок. Об этом говорится в инструкциях производителей, которые следует лично читать прежде, чем выбрать тот или иной продукт для своей системы водоочистки. Воду, которой предстоит очистка в умягчителе желательно предварительно осветлять с помощью магистральных фильтров с полипропиленовыми картриджами, либо на специальных загрузках с помощью обезжелезивателя.
Вода входит в колонну по трубе от 16 до 32 мм диаметром, расширяется на весь диаметр колонны и продолжает движение вниз через толщу смолу с заметно меньшей скоростью, чем она шла по трубе. Затем у дна колонны вода проникает в центральную трубку, поднимается по ней и, проходя через клапан управления, по трубам поступает к потребителю. Потребитель открывает краны в доме — иногда 1 кран, а иногда и несколько.
Типичная картина: вечер, вся семья в сборе, вода хлещет из всех кранов: стирает машинка, моется посуда на кухне, на втором этаже наполняют ванну, сливаются унитазы… одновременно.
Чтобы в доме не ощущалось перепадов давления при открытии нескольких кранов сразу нужна хорошая производительность системы.
Мы считаем максимальное количество потенциально открытых кранов — это и будет необходимая производительность умягчителя.
Как рассчитывать фильтроцикл и производительность?
Дома разные и в них живут разные люди. Кто-то приезжает на выходные вдвоем, другой живет постоянно с большой семьей.
Кто-то любит принимать ванну утром и вечером, а другой работает тренером в спортзале и ему хватает душа на работе. Ему вода нужна только, чтобы посуду мыть.
У третьего автомойка или фермерское хозяйство и ему воды надо в день по 10 кубов! Как бы там ни было — вопрос расчета не представляет больших трудностей.
Для расчета фильтроцикла будущего спасителя умягчителя будем действовать по шагам:
Этап 1. Необходимый фильтроцикл
Подумайте, каков желаемый фильтроцикл? Для бытовых нужд — одна-две недели — оптимально. Чаще, чем раз в неделю не нужно, а реже 1 раза в 2-3 недели не очень хорошо, все-таки смола накапливает в себе всякие загрязнения механического характера и их надо смывать прежде, чем в смоле заведутся бактерии.
Предстоящий объем потребления воды просто прикиньте, посмотрите на счетчик. Поставьте счетчик в конце-концов и замерьте объем воды. Учитывайте сезонность и тот объем воды, который используется без предварительной очистки — вода в саду, например.
Допустим, в среднем Ваша семья потребляет 13 м3 воды в месяц. В нашем примере мы принимаем желаемый фильтроцикл 1 промывка через каждые 10 дней. Значит: нам нужна промывка через каждые 4,5 куба.
Этап 2. Максимальная (пиковая) производительность
Прикиньте соотношение максимального количества потенциально открытых кранов в доме, когда вся семья дома.
Вам поможет эта таблица производительности:
Допустим, у нас в доме 2 санузла:
1) СУ 1: Унитаз и раковина
2) СУ 2: Душ, унитаз, раковина
+ кухня и стиральная машинка
А в доме живет всего 3 человека. Мама, папа и взрослая дочь. Итак, одновременно может быть открыто по 1 крану в каждом СУ, на кухне моется посуда + стирает машинка. И судя по таблице максимальная производительность будет: 12+5+7+4 = 28 литров в минуту. Умножим на 60 мин — получаем 1,7 куба в час. Это именно максимальная производительность и она будет достигаться в очень редких случаях. Наиболее вероятно, что обычно скорость разбора воды не будет превышать 1,5 куба в час. Поэтому, глядя на картинку более реалистично берем в расчет 1,5 куба воды в час
Этап 3. Расчет количества удаляемых веществ
Это очень просто! Если требуется только умягчение, то мы просто берем жесткость воды из анализа, смотрим сколько там мг/л солей жесткости. Если помимо солей жесткости требуется удаление железа/марганца — то мы считаем сумму загрязнений по формуле:
Железо*1,37 + Марганец*2 + Жесткость = Общее количество загрязнений мг экв/л
таким пересчетом мы приводим все загрязнения к общему знаменателю так сказать… к эквиваленту жесткости.
Для удобства расчета я придумал КАЛЬКУЛЯТОР УМЯГЧИТЕЛЯ — пользуйтесь, но смотрите только не ломайте :))
Калькулятор показывает какую надо взять колонну, сколько смолы и главное — какую смолу сыпать!
Вам останется только прислать мне свой заказ на ватсап. Я вышлю Вам оборудование транспортной компанией за пару дней в любой город России.
Сам калькулятор доступен по ссылке в виде гугл-таблицы — пользуйтесь. (ЛИСТ — «расходы воды»)
Допустим, в нашей воде 0,7 мг растворенного двухвалентного железа, 0,18 мг марганца и 6,4 мг/л солей жесткости. В таком случае расчет следующий: 0,7*1,37+0,18*2+6,4 = 7,74 общее количество удаляемых веществ
Этап 4. Подбор размера колонны и количества смолы
Для умягчителей используются колонны (корпуса фильтров) для водоподготовки стандартных типоразмеров. Они примерно одинаковы для всех производителей, делаются по неким мировым стандартам и взаимозаменяемы. Однако, могут быть небольшие отличия в размерах на пару сантиметров по высоте.
Колонну желательно брать неокрашенную, чтобы видеть на просвет, что там внутри происходит во время промывки. А чтобы свет не проникал внутрь колонны и там не развивались водоросли (как это происходит в аквариуме) следует надевать на колонну термоизоляционный чехол.
Как происходит фильтрация?
Как происходит регенерация?
Скорости умягчения
Умягчение. Как это работает?
На этом ВИДЕО очень классно показано общее устройство умягчителя. Четко,профессионально точно, коротко и ясно:
Метод посчета расхода соли:
2. Обменная емкость смолы = 1.2г*экв/литр смолы
Расход соли на регенерацию одного литра смолы возьмем = 120г/литр смолы
Жесткость = 32мг*экв/литр
Тогда на умягчение 1 литра воды будет затраченно следующее количество соли:
(120г/лсмолы)*(32мг*экв/л)/(1200мг*экв/л.смолы)=3,2г/л
Ионообменная смола: обзор картриджей и засыпок с катионитами
В проточных фильтрах и станциях умягчения воды в качестве основного фильтрующего материала используют ионообменную смолу. Есть несколько ее разновидностей, но чаще всего речь идет про катиониты. Т.е. те смолы, которые обменивают катионы тяжелых металлов из исходной воды на ионы натрия или калия.
Если интерес представляют лишь конкретные картриджи и засыпки 
Неоднородность цвета в большинстве случаев обусловлена разной влажностью
Характеристики
| Label 1 | Label 2 |
|---|---|
| Физическая форма | Сферические гранулы белого, желтого, черного или другого цвета. |
| Ионная форма | Обычно Na+, но бывает и K+. Показывает то, какими катионами смола будет обмениваться перед первой регенерацией. |
| Общая обменная емкость | Определяет максимальный объем воды, который способен умягчить литр смолы. Выражается в эквивалент/литр. Чем выше, тем лучше. Обычно равна 1,9-2 экв/л. |
| Диапазон pH | Допустимое значение pH для нормальной работы материала. Самые популярные катиониты работают во всем диапазоне при pH(0-14). |
| Максимальная температура воды | Обычно равна 120-150°C. Учитывая то, что в быту обычно умягчают холодную воду, этим свойством можно пренебречь. |
| Влагосодержание | Смола всегда должна находиться в увлажненном состоянии. Содержание влаги может составлять от 43 до 50%. Если упаковка вскрыта, то этот параметр будет низким – такой материал непригоден, т.к. его обменная емкость будет ниже паспортной. |
| Насыпная масса | Этот параметр помогает понять, сколько материала поместится в картридж или фильтрующую колонну. |
| Средний размер гранул | Чем однороднее состав, тем более предсказуемым будет результат. Лучше всего материал с разбежкой 0,2-0,3 мм, например, со средним размером гранул 0,6-0,8 мм. |
| Содержание мелких гранул (меньше 0,3 мм) | Чем меньше, тем лучше – ниже вероятность, что их вымоет в канализацию или в очищенную воду. Нормальным считается значение до 1%. |
| Содержание крупных гранул (больше 1,2 мм) | Чем больше, тем хуже – меньше совокупная поверхность гранул, вступающая в реакцию ионного обмена. Нормальным считается значение до 5%. |
| Label 1 | Label 2 |
|---|---|
| Скорость потока в рабочем режиме | Определяет скорость движения воды через фильтрующий материал. Указывается в виде диапазона. В среднем это 10-25 м/c, но бывают и более широкие разбежки для максимальной и минимальной скорости. |
| Высота слоя материала | Минимальная высота слоя, обеспечивающая качественную водоподготовку при указанных скоростях потока. Определяет то, насколько много засыпки требуется для наполнения колонны. Обычно высота составляет минимум 0,6 м. |
| Расширение | В рабочем режиме загрузка находится в состоянии кипящего слоя, т.е. исходный материал парит в потоках воды, что отражается показателем расширения в %. Обычно это 25-50% в зависимости от скорости потока. Исходя из этого рассчитывают размер колонны и количество засыпки. |
| Регенерант | Соль для приготовления регенерирующего раствора. Чаще всего используют таблетированную поваренную соль (NaCl). |
| Доза регенеранта | Количество соли для восстановления 1 л фильтрующего материала. Чем меньше, тем лучше. Нормальным считается расход в пределах 100-300 г/л. |
| Скорость потока регенеранта | Скорость, с которой происходит промывка смолы раствором соли. Чем выше, тем быстрее процессы. Варьируется в пределах от 1 до 12 м/ч. |
Принцип работы
Вода содержит некоторое количество ионов жесткости, т.е. кальция и магния. При пропускании через смолу они замещают катионы натрия, которые и поступают в умягченную воду. Меньше солей жесткости – больше солей натрия. Всем хорошо!
Реакция обратима, на чем и основана технология регенерации (восстановления) такого фильтрующего материала.
Регенерация
Нужно взять поваренную соль без каких-либо добавок и приготовить 30% раствор. Например, в 1 литр добавить стакан соли. Тут точность особо не важна. Соль должна полностью раствориться, поэтому можно использовать теплую воду, которую потом остудить до комнатной температуры.
А вот сколько выдерживать в такой воде, тут мнения разделяются.
Из инструкции Гейзер 
Из инструкции Аквафор Трио 
Из инструкции Аквафор Кристалл
Я рекомендую оставить это дело восстанавливаться с вечера до утра – вся емкость смолы должна вернуться.
Регенерация для самых жадных
Если картридж со смолой используется долго и пережил несколько регенераций солевым раствором. Если вы чувствуете, что как-то он не очень работает, и уже через неделю опять появляется накипь в чайнике. То все это говорит о том, что он хочет на покой. Но мы его так просто не отпустим.
Гипотетически гранулы могут покрыться налетом, препятствующим нормальному протеканию восстановительных процессов. Соответственно его нужно чем-то растворить. Будем использовать слабую кислоту.
В 1,5 литрах теплой воды растворите 50 г лимонной кислоты. Оставьте на время, чтобы температура опустилась до комнатной. Этим раствором необходимо залить смолу на 2-3 часа и оставить в покое. Потом промыть чистой водой и попробовать восстановить солевым раствором, как обычно.
Срок службы
Средний срок службы в зависимости от интенсивности использования фильтрующего материала составляет 3-5 лет. Это объясняется механическим истиранием гранул, постепенным вымыванием мелких частиц ионообменной смолы. При неправильной эксплуатации она может испортиться и на первом году, в идеальных условиях – прослужит до 10 лет.
Можно ли пить воду после ее очистки ионообменными смолами? Если говорить про обычные бытовые случаи умягчения жесткой воды, то можно, ведь именно для этого эти смолы и производят. Другое дело, что количество натрия в питьевой воде регламентируется тем же СанПиН 2.1.4.1074-01. По этим нормам натрий в воде относится ко 2-му классу опасности, т.е. это высокоопасное вещество.
Какие-то соли натрия есть в исходной воде, а если учесть и те, которые будут поступать из смолы в процессе умягчения воды, то можно предположить следующее:
Если умягчать очень жесткую воду (жесткость от 7 мг*экв/л и выше) таким способом, то натрия там будет реально много. Сколько именно? А давайте посчитаем!
Для упрощения предположим, что жесткость обусловлена только присутствием солей кальция. Обычно их больше, чем соединений магния, так что все нормально.
1 мг-экв/л = 20,04 мг/л Ca2+
У нас жесткость 7 и выше, принимаем равной 7.
Получается, что в этом случае в 1 л. воды будет содержаться около 140 мг солей кальция.
Считаем, сколько это моль: 0,14/40=0,0035 моль
Учитывая валентность, на обмен поступит в 2 раза большее количество натрия или 0,007 моль.
Считаем массу ионов натрия: 0,007*23=0,161 г или 161 мг.
Т.е. при верхнем пороге жесткости по действующему СанПиН количество натрия лишь приблизится к максимально допустимому его содержанию. Здоровые люди могут быть спокойны.
В то же время переизбыток солей натрия способен вызывать отеки вследствие задержки жидкости, вызывает повышение давления, провоцирует заболевания почек, печени, желудка, поджелудочной.
Неспроста есть такое понятие как гиперумягчение воды, с которым борются установкой байпаса, когда часть жидкости идет в обход ионообменного материала и только потом смешивается с умягченной.
Картриджи с ионообменной смолой
Они есть в ассортименте почти каждого производителя бытовых фильтров. Самые популярные приведены в таблице ниже.
| Наименование / Характеристика | Стандарт | Ресурс, л | Скорость умягчения, л/мин |
|---|---|---|---|
| Гейзер БС | 10Sl 20Sl 10BB 20BB | 500 1000 1500 2000 | 3 5 5 10 |
| Аквафор В510-04 | 10Sl | 6000* | 2,5 |
| Аквафор КН | для Кристалл | 6000* | 2 |
| Барьер Эксперт Смягчение | для Эксперт | 500 | 2 |
| Барьер Профи Смягчение | 10Sl 10BB 20BB | 500 1500 2100 | 2 10 10 |
| Aquafilter FCCST | 10Sl 10BB 20BB | 200 4000 8000 | 3 12 18 |
* Это значения, указанные производителем. На практике ресурс много меньше, 300-500 литров, как и у других картриджей стандарта Slim Line 10″.
Отдельно про ресурс
В идеальных условиях смола будет служить ровно до тех пор, пока количество поврежденных вследствие трения друг о друга гранул не превысит некоторого критического значения. Почему они трутся? Потому что через них проходит поток воды, который перемешивает материал. Об этом я говорил в части про срок службы.
А как происходит на самом деле? Часто производители указывают ресурс ионообменной смолы в литрах, понимая под этим, что материал будут своевременно восстанавливать раствором поваренной соли. Например, для картриджа Гейзер БС 500 литров – максимальный объем умягченной воды, если по мере необходимости пользователь будет его регенерировать. По факту о необходимости в этой процедуре забывают, частицы смолы засаливаются до такой степени, что их и не восстановить.
Подсказка. При использовании умягчителя с картриджем SL10″ в питьевых целях достаточно регенерировать каждые 2 недели. Тогда он прослужит долго.
Засыпки со смолами для станций водоочистки
| Dowex HCR-S/S | Puresin PC002 | Amberlite IRA 120 Na | Lewatit S 1567 | Purolite C100E | |
|---|---|---|---|---|---|
| Физическая форма | Гранулы янтарного цвета. | Светло-желтые гранулы. | Гранулы янтарного цвета. | Темно-коричневые гранулы | Светло-желтые гранулы. |
| Ионная форма | Na+ | Na+ | Na+ | Na+ | Na+ |
| Общая обменная емкость, экв/л | 1,9 | 1,9 | 2 | 2 | 1,9 |
| Диапазон pH | 10-14 | 0-14 | 0-14 | 0-14 | 6-10 |
| Максимальная температура воды, °C | 120 | 150 | 135 | 120 | 120 |
| Влагосодержание,% | 44-48 | 45-50 | 45-50 | 44-50 | 46-50 |
| Насыпная масса, г/л | 840 | 770-870 | 770-860 | 840 | 800-840 |
| Средний размер гранул, мм | 0,6-0,8 | 0,315-1,25 | 0,6-0,8 | 0,55-0,65 | 0,3-1,2 |
| Содержание мелких гранул, % | 1 | 1 | 2 | не указ. | 1 |
| Содержание крупных гранул, % | 2 | 5 | не указ. коэф. одн. 1,9 | не указ. коэф. одн. 1,1 | не указ. коэф. одн. 1,7 |
| Dowex HCR-S/S | Puresin PC002 | Amberlite IRA 120 Na | Lewatit S 1567 | Purolite C100E | |
|---|---|---|---|---|---|
| Скорость потока в рабочем режиме, м/ч | 5-50 | 10-25 | 5-40 | 5-60 | 8-40 |
| Min высота слоя материала, м | 0,8 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,6 |
| Расширение, % | 15-60 | 25-50 | не указ. | 20-240 | 50-75 |
| Регенерант | NaCl | NaCl | NaCl | NaCl | NaCl |
| Доза регенеранта, г/л | 60-250 | 112-300 | 80-250 | 70-120 | 60-320 |
| Скорость потока регенеранта, м/ч | 1-10 | 4-12 | 2-8 | 5 | 2-7 |
* Коэффициент однородности. Чем меньше, тем более однородный гранулометрический состав, тем лучше.
Каждый из этих материалов может быть использован для умягчения воды. Останется только найти наиболее подходящий вариант по цене и учесть характеристики смол для наполнения баллона.
Резюмируя все вышесказанное: катиониты эффективно умягчают воду и делают это долго, если своевременно промывать их раствором поваренной соли.
Возникли вопросы? Задавайте их здесь и я попробую ответить на них.
13 замечаний и предложений на “ Ионообменная смола: обзор картриджей и засыпок с катионитами ”
какая из опубликованных ионообменных смол можно применить для разделения белков,на аминокислоты?