تصفیه آب آشامیدنی با رزین های سختی گیر تبادل یونی یک روش مؤثر و پرکاربرد برای حذف یون‌های معدنی مختلف از آب است. این روش اغلب برای کاهش میزان کلسیم و منیزیم موجود در آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. در نظر داشته باشید همه آلاینده های موجود در آب با استفاده از فرآیند رزین های سختی گیر  تبادل یونی حذف نمی شوند.

بررسی مشکلات ناشی از آب سخت

یون ها اتم یا مولکولی هستند که بار الکتریکی مثبت یا منفی دارند. در واقع یون های کلسیم و منیزیم در آب سخت وجود دارند که سنگ ها و مواد معدنی را حل می کنند. این یون‌های معدنی موجود در آب می‌توانند باعث تجمع رسوب در لوله‌کشی، وسایل و لوازم خانگی شوند و  عملکرد آنها تحت تأثیر  قرار دهند. مواد تمیز کننده ای که با آب سخت استفاده می شوند قادر به حذف کامل کثیفی و رسوبات نیستند. لباس ها ممکن است با گذشت زمان کثیف و خاکستری شوند و لطلفت خود را از دست بدهند. ظروف شیشه ای ممکن است با خشک شدن لکه دار شوند. ممکن است اثرات رسوب می تواند روی پرده‌ها، دیوارها و وان دوش باقی بمانند. همچنین، موهای شسته شده در آب سخت کدر به نظر می رسند. آب سخت یک مشکل مزاحم در زندگی رومزه است.

تکنیک های مختلفی برای مدیریت مواد معدنی سخت در آب به بازار ارائه شده اند. متداول ترین روش مورد استفاده برای مدیریت آب سخت در محیط های مسکونی روش استفاده از رزین های تبادل یونی است.

مواد معدنی قابل حذف از آب سخت

رزین های سختی گیر تبادل یونی قابلیت حذف مواد معدنی مانند کلسیم و منیزیم را از آب دارند. این رزین ها ممکن است 5-10 ppm (قسمت در میلیون، ppm برابر میلی گرم در لیتر یا میلی گرم در لیتر) آهن و منگنز را از آب سخت حذف کنند. این مساله قابل اندازه گیری است و افراد می توانند میزان نرمی آب را بررسی کنند. اما در نظر داشته باشید اگر غلظت آهن و منگنز موجود در آب بیشتر باشد روش تبادل یونی به تنهایی پاسخ نمی دهد و لازم اس از روش های پیش تصفیه مانند فیلترهای شنی استفاده شود این مساله می تواند به طول عمر رزین تبادل یونی نیز کمک کند.

آلاینده هایی که با فرآیند رزین سختی گیر تبادل یونی حذف نمی شوند

هر کدام از روش های تصفیه آب به تنهایی قادر به مدیریت همه آلاینده های موجود در آب آشامیدنی نیستند. هر کدام از این موارد دارای محدودیت هایی هستند و برای تصفیه آب اشامیدنی بدون نقص باید ترکیبی از همه فرآیندها انجام شود. در اصل فرایند تصفیه آب آشامیدنی با رزین های سختی گیر تبادل یونی به حذف باکتری ها، سولفید هیدروژن، سیلت یا ماسه، سرب، نیترات، آفت کش ها و بسیاری دیگر از ترکیبات آلی و معدنی آب سخت کمک نمی کند و برای حذف این موارد نیاز است از روش های دیگر مانند اسمز معکوس و فرایند پیش تصفیه استفاده شود.

بررسی سختی آب

فارغ از اینکه که از کدام روش برای کاهش سختی آب استفاده می شود و یا اینکه کاربرد آن برای مصارف آب آشامیدن باشد یا مصارف کشاورزی و … باید در ابتدا میزان سختی آب مورد بررسی قرار بگیرد. این مساله علاوه بر مشخص کردن میزان مواد معدنی در اب می تواند آلایندهای دیگر مانند باکتری ها، نیتران، سرب و … را اندازه گیری کند. این مساله به شما کمک می کند تا در مورد انتخاب تجهیزات خود انتخاب بهتری داشته باشید. زیرا شما قبل از انتخاب روش‌ها یا تجهیزات درمان، باید بدانید کدام آلاینده‌ها، غلظت آنها و دلایل حذف (یعنی خطرات سلامتی، مزه یا بو و غیره) در آب وجود دارد.

این مساله را می توان به راحتی و از طریق آزمایشگاه ها و یا مراکز خاص تجهیزات تصفیه آب مورد بررسی قرار داد. علاوه بر این، انواع کیت های تست و نوارهای شیب برای تست سختی آب در خارج از محیط آزمایشگاه در دسترس هستند. اما بهترین و مطمئن ترین روش برای بررسی سختی اب استفاده از آزمایشگاه است. زیرا شما می خواهید در این زمینه سرمایه گذاری قابل توجهی انجام دهید که لازم است به صورت دقیق این موضوع را بررسی کنید. حتی بعد از راه اندازی و استفاده از تجهیزات تصفیه اب نیز لازم است هر بار به صورت دوره ای این آزمایش ها انجام شوند تا میزان اثر بخشی تجهیزات مورد ارزیابی قرار بگیرند.

سختی آب اغلب به صورت دانه های سختی در هر گالن آب (gpg) یا میلی گرم سختی در هر لیتر آب (mg/L) بیان می شود. جدول زیر، اقتباس شده از انجمن کیفیت آب (WQA)، طبقه بندی سختی آب را نشان می دهد. یون های سختی معمولاً با یون های سولفات، کلرید، کربنات یا بی کربنات ترکیب می شوند. برای قوام، غلظت ها به طور کلی به غلظت معادل کربنات کلسیم (CaCO 3 ) تبدیل می شوند و بر حسب سختی به صورت کربنات کلسیم بیان می شوند.

طبقه بندی سختی آب (سختی به عنوان کربنات کلسیم)

روش تصفیه آب آشامیدنی با رزین های سختی گیر تبادل یونی

دستگاه تصفیه آب آشامیدنی خانگی شامل تبادل یونی هستند. تبادل یونی باعث حذف یون‌های سختی مانند کلسیم و منیزیم و جایگزینی آنها با یون‌های غیرسخت، معمولاً سدیم است که توسط نمک کلرید سدیم محلول یا آب نمک تامین می‌شود. رزین های تبادل یونی  دارای کیفیت متفاوتی هستند و ساختار انها میکرو متخلخل است که معمولاً دانه های پلی استایرن سولفونه شده است که با سدیم فوق اشباع شده تا سطوح مهره ها را بپوشاند. با عبور آب از این بستر رزین، یون‌های کلسیم و منیزیم به دانه‌های رزین می‌چسبند و سدیم آزاد شده از رزین به داخل آب آزاد می‌شود. شکل زیر این فرایند را به صورت کامل نمایش می دهد.

پس از نرم شدن مقدار زیادی آب سخت، دانه ها با یون های کلسیم و منیزیم اشباع می شوند. هنگامی که این اتفاق می افتد، رزین مبادله باید بازسازی شود یا دوباره شارژ شود. برای بازسازی، رزین تبادل یونی با محلول نمک نمک شسته می شود (شکل ). یون‌های سدیم موجود در محلول نمک نمک با یون‌های کلسیم و منیزیم روی رزین مبادله می‌شوند و کلسیم و منیزیم اضافی با فاضلاب خارج می‌شوند. معمولاً 60 تا 120 دقیقه برای عبور آب نمک از دستگاه و شستشوی مخزن قبل از در دسترس قرار گرفتن آب نرم لازم است.

از طریق فرآیند نرم شدن، سدیم به میزان حدود 8 میلی گرم در لیتر به ازای هر دانه در هر گالن (gpg) سختی به آب اضافه می شود. پس از تصفیه، آبی که 10 گرم بر گرم سختی داشت، حدود 80 میلی گرم در لیتر سدیم خواهد داشت. این بدان معناست که به ازای هر لیتر (0.26 گالن) آب مصرفی، 80 میلی گرم سدیم دریافت می شود. افرادی که به دلایل سلامتی از رژیم غذایی محدود سدیم استفاده می کنند، باید از طریق آب نرم شده بیشتر مصرف کنند و با پزشک خود مشورت کنند.

توجه: استفاده مکرر از آب تصفیه شده برای گیاهان، چمن ها یا باغ ها به دلیل داشتن محتوای سدیم در این آب پیشنهاد نمی شود.

انتخاب رزین تبادل یونی مناسب برای سختی گیر آب

انتخاب مناسب رزین تبادل یونی برای سختی گیر آب اهمیت زیادی دارد. همانطور که قبلاً ذکر شد باید ابتدا سختی آب مورد بررسی قرار بگیرد و بر آن اساس انتخاب رزین ضعیف یا قوی در نظر گرفته شود. علاوه بر این، باید رزین های تبادل یونی دارای کیفیت و عملکرد خوبی باشند. برخی از برندها در دنیا معتبر و قابل اعتماد تر هستند. به عنوان مثال: رزین سختی گیر پرولایت یکی از نمونه رزین های تبادل یونی است که عملکرد و کیفیت بسیار خوبی دارد. به همین دلیل لازم است برای انتخاب و خرید رزین سختی گیر آب دقت بیشتری به خرج دهید و محصولاتی با کیفیت و درجه اعتبار بالا را خریداری کنید.

بررسی رزین سختی گیر پرولایت مناسب برای تصفیه آب 

رزین های کاتیون اسید قوی پرولایت (SAC) که برای نرم سازی خانگی و صنعتی (در Na+) استفاده می شود. همه آنها بر اساس یک ماتریس پلی استایرن هستند که دارای گروه های عاملی سولفونیک است.رزین های نوع ژل دارای ساختاری همگن هستند و فقط ریز منافذ در داخل مهره ها دارند: آنها دارای سینتیک سریع هستند.ظرفیت عملیاتی بالایی دارند و محصولات انتخابی برای اکثر کاربردهای معمولی هستند.
رزین های ماکرو متخلخل دارای ساختار منافذی قوی تر از رزین های ژلی هستند. رزین های ماکرو متخلخل در واقع از نظر اسمزی و اکسیداتیو پایدارتر هستند. این مدل ها کمتر مستعد تجزیه مکانیکی می باشند. رزین های تبادل یونی کاتیونی پرولایت با نوع اسید قوی در چندین شکل یونی موجود هستند. همچنین، دارای تاییدهای NSF Certified، Kosher و Halal می باشند. برخی از نمونه های رزین کاتیونی پرولایت که مناسب برای سختی گیر اب هستند عبارتند از:

• رزین کاتیونی c100 با نوع ژل پلی استایرن
• رزین پرولایت c100e با نوع ژل پلی استایرن
• رزین کاتیونی پرولایت C100X10  با نوع ژل پلی استایرن
• رزین کاتیونی قوی SUPERGEL SGC650 با نوع ژل پلی استایرن
• رزین کاتیونی پرولایت C150 با نوع درشت متخلخل پلی استایرن
• رزین پرولایت کاتیونی C160 با نوع درشت متخلخل پلی استایرن

رزین های تبادل یونی کاتیون اسید ضعیف (WAC) عمدتاً برای رقیق کردن و نرم شدن آب استفاده می شوند.همچنین می تواند برای حذف فلزات سنگین در تصفیه آب آشامیدنی، فرآیندی و فاضلاب استفاده شود.آنها همچنین در کارتریج های آب آشامیدنی، کاربردهای دارویی و بیوتکنولوژی استفاده می شوند.تمام محصولات رزین کاتیونی اسید ضعیف دارای ساختار پلی اکریلیک هستند. گروه های کربوکسیلیک عملکردی می دهند و دارای راندمان شیمیایی بالا، با تقاضای احیا کننده بسیار کم می باشند. برخی از این رزین ها های کاتیونی ضعیف پرولایت که مناسب  برای تصفیه آب هستند عبارتند از:

• رزین کاتیونی C104Plus با نوع متخلخل پلی اکریلیک
• رزین کاتیونی C106 با نوع درشت متخلخل پلی اکریلیک
• رزین کاتیونی پرولایت C107E با نوع متخلخل پلی اکریلیک
• رزین کاتیونی پرولایت C115E با نوع متخلخل پلی متاکریلیک

مزایای سختی گیر آب با رزین تبادل یونی

• پیشگیری از سرطان یکی از بزرگترین مزایای تصفیه و سختی گیری آب است
• بهیود و تقویت سیستم  قلب و عروق بدن
• هیدراتاسیون کارآمد
• کمک و بهبود فرآیند هضم
• داشتن پوست و مو شاداب تر و سالم تر
• طعم تازه و بدون بو
• داشتن ظروف تمیز تر و لباس های بدون لکه
• عدم رسوب و زنگ زدگی در لوله ها و اتصالات

منبع : extensionpublications.unl.edu