خرابی رزین تبادل یونی چیست؟ مجموعه از فرآیندها و شرایطی که باعث می شود رزین تبادل یونی کارایی و عملکرد اولیه خود را از دست بدهد. بررسی عوامل موثر بر روی خرابی رزین تبادل یونی سختی گیر باعث می شود شما بتوانید به راحتی مشکلات را پیش بینی کنید و یا برای تشخیص خرابی رزین تبادل یونی مشکل خاصی نداشته باشید. رزین های تبادل یونی اغلب برای صنایع تصفیه آب صنعتی و جداسازی مواد مورد استفاده قرار می گیرند. این مساله می تواند در عین کارآمدی با انرژی و هزینه مقرون به صرفه تر نسبت به سایر روش ها باشد. تنها مساله ای که حائز اهمیت است نگهداری درست از رزین های تبادل یونی است که در صورت رعایت استانداردها، رزین سختی گیر می تواند عمر و دوام بیشتری داشته باشد. در ادامه برخی از چالش ها و خرابی های رزین تبادل یونی مورد بررسی قرار گرفته اند.

10 عامل خرابی رزین تبادل یونی

رزین های تبادل یونی (ion exchange resins) به شرط استفاده و نگهداری درست می توانند تا سالیان طولانی بدون مشکل عملکرد خوبی داشته باشند. البته کیفیت خود رزین هم در این امر نقش مهمی دارد. برخی از عوامل موثر بر روی خرابی رزین تبادل یونی سختی گیر عبارتند از:

• ایجاد رسوب در رزین

با گذشت زمان، عملکرد رزین ها کمتر می شود این مساله وابسته به نوع رزین و کاربرد آنها متغیر است. اما یکی از مهم ترین مشکلات رایج در این زمینه ایجاد رسوب در رزین است. شاید سوال پیش آید که چگونه تشخیص دهیم رسوب در رزین اتفاق افتاده؟ برای جواب این پرسش باید گفت زمانیکه سیستم به تغییرات دما و سرعت جریان حساس تر می شود و شستشوی بیشتری اتفاق می افتد احتمالاً چنین مشکلی پیش آمده  و رزین ها آلوده شده اند. اما رسوب ها در کاربردهای خاص مختلف می توانند متفاوت باشند از جمله جامدات معلق مانند سیلیس، آهن و منگنز یا رسوب های ناشی از روغن ها و گریس ها، رسوباتی مانند باکتری ها و جلبک ها یا رسوبی از مواد آلی باشند.

اما دقت داشته باشید که جداسازی و تمیز کردن رسوبات از رزین های سختی گیر می تواند چالش برانگیز و دشوار باشد و حتی می تواند باعث تخریب آنها گردد. به صورت کلی، کاستیک ها برای حذف رسوب ها از رزین های آنیونی مورد استفاده قرار می گیرند این در حالی است که برای حذف رسوبات از رزین های کاتیونی از اسیدها یا عوامل کاهنده قوی استفاده می شود. برای تمیز کردن رسوبات روغن از رزین تبادل یونی معمولاً از سورفکتانت‌ ها استفاده می شود. البته باید در انتخاب سورفکتانت‌ ها دقت لازم شود زیرا همین ماده می تواند خودش باعث کثیفی رزین شود.

اما برای حذف رسوبات آلی از رزین کار دشواری در پیش دارید. البته راهکار استفاده از فشار آب نمک روی رزین آنیونی در دماهای بالا ممکن است موثر باشد اما بهتر است از روش های پیشگیرانه استفاده شود. این روش ها می تواند شامل پیش‌ کلرزنی و شفاف‌ سازی، فیلتراسیون با کربن فعال، استفاده از رزین های چند مرحله‌ای از نوع پایه ضعیف و قوی و استفاده از رزین‌های تبادل یونی تخصصی باشد.

به صورت کلی بهتر است قبل از تشکیل رسوب در رزین ها راه حل های پیشگیرانه برای این موضوع انتخاب شود. علاوه براین، انجام اقدامات مناسب به منظور تمیز کردن، ذخیره‌ سازی و بازسازی رزین ها می تواند باعث عدم رسوب در رزین های سختی گیر شود. این اقدامات می تواند بر حسب میزان سختی آب، نوع رزین مصرفی متفاوت باشد. برای اطمینان از صحت نگهداری درست از رزین ها بهتر است با متخصصان این حوزه مشورت کنید. دقت داشته باشید قبل از خرید رزین سختی گیر باید در انتخاب نوع و بررسی سختی آب اطلاعات کاملی کسب کنید.

• شرایط اکسیداسیون

در فرآیندهای تصفیه آب زمانیکه رزین های کاتیونی و آنیونی با مواد اکسید کننده از جمله کلر، دی اکسید کلر، کلرامین و ازن در تماس باشند می توانند باعث آسیب رساندن به آنها شوند. این موضوع می تواند باعث کاهش عملکرد در رزین ها شود و این رزین ها را تجزیه کند. همچنین می تواند باعث تغییر شکل و فشردگی در رزین ها گردد. با تغییر در شکل رزین ها و فشردگی آنها عبور جریان مایعات از بستر رزین کمتر خواهد بود و به دنبال آن شاهد کاهش کارایی و کیفیت اب خروجی خواهیم بود. دقت داشته باشید در صورت آسیب پذیری رزین با شرایط اکسیداسیون امکان برگشت رزین وجود ندارد. به همین دلیل، لازم است اقدامات پیشگیرانه به منظور عدم اکسیداسیون اتفاق بیفتد. برخی از این روش ها عبارتند از استفاده از فیلتر های کربن فعال، استفاده از اشعه uv، استفاده از روش های پیش تصفیه شیمیایی،استفاده از رزین های سختی گیر خاص و مقاوم تر نسبت به کلر و مواد اکسید کننده که می تواند آسیب های وارد به رزین سختی گیر آب را کمتر کند.

تولید کنندگان رزین تبادل یونی برخی از رزین ها را با قابلیت مقاوم تر و ایجاد اتصالات عرضی بالاتر به منظور کارایی در غلظت های بالاتر کلر ارائه می کنند. اما توجه داشته باشید برای بهترین بهره وری لازم است فاکتورهای دما و عوامل اکسید کننده را با یک متخصص آب در میان بگذارید و مشورت بگیرید. زیرا در برخی از شرایط خاص، ترکیبات و واکنش مواد شیمیایی با رزین می تواند منجر به تولید مواد خطرناک و مضر از جمله آمونیاک یا گاز نیتروژن شود.

• تخریب رزین در شرایط حرارتی و دما
  

یکی از چالش هایی که می تواند رزین های تبادل یونی را دچار آسیب کند شرایط تغییرات دمایی است. تغییرات دمایی می توانند بر روی ساختار رزین تاثیر بگذارند و باعث شوند آنها اتصال با گروه های عاملی یونی برقرار نکنند که همین موضوع میتواند علاوه بر کاهش عمر رزین باعث عملکرد پایین سیستم شود.

اما برای جلوگیری از چنین موضوعی لازم است به دستورالعمل های سازنده رزین توجه ویژه شود و دمای پایداری رزین مورد بررسی قرار گیرد. جالب است بدانید رزین های کاتیونی نسبت به رزین های آنیونی نسبت به شرایط دما و حرارت مقاوم تر هستند. البته اغلب رزین های با کیفیت طوری طراحی شده اند که بتوانند در شرایط گرمای زیاد به صورت کوتاه مدت تاب آوری داشته باشند اما این موضوع در دمای زیاد به مدت طولانی می تواند منجر به آسیب شود. از این رو، لازم است هموراه دمای سیستم مورد بررسی قرار گیرد و حتی اقدامات مناسب از جمله استفاده از ابزار و امکانات مورد نیاز به منظور کنترل دما انجام شود.

• بازسازی نامناسب

زمانیکه بازسازی مواد احیای کننده، نامناسب باشد می تواند منجر به آسیب رزین شوند و روی عملکرد نهایی تاثیر بگذارند. برخی اوقات روش های بازسازی می تواند منجر به نتایج متفاوت شود حتی اگر با همان روش های قبلی انجام شده باشد. بازسازی رزین وابسته به شرایط مختلف است از جمله نوع رزین، کیفیت آب ورودی، غلظت مواد شیمیایی احیاکننده، سرعت جریان، دما و مدت زمان تماس می باشد. به عنوان مثال استفاده از مواد شیمیایی به منظور بازسازی رزین اگر با غلظت نامناسب باشد می تواند باعث ایجاد رسوب بر روی رزین شود. ( غلظت بیش از حد اسید سولفوریک باعث رسوب سولفات کلسیم بر روی رزین و غلظت نامناسب سیلیس باعث رسوب در رزین های آنیونی می شود.)

راهکار مناسب برای جلوگیری از بازسازی نامناسب اجرای دستورالعمل های سازنده رزین به منظور غلظت مناسب بازسازی، بررسی و کنترل جریان و طول مدت زمان تماس می باشد.

• کانال سازی

کانال‌کشی زمانی اتفاق می‌افتد که مایعات به طور ناهموار از رزین عبور می‌کنند ، مسیرهایی را حک می‌کنند که منجر به تخلیه ناهموار رزین و نفوذ محلول تصفیه‌نشده به جریان خروجی می‌شود. کانال کشی می تواند ناشی از نرخ جریان نادرست، خرابی مکانیسم توزیع کننده، شستشوی معکوس ناکافی و مسدود شدن مواد جامد محلول یا دانه های رزین آسیب دیده باشد.

• از دست دادن یا مهاجرت رزین

یکی از عوامل موثر بر روی خرابی رزین تبادل یونی سختی گیر از دست دادن یا مهاجرت رزین است. این مساله می تواند با مهاجرت رزین ها از یک ظرف به ظرف دیگر باشد و یا خارج شدن از یک ستون تبادل یونی اتفاق بیفتد. برخی از مشکلات رایجی که می تواند چنین شرایطی را ایجاد کنند عبارتند از: شستشوی معکوس بیش از حد، خرابی های مکانیکی در غربالگری زیر زهکشی، خرابی تجهیزات نگهداری رزین، تکه تکه شدن دانه های رزین به دلیل قرار گرفتن در دماهای بالا، مواد اکسید کننده مانند کلر یا شوک اسمزی است. توجه کنید که در سیستم های دمینرالیزاسیون ، مهاجرت رزین کاتیونی به واحد آنیونی می تواند منجر به نشت سدیم و زمان شستشوی بیشتر شود.

• غلظت یون ها

غلظت یون ها می تواند بر روی کارایی رزین های سختی گیر تاثیر گذار باشد. زیرا یون ها در غلظت های بالا یا پایین می توانند باعث اشباع شدن زودرس رزین یا کاهش عملکرد انها شود.

• شرایط نگهداری و ذخیره سازی رزین سختی گیر

شرایط نگهداری و ذخیره‌ سازی می‌تواند بر عملکرد رزین‌های تبادل یونی تأثیر می گذارند. محیط‌ های خشک و تاریک برای ذخیره رزین‌ ها مناسب تر هستند و از شکستگی و کاهش کارایی آنها جلوگیری می‌ کنند. همچنین برآورد و محاسبه مقدار رزین در مخزن سختی گیر به میزان مناسب اهمیت زیادی دارد. علاوه براین، نحوه درست تعویض رزین سختی گیر می تواند باعث بهره وری بالاتر سیستم شود.

•  نوع یون‌های موجود

نوع یون موجود در محیط می تواند شرایط عملیات را تحت تاثیر قرار دهد. زیرا برخی از رزین‌ ها ممکن است نسبت به یک یون خاص حساس تر باشند و در صورت حضور این یون، عملکرد آنها کاهش یابد.

• PH محیط

تغییرات pH محیط می‌توانند به طور مستقیم بر کارایی رزین‌های تبادل یونی تاثیر بگذارند. برخی از رزین‌ها با تغییرات pH محیط ساختار شکننده ای پیدا می کنند  و کارایی آنها کمتر می شود.

رابطه خرابی رزین های تبادل یونی سختی گیر با دوام آنها

برخی از عوامل موثر در طول عمر رزین سختی گیر باعث دوام بهتر آنها می شود. این موضوع می تواند به مواد اولیه، روش ساخت و شرایط استفاده مربوط باشد. به عنوان مثال رزین‌های استایرن دیوینیل بنزن (S-DVB) دارای دوام بالایی هستند و قادرند در برابر pH‌ های مختلف و در شرایط محیطی متفاوت به خوبی عمل کنند. علاوه بر این، برخی از رزین های خاص از جمله رزین های آنیونی با داشتن ویژگی های خاص قادرند برخی از یون های خاص را جذب کنند و همین موضوع می تواند باعث دوام بیشتر آنها نسبت به سایر رزین ها شود. همچنین، رزین‌های مبتنی بر بنزوئیک اسید در برابر اسیدها و شرایط حرارتی دوام بالاتری دارند. علاوه بر این، انتخاب رزین های میکس بد به جای رزین های تکی می تواند باعث افزایش دوام بیشتر در شرایط محیطی گردد. به صورت کلی دوام رزین های مصنوعی بالاتر از رزین های طبیعی است.

مقایسه رزین تبادل یونی طبیعی با رزین مصنوعی

رزین‌ های تبادل یونی سختی گیر مصنوعی دارای دوام و مقاومت بیشتری هستند. این رزین عملکرد پیش‌بینی شده و مشخص دارد. هزینه تولید آن کمتر است. قابلیت تولید در مقیاس بزرگتر دارد. یکی از مشکلات رزین های مصنوعی عدم سازگاری با محیط زیست است. رزین های تبادل یونی سختی گیر طبیعی دارای دوام کمتر و بیشتر از مواد طبیعی مانند سیلیکات‌ها و زئولیت‌ها است. دارای سازگاری با زیست محیطی است. عملکرد بهتر در شرایط خاص دارد. قیمت بالاتری نسبت به رزین های دیگر دارد. محدودیت در تولید انبوه وجود دارد.برای اطلاعات بیشتر در زمینه خرابی رزین هایتبادل یونی می توانید اینجا کلیک کنید.