Złoże jonowymienne w zmiękczaczu – jaką pełni rolę?
Złoże jonowymienne w zmiękczaczu – jaką pełni rolę?
Twardą wodę zmiękcza tzw. złoże jonowymienne. To kluczowy element w zmiękczaczu wody, który w dużej mierze decyduje o jego wydajności. Większa ilość złoża powoduje, że urządzenie będzie w stanie zmiękczyć więcej wody w jednostce czasu w jednostce czasu.
O wydajności zmiękczacza mówią dwa parametry:
- maksymalna pojemność jonowymienna (m³x°dH)
- maksymalne natężenie przepływu (m³/h lub dm3/min).
Im wyższeparametry, tym wydajniejszy jest zmiękczacz.
Ilość żywicy to jednak nie wszystko. Liczy się też jej jakość. Żywica niższej jakości po pierwsze będzie miała krótszą żywotność niż przyjęte kilka-kilkanaście lat (w zależności od jakości wody wyjściowej), a po drugie nie będzie w stanie zmiękczyć tyle wody między regeneracjami, co lepszy produkt. To podwyższy koszty zmiękczania i zmusi do szybszej wymiany żywicy.
W zmiękczaczach EcoWater stosuje się wysokiej jakości złoże o nazwie Purolite C 100E. Jest to silnie kwaśna żywica kationitowa o żelowej strukturze. Używa się jej do zmiękczania wody w przemysłowych i domowych urządzeniach. Spełnia restrykcyjne wymagania krajów członkowskich Unii Europejskiej, dlatego bez obaw może być również używana w instalacjach zmiękczania wody pitnej lub mającej kontakt z żywnością. Żywica wypełnia zbiornik wewnątrz obudowy zmiękczacza, tworząc tzw. kolumnę jonitową. Po podłączeniu zmiękczacza do głównego przyłącza wody zimnej w domu, przez kolumnę przepływa każdy litr wody (poza okresem regeneracji złoża).
O co chodzi w zmiękczaniu wody?
Zmiękczanie wody to nic innego jak reakcja chemiczna. Problematyczne wapń i magnez, czyli składniki w twardej wodzie powodujące tworzenie się osadów z kamienia, są wymieniane na sód, który dobrze rozpuszcza się w wodzie. Dzieje się to w wyniku wymiany jonowej. W jaki dokładnie sposób zachodzi ten proces?
Żywica jonowymienna składa się z małych, okrągłych ziaren o porowatej strukturze, w kolorze złotym. W zmiękczaczach wody struktura polimeru żywicy zawiera stałe jony ujemne, które są do niej trwale przyłączone. Nie można ich usunąć. Prościej mówiąc, żywica posiada stały ładunek ujemny. Każde ujemnie naładowane ziarno ma przytwierdzone do swojej powierzchni dodatnio naładowany jon sodu. Ładunek dodatni sodu powoduje, że ujemnie naładowana żywica przyciąga go jak magnes. Sód, w odróżnieniu od stałych jonów ujemnych polimeru żywicy, jest mobilny i może być wymieniony na inny jon. Każde miejsce styku mobilnego sodu i stałego ujemnego ładunku żywicy to miejsce wymiany jonów.
Zawarte w twardej wodzie jony wapnia i magnezu mają silniejszy ładunek dodatni niż sód przytwierdzony do złoża. To oznacza, że jony powodujące twardość są mocniej przyciągane przez ujemny ładunek żywicy, niż mobilny sód, który zostaje wyparty z żywicy, a jego miejsce zajmuje wapń i magnez. I to jest sedno wymiany jonowej - niechciane jony wapnia i magnezu są wymieniane w wodzie na jony sodowe. Co ważne, zasolenie wody w wyniku wzbogacenia jej o sód nie zmienia się. Do nadania wodzie słonego smaku konieczne byłyby jeszcze chlorki (wynika to ze wzoru na sól – NaCL) a te w reakcji wymiany jonów nie uczestniczą.
Czy złoże może zmiękczać wodę w nieskończoność?
Powierzchnia żywicy jest ograniczona, więc mamy też skończoną liczbę miejsc wymiany jonów. W momencie, gdy miejsca się kończą, złoże musi być zregenerowane. Do regeneracji złoża wykorzystywana jest solanka, czyli roztwór soli tabletkowanej i wody. Oba te składniki zmiękczacz dozuje sobie samodzielnie i kieruje je na płukanie złoża. W trakcie płukania solanka:
- usuwa jony wapnia i magnezu zatrzymane przez żywicę,
- usuwa pęcherzyki i nieregularne puste przestrzenie między ziarnami,
- grawitacyjnie układa cząstki żywicy, aby zapewnić minimalny opór przepływu wody.
Solanka powoduje, że jony wapnia i magnezu zostają oderwane od złoża. Jednocześnie jony sodu w solance przyklejają się do powierzchni żywicy. Po zakończonej regeneracji (ok. 2h) nadmiar solanki i oderwane jony wapnia i magnezu, czyli popłuczyny, są odprowadzane do kanalizacji, a żywica ponownie jest gotowa do zmiękczania wody.
Żywotność złoża kiedyś się skończy. Jeśli woda jest gorszej jakości, np. jest bardzo twarda, albo zawiera większe ilości żelaza oraz manganu niż przewiduje norma, to żywotność się skraca. W wodzie wodociągowej na tzw. końcówkach wodociągu (poza miastem) często woda ma gorszą jakość i może zawierać mangan oraz żelazo wypłukiwane z rur. Z żelazem w postaci rozpuszczonej żywica sobie poradzi – nastąpi znana już wymiana jonów. Jeśli jednak ilości żelaza są przekroczone, to jego część w wyniku utlenienia przejdzie w formę stałą (nierozpuszczoną). Wówczas wymiana jonowymienna nie będzie mogła dojść do skutku, a w wodzie uzdatnionej żelazo będzie obecne.
