Wymiana jonowa jest możliwa z dwóch powodów:
1. Kationy różnią się między sobą ładunkiem elektrycznym,
2. Kationy o silniejszym ładunku np. wapń, magnez są z
większą siłą przyciągane przez centra aktywne jonitu niż np.
słabo naładowane kationy sodu.

Dzięki temu jony wapnia i magnezu wymieniane są na nie
powodujące twardości jony sodu. W końcu wszystkie centra
aktywne zajęte są przez wapń i magnez i dalsza wymiana nie
może mieć miejsca. Potocznie mówi się, że jonit się wyczerpał i
musi zostać zregenerowany.

W trakcie procesu wymiany małe ilości silniej naładowanych
kationów (np. żelazo, mangan) są również usuwane jak wapń i
magnez powodując blokowanie się jonitu. Dlatego woda przed
zmiękczeniem powinna być wstępnie uzdatniona tak aby ilość Fe
nie była wyższa od

0,1 mg/l

, Mn 0,1 mg/l i utlenialność była

poniżej 3 mgO

2

/l. Wolny Cl znajdujący się w wodzie powoduje

degradację żywicy (kationitów). Dlatego zaleca się aby stężenie
nie przekraczało w wodzie 0,25 mgCl

2

/l.

wymiana jonowa

jonity - wymiana jonowa - wymieniacze jonowe

podłoże -

grupy kwasowe (kationity)

- grupy zasadowe (anionit)

wielkocząsteczkowa matryca + grupy jonoczynne

proces odwracalny w ilościach równoważnych

jonity

organiczne nieorganiczne

syntetyczne, naturalne syntetyczne, naturalne,

półsyntetyczne

żywice polistyrenowe

(kwas) [Kt]H + Na

+

= [Kt]Na + H

+

(zasada) [ An]OH + CO

3

2-

= [An]CO

3

+ OH

-

silnie zasadowe:

aminy IV- rzędowe An

m

(Wszystko)

słabo zasadowe

: aminy I-rzędowe An

s

pH<9

silnie kwaśne

:

-SO

3

-

; -CH

2

SO

3

-

Kt

m

(wszystko)

słabo kwaśne

:

-COO

-

; >O

-

; -S

-

; -CH

2

S

-

Kt

s

pH>4

Typowe reakcje zachodzące podczas
zmiękczania

kationit silnie kwaśny
Kt-Na

2

+ Ca(HCO

3

)

2

 Kt-Ca +

2NaHCO

3

Kt-Na

2

+ MgCl

2



Kt-Mg + 2NaCl

Kt-Na

2

+ CaSO

4



Kt-Ca + Na

2

SO

4

w czasie regeneracji
Kt-Ca + 2NaCl



Kt-Na

2

+ CaCl

2

Kt-Mg + 2NaCl



Kt-Na

2

+ MgCl

2

anionit słabo kwaśny
Kt-H

2

+ Ca(HCO

3

)

2



Kt-Ca + 2H

2

O +

2CO

2

#

Kt-H

2

+ Mg(HCO

3

)

2



Kt-Mg + 2H

2

O + 2CO

2

w czasie regeneracji
Kt-Ca + 2HCl



Kt-H

2

+ CaCl

2

##

Kt-Mg + 2HCl



Kt-H

2

+ MgCl

2

diwinylobenzen + styren + sulfonowanie
(H

2

SO

4

) = kationit

styren

CH=CH

2

żywice polistyrenowe

CH CH

2

CH

=

CH

2

=

diwinylobenzen

CH=CH

-

C C H

2

SO

3

H

CH=CH

2

=

eter chlorometylowy + metyloamina = anionit
Cl-CH

2

-O-CH

3

CH

3

NH

2

anionit

C H=C H

-

C C H

2

C H=CH

2

C H

2

N

+

[C H

3

]

3

C l-

=

pojemność wymienna jonitu
- val/dm

3

val/kg jonitu
zdolność wymienna
całkowita - suma jonów
robocza - do przebicia złoża
= użytkowa (60-80%)
całkowita = użytkowa +
szczątkowa

charakterystyka procesów kolumnowych

B –jony jonitu
A –jony z roztworu

„ przebicie kolumny”

A

A

B

B

cykl pracy jonitu:
wymiana jonowa
spulchnianie
regeneracja złoża
przemywanie po
regeneracji

wpływ
zanieczyszczeń
na jonity –
normy poniżej:

usuwanie:

NH

4

+

, NO

-

3,

F

-,

substancja organiczna

oraz

zmiękczanie
dekarbonizacja
demineralizacja
odtlenianie

mętność - 5g/m

3

Fe - 0,1Fe g/m

3

Mn - 0,1Mn g/m

3

Al - 0,1Al g/m

3

utlenialność - 6-12 O

2

g/m

3

Cl

2

- 0,3Cl

2

g/m

3

SiO

2

- 40 SiO

2

mg/m

3

oleje i detergenty - brak

zjawisko osmozy

rozpuszczalnik przepływa dążąc do wyrównania stężeń po
obu stronach membrany
błona przepuszcza tylko cząsteczki rozpuszczalnika
wytwarza się różnica stężeń substancji rozpuszczonej
powstanie ciśnienie proporcjonalne do różnicy stężeń

..

. .. .

.

..

. .

. ..

..

. .. .

.

..

. .

.

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. ..

.

. .

.

.

.

.. .

.

.

.

. ..

.

. .. .

.

.

. .

. .

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. .

.

.

. . ..

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.

. .. .

.

. .

.

.

.

.

. .. .

.

.

. .

.

.

ciśnienie
osmotyczne

. .. .

.

. .

. ..

.

. .. .

.

.

. .

.

.



OSMOZA

PROCESY MEMBRANOWE

błona półprzepuszczalna, (celofan, pergamin,
błona zwierzęca)

ciśnienie osmotyczne roztworu

miara dążenia roztworów do osiągnięcia
warunków równowagi - jednakowej prężności pary
rozpuszczalnika nad roztworami o różnych
stężeniach

woda
zaniecz.

woda
czysta

h

woda woda
zaniecz. czysta

P

p - 

osmoza osmoza odwrócona

osmoza – procesy membranowe

Prosty proces hydraulicznym podobnym do
procesy osmozy, ale działającym odwrotnie.

Surowa woda albo woda zawierające
zanieczyszczenia pod wpływem ciśnienia
wodociągowego przepychana jest przez
półprzepuszczalną błonę, która oddziela czyste
cząsteczki wody od większości zanieczyszczeń.

Czysta woda z systemu RO przesyłana jest do
zbiornika magazynowego, podczas gdy
zanieczyszczenia są automatycznie spłukiwane z
powierzchni membrany i odsyłane do kanalizacji
odpływowej.

ODWRÓCONA OSMOZA (RO)

Opis technologii filtracji membranowej
Membrana może być definiowana jako powierzchnia rozdziału
faz. W procesach separacji membranowej, powierzchnia ta
stanowi fizyczną barierę dla pewnych substancji, dla innych zaś
jest przepuszczalna. Aby proces separacji i przenikania mógł
występować, potrzebna jest siła napędowa, w tym wypadku
ciśnienie.

membrana zatrzymuje zanieczyszczenia organiczne
i nieorganiczne oraz rozpuszczone w wodzie ciała
stałe, metale ciężkie, pierwiastki radioaktywne,
przepuszczając tylko cząsteczki czystej wody.

membrana posiada porowatość zbliżoną do
cząsteczki wody tj. 0,0001 mikrona (mikron = 0,001
mm)

uzyskiwana na niej zdolność do odrzucenia znacznie
powyżej 90% substancji rozpuszczonych powoduje
praktycznie idealną czystość przepuszczonej wody i
stawia ją zdecydowanie na czele wszystkich innych
metod oczyszczania wody

.

bakteria 0,2-1,0 mikrona

wirus 0,02-0,4 mikrona

otwór w membranie 0,0001 mikrona

I Stopień filtracji

- przeprowadzany jest przez filtr

wstępny osadowy, polegający na usunięciu brudu, piasku,
szlamu i rdzy. Usuwa osady,

zawiesiny i części stałe

znajdujące się w każdej wodzie, podwyższając
skuteczność działania następnych stopni filtracyjnych.

II Stopień filtracji

- w którym przez filtr wstępny złożony

z

węgla

aktywnego

wychwytywana i osadzana jest

większość

substancji organicznych, chlor, radon, DDT.

W

wyniku tego procesu następuje również polepszenie
smaku i zapachu wody.

III Stopień filtracji

- odwrócona osmoza poprzez

membranę usuwa wszystkie pozostałe

związki

organiczne i rozpuszczone ciała stałe

. Na tym etapie

uzdatniania uzyskiwana jest woda o parametrach
czystości nie uzyskiwanych w innych systemach.
Membrana osmotyczna usuwa między innymi

azotany,

metale ciężkie, benzen, pierwiastki promieniotwórcze,
fenole, bakterie i wirusy

.

IV Stopień filtracji

- końcowy filtr złożony z

węgla

aktywnego

przeprowadza dodatkowe uszlachetnianie wody.

Usuwa gazy i substancje lotne, które mogą przedostać się
przez membranę osmotyczną. Zapewnia świeżość i
naturalność smaku i zapachu wody (ostatecznie usuwa
śladowe domieszki zapachowe).

Mikrofiltracja (MF)
Separacja większych cząsteczek. Stosuje się
jako alternatywę dla filtracji klasycznej,
oddzielanie niskocząsteczkowych substancji
rozpuszczonych od makrocząsteczek.

Ultrafiltracja (UF)
Membrany są porowate, jednakże porowatość
jest bardzo mała, <5% powierzchni. Separacja
molekuł zależna od ich wielkości, oddzielanie
zawiesin.

Nanofiltracja (NF)
Podobna do RO, możliwe jest jednak
przenikanie małych molekuł substancji
nieorganicznych. Zmiękczanie wody,
usuwanie mikrozanieczyszczeń organicznych.

Odwrócona Osmoza (RO)
W tym procesie wykorzystywane są
membrany o najbardziej zwartej strukturze,
które zatrzymują większość substancji
rozpuszczonych. Stosowana m.in. do
odsalania wody morskiej.

przechwytywanie jonów
jednowartościowych