Процесс ионного обмена в технологии умягчения воды

Процесс ионного обмена наиболее распространен в технологии умягчения воды, применяемой в различном теплоэнергетическом оборудовании, где имеется риск выпадения солей жесткости — накипи.

Однако, помимо привычного натрий-катионирования процесс ионного обмена часто используется для химического обессоливания либо селективного удаления определенных ионов.

Ионный обмен основан на способности специальных материалов – ионитов – обменивать свои ионы на ионы присутствующие в воде.

Ионообменная смола представляет собой полимерный материал (как правило, полистирол) с «пришитыми» на него функциональными ион-селективными группами: сульфогруппы (HSO3-) для катионита и четвертичные амины (R4N+) для анионита.
Обессоливание в одну ступень, как правило, позволяет снизить солесодержание в 10-50 раз. Регенерация ионообменных смол осуществляется при помощи пропускания через них растворов сильных кислот (для катионообменных смол) и щелочи (для анионообменных смол).
В промышленности зачастую используется двухступенчатый ионный обмен, представляющий собой технологическую схему, состоящую из последовательно установленных четырех блоков фильтров: c чередующимися сильнокислой, сильноосновной, слабокислой и слабоосновной ионообменными смолами.

Главный недостаток применения систем ионного обмена для обессоливания заключается в относительно высокой стоимости кислот и щелочей, что существенно увеличивает эксплуатационные затраты.

Второй проблемой является сам факт использования кислот и щелочей, что, в свою очередь, предъявляет дополнительные требования к рабочему персоналу, помещению, а также утилизацию концентрированных стоков. 

Преимуществом обессоливания при помощи ионного обмена является относительно низкая стоимость капитальных затрат при установке оборудования.
Наиболее выгодным, с точки зрения эксплуатационных затрат, является использование ионного обмена в качестве второй ступени после установки обратного осмоса при получении деминерализованной воды.
  
Также многие производители ионообменных смол в своем ассортименте продукции имеют смолы смешанного типа, представляющие собой нерегенерируемую смесь катион- и анион- обменных смол в формах (H+, OH-).

Использование данной смолы наиболее оправдано в небольших установках (до 5 куб.м/ч) в качестве второй ступени после установки обратного осмоса.

Как правило, срок эксплуатации ионообменной смолы смешанного типа до истощения её обменной ёмкости составляет около 1 года.