Ионообменная очистка воды – советы по устройству

Воду, поступающая в наши квартиры и дома, нельзя назвать идеальной. Проходящая по магистралям централизованного водоснабжения, она имеет определенную степень очистки, но все же это вода невысокого качества. Вода из скважины вообще никак не очищается и содержит многочисленные примеси.

Одной из серьезных проблем качества питьевой воды является наличие в ней солей жесткости (кальциевая и магниевая соли). Об их пагубном воздействии на организм вы можете судить по осадку на поверхности труб, на стенках приборов и элементах бытовой техники. Из-за такого осадка электрочайник, бойлер, стиральная машина могут раньше времени выйти из строя. Все потому, что при нагревании из-за солей жесткости образуется накипь, создающий заторы в трубах. Для решения это проблемы используется ионообменная очистка воды.

Что такое ионообменная очистка воды

Кальциевая и магниевая соли не зря называются солями жесткости. Они делают воду жесткой. Эта вода крайне неблагоприятная для эксплуатации нагревательных приборов. А о том, как такие соли откладываются в организме человека, говорить и вовсе не приходится. На помощь приходят ионообменные фильтры.

Принцип их действия состоит в том, что специализированные материалы совершают химическую реакцию с водой. И в результате количество жестких солей уменьшается путем преобразования их в соли натрия.

Ионообменный материал находится в картридже фильтра, и именно он забирает магний с кальцием из воды, отдавая результат химической трансформации – натрий. Вода становится более мягкой и полезной.

Эти фильтры являются обязательными элементами предварительной очистки воды на многих промышленных предприятиях. В частности, ионообменная очистка воды производится в атомной и теплоэнергетике.

Ионообменная очистка воды имеет еще один неоспоримый плюс: она позволяет выборочно чистить воду, то есть удалять ненужные примеси, оставляя все остальные.

Ионообменная очистка воды осуществляется с помощью таких материалов:

• ионообменные смолы;

• специализированные волокнистые материалы;

• полимер на основе резорцина для комплексного удаления из воды вредных примесей – арагон.

Каждый из перечисленных материалов работает за счет ионитов – твердых веществ, не способных растворяться в воде. В растворах они осуществляют ионный обмен. Ионообменная очистка воды возможна при наличии двух видов ионов. Первые – содержатся в материале (ионы) и не переходят в раствор, а другие (противоионы) имеют противоположный знак и переходят в раствор, заменяя то же самое количество ионов другого вещества с тем же знаком. Таким образом происходит очищение раствора от тех ионов, которые были замещены процессом ионизации.

Выделим основные группы ионитов:

• амфолиты;

• катиониты;

• аниониты;

• селективные иониты.

Все иониты бывают органическими или неорганическими – все зависит от материала, который применяется для фиксации функциональных групп.

Амфолитами называют иониты, которые имеют два типа функциональных групп, потому они удаляют и катионы, и анионы.

Катиониты – это группа ионитов, которые содержат жестко зафиксированные анионы, а обмениваются свободными катионами. Как только ресурс катионов закончится, катиониты станут бесполезными.

Аниониты – в этой группе, напротив, обмен производится незакрепленными анионами. А катионы фиксированы и в обмене не участвуют. Когда анионы закончатся, анионитам нечем будет меняться с анионами, которые содержатся в растворе. Значит, для фильтрации они станут непригодными. В силу того, что производитель знает о емкости используемого для ионообменной очистки воды материала, он указывает период времени, в течение которого фильтр считается пригодным и будет успешно справляться со своей задачей.

Селективные иониты – это группа ионитов, которые действуют целенаправленно, удаляя из воды конкретные вещества. То есть их функциональные группы обмениваются только с ионами определенного вещества. Подобные иониты позволяют удалять из воды даже такие вещества, как бор, радионуклиды и некоторые тяжелые металлы.

Материал для фильтрации бывает регенерируемый, тогда его можно восстановить по истечении определенного срока. Нерегенерируемые фильтроматериалы просто заменяют по окончанию срока службы.

Все иониты отличаются друг от друга набором характеристик. По этим характеристикам мы и узнаем, как будет работать фильтр, который использует их в качестве очистительного материала. В конечном итоге, по характеристикам мы узнаем, как будет проходить ионообменная очистка воды. Вот наиболее показательные характеристики:

• Фракционный состав – по гранулометрическим характеристикам ионообменные смолы имеют предел 0,3–2,0 мм.

• Обменная емкость – показатель, отображающий количество мг-экв (единица измерения) примеси, которое фильтрующий материал способен удалить до окончания своего ресурса. Емкость фильтра для ионообменной очистки воды указывается в паспорте. Но при регулярном использовании материал стареет и загрязняется, поэтому надо учитывать, что обменная емкость ионита со временем падает. Показатель обменной емкости имеет большое значение, если речь идет об очистке сильно загрязненной воды (например, сточных вод).

• Селективность – направленность ионита на удаление конкретных веществ. Ионообменные смолы обычно не обладают высоким показателем селективности.

• Прочность к механическим воздействиям – к ним можно отнести и скачки давления в трубах, и истирание материала. Существует зависимость: чем выше прочность ионита, тем меньше его обменная емкость.

• Осмотическая стабильность – показатель, говорящий об устойчивости ионита к изменениям в составе воды и воздействию различных веществ. Чем более спокойно ионит реагирует на постоянные изменения состава воды, тем выше считается его осмотическая стабильность.

• Химическая устойчивость – отсутствие влияния изменений химических показателей воды на работу ионита по ионообменной очистке воды (ровно реагирует на резко изменяющиеся условия кислотности и щелочности).

• Температурная стабильность – способность не изменять своих характеристик при резких изменениях температур воды. В основном многосоставные смолы работают на полную обменную емкость, заявленную в паспорте, при условии, что температура раствора не более 40° С, но часть смол прекрасно функционируют и при температуре до 150 °С.

Ионообменная очистка воды по праву завоевала свою популярность в сфере водоподготовки и фильтрации благодаря своей простоте и умеренным финансовым затратам.

Ионообменные фильтры для очистки воды

Размер фильтра ионообменной очистки воды подбирают в соответствии со степенью загрязненности воды, которая нуждается в фильтрации. Чем грязнее вода, тем больше фильтр. Так, ионообменные фильтры промышленного назначения имеют огромные габариты, тогда как бытовые фильтры успешно умещаются под мойкой.

Устройство для ионообменной очистки воды состоит из корпуса с фланцами для поступления и выхода потока газа. Материал корпуса должен иметь антикоррозийные свойства. В центре корпуса помещен сам блок фильтрации, содержащий ионообменный волокнистый сорбент «Фибан».

Фильтры для ионообменной очистки воды, как правило, реализованы в двух видах:

• компактные модели со сменным картриджем;

• объемные колонны с ионообменным материалом, взаимодействующие с другими компонентами фильтра, обычно имеют систему автоматической регенерации фильтрующего наполнителя.

Рассмотрим, какие составляющие входят в обычный компактный фильтр:

1. Элемент для первоначальной грубой очистки. Обычно это сетка. Она освобождает воду от крупных примесей, механически задерживая нерастворимые частицы.

2. Материал для ионообменной очистки воды, направленный на ее умягчение. Этот этап состоит в удалении из воды солей жесткости, тяжелых металлов, которые причиняют серьезный вред организму.

3. Ионообменные смолы для окончательной тонкой очистки.

Габаритные колонные фильтры состоят из:

• рабочего бака, заполненного ионообменной смолой;

• управляющего подачей воды клапана, оснащенного электронным процессором;

• емкости для восстановительного материала, в качестве которого обычно используют соль.

Все функции такого фильтра осуществляются на автомате. Сначала клапан, приводимый в действие процессором, подает воду в колонну. А там за свою работу принимается ионообменный фильтр, избавляя воду от лишних солей жесткости. Далее очищенная вода подается через шланг в водопроводный кран.

Автоматическая регенерация состоит в следующем. Истощенная смола промывается соляным раствором. Небольшое количество воды поступает в бак для реагентов, а потом, насыщенная солью, жидкость возвращается к смоле. Контакт с такой соленой водой восстанавливает смолу, и она снова становится пригодной для ионообменной очистки воды.

Фильтры для ионообменной очистки воды выполняют много важных задач в области водоподготовки. Но они, как и любое оборудование, не лишены недостатков. Сначала поговорим о плюсах:

• практически бесшумная работа;

• не требует частой смены фильтрующих компонентов;

• высокая степень очистки и умягчения воды;

• стандартизация сопутствующего оборудования.

К недостаткам можно отнести:

• громоздкость конструкции, дополняемой регенерирующей емкостью;

• использование солевых растворов высокой концентрации;

• требование по утилизации отработанных регенерируемых компонентов;

• потемнение воды вследствие неправильной эксплуатации фильтра (данный пункт к недостаткам можно отнести весьма условно).

Для фильтра ионообменной очистки воды большое значение имеют регенерирующие промывки. Если не делать их с указанной в инструкции периодичностью, эффективность фильтрации значительно снизится.

Но функция автоматической регенерации содержится далеко не во всех устройствах по ионообменной очистке воды. Картриджные фильтры обычно подразумевают ручное восстановление смолы. Для этого нужно:

1. Перекрыть воду и сбросить внутреннее давление.

2. Достать картридж и промыть от загрязнений смолу.

3. В приготовленный заранее соляной раствор (100 грамм соли на один литр воды) опустить либо картридж целиком, либо отдельно смолу (в некоторых моделях ее можно высыпать). Достаточно двух-четырех литров воды для раствора.

4. Далее следует оставить смолу на шесть-восемь часов в растворе, а потом слить его и промыть смолу фильтрованной водой не менее трех раз.

5. Остается установить картридж на место.

Даже несмотря на тщательную промывку, первая вода все же будет содержать соль. Но соленый привкус исчезнет достаточно быстро.

Минимальная цена бытового фильтра для ионообменной очистки воды составляет 300 долларов. Наилучший результат фильтрации устройство гарантирует при следующих условиях:

• фильтруемая вода не заражена микробами, не содержит активный хлор и сероводород;

• температура очищаемой воды находится в пределах 5–40 градусов по Цельсию;

• давление потока не превышает 2–7 кгс\см²;

• вода должна быть очищена от грубых частиц, количество механических примесей не выше 1 мг\л.

Ионообменные фильтры отличаются друг от друга, и подбирать их следует с учетом характеристик воды и тех задач, которые ставит потребитель. Так, при выборе фильтра учитываются:

• изначальная степень жесткости воды;

• заданная производителем продуктивность системы умягчения;

• требования к периодичности регенерации;

• допустимый объем дренажных вод;

• требования к резервированию;

• наличие загрязнителей в фильтруемой воде (марганец, нефтепродукты, хлор, органика, железо и т. д.);

• ожидаемая степень умягчения.