ионообменная смола для чего используется
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.
Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации
Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации
Ионообменные смолы для воды: применение и советы по эксплуатации
Для снижения концентрации солей тяжелых металлов и предотвращения появления накипи на посуде и бытовой технике применяют умягчители воды, из которых самыми распространенными умягчителями являются ионообменные смолы для воды. В статье мы разберем принципы их работы, разновидности и предназначение в очистительной системе.
Из этой статьи вы узнаете:
Как выглядят ионообменные смолы для очистки воды
Для чего нужны ионообменные смолы для воды
Можно ли пить воду после применения ионообменной смолы для очистки воды
Как заменить ионообменную смолу для очистки воды в умягчителе
Как выглядят ионообменные смолы для очистки воды
Применение ионообменных смол в фильтрующих системах частного жилого сектора давно считается необходимым условием для получения качественной питьевой воды. Пик популярности этого способа очистки приходится на конец ХХ века.
С виду, ионообменная смола – это скопление мелких шариков (до 1 мм в диаметре), которые производят из полимерных материалов.
Тот, кто никогда не сталкивался с этим материалом, с легкостью может перепутать смолу с рыбьей икрой. Пользу и его уникальные характеристики нельзя игнорировать. Использование ионообменных смол для умягчения воды позволяет задерживать ионы примесей металлов и солей жесткости. Но такой фильтр не просто накапливает в себе все эти вещества, а заменяет ионы вредных веществ на абсолютно безопасные. Эта процедура замены ионов и закрепила существующее название фильтрующей среды (ионообменные смолы).
В химии ионообменные смолы относят к ионитам (высокомолекулярное соединение, имеющее функциональные группы, которые, в свою очередь, способны вступать в реакцию обмена с ионами какой-либо жидкости). Отдельные группы ионитов способны также вступать в окислительные реакции, процессы восстановления и физической сорбции.
Статьи, рекомендуемые к прочтению:
По своей структуре ионообменные смолы бывают пористыми, гелевыми или промежуточными.
Смолы с гелевой структурой не содержат пор. Обмен ионами в такой структуре возможен лишь в тот момент, когда смола набухает и становится похожей (по консистенции) на гель.
Пористая структура получила свое название благодаря огромному количеству пор на поверхности смолы. Эти поры как раз и позволяют произвести ионный обмен.
В промежуточной структуре ионообменных смол соединены свойства как пористой, так и гелевой структуры.
Все эти разновидности смол имеют принципиальные различия. У гелевых – наибольшая обменная емкость, тогда как смолы с пористой структурой обладают высокой стойкостью к химическим и термическим воздействиям. Такая стойкость позволяет смолам с пористой структурой поглощать больше примесей независимо от температуры воды.
Кроме этого, ионообменные смолы для очистки воды разделяют по заряду ионов. При обмене катионов (положительно заряженных ионов) смолу называют катионитом. В случае обмена анионами (отрицательно заряженными ионами) – анионитами. На практике суть различия по этому признаку сводится к способности обмена ионов в водной среде с разным уровнем pH. У анионитов «рабочей» считается среда с рН от 1 до 6, в то время как у катионитов процессы протекают в среде с рН от 7 и более. Конечно же, пользователям необязательно разбираться в таких тонкостях работы фильтров. В выборе необходимого типа фильтрующего устройства вам должны помогать специалисты в этой области.
В большинстве случаев ионообменная смола, находящаяся в фильтрующих системах, содержит большое количество ионов солей хлора или натрия. В некоторых случаях такая смола состоит из смеси солей с другими элементами (натрий-водород, гидроксил-хлорид и др.).
В зависимости от параметров, ионообменные смолы для умягчения воды могут отличаться друг от друга. Одним из таких показателей является влажность. Оптимально, когда влажность сведена к минимуму. Поэтому производители стараются извлечь влагу из смолы еще до момента ее упаковки. Для этого используют специальные центрифуги.
Ионообменные смолы оценивают также по уровню их емкости. Эта характеристика показывает, сколько ионов в исходной среде приходится на единицу массы (объема смолы). Сравнивая смолы по этому признаку, выделяют три вида емкости: рабочую, объемную и весовую. Объемная, как и весовая, являются стандартными величинами, то есть их параметры определяют в лаборатории, а полученные данные записывают в характеристики готовых продуктов.
В отличие от двух предыдущих, рабочая емкость не подлежит измерениям, поскольку имеет много условностей (степень чистоты воды, толщина слоя смолы, сила потока воды и др.). Со временем ионы рабочей среды полностью заменяются ионами примесей, содержащихся в воде. В таком случае рабочая емкость подлежит восстановлению.
Читайте материал по теме: Обессоливание воды
Для чего нужны ионообменные смолы
По поводу основной цели использования ионообменных смол для воды существует много мифов. Согласитесь, применять эти смолы в составе бытовых фильтров лишь для улучшения вкуса жидкости – достаточно затратное решение. Сомнения вызывает и необходимость в изменении ионного состава воды, так как некоторые вредные примеси в ней все равно остаются.
Тем не менее целей, которые достигаются путем использования ионообменных смол для воды, немало. И, пожалуй, главной из них является смягчение воды. Эта способность ионообменных смол позволяет рекомендовать их для применения с приборами бытовой техники и других домашних устройств, имеющих непосредственный контакт с водой.
Кроме прямой пользы для здоровья (использование воды для питья или приготовления пищи), смягченная жидкость позволяет продлить срок использования бытовой техники, имеющей непосредственный контакт с водой. Это стиральные и посудомоечные машины, водонагреватели, утюги, отопительные котлы, водоочистительные фильтры, увлажнители, очистители воздуха и другие приборы. Особенно важно использование смягченной воды с приборами, которые нагревают саму жидкость. Жесткая вода – самая главная причина появления накипи и последующего выхода прибора из строя.
Можно ли пить воду после ионообменной смолы
Важно понимать, что основное назначение ионообменных смол – это смягчение воды. В процессе фильтрации происходит замена ионов кальция и магния, способных создавать нерастворимые соединения, на ионы хлора, натрия и другие элементы, которые создают легкорастворимые соединения.
На протяжении всей своей истории человечество вполне успешно училось приспосабливаться к новым природным источникам воды. Различия химического состава жидкости и большое количество этих источников покрывались отличной адаптацией организма человека ко всем внешним факторам.
Организм сам выводил все «лишнее». Несмотря на большое количество информации о накоплении нерастворимых солей магния и калия в нашем организме и причиняемом ими вреде, каких-либо реальных доказательств этих данных не существует. Это подтверждается еще и тем фактом, что для людей с нарушенными обменными процессами в организме полностью очищенная вода критически опасна. Все необходимые нам элементы относительно здоровый организм способен был извлечь из потребляемой нами воды и пищи.
Но это правило было актуально до всеобщей индустриализации общества, до появления так называемой техногенной среды. Даже природные источники воды в большинстве своем имеют повышенное содержание ионов тяжелых металлов, различные нежелательные органические примеси и даже изотопы радиоактивных элементов. Было бы здорово иметь такой фильтр, который смог бы заменять подобные примеси на ионы естественного происхождения. Но, к сожалению, ионообменные фильтры на такое неспособны.
В большинстве случаев изготовители ионообменных фильтров за счет рекламных слоганов предлагают заменить одни ненужные нам микроэлементы на другие.
Определить, насколько действительно важно менять ионный состав воды с помощью ионообменных фильтров, не так уж и просто. Посмотрите на ситуацию с посудомоечными и стиральными машинами. Для длительной эксплуатации этих приборов очень важна степень жесткости воды. Чем она меньше, тем меньше и вероятность появления накипи на тэне, и, соответственно, выхода прибора из строя. Но производители этих бытовых приборов давно уже нашли простой выход – применение химического способа смягчения воды путем добавления умягчителей в состав моющих средств.
Можно вспомнить о чайниках и кастрюлях, в которых кипятится вода, благополучно нами потребляемая. Но степень воздействия «жесткой» воды на наш организм досконально не изучена, чтобы говорить о каких-либо выгодах применения фильтров с ионообменными смолами.
Но давайте обсудим, на что же способны фильтры, содержащие ионообменные смолы для очистки воды. Не будем останавливаться на химических процессах, происходящих в этой жидкости, после прохождения через такой фильтр. То, что реально беспокоит потребителей, – это присутствие в воде ионов тяжелых металлов. Большинство трубопроводов в настоящее время состоит не из пластиковых труб (о которых лет 30–40 назад у нас мало кто слышал), а из металлических. Раньше при поломке одного из участков такой трубы или целой секции производили замену трубы на стальную оцинкованную.
Эти трубы до сих пор являются основным «поставщиком» ионов цинка и свинца в наш дом. Если проанализировать степень очистки воды бытовыми ионообменными фильтрами от ионов этих металлов, то окажется, что эта степень близка к нулю. По-настоящему действенные элементы, задерживающие эти вредоносные ионы, существуют, но они устанавливаются на крупных промышленных предприятиях, цель которых уловить дорогостоящие химические соединения. Из-за большой дороговизны подобного оборудования вероятность его применения в бытовых фильтрах очень низка.
Читайте материал по теме: Очистка воды от железа
Замена ионообменной смолы в умягчителе воды
Не стоит забывать, что любая система очистки воды со временем для обеспечения безотказной работы нуждается в активном вмешательстве человека. Мы говорим не о систематических сменах малоэффективных картриджей или постоянной подсыпке регенерационной соли. Такие меры нельзя назвать трудозатратными, но и их эффективность не так высока. Речь идет о процедуре полной смены фильтрующей массы в обезжелезивателе или смягчителе воды. Такой процесс может потребовать много усилий.
Использование различных засыпных фильтров для собственного коттеджа предполагает процедуру периодической дозасыпки фильтрующего элемента и полной его замены по истечении нескольких лет эксплуатации. О необходимости такой замены вы узнаете по ухудшению органолептических показателей поступаемой воды.
Это выражается в увеличении количества двухвалентного железа, когда регенеративные способности засыпки исчерпываются (нет должного эффекта). Похожая ситуация наблюдается и со смягчителями воды. Через определенный период система очистки начинает давать сбои, и вода снова становится жесткой, со всеми вытекающими последствиями.
В этом случае пользователи стоят перед выбором: сделать все самостоятельно или вызвать компанию, которая на этом специализируется.
Конечно, просто засыпать подложку из гравия и фильтрующую загрузку не так уж и сложно, но выгрузить отработанный наполнитель – занятие не из простых.
Многие популярные засыпные фильтры, используемые владельцами загородных коттеджей, основаны на использовании емкостей из стеклопластика. И это неудивительно, поскольку этот материал не гниет, не ржавеет, он легок и прочен. Но в то же время в таких емкостях не предусмотрены ни система слива, ни какие-либо транспортировочные отверстия для ее переноски. Отключив эту емкость от трубопровода и сняв управляющий клапан, нужно будет приложить невероятные усилия по переносу отяжеленного фильтра из дома во двор.
Если эта задача вам удалась, то можно приступать к выгрузке:
Изъятый фильтр боком укладывают на ровную, возвышенную поверхность.
К горловине водоподъемной трубки хомутом присоединяют крепкий шланг, через который под определенным напором подается вода.
Вместе с взрыхленной засыпкой вода вытекает из емкости фильтра.
Для обеспечения чистоты вашего двора рекомендуют подставить под поток воды плотный полиэтилен (следует учесть, что этот полиэтилен не должен пропускать гранулы засыпки и подложку из гравия).
После того как емкость будет освобождена, из смягчителя или фильтра достается водоподъемная трубка.
Затем проводят повторную промывку емкости и заносят ее обратно в дом.
Но если вы не хотите тратить свое время и силы, то на российском рынке присутствует немало компаний, которые занимаются разработкой и обслуживанием систем водоочистки. Самостоятельно, без помощи профессионала, выбрать тот или иной вид фильтра воды довольно сложно. И уж тем более не стоит пытаться смонтировать систему водоочистки самостоятельно, даже если вы прочитали несколько статей в Интернете и вам кажется, что вы во всем разобрались.
Надежнее обратиться в компанию по установке фильтров, которая предоставляет полный спектр услуг – консультацию специалиста, анализ воды из скважины или колодца, подбор подходящего оборудования, доставку и подключение системы. Кроме того, важно, чтобы компания предоставляла и сервисное обслуживание фильтров.
Наша компания Biokit предлагает широкий выбор систем обратного осмоса, фильтры для воды и другое оборудование, способное вернуть воде из-под крана ее естественные характеристики.
Специалисты нашей компании готовы помочь вам:
подключить систему фильтрации самостоятельно;
разобраться с процессом выбора фильтров для воды;
подобрать сменные материалы;
устранить неполадки или решить проблемы с привлечением специалистов-монтажников;
найти ответы на интересующие вопросы в телефонном режиме.
Доверьте очистку воды системам от Biokit – пусть ваша семья будет здоровой!
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