Ионообменный картридж для чего нужен
Описание и характеристика ионообменных фильтров для очистки воды
В воде, поступающей в дом, может содержаться избыток вредных солей, негативно воздействующий на человеческий организм. Вследствие чего в нём образуются камни.
Также жёсткая вода вредит нагревательным составляющим отопительной техники и стиральных машин. Поэтому необходимо понижать жёсткость воды. А чтобы это процесс получился наиболее эффективным, следует применять ионообменные фильтры.
Описание метода фильтрации
Ионообменные фильтры для обработки жидкости – это специальная автоматическая система, способная снизить жесткость воды (убрать излишек магния и кальция). Этот процесс работает за счет ионообменной смолы.
Разбирая данный процесс детальнее, требуется изучить принцип функционирования, структуру и модификации такого фильтра.
Принцип действия
Наибольшей эффективностью характеризуются модели с водородными смолами. Тяжёлые металлы и радиоактивные компоненты, следуя через это устройство, захватываются. Их место занимает безвредный водород.
Также есть натриевые приборы. Они заменяют металлические ионы на натриевые. В итоге получается переизбыток солей, и проходят щелочные реакции.
Вследствие такого очищения меняется кислотно-щелочные показатели воды. Из-за этого нарушаются обмен веществ в организме. Но в целом, такие соли не опасны для человека и не формируют накипи на бытовых приборах.
В ионном обмене ключевую роль играют специальные смолы. Это неорганические соединения, насыщенные порами и выпускающиеся в гранулах. Их нужно периодически очищать. А регулярность этой операции обуславливается уровнем загрязнения воды и загруженностью прибора.
Устройство
Его составляющими являются:
В центре корпуса сосредоточен фильтрующий блок, для создания которого применён ионообменный волокнистый материал. За ним находятся сетчатый фильтр, который механически удерживает мусор, и ионообменный отсек.
Завершением конструкции является фильтр тонкого очищения. Для устранения газов из воды в корпусе есть специальные отверстия.
Плюсы и минусы очистителей
Достоинства ионообменных фильтров таковы:
Недостатки:
На что обращать внимание при выборе?
До покупки фильтрующей системы:
Если требуется очищать промышленные стоки или умягчать значительные объёмы воды, то лучше покупать солидную промышленную модель с автоматической регенерацией.
Почти все модификации требуется дополнять угольным фильтром. Это необходимо для полноценной качественной очистки воды, после которой она становится пригодной для питья.
При выборе модели учитывайте способы замены ионов солей: натрий или водород. От вида фильтра обуславливаются кислотно-щелочные показатели очищенной воды.
Также фильтрующие приборы отличаются друг от друга по производительности.
Она имеет прямую зависимость от объёма фильтрующих загрузок и вектор восстанавливающего потока. По последнему есть разделение аппаратов на прямоточные и противоточные.
Большие модификации – это колонны с автоматической регенерацией наполнителя. Они образованы тремя блоками. Контроль над потоком жидкости в них осуществляет особый клапан, находящийся под процессором электронного типа.
Восстановительный контейнер наполняется поваренной солью. По степени истощения смолы в него добавляется вода, и промывается наполнитель.
Эксплуатация
Чтобы фильтр работал эффективно и максимально долго, требуется постоянно реанимировать специальный картридж и рабочую смолу.
Как часто нужно менять? Каждая модель фильтра обслуживается по индивидуальному графику. В их документах обычно отражаются средние значения на основе типовых норм. В учёт не берётся уровень загрязнения воды.
В целом, интервалы для замены следующие:
Тонкости регенерации смолы
Для восстановления первоначальных качеств смолы используется поваренная соль в пропорции 100 г на литр воды.
Если из прибора можно достать смолу, то используется 3 литра такого состава. В обратном случае – 5 л.
Алгоритм работы с извлечением смолы:
Действия без извлечения смолы:
Если после восстановления смола не даёт должного эффекта, приобретается новый картридж, либо меняется загрузка. По факту после 3-4 промывки требуется замена картриджа.
В видео можно ознакомиться наглядно с процедурой регенерации фильтра с ионообменной смолой:
Производители
Наибольшей популярностью пользуются 3 следующие компании:
Аквафор
Российская компания из Санкт-Петербурга, с 1992 года специализирующаяся на производстве фильтров для жидкости и сорбентов.
Особенности продукции:
Барьер
Российская компания с 1993 года выпускающая фильтры бытового назначения. Имеет 4 производственные точки в крупных городах.
Особенности фильтров:
Гейзер
Производитель бытовых установок с широким ассортиментом.
Особенности продукции с ионным обменом:
Заключение
Фильтры с ионным обменом эффективно очищают и умягчают воду, а также удерживают кислотно-щелочное равновесие.
Это очень популярные устройства, представленные в хорошем ассортименте в виде кувшинов, проточных систем под мойку и т.д. Благодаря ним хозяева устраняют угрозы для себя и многих бытовых аппаратов.
Ионообменная смола: обзор картриджей и засыпок с катионитами
В проточных фильтрах и станциях умягчения воды в качестве основного фильтрующего материала используют ионообменную смолу. Есть несколько ее разновидностей, но чаще всего речь идет про катиониты. Т.е. те смолы, которые обменивают катионы тяжелых металлов из исходной воды на ионы натрия или калия.
Если интерес представляют лишь конкретные картриджи и засыпки 
Неоднородность цвета в большинстве случаев обусловлена разной влажностью
Характеристики
| Label 1 | Label 2 |
|---|---|
| Физическая форма | Сферические гранулы белого, желтого, черного или другого цвета. |
| Ионная форма | Обычно Na+, но бывает и K+. Показывает то, какими катионами смола будет обмениваться перед первой регенерацией. |
| Общая обменная емкость | Определяет максимальный объем воды, который способен умягчить литр смолы. Выражается в эквивалент/литр. Чем выше, тем лучше. Обычно равна 1,9-2 экв/л. |
| Диапазон pH | Допустимое значение pH для нормальной работы материала. Самые популярные катиониты работают во всем диапазоне при pH(0-14). |
| Максимальная температура воды | Обычно равна 120-150°C. Учитывая то, что в быту обычно умягчают холодную воду, этим свойством можно пренебречь. |
| Влагосодержание | Смола всегда должна находиться в увлажненном состоянии. Содержание влаги может составлять от 43 до 50%. Если упаковка вскрыта, то этот параметр будет низким – такой материал непригоден, т.к. его обменная емкость будет ниже паспортной. |
| Насыпная масса | Этот параметр помогает понять, сколько материала поместится в картридж или фильтрующую колонну. |
| Средний размер гранул | Чем однороднее состав, тем более предсказуемым будет результат. Лучше всего материал с разбежкой 0,2-0,3 мм, например, со средним размером гранул 0,6-0,8 мм. |
| Содержание мелких гранул (меньше 0,3 мм) | Чем меньше, тем лучше – ниже вероятность, что их вымоет в канализацию или в очищенную воду. Нормальным считается значение до 1%. |
| Содержание крупных гранул (больше 1,2 мм) | Чем больше, тем хуже – меньше совокупная поверхность гранул, вступающая в реакцию ионного обмена. Нормальным считается значение до 5%. |
| Label 1 | Label 2 |
|---|---|
| Скорость потока в рабочем режиме | Определяет скорость движения воды через фильтрующий материал. Указывается в виде диапазона. В среднем это 10-25 м/c, но бывают и более широкие разбежки для максимальной и минимальной скорости. |
| Высота слоя материала | Минимальная высота слоя, обеспечивающая качественную водоподготовку при указанных скоростях потока. Определяет то, насколько много засыпки требуется для наполнения колонны. Обычно высота составляет минимум 0,6 м. |
| Расширение | В рабочем режиме загрузка находится в состоянии кипящего слоя, т.е. исходный материал парит в потоках воды, что отражается показателем расширения в %. Обычно это 25-50% в зависимости от скорости потока. Исходя из этого рассчитывают размер колонны и количество засыпки. |
| Регенерант | Соль для приготовления регенерирующего раствора. Чаще всего используют таблетированную поваренную соль (NaCl). |
| Доза регенеранта | Количество соли для восстановления 1 л фильтрующего материала. Чем меньше, тем лучше. Нормальным считается расход в пределах 100-300 г/л. |
| Скорость потока регенеранта | Скорость, с которой происходит промывка смолы раствором соли. Чем выше, тем быстрее процессы. Варьируется в пределах от 1 до 12 м/ч. |
Принцип работы
Вода содержит некоторое количество ионов жесткости, т.е. кальция и магния. При пропускании через смолу они замещают катионы натрия, которые и поступают в умягченную воду. Меньше солей жесткости – больше солей натрия. Всем хорошо!
Реакция обратима, на чем и основана технология регенерации (восстановления) такого фильтрующего материала.
Регенерация
Нужно взять поваренную соль без каких-либо добавок и приготовить 30% раствор. Например, в 1 литр добавить стакан соли. Тут точность особо не важна. Соль должна полностью раствориться, поэтому можно использовать теплую воду, которую потом остудить до комнатной температуры.
А вот сколько выдерживать в такой воде, тут мнения разделяются.
Из инструкции Гейзер 
Из инструкции Аквафор Трио 
Из инструкции Аквафор Кристалл
Я рекомендую оставить это дело восстанавливаться с вечера до утра – вся емкость смолы должна вернуться.
Регенерация для самых жадных
Если картридж со смолой используется долго и пережил несколько регенераций солевым раствором. Если вы чувствуете, что как-то он не очень работает, и уже через неделю опять появляется накипь в чайнике. То все это говорит о том, что он хочет на покой. Но мы его так просто не отпустим.
Гипотетически гранулы могут покрыться налетом, препятствующим нормальному протеканию восстановительных процессов. Соответственно его нужно чем-то растворить. Будем использовать слабую кислоту.
В 1,5 литрах теплой воды растворите 50 г лимонной кислоты. Оставьте на время, чтобы температура опустилась до комнатной. Этим раствором необходимо залить смолу на 2-3 часа и оставить в покое. Потом промыть чистой водой и попробовать восстановить солевым раствором, как обычно.
Срок службы
Средний срок службы в зависимости от интенсивности использования фильтрующего материала составляет 3-5 лет. Это объясняется механическим истиранием гранул, постепенным вымыванием мелких частиц ионообменной смолы. При неправильной эксплуатации она может испортиться и на первом году, в идеальных условиях – прослужит до 10 лет.
Можно ли пить воду после ее очистки ионообменными смолами? Если говорить про обычные бытовые случаи умягчения жесткой воды, то можно, ведь именно для этого эти смолы и производят. Другое дело, что количество натрия в питьевой воде регламентируется тем же СанПиН 2.1.4.1074-01. По этим нормам натрий в воде относится ко 2-му классу опасности, т.е. это высокоопасное вещество.
Какие-то соли натрия есть в исходной воде, а если учесть и те, которые будут поступать из смолы в процессе умягчения воды, то можно предположить следующее:
Если умягчать очень жесткую воду (жесткость от 7 мг*экв/л и выше) таким способом, то натрия там будет реально много. Сколько именно? А давайте посчитаем!
Для упрощения предположим, что жесткость обусловлена только присутствием солей кальция. Обычно их больше, чем соединений магния, так что все нормально.
1 мг-экв/л = 20,04 мг/л Ca2+
У нас жесткость 7 и выше, принимаем равной 7.
Получается, что в этом случае в 1 л. воды будет содержаться около 140 мг солей кальция.
Считаем, сколько это моль: 0,14/40=0,0035 моль
Учитывая валентность, на обмен поступит в 2 раза большее количество натрия или 0,007 моль.
Считаем массу ионов натрия: 0,007*23=0,161 г или 161 мг.
Т.е. при верхнем пороге жесткости по действующему СанПиН количество натрия лишь приблизится к максимально допустимому его содержанию. Здоровые люди могут быть спокойны.
В то же время переизбыток солей натрия способен вызывать отеки вследствие задержки жидкости, вызывает повышение давления, провоцирует заболевания почек, печени, желудка, поджелудочной.
Неспроста есть такое понятие как гиперумягчение воды, с которым борются установкой байпаса, когда часть жидкости идет в обход ионообменного материала и только потом смешивается с умягченной.
Картриджи с ионообменной смолой
Они есть в ассортименте почти каждого производителя бытовых фильтров. Самые популярные приведены в таблице ниже.
| Наименование / Характеристика | Стандарт | Ресурс, л | Скорость умягчения, л/мин |
|---|---|---|---|
| Гейзер БС | 10Sl 20Sl 10BB 20BB | 500 1000 1500 2000 | 3 5 5 10 |
| Аквафор В510-04 | 10Sl | 6000* | 2,5 |
| Аквафор КН | для Кристалл | 6000* | 2 |
| Барьер Эксперт Смягчение | для Эксперт | 500 | 2 |
| Барьер Профи Смягчение | 10Sl 10BB 20BB | 500 1500 2100 | 2 10 10 |
| Aquafilter FCCST | 10Sl 10BB 20BB | 200 4000 8000 | 3 12 18 |
* Это значения, указанные производителем. На практике ресурс много меньше, 300-500 литров, как и у других картриджей стандарта Slim Line 10″.
Отдельно про ресурс
В идеальных условиях смола будет служить ровно до тех пор, пока количество поврежденных вследствие трения друг о друга гранул не превысит некоторого критического значения. Почему они трутся? Потому что через них проходит поток воды, который перемешивает материал. Об этом я говорил в части про срок службы.
А как происходит на самом деле? Часто производители указывают ресурс ионообменной смолы в литрах, понимая под этим, что материал будут своевременно восстанавливать раствором поваренной соли. Например, для картриджа Гейзер БС 500 литров – максимальный объем умягченной воды, если по мере необходимости пользователь будет его регенерировать. По факту о необходимости в этой процедуре забывают, частицы смолы засаливаются до такой степени, что их и не восстановить.
Подсказка. При использовании умягчителя с картриджем SL10″ в питьевых целях достаточно регенерировать каждые 2 недели. Тогда он прослужит долго.
Засыпки со смолами для станций водоочистки
| Dowex HCR-S/S | Puresin PC002 | Amberlite IRA 120 Na | Lewatit S 1567 | Purolite C100E | |
|---|---|---|---|---|---|
| Физическая форма | Гранулы янтарного цвета. | Светло-желтые гранулы. | Гранулы янтарного цвета. | Темно-коричневые гранулы | Светло-желтые гранулы. |
| Ионная форма | Na+ | Na+ | Na+ | Na+ | Na+ |
| Общая обменная емкость, экв/л | 1,9 | 1,9 | 2 | 2 | 1,9 |
| Диапазон pH | 10-14 | 0-14 | 0-14 | 0-14 | 6-10 |
| Максимальная температура воды, °C | 120 | 150 | 135 | 120 | 120 |
| Влагосодержание,% | 44-48 | 45-50 | 45-50 | 44-50 | 46-50 |
| Насыпная масса, г/л | 840 | 770-870 | 770-860 | 840 | 800-840 |
| Средний размер гранул, мм | 0,6-0,8 | 0,315-1,25 | 0,6-0,8 | 0,55-0,65 | 0,3-1,2 |
| Содержание мелких гранул, % | 1 | 1 | 2 | не указ. | 1 |
| Содержание крупных гранул, % | 2 | 5 | не указ. коэф. одн. 1,9 | не указ. коэф. одн. 1,1 | не указ. коэф. одн. 1,7 |
| Dowex HCR-S/S | Puresin PC002 | Amberlite IRA 120 Na | Lewatit S 1567 | Purolite C100E | |
|---|---|---|---|---|---|
| Скорость потока в рабочем режиме, м/ч | 5-50 | 10-25 | 5-40 | 5-60 | 8-40 |
| Min высота слоя материала, м | 0,8 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,6 |
| Расширение, % | 15-60 | 25-50 | не указ. | 20-240 | 50-75 |
| Регенерант | NaCl | NaCl | NaCl | NaCl | NaCl |
| Доза регенеранта, г/л | 60-250 | 112-300 | 80-250 | 70-120 | 60-320 |
| Скорость потока регенеранта, м/ч | 1-10 | 4-12 | 2-8 | 5 | 2-7 |
* Коэффициент однородности. Чем меньше, тем более однородный гранулометрический состав, тем лучше.
Каждый из этих материалов может быть использован для умягчения воды. Останется только найти наиболее подходящий вариант по цене и учесть характеристики смол для наполнения баллона.
Резюмируя все вышесказанное: катиониты эффективно умягчают воду и делают это долго, если своевременно промывать их раствором поваренной соли.
Возникли вопросы? Задавайте их здесь и я попробую ответить на них.
15 замечаний и предложений на “ Ионообменная смола: обзор картриджей и засыпок с катионитами ”
какая из опубликованных ионообменных смол можно применить для разделения белков,на аминокислоты?