Ионообменный фильтр для воды принцип работы

Обновлено: 17.05.2024

Ионный обмен (ионообменная сорбция) – метод, при котором происходит рокировка ионов между двумя взаимодействующими структурами. В данном случае речь идёт о воде и о фильтре, очищающем её.

Из школьного курса физики и химии мы знаем, что все вещества имеют ионы. Ион – это положительно или отрицательно заряженная частица, которая образуется в результате присоединения электронов к веществу. Таким образом, ионы способны менять структуру вещества, наделяя его новыми свойствами.

Технология ионного обмена считается одним из самых популярных методов водоподготовки. Её используют в промышленных масштабах: на предприятиях нефтяной, химической, машиностроительной отрасли, а так же в работе реакторов – как тепловых, так и атомных. Так же находится место и для бытового использования, в частности, для облагораживания воды из скважин в частных домах, квартирах, на дачах.

Востребованность легко объяснить относительно доступной стоимостью, высокой эффективностью, простотой эксплуатации и экологически чистым производством. Все эти факторы важны и для крупных заводов, и в личном пользовании, а самое главное – ионообменный принцип очистки воды интуитивно понятен большинству потребителей, поэтому данному виду фильтра оказывается высокий процент доверия.

Так же ионный обмен котируется в процессе очистки сточных вод на особо опасных предприятиях, имеющих дело с вредными химическими элементами. Технология настолько точно воздействует на примеси в воде, что её использование одобрено экологическим контролем!

И даже несмотря на то, что процессы сбора микроэлементов и очистки химических отбросов являются узконаправленными сферами деятельности, технологичность метода является доказательством безопасности и надежности потребления воды, защищенной даже от самых мизерных частиц.

1.2 Виды и характеристики ионообменных смол

Какой фильтр способен на такую тонкую работу? Существует два типа ионообменных фильтров:

Природные в свою очередь делятся на органические и неорганические. Неорганика представлена цеолитами, глинистыми структурами, шпатами, слюдой. Семейство органических фильтров включает в себя слабокислые виды почв и угля. Всех их объединяет высокая пористость и эффективность, но ввиду того, что их запасы в природе ограничены, а ресурсы невозобновляемы, человечеству пришлось сосредоточить внимание на создании синтетических материалов, обладающих теми же сорбционными свойствами.

Существуют и комплексные типа ионообменных смол, имеющих сразу оба заряда, а так же смолы, способные этот заряд менять – но именно в очистке воды чаще всего используются два первых типа.

Как выглядит этот фильтр? Его принято называть ионообменной смолой, хотя на вид она скорее напоминает гранулы оранжевого сахара или рыбьей икры. По своей структуре ионная смола может быть пористой или гелевой. Поры пропускают сквозь себя воду с содержащимися в ней элементами, а гель частично растворяется и набухает в воде, вбирая в себя нежелательные примеси.

Р ис. Вид ионнобменной смолы

Ионообменная смола создана из высокотехнологичного соединения элементов, способных обеспечивать высокие очистные показатели для воды, соответственно, она имеет высокий уровень гигроскопичности и износостойкости, так как способна работать даже с самыми агрессивными элементами.

Этот полимер поистине уникален, его показатели эффективности способны работать не только на определенном отрезке времени, но даже по истечению срока годности – для этого необходимо произвести подпитку смолы. К слову, срок годности напрямую зависит от уровня загрязнения – чем он выше, тем скорее придется реанимировать систему. В среднем, один рабочий цикл составляет 1-3 года, а регенерация может проводиться раз в 1-3 месяца.

2. Правила восстановления ионообменной смолы.

Как понять, что пора провести обработку ионной смолы? Лучше, конечно, проводить эти меры, не дожидаясь сигналов в виде испорченного оборудования и техники, но если вы решили максимально испытать работу фильтра, имейте ввиду – не произведенная вовремя подпитка чревата просачиванием в воду не переработанных элементов. Чтобы продлить срок службы основного ионообменного фильтра, нередко устанавливаются дополнительные методы фильтрации, которые направлены на удержание технического мусора в виде песка или ржавой окалины, а так же более мелких частиц, способных быть выловленными фильтром на стандартной загрузке активированного угля. Этот способ действительно может помочь продлить срок работы системы и избавить потребителя от постоянной нужды проводить следующий ритуал.

В финале данной процедуры в фильтр добавляется специальный регенерирующий раствор. В зависимости от анионо-катионного состояния, в роли раствора может играть обычная поваренная соль, минеральные кислоты, щёлочи.

Всё, фильтр снова готов к работе!

3. Умягчение воды с помощью метода ионного обмена.

Магний, калий, кальций, железо, марганец – нет, мы не перечисляем состав, написанный на этикетке витаминов. Мы говорим о составе воды. Казалось бы, замечательно – важнейшие микроэлементы текут из крана сами, зачем тогда вообще нужны витамины и зачем очищать воду?

Всё дело в том, что в воде они содержатся в неправильном, окисленном, виде, то есть пользы для здоровья никакой, а при достаточно интенсивном и продолжительном накоплении будет проявляться даже вред.

Отношения данных элементов с окружающей средой так же неоднозначные: все они являются причиной жесткости воды. О жесткой воде слишком много рассказывать не стоит: все мы знаем о существовании шероховатого белого налета на технике и посуде, о ржавых потеках в ванной и санузле, о том, что из-за этого ломаются стиральные машины, выходят из строя системы водонагрева и трубы, так как известковый налет имеет низкую теплопроводность. Вот и получается, что трубы как бы греют, но в доме всё равно холодно, а поднять градус нагрева нельзя – опять же благодаря накипи, так как она может спровоцировать разрыв системы.

Жесткая вода – это невкусно. Соли жесткости крадут запахи и вкусы у продуктов и напитков, поэтому пища не имеет тех ярко выраженных качеств, которые мы ожидаем от нее.

Жесткая вода – это расточительно. Расход чистящих и моющих средств выше, так как жесткость не позволяет им пениться и в полной мере воздействовать на предмет чистки.

Вода – это риск развития заболеваний. Не так давно Всемирная организация здравоохранения предоставила отчет о том, что соли жесткости влияют на состояние сердца и кровеносной системы, истончают их стенки, провоцируют накопление холестерина. Таким образом, можно установить связь между регулярным потреблением жесткой воды и рисками для здоровья, которые, к слову, занимают первое место в России по числу смертности. Так же соли жесткости способствуют образованию камней в почках.

Словом – плюсов у жесткой воды нет. Конечно, если употребить в качестве утоления жажды стакан такой воды, смертельного случая не произойдет, но тем и опасна жесткая вода, что мы привыкаем к её соседству ежедневно. Нас не коробит её вкус, мы примиряемся с вечным налетом, а следовательно – мы постоянно, постепенно, наращиваем уровень накопления элементов, которых не должно быть в нашем организме.

Не менее опасна жесткая вода и для техники. Работая на высоких температурах, большинство промышленных установок нуждаются в охлаждении и промывке водой. Нередко вода сама по себе является генератором производственных процессов, поэтому к её состоянию приковано очень большое внимание.

Представьте себе известковый налет на многомиллионном оборудовании. Сколько средств и сил будет стоить восстановление технических качеств этой машины? Сколько времени придется потратить на простой производства в связи с помехой в работе? Всё это дорого и трудозатратно, поэтому всегда дешевле потратиться на очистную систему, чем возвращаться к проблеме ремонта снова и снова.

4. Достоинства и недостатки ионообменной очистки воды.

Ионообменная смола – это современный и экологичный продукт, она очень эффективна даже в работе с крайне сложными и опасными элементами, а потому бытовые задачи для неё и вовсе являются элементарными.

Приобретая ионообменный фильтр, вы можете быть уверены в том, что ваш дом покинут такие явления как накипь, налет, ржавчина, а общее состояние организма увеличится в пользу тонуса и энергичности.

Вы сможете экономить на отсутствии таких трат как умягчающие средства для стирки, а так же реже покупать чистящие средства, потому как их расход заметно сократится. Приятная новость для дам – теперь за волосами не нужно будет ухаживать, используя несколько средств защиты и питания, так как агрессивное воздействие на них сойдет к минимуму.

Владельцы частных домов могут использовать один водный поток и для употребления его в пищу, и для бытовых, а так же технических нужд, так как показатели жидкости, прошедшей через ионообменную смолу, подходят для всех представленных задач. Это значительно упрощает систему водоподготовки, а так же позволяет экономить средства.

Кстати, о средствах. Ионообменная система водоочистки не может считаться ни дешевой, ни дорогой – ценовой диапазон является приемлемым и доступным для основных категорий населения, а потому задача приобретения фильтра не превратится в семейный кошмар. Расходные материалы, в частности ионообменная смола и регенерирующий раствор – так же не представляют обременения.

Ионообменный фильтр – тихий, сравнительно компактный и простой в обслуживании инструмент. Он имеет ёмкость с фильтром, куда поступает вода по специально установленной трубке, а так же бак с регенерирующей смесью, трубку отвода чистой воды и ручной клапан, позволяющий регулировать работу системы. Всё просто и доступно даже для тех, кто не привык взаимодействовать с какими бы то ни было приборами.

Помимо натрия, в употребление человеком идут и активаторы ионообменной смолы, которыми подпитывается фильтр. Ведь когда раствор попадает в нужную среду, он не исчезает сам собой. Куда он девается? Смывается с потоком переработанной воды в кран.

Определенные неудобства имеет и процесс промывки ионообменной соли. Согласитесь, не у всех есть возможность продувать, промывать и сушить фильтрующий агент у себя дома. К тому же надо понимать, что на время отсутствия фильтра, дом будет лишен возможности пользоваться чистой водой.

При этом в деле промышленного производства минусов у ионообменной смолы нет, это действительно эффективный и практичный способ подготовки воды к работе с механикой.

Мы всегда готовы помочь вам выбрать правильный фильтр. Обращаясь к нашим специалистам, вы сможете получить полную и честную консультацию, которая развеет все ваши сомнения и ответит на все вопросы, касающиеся состава вод, сроках обслуживания и методах использования.

Результаты многих исследований в лабораторных условиях показывают, что качество водопроводной воды не отвечает установленным нормам. Чтобы предупредить развитие заболеваний и продлить срок службы бытовой техники и сантехники, рекомендуется жидкость очищать и умягчать. Часто в водопроводной воде выявляется высокая концентрация металлов и солей, которые отрицательно влияют на человеческий организм. Чтобы решить проблему, рекомендуется в частных домах или квартирах устанавливать ионообменные фильтры.

Назначение и область применения ионообменных фильтров для очистки воды

Самым востребованным и доступным способом очищения и умягчения водопроводной воды является использование ионообменных фильтров. Способ позволяет не только извлекать, но и задерживать вредные примеси.

Используются в быту и промышленных масштабах. Без участия ионного обмена приостановится производство в отраслях пищевой промышленности, тепловой и атомной энергетики, цветной металлургии, очистки сточных воды и в электронной промышленности. В течение последних 5 лет постоянно ведутся работы, которые позволят извлечь ценные компоненты из океанских глубин.

Регулярные осмотры позволяют установить неполадки или предупредить их образование. В аварийных ситуациях требуется перекрывать вентили до и после фильтровального оборудования, также отключать подачу электропитания. Если самостоятельно не удается устранить поломку, лучше обратиться в сервисный центр.

Устройство и принцип работы

Ионные фильтры для быта состоят из корпуса, картриджа, пропитанного ионообменной смолой, распределительных устройств, трубопроводов и резервуара для очищенной воды. При производстве используют материалы высокого качества, например, сталь или прочный пищевой пластик.

Центральная часть корпуса оснащена блоком фильтрации, который выполнен из ионообменного волокна. За ним находится сетчатый фильтр, задерживающий вредные примеси в водопроводной воде, и ионообменник. Задача последнего рабочего узла – замена ионов солей, калия и железа на водород или натрий. В корпусе предусмотрены специальные отводящие отверстия для выведения растворенных в жидкости газов наружу.

Существуют разные модификации фильтров с разной производительностью и мощностью, напрямую зависящих от направления движения регенерирующего потока и фильтрующей нагрузки. Габариты моделей также зависят от условий эксплуатации и предназначения.

Ионообменные фильтры рекомендуется устанавливать в том случае, если минерализация водопроводной воды достигает 100 мг солей / 1 литр.

Самыми эффективными принято считать устройства с водородными смолами. Проходя сквозь такой фильтр, радиоактивные вещества и тяжелые металлы захватываются и преобразуются в безопасный водород. В результате подобного процесса осуществляется изменение кислотно-щелочного баланса воды.

Смолы – это вещества неорганического происхождения, содержащие в себе большое количество пор. Выпускаются в виде гранул.

Особенности эксплуатации и обслуживания

Для продления эксплуатационного срока очистительного фильтра нужно не только правильно установить его и настроить, но и регулярно выполнять профилактические мероприятия. Неотъемлемая составляющая обслуживания – своевременное и регулярное пополнение запасов регенерационных солей, смол. При дефиците активного компонента вся очистительная система не сможет работать надлежащим образом, а смолы быстро придут в негодность.

Ионообменные фильтры часто устанавливают в загородных домах и на дачах с автономной системой водоснабжения, где отсутствует централизованное обеззараживание. Чтобы предупредить инфицирование воды болезнетворными организмами, нужно использовать качественные дезинфицирующие химические препараты.

Также важно помнить о правильной утилизации отходов.

Преимущества и недостатки

Ионообменные очистительные фильтры для воды, как и прочие аналоги, имеют не только преимущественные особенности, но и недостатки. Подробнее о достоинствах:

Простота установки, использования и обслуживания.
Высокое качество очистки водопроводной воды и ее умягчения.
В составе сокращается количество солей и прочих вредных примесей.

Среди недостатков выделяют следующие:

Низкие показатели гидрофильности смолы.
Ощутимые финансовые затраты на восстановление химических реагентов.

Все недостатки в современных моделях практически неощутимы, поскольку расход ценных смол медленный, а специальные катализаторы делают процесс очищения и умягчения максимально эффективным.

Ионообменный метод очистки воды считается наиболее результативным для водоподготовки и умягчения воды. Он нашел широкое применение в промышленности.

Суть ионообменного процесса очистки воды заключается в замене ионов из раствора (жидкости) на ионы, находящиеся на поверхности ионитов. Иониты входят в состав ионообменного материала, который вносится в фильтр (колонну).

В зависимости от фильтрующего материала, ионообменные фильтры (колонны) могут применяться для удаления из жидкости солей жесткости (Ca и Mg), железа, марганца и тяжелых металлов, нитратов, кислот, солей кремния, органических соединений, радиоактивных отходов и прочих загрязнений.

Ионообменный способ очистки воды может применяться в случаях, когда требуется удалять только определенные взвеси или соли, оставляя все остальное, то есть селективно.

Исходя из состава поступающей на очистку воды применяют определенные фильтрующие материалы:

Ионообменные смолы. Одни обмениваются катионами (катионообменные смолы), другие — анионами (анионообменные смолы). Имеют пористую и проницаемую структуру, размер гранул составляет 0,3 – 0,8 мм. Аниониты бывают сильноосновные и слабоосновные, а катиониты — сильнокислотные и слабокислотные.

Волокнистые ионообменные материалы в различных текстильных формах. В основном применяют для дополнительной очистки питьевой воды от катионов тяжелых металлов, радионуклидов и железа.

Катионирование — процесс очистки жидкости ионообменным методом, когда происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), которые присутствуют в объеме катионита, различают две разновидности катионирования: Н-катионирование (смолы обменивают катионы из воды на ионы водорода) и Na-катионирование (смолы обменивают ионы из воды, на ионы натрия).

Анионирование — процесс очистки раствора ионообменным методом, когда происходит обмен анионов на ион гидроксида. Сочетание OH-анионирования и Н-катионирования приводит обессоливание воды.

Ионообменная очистка воды применяется в случае:

Невысокой концентрации загрязнения жидкости.

На финальном этапе очистки, когда требуется высококачественная вода.

Использования в установках обессоливания и умягчения воды. Такая вода необходима для работы котельных, ТЭЦ и АЭС.

Очистка воды ионообменными смолами используется для умягчения воды. Вода, проходя сквозь ионообменный материал, заменяет ионы электролитов на иониты, при этом изменяется химическая структура и жидкости, и реагента, уходит жесткость.

В зависимости от необходимого количества умягченной жидкости, используют разное число колонн и их размеры.

При 1-ступенчатой очистке требуется 2 колонны. Жесткость воды уменьшается до 0,05–0,1 г-экв/м3.

При 2-ступенчатой очистке уже нужно 2 большие и 2 малые колонны. Жесткость воды достигает 0,01 г-экв/м3.

Такая вода нужна в энергетике, на металлургических, фармакологических производствах, пищевой и электронной промышленности.

На базе колонн (фильтров) проектируются ионообменные установки очистки воды. Они бывают ручные, автоматические и комбинированные.

Промышленная ионообменная установка обычно включает:

Насосы для подачи, дозировки и циркуляции воды.

Вертикальные фильтрующие элементы с дренажно-распределительными системами снизу и сверху корпуса.

Блок восстановления (регенерации).

Запорная арматура с трубопроводом обвязки

Блок управления и контроля, отвечающий за забитость фильтрационного материала

Электрическая и гидравлическая “обвязка”.

При засорении фильтрующего материала, требуется их регенерация раствором в виде хлорида натрия или др.

Ионообменная система очистки воды может работать периодически и непрерывно.

Установки периодического действия. При этом происходит ионообмен, промывка ионита примесей, восстановление ионита, промывка ионита от восстанавливающего раствора. Недостатки этого метода — большие объемы установки, большое количество использованных реагентов, единовременно требуется большое количество засыпки ионообменного материала, сложность автоматизации.

Установки непрерывного действия. Применяется для снижения жесткости воды для паровых и водогрейных котлов, на предприятиях с бесперебойным производственным циклом:

Когда в рабочем режиме один фильтр, второй фильтр находится в режиме восстановления/ожидания. Работая непрерывно, производительность ее не больше, чем у установки периодического действия.

Когда в рабочем режиме оба фильтра, производительность увеличивается в 2 раза. Если одна колонн на восстановление, то вторая работает в форсированном режиме, подача отфильтрованной воды не останавливается.

Обозначения основных моделей ионообменных установок:

УИ – (S, A, D, MB, SP)(R, K, C) – (М1. Мn)/K – (T, V, Q, R), например УИ – SK(2510) – M1 – 0817V, где

S,A,D,MB,SP — установки умягчения, декарбонизации, деминерализации, ионообменники со смешанными слоями, специальные технологии соответственно.

Тип управления установкой — R ручное, К автоматизированный клапан управления, С центральный контроллер.

Кол-во фильтров в установке (М1…Мn).

К — размер корпуса.

Тип управления по сигналу к регенерации (Т-по времени, V – по объему обработанной воды, Q – по качеству воды, R – по требованию оператора).

Преимущества системы очистки воды ионообменной смолой.

Очистка жидкости на самом высоком уровне.

Различные иониты, отличающиеся по составу и конструкции.

Невысокие затраты на эксплуатацию. Фильтрующий материал меняют не реже через 2 года, в некоторых случаях через 7 лет, все зависит от вида материала и условий работы.

Все процессы автоматизированы.

Высокое качество материалов и оборудования, имеют необходимые сертификаты.

Питьевая вода в домах и квартирах не всегда отличается чистотой и безопасностью, потому что может содержать большое количество солей и других примесей, которые негативно влияют на организм человека.

Кроме вреда для организма, жесткая и соленая вода может повредить бытовую технику, например стиральную или посудомоечную машину, бойлер или утюг.

Чтобы предотвратить такое негативное воздействие, пользователи применяют ионообменные картриджи, представляющие собой специальные средства, снижающие жесткость воды с помощью кальция и магния, находящихся внутри.

Ионообменные фильтрационные системы – особенности и тонкости

Самыми распространенными, популярными и эффективными считаются модели фильтрационных систем, в которых используются водородные смолы, предотвращающие попадание тяжелых металлов и радиоактивных компонентов в бытовую технику.

Другой разновидностью таких фильтров являются натриевые устройства, в которых металлические ионы заменяются натриевыми, за счет чего происходит щелочная реакция, а уровень солей в воде снижается.

Ключевую роль в очистке воды играют специальные смолы, представленные производителем в специальных колбах с гранулами. Такие картриджи нужно периодически менять, ориентируясь на уровень загрязнения воды и количество ее потребления.

Магистральные фильтры с различными очистными материалами, имеют как свои достоинства, так и недостатки.

В числе достоинств таких фильтрационных систем, находятся:

Бесшумная работа, что особенно важно для использования фильтрационной системы в домашних условиях;
Высокий уровень очистки воды, с устранением тяжелых металлов и частиц, а также устранением бактерий, пестицидов и ядохимикатов;
Легкое и просто обслуживание, выполнять которое можно самостоятельно, без привлечения специалистов;
Сохранение минерального состава воды и одновременное насыщение ионами, которые образуют органические соли, легкоусвояемые организмом.

Что стоит учесть при покупке магистрального фильтра с ионообменными картриджами?

Важными аспектами и критериями, которые повлияют на выбор системы, являются:

Анализ уровня жесткости потребляемой водопроводной воды и предпочитаемая степень мягкости жидкости;
Мощность и КПД фильтра, выбираемые с учетом используемого оборудования и количества членов семьи, пользующихся водой;
Доступность сменных картриджей и других аксессуаров и запчастей, необходимых для обслуживания, профилактики и ремонта.

Чтобы определить уровень жесткости и количество солей, содержащихся в воде, можно воспользоваться услугами лаборатории или специальным прибором, а если планируется очищать большие объемы воды, то лучше приобрести промышленные установки, с практичной функцией автоматической регенерации.

Эксплуатация фильтров с ионообменными картриджами

Чтобы установка и сам фильтр работал максимально эффективно и долго, важно регулярно менять картридж и смолу. Частота замены зависит от индивидуальных условий эксплуатации, а также выполняется по специально разработанному графику.

Стандартными периодами замены картриджей и смол в зависимости от типа используемого оборудования или системы, являются:

Кувшин или модель с объемом 150-350 литров – от 2 до 6 недель;
Насадка на вентиль – от 3 до 8 недель;
Магистральная сеть – от 3 до 12 месяцев;
Системы обратного осмоса – от 1 до 2 лет.

Фильтрационные системы, оснащенные ионообменными картриджами, являются практичными в очистке и смягчении воды, независимо от ее состояния, уровня жесткости и степени загрязнения, в чем уже смогли убедиться многие владельцы домов, коттеджей и квартир.

Читайте также: