Вопрос умягчения воды давно заботит ученых: медиков, специалистов пищевой промышленности, инженеров и химиков. Соли кальция и магния, которые содержатся в жесткой воде в избыточных количествах, негативно влияют на организм человека и выводят из строя нагревательные элементы в различных приборах.
Ионный обмен — современный и эффективный способ очистки воды. Он заключается в замене жестких солей (содержащих в составе кальций и магний) на мягкие (на основе натрия).
Принцип ионного обмена
В основе этого метода — химическая реакция. Внутри фильтра содержатся иониты (ионообменные материалы), которые вступают в реакцию с веществами, содержащимися в воде в растворенном виде. Простыми словами, они «вытягивают» из жидкости кальций и магний, а взамен «отдают» натрий. Вода меняет свою структуру на ионном уровне, в результате чего становится безопаснее, полезнее и вкуснее.
Метод ионного обмена сегодня широко применяют как для получения чистой пригодной для питья воды, так и в качестве предварительного этапа очищения жидкости для подготовки ее к использованию в атомной, энергетической промышленности и других сложных высокоточных сферах.
В отличие от множества механических способов очистки воды, с помощью ионного обмена можно извлекать только конкретные вредные виды примесей, а полезные при этом не трогать. Такая очистка называется селективной.
Какие материалы используются для очистки воды
В составе ионообменных материалов (они могут быть в виде смолы или иметь волокнистую текстуру) содержатся иониты. Это – твердые нерастворимые вещества, содержащие особые функциональные ионообменные группы, которые могут в жидком растворе заменять одни ионы на другие.
В процессе ионизации участвуют два вида ионов с противоположными зарядами:
- жестко закрепленные в структуре ионита;
- переходящие в раствор и замещающиеся на ионы другого вещества с тем же зарядом.
Иониты могут быть органическими или неорганическими, в зависимости от материала, выступающего основой для фиксации функциональных групп. Все иониты можно разделить на 4 основные группы.
- Селективные — то есть способные удалять только конкретные вещества. Позволяют удалять из воды такие вещества, которые не поддаются традиционным способам очистки: например, радионуклиды, тяжелые металлы или бор.
- Катиониты — на них жестко закреплены анионы (ионы с отрицательным зарядом), а в обмене участвуют катионы (ионы с положительным зарядом).
- Аниониты действуют по обратному принципу: катионообменные группы закреплены жестко в структуре вещества, а анионы заменяются на другие при прохождении жидкости.
- Амфолиты имеют функциональные группы обоих типов и способны удалять из воды как катионы, так и анионы.
Фильтроматериалы также бывают регенерируемые и нерегенерируемые. Соответственно, первые могут использоваться многократно, а вторые — одноразового применения, заменяются при окончании ресурса работы.
Когда нужен ионный обмен
Этот метод эффективен для удаления катионов, отвечающих за жесткость воды: кальций, магний, железо, тяжелые металлы. А также для декарбонизации воды, то есть удаления ионов гидрокарбоната за счет их перехода в угольную кислоту, которая впоследствии разлагается на углекислый газ и воду.
Ионообменная очистка незаменима при концентрации растворенных веществ в воде свыше 200 мг на литр. После прохождения такой очистки жидкость становится пригодной для питья, производства пищевых продуктов, лекарств, изготовления пластика и полимеров, может применяться в стекольной, бумажной, каучуковой промышленности и других отраслях. И, конечно, эту технологию можно использовать и в быту. Особенно она актуальна для жителей частных домов или квартир, где водопроводная вода поступает совсем низкого качества.
Преимущевтвом метода является эффективность, простота в использовании и обслуживании. А из минусов можно выделить высокую стоимость и необходимость периодической регенерации загрузок и утилизации отслужившего материала.
Как выбрать фильтр для ионообменной очистки воды
Фильтр подбирают в зависимости от особенностей конкретной воды: какие именно вещества необходимо из нее удалить. А также важное значение имеет расход воды: от него зависит размер и производительность очистительного оборудования.
Так, например, для очистки воды в загородных домах отлично подходит универсальная ионообменная загрузка Ecotar. Она прекрасно справляется с водой из колодцев, скважин, а также с водопроводной, и эффективно удаляет соли жесткости, железо, марганец, органические соединения. В результате получается бесцветная прозрачная вода без посторонних вкусов и запахов, полностью пригодная для употребления в пищу и бытовых нужд.