عملکرد رزین سختی گیر

تبادل یون

در فرآیند تبادل یونی، آب از بین مواد مهره‌ ای متخلخل و کروی (رزین‌های تبادل یونی) نفوذ می‌کند. یون های موجود در آب با سایر یون های ثابت شده روی دانه ها مبادله می شوند. دو روش رایج تبادل یونی نرم کردن و دییونیزاسیون هستند. نرم کردن عمدتاً به عنوان یک روش پیش تصفیه برای کاهش سختی آب قبل از پردازش اسمز معکوس (RO) استفاده می شود. نرم کننده ها حاوی دانه هایی هستند که به ازای هر یون کلسیم یا منیزیم که از آب "نرم شده" حذف می شود، دو یون سدیم را مبادله می کنند.

دیونیزاسیون

دانه های دییونیزاسیون (DI) یون های هیدروژن را با کاتیون ها یا یون های هیدروکسیل را با آنیون ها مبادله می کنند. رزین های تبادل کاتیونی که از زنجیره های پلی استایرن به هم پیوسته توسط دی وینیل بنزن با گروه های اسید سولفونیک به صورت کووالانسی ساخته شده اند، یک یون هیدروژن را با هر کاتیونی که با آن مواجه می شوند (مانند Na+، Ca++، Al+++) مبادله می کنند. به طور مشابه، رزین های تبادل آنیون، که از زنجیره های پلیمری پلی استایرن با گروه های آمونیوم چهارتایی متصل به کووالانسی ساخته شده اند، یک هیدروکسیل را با هر آنیون (مانند Cl-، NO3-، SO4--) مبادله می کنند. یون هیدروژن از مبدل کاتیونی با یون هیدروکسیل مبدل آنیون ترکیب می شود و آب خالص را تشکیل می دهد.

این رزین ها ممکن است به صورت  جداگانه برای بسترهای تبادل کاتیونی و آنیونی بسته بندی شوند. یا ممکن است در مبدل های بستر مخلوط (رزین میکسبد) حاوی مخلوطی از هر دو نوع رزین سختی گیر بسته بندی شوند. این آخرین پیکربندی حذف یون کارآمدتر را امکان پذیر می کند و مقادیر مقاومت بالاتری در برابر آب ارائه می دهد.

سختی گیر رزینی ممکن است زمانی که تمام یون های هیدروژن و/یا هیدروکسیل خود را با آلاینده های باردار در آب مبادله کرد، توسط اسید و بازهای قوی "بازسازی" شود. این بازسازی فرآیند تصفیه را معکوس می کند و آلاینده های متصل به رزین های DI را با یون های هیدروژن و هیدروکسیل جایگزین می کند. با این حال، این یک فرآیند شیمیایی خشن است که ممکن است به زنجیره های پلیمری تشکیل دهنده مهره ها آسیب برساند و منجر به آلودگی رزین توسط مواد آلی و ذرات شود و در تولید آب با خلوص بالا مشکل ایجاد کند.

برای تولید آب با خلوص بالا دو راه حل وجود دارد:

از بسته‌های رزین  میکسبد  فقط یک بار استفاده کنید و بسته را پس از استفاده دور بیندازید. این یک فرآیند اقتصادی قابل قبول است، مشروط بر اینکه این بسته ها با آب پیش تصفیه شده با کیفیت خوب تغذیه شوند تا فرکانس جایگزینی محدود شود. یک پیش تصفیه خوب نه تنها باید بخش عمده ای از یون ها را حذف کند تا بار آلاینده های یونی را که به بسته رزین می رسد محدود کند، بلکه باید مواد آلی، ذرات و کلوئیدها را نیز حذف کند. این برای جلوگیری از تجمع روی مهره‌های رزین سختی گیر یک پوشش که مانع از دسترسی یون‌ها به محل‌های اتصال یونی واقع در ساختار متخلخل دانه‌ها می‌شود، ضروری است.

برای جلوگیری از آسیب رساندن به دانه های رزین تبادل یونی و در نتیجه تولید آلاینده ها، بازسازی رزین های تبادل یونی را با استفاده از روشی ملایم و مستمر مانند الکترودیونیزاسیون انجام دهید. این فرآیند توسط Merck در دهه 1980 توسعه یافت.

هنگامی که در ترکیب با روش های دیگر مانند RO، فیلتراسیون و جذب کربن استفاده می شود، دییونیزاسیون می تواند یک جزء مهم از یک سیستم تصفیه کل آب باشد. سیستم های DI به طور موثر یون ها را حذف می کنند، اما به طور موثر اکثر ارگانیک ها و میکروارگانیسم ها را حذف نمی کنند. میکروارگانیسم‌ها می‌توانند به رزین‌ها بچسبند و محیط کشت را برای رشد باکتری‌ها و تولید پیروژن بعدی در درازمدت فراهم کنند. مزایا و محدودیت های این فناوری در زیر خلاصه شده است.