سختي گير 

سختي آب

وجود كاتيون هاي چند ظرفيتي به ويژه يون هاي كلسيم و منيزيم در آب باعث بوجود آمدن ويژگي به نام سختي مي گردد. در مواردي كه به غير از كلسيم و منيزيم، مقادير ساير كاتيون هاي دو يا چند ظرفيتي نيز در آب قابل توجه باشد، در محاسبه سختي آب بايد آنها را در نظر بگيريم. اين مورد به كيفيت آب منطقه (به خصوص در مورد آب چاه ها) و به ويژه به كيفيت خاك منطقه و املاح موجود در خاك آن ناحيه مربوط مي باشد. به طور عمومي ميزان سختي آب هاي سطحي نظير رودخانه ها كمتر از ميزان سختي آب هاي زيرزميني بوده.
برخي از كاتيون ها را مي توان در كنار كلسيم و منيزيم در سختي آب وارد نمود مانند: آهن، آلومينيوم، منگنز، استرانيوم، روي و يون هاي Hمثبت (Hydrogen Ions).

سختي گير رزيني چيست؟

سختي آب ناشي از وجود كاتيون هاي دو يا چند ظرفيتي، خصوصا يون هاي كلسيم و منيزيم محلول در آب بوده كه موجب بروز مشكلاتي مانند رسوب و توليد كف مي شود. بالا بودن سختي آب (Hardness) موجب بروز مشكلاتي شامل موارد زير ميشود:

- تشكيل رسوب بر روي دستگاه هاي حرارتي مانند ديگ هاي بخار، برج هاي خنك كننده، چيلر و لوله ها كه موجب مسدود شدن مسير لوله ها و شيرآلات، و كاهش بازدهي انتقال حرارت و افزايش مصرف سوخت مي شود.

- نامحلول شدن و رسوب دادن مواد صابوني در هنگام تركيب با سختي آب و در نتيجه كاهش بازدهي شوينده ها به دليل مصرف بيشتر مواد شوينده در تماس با آب سخت

- تشكيل كف حاصل از واكنش بين يون هاي سختي در آب و صابون و در نتيجه ايجاد لك بر روي سطوح شيشه اي، فلزي، بطري ها و لوازم خانگي

سختي گير رزيني متداول ترين دستگاه جهت كاهش پارامتر سختي آب بوده كه با استفاده از روش تعويض يوني و به كمك رزين هاي كاتيوني، كلسيم و منيزيم محلول در آب را از آن جدا مي كند. اين رزين ها عملا كلسيم و منيزيم (سختي موقت) را با سديم (نمك طعام) تعويض نموده و آب سخت (Hard water) را به آب نرم (Soft water) تبديل مي نمايند.

كاربردهاي سختي گير رزيني

در تمامي واحدهاي صنعتي و خانگي كه ميزان سختي آب بالاتر از حد مجاز براي مصارف بهداشتي و صنعتي باشد، براي سختي گيري آب و جلوگيري از بروز مشكلات تشكيل رسوب، توليد كف و ايجاد بيماري هاي گوارشي و كليوي مي توان از سختي گيرهاي رزيني استفاده نمود.

كاربردهاي سختي گيري رزيني شامل موارد زير است:

- كاهش سختي آب آشاميدني در مناطقي كه مقدار يون هاي كلسيم و منيزيم بالاتر از حد مجاز و استاندارد براي سلامتي انسان مي باشد.

- حذف و يا كاهش سختي آب در ديگ هاي بخار

- حذف و يا كاهش سختي آب در سيستم هاي گرمايشيو سرمايشي مانند مبدل هاي حرارتي، برج هاي خنك كننده

- حذف و يا كاهش سختي آب در صنايع نساجي و رنگرزي

سختي گير رزيني چيست؟

سختي آب عبارت است از مجموع يون هاي كلسيم و منيزيم كه عامل تشكيل رسوب در مبدل هاي حرارتي، ديگ هاي بخار، برج هاي خنك كننده مي باشد كه اين رسوب سبب كاهش عمر دستگاه، مشكل در امر شستشو مي شود. اين دستگاه داراي مخزني عمودي ميباشد كه با استفاده از رزين هاي كاتيوني سختي آب را از بين برده و احياي رزينها با محلول آب نمك صورت مي گيرد. نحوه عملكرد سيستم بدين صورت است كه آب سخت با عبور از بستر رزين املاح كلسيم و منيزيم خود را با سديم مبادله نموده و آب بدون سختي از سيستم جمع آوري مي شود. پيش از اشباع كامل ظرفيت رزين عمليات احيا سازي با محلول كلريد سديم انجام مي شود كه شامل مراحل شستشوي معكوس، مكش آب نمك و آبكشي مي باشد.

كاربرد سختي گير

- نرم كردن آب مصرفي صنايع نساجي و رنگرزي
- پيش تصفيه آب ورودي به RO , UF, NF…
- نرم كردن آب نيروگاه هاي صنايع شيميايي، ديگ هاي بخار و...

رزين تبادل يوني 

رزين هاي تبادل يوني جايگزين مناسب تر و قابل انعطاف تري نسبت به زئوليت هاي طبيعي يا مصنوعي ميباشند. رزين تبادل يوني آنيوني و كاتيوني براي حذف يون هاي نامطلوب از محلول ها و گازها در فرايندهاي مختلف مانند تصفيه آب،تصفيه فاضلاب،حذف نيترات از منابع آبي آلوده، جداسازي كروماتوگرافيك، خشك كردن مواد، فرايندهاي خالص سازي در صنايع دارويي و ... به كار مي رود. فرايند تبادل يوني به تعويض يون ها بين ماده جامد رزين و محيط مايع گفته مي شود كه در آن تغيير پايدار در ساختار رزين جامد روي نمي دهد و فرايند برگشت پذير مي باشد. رزين هاي مبادله كننده يون براي تصفيه آب و فاضلاب و جداسازي مواد نامطلوب در بسياري از فرايندها استفاده مي شود.

رزين هاي تبادل يوني به دليل مزاياي زير براي حذف آلودگي ها مناسب مي باشند:

1- رزين هاي تبادل يوني ظرفيت و بازدهي بالايي براي حذف يون هاي با غلظت هاي پايين دارند.

2- رزين ها پايدار هستند و مي توانند به راحتي بازيافت شوند.

3- رزين ها در محدوده گسترده اي از دما پايدار هستند.

4- رزين هاي تبادل يوني در واحدهاي كوچك و بزرگ قابل استفاده است.

5- فرايند تبدل يوني با استفاده از رزين هاي كاتيوني و انيوني، فرايندي برگشت پذير است.

رزين هاي تبادل يوني عمدتا مواد پليمري غيرمحلولي هستند كه با روش پليمريزاسيون تعليقي با استفاده از استايرن و دي وينيل بنزن ساخته مي شود و حامل گروه هاي عاملي قابل تبادل مي باشند. اين يون ها مي توانند با مقدار معادل استوكيومتري از يون هايي با بار مشابه در محيط مبادله و جايگزين شوند.

در فرايند توليد رزين هاي تبادل يوني آنيوني و كاتيوني تركيبات آلي پليمريزه مي شوند تا ماتريكس سه بعدي متخلخلي تشكيل دهند. يك ماده شيميايي به عنوان عامل ايجاد پيوندهاي متقابل در طي فرايند پليمريزاسيون (Polymerization) اضافه مي شود (مانند دي وينيل بنزن) تا ساختار سه بعدي رزين توليد شود. در نهايت رزين به صورت شيميايي فعال مي شود كه شامل واكنش ماتريكس پليمري با تركيبي است كه حاوي گروه عاملي با قابليت تعويض يوني مي باشد.

رزين هاي تبادل يوني جايگزين مناسب تر و قابل انعطاف تري نسبت به زئوليت هاي طبيعي يا مصنوعي هستند. رزين تبادل يوني آنيوني و كاتيوني براي حذف يون هاي نامطلوب از محلول ها و گازها در فرايندهاي مختلف مانند تصفيه آب (در تجهيزات سختي گير و ديونايزر)، تصفيه فاضلاب، حذف نيترات از منابع آبي آلوده، جداسازي كروماتوگرافيك، خشك كردن مواد، فرايندهاي خالص سازي در صنايع دارويي و ... به كار مي رود. فرايند تبادل يوني به تعويض يون ها بين ماده جامد رزين و محيط مايع گفته مي شود كه در آن تغيير پايدار در ساختار رزين جامد روي نمي دهد و فرايند برگشت پذير مي باشد. رزين هاي مبادله كننده يون براي تصفيه آب و فاضلاب و جداسازي مواد نامطلوب در بسياري از فرايندها استفاده مي شود.

رزين هاي تبادل يوني به دليل مزاياي زير براي حذف آلودگي ها مناسب مي باشند:

1- رزين هاي تبادل يوني ظرفيت و بازدهي بالايي براي حذف يون هاي با غلظت هاي پايين دارند.

2- رزين ها پايدار هستند و مي توانند به راحتي بازيافت شوند.

3- رزين ها در محدوده گسترده اي از دما پايدار هستند.

4- رزين هاي تبادل يوني در واحدهاي كوچك و بزرگ قابل استفاده است.

5- فرايند تبدل يوني با استفاده از رزين هاي كاتيوني و انيوني، فرايندي برگشت پذير است.

رزين هاي تبادل يوني شامل رزين هاي كاتيوني، رزين هاي آنيوني و رزين هاي كيلاتي مي باشد. رزين هاي كيلاتي عملكردي شبيه به رزين هاي كاتيوني ضعيف دارند اما انتخاب گري بالايي نسبت به كاتيون فلزات سنگين دارند.

انواع رزين هاي تبادل يوني آنيوني و كاتيوني

رزينها برحسب گروه عامل تعويض متصل به پايه پليمري رزين به چهار دسته تقسيم ميشوند:

_ رزين هاي كاتيوني قوي،

_ رزين هاي كاتيوني ضعيف،

_ رزين هاي آنيوني قوي،

_ رزين هاي آنيوني ضعيف،

رزين هاي تبادلي شامل دو دسته كلي رزين هاي تبادلي كاتيوني و رزين هاي تبادل آنيوني هستند. رزين هاي حاوي كاتيون هاي قابل تبادل، رزين كاتيوني مينامند و رزين هاي حاوي آنيون هاي قابل تبادل، رزين هاي آنيوني مينامند. رزين هاي آنيوني جذب يون هاي منفي و رزين هاي كاتيوني جذب يون هاي مثبت را بر عهده دارند.