Хімічні способи водоочищення є найефективнішими, а сучасне виробництво надає велику різноманітність для їх реалізації. Тому під час підбору фільтра часто доводиться стикатися зі складними термінами, назвами фільтруючих речовин. А якщо почати занурюватися в їх принцип дії, то доведеться згадати весь шкільний курс з хімії. Розглянемо, що таке катіоніти, розберемося, для яких цілей варто придбати фільтр на воду в Україні з катіонітовою смолою, який принцип дії цієї речовини та де вона використовується. Розберемо ці питання простими словами та зрозумілою мовою.
Що таке катіоніт
Катіоніт – це речовина, смола, що містить позитивно заряджені іони водню або натрію, які називаються катіони. Таким чином, катіоніт – це весь матеріал, а катіон – це його частинка.
При проходженні через катіоніт води або іншої рідини відбувається іонообмінний процес – катіони смоли замінюються на катіони, присутні в рідині. У результаті рідина звільняється від своїх катіонів і набуває катіони смоли. Тому катіоніти та аніоніти (речовини з негативно зарядженими іонами) широко використовуються у сфері фільтрації води та інших галузях, де потрібне очищення, відділення однієї речовини від іншої. Зазвичай продаж колони водоочищення здійснюється з катіонітовою іонообмінною смолою, але також катіоніти застосовуються і в багатьох інших системах.
Шкідливі аніони та катіони у воді можуть видалятися в процесі іонообмінної реакції за допомогою аніонітів і катіонітів, відповідно. Якщо катіоніти переважно видаляють з води жорсткість, то аніоніти з негативно зарядженими іонами затримують хлориди, сульфати, нітрати та інші речовини з такими ж негативно зарядженими іонами.
Зрозуміти роботу катіоніту можна на простому прикладі. Катіон – це позитивно заряджена частинка, іон. Уявіть його собі як маленьку кульку, намистинку. Катіони є як в катіоніті (смолі) у вигляді водню або натрію, так і у звичайній воді у вигляді магнію і кальцію (у воді вони створюють ефект жорсткості). Іони магнію і кальцію більші та важчі, їх можна уявити, наприклад, як великі, більші намистинки.
Коли вода проходить через катіоніт, її важкі катіони ніби вибивають легші катіони зі смоли та займають їх місце. Таким чином, шкідливі кальцій і магній залишаються в катіоніті, а безпечні для техніки та людини натрій або водень потрапляють у воду, і вона стає м'якшою. Так працюють багато іонообмінних систем водоочищення, доступних у магазині, не тільки ті, що видаляють солі жорсткості.
Однією з основних переваг катіоніту є можливість його регенерації. Після того як всі катіони натрію або водню будуть віддані, катіоніт можна відновити за допомогою промивання розчином хлориду натрію (звичайної кухонної солі). І тоді він зможе прослужити ще. Тому фільтр від накипу на основі іонообмінної смоли може мати меншу ціну та в перспективі обійдеться економічно вигідніше, ніж інший спосіб водоочищення, де фільтруючу речовину потрібно весь час міняти. Однак, певний термін придатності у смоли теж є і рано чи пізно повинна бути проведена заміна катіоніту у фільтрі.
Катіоніт: для чого потрібен
Як ми вже з'ясували, катіоніт використовується для видалення солей жорсткості з води. Але це далеко не єдине його застосування. Згідно з нашим дослідженням, крім катіонів магнію і кальцію, що викликають накип, різні види катіонітів залежно від своєї структури здатні затримувати:
- залізо, що залишає коричневі, іржаві сліди на сантехніці;
- марганець, що утворює наліт на сантехніці та надає воді неприємний смак;
- важкі метали, які накопичуються в організмі при систематичному вживанні води з ними та сприяють розвитку серйозних захворювань.
Таким чином, фільтр комплексного водоочищення в інтернет-магазині може бути спрямований на різні типи забруднень. Підібрати катіоніт за структурою необхідно, орієнтуючись на склад води.
Але не тільки у водоочищенні використовується катіоніт, застосування цієї речовини набагато ширше. А саме:
- Фармацевтика. У процесі приготування лікарських препаратів відбуваються різні побічні хімічні реакції, які додають до продукту домішки, що погіршують ефект засобу. Щоб їх видалити, використовуються катіоніти.
- Харчова промисловість. Катіоніти здатні видаляти катіони з інгредієнтів, що використовуються при виробництві різних продуктів. Це покращує смакові якості їжі та напоїв.
- Гірничодобувна промисловість. Всі метали здатні утворювати катіони, тому катіоніт може використовуватися для їх відділення від гірської породи. Після отримання іонів металу, катіоніт змивається і таким чином з руди можна отримати чистий метал.
Які бувають типи катіонітів
Для здійснення водоочищення в приватному будинку, квартирі, офісі, для промисловості та в інших умовах застосовуються два типи катіонітів. Вони відрізняються за своїми властивостями та призначенням.
Сильнокислотні катіоніти маркуються абревіатурою SAC, що розшифровується як strong acid cation. Такий тип застосовується найчастіше. Це саме ті катіоніти, які здатні видалити солі жорсткості з води. SAC катіоніти використовують кулери на воду, фільтри, що встановлюються перед бойлером, колонкою, котлом, промисловими паровими установками та часто застосовуються в Україні, оскільки рівень жорсткості води зазвичай високий у всіх регіонах. Вони запобігають утворенню нагрівальної техніки накипу.
Деякі види сильнокислотних катіонітів здатні затримати такі вкрай небезпечні забруднення, як радій і барій. До недоліків цього типу катіонітів відноситься те, що вони руйнуються під дією окиснювачів. У водопровідній воді окиснювачами можуть бути речовини, що використовуються для знезараження, наприклад, хлор, озон, перекис водню, діоксид хлору, а також перманганат калію, який застосовується для видалення заліза. Тому SAC-катіоніти допустимо використовувати тільки у воді, де немає окиснювачів, або необхідно встановлювати попередній фільтр для їх видалення. Під час монтажу фільтра для води в Києві часто використовується комплекс засобів водоочищення, які важливо під'єднати в правильному порядку.
Слабокислотні катіоніти маркуються абревіатурою WAC, розшифровка – weak acid cation. Вона застосовується для видалення з води лужних сполук. Це ті ж катіони магнію і калію, але які утворили зв'язок з гідрокарбонатами, бікарбонатами та створили мінерали – так звана тимчасова жорсткість. Слабокислотний катіоніт не руйнується під дією окиснювачів, тому може бути використаний з водою, обробленою дезінфекторами у вигляді хлору, озону або перекису водню. Також WAC має хорошу фізичну стійкість. Це дозволяє використовувати катіоніт в системі водопроводу з високим напором, що підвищує продуктивність, обсяги водоочищення.
Згідно з нашим досвідом в домашньому та промисловому водоочищенні використовуються SAC і WAC катіоніти, тому інтернет-магазин техніки в Житомирі, Львові, Києві тощо готовий надати різноманітний асортимент цих фільтруючих речовин.
Крім цього, катіонообмінна смола буває трьох видів залежно від свого фізичного стану:
- пориста – на поверхні знаходиться безліч дрібних пор, пористі смоли відрізняються стійкістю до різних температур і не руйнуються від впливу інших елементів у воді;
- гелева – смола без пор, перевага в тому, що в такому вигляді катіоніт більш продуктивний, має більший термін служби та здатний виробляти більше іонообмінних реакцій;
- проміжна – має середній стан між пористими та гелевими смолами.
На практиці застосовуються різні види катіонітів. Їх та багато інших варіантів можна знайти в топі фільтрів для води.
Як правильно працювати з катіонообмінною смолою
Катіонітовий фільтр – це ефективний, економічний і простий спосіб очищення води. Але такими якостями метод володіє лише в тому випадку, якщо правильно використовується. Ось правила експлуатації катіонітів:
- Префільтр. Для запобігання пошкодження смоли твердими забрудненнями необхідна установка попереднього фільтра проточної води проти механічних домішок. Навіть якщо в цей момент таких забруднень у воді немає, префільтр обов'язковий, оскільки в майбутньому вони можуть з'явитися. Він затримує пісок, мул, іржу та інші тверді нерозчинені домішки.
- Рівень pH. Допустимий рівень pH води зазвичай 4-10. Якщо цей показник знаходиться не в нормі, то це призводить до руйнування структури смоли та перешкоджає проходженню іонообміну. Але у різних смол може бути різни межі, який вказується в характеристиках.
- Температура. Для застосування катіонообмінної смоли важлива правильна температура – вона повинна бути в межах 5-45 °C. Занадто низька температура не дозволить запуститися іонообміну і фільтрація не відбудеться. Занадто висока температура призведе до руйнування матриці катіоніту і катіони будуть звільнені завчасно. Допустима температура використання смоли може відрізнятися, точний параметр вказується в характеристиках.
- Регенерація. Щоб смола завжди очищала ефективно, необхідно своєчасно регенерувати її, це робиться шляхом промивання розчином солі. Після промивання розчин потрібно повністю змити. Регенерація допомагає звільнити забиті катіонами води іонообмінні пори для подальших реакцій. Рекомендована частота регенерації вказується виробником, однак потрібно враховувати, що це також залежить від ступеня забруднення води та інтенсивності експлуатації фільтра. Наприклад, в середньому кабінетна система очищення води в Києві, що фільтрує смолою, вимагає регенерації раз на місяць.
- Термін експлуатації. Попри те що іонообмінна смола може піддаватися регенерації, вона не буде працювати вічно. Термін служби вказується виробником в характеристиках і в середньому цей показник дорівнює 5 рокам. Заборонено використовувати катіоніт після цього терміну, оскільки порушення іонообміну призведе не тільки до відсутності фільтрації води, але і до її ще більшого забруднення. Ціна засипки та змінного фільтра невисока, тому замінювати смоли потрібно вчасно.
- Вільне розміщення. Щоб іонний метод очищення води відбувався правильно та ефективно, більшість видів смол повинна бути розміщена у фільтрі вільно, без стиснення. Тиск збільшує опір катіоніту воді та погіршує процес фільтрації. Деякі види смол навпаки розраховані на роботу в стислому стані – про це вказується в характеристиках.
- Зберігання. Якщо планується зберігати іонообмінну смолу без використання, то це потрібно робити в консервованому вигляді в герметичній ємності. Смола повинна завжди залишатися вологою, змоченою розчином солі, також можна додати антисептики. Коли знадобиться знову використовувати смолу, потрібно змити розчин солі з антисептиком і ввести катіоніт в експлуатацію.
Які переваги та недоліки має іонообмінний метод очищення води
Катіонообмінна смола отримала широке застосування завдяки своїм перевагам. Основні з них наступні:
- іонообмінна реакція використовується в різних водоочисних установках, наприклад, вона потрібна осмос фільтрам для зниження навантаження на мембрану, може використовувати в простих фільтрах-глечиках, але частіше застосовується в колонах;
- простий спосіб регенерації, який не вимагає дорогих або небезпечних реактивів – потрібна тільки звичайна кухонна сіль і вода, сам процес займає кілька хвилин і в деяких водоочисних установках навіть може бути автоматизований;
- катіонообмінне очищення – це найкращий на сьогодні спосіб видалення солей жорсткості води;
- смола служить довше, ніж інші види фільтрів, наприклад, мембрана осмосу зазвичай працює близько 1 року, вугільний картридж, яким оснащується глечик-фільтр, доступний в інтернет-магазині – 3-6 місяців, а катіоніт прослужить близько 5 років при своєчасній регенерації.
До недоліків іонообмінної смоли відноситься складність утилізації. Після того як вона відслужила свій ресурс, її не можна просто викинути у звичайний смітник, через те, що вона в такому вигляді забруднює ґрунт і воду, особливо, якщо застосовувалася для очищення від важких металів. Бажано здати катіоніт в спеціальний пункт приймання хімічних відходів. Іноді такі пункти працюють в магазинах обладнання для водоочищення. Можна самостійно нейтралізувати дію смоли, промивши її великою кількістю води та змішавши з піском.
Тепер ви знаєте, що таке катіони, катіоніти і яке застосування має катіонообмінна смола. Це найкращий спосіб пом'якшення води, а також засіб для видалення деяких інших видів забруднень, який відрізняється високою ефективністю і простою експлуатацією.
