معالجة المياه - عملية التليين

لنبدأ بالقول لماذا تحتاج المعالجة الأولية إلى عملية تليين؟ هل تم معالجة مياه المدينة؟

تتطلب معدات المعالجة النهائية لنظام المياه الطبية معايير أعلى: تتم معالجة مياه الصيدلة النهائية باستخدام الترشيح الغشائي، وتخضع وحدة الترشيح الغشائي ووحدة إزالة الأيونات الكهربائية (EDI) لمتطلبات جودة عسر المياه الداخلة، بحيث لا يتجاوز مستوى العسر 3 جزء في المليون، وهو ما يُعرف بـ"المياه المُيسرة". أما إذا استمر العسر مرتفعًا جدًا، فيُطلق عليه "المياه العسرة"، مما يؤدي إلى تراكم الترسبات على نظام الترشيح الغشائي، وبالتالي توقف النظام عن العمل بشكل غير مخطط له. لذا، يجب التحكم في مؤشر العسر بشكل ثابت من خلال عملية التليين، وذلك باستخدام جهاز التليين. يتكون جهاز التليين، المعروف أيضًا باسم مبادل أيونات الصوديوم، بشكل أساسي من الراتنج، وحاويات تحتوي على الراتنج، وصمامات، وأنظمة تحكم.

إذن ما هو التبادل الأيوني؟

التبادل الأيوني عملية كيميائية تزيل الأيونات غير المرغوب فيها من الماء عن طريق استبدالها بأيونات ذات شحنات مماثلة. ويتم ذلك باستخدام حبيبات الراتنج التي تجذب الأيونات وتحتفظ بها، والتي تُستخدم عادةً لتليين الماء. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لأجهزة تليين الماء الصيدلانية في استبدال أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في مياه الشرب بأيونات الصوديوم (Na+) القابلة للتبادل في الراتنج النانوي، مما يقلل من عسر الماء. وتتضمن عملية التليين خطوتين أساسيتين: "التليين" و"التجديد".

1. التنعيم

عادة ما يستخدم راتنج التبادل الكاتيوني الحمضي النانوي القوي في معالجة المياه الصيدلانية لتليينها، وهو الوسط الأساسي لعملية التليين.

تحتوي بنية بوليمر خرز راتنج التبادل الكاتيوني الحمضي النانوي القوي على أيون سالب ثابت مرتبط بها بشكل دائم لا يمكن إزالته. ببساطة، تحمل خرزات الراتنج شحنة سالبة ثابتة. يمكن لكل موقع تبادل سالب الشحنة أن يستوعب أيونًا موجب الشحنة. في هذه الحالة، يرتبط الصوديوم (موجب الشحنة) بنقطة التبادل (حيث تتجاذب الشحنات السالبة والموجبة). لذا، ترتبط أيونات الصوديوم المتحركة بكل شحنة سالبة ثابتة على خرزات الراتنج.

مبدأ تليين التفاعل الكيميائي هو كما يلي:

تتمتع أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم المعلقة في الماء بشحنة موجبة أقوى من أيونات الصوديوم. عند مرور الماء العسر عبر الخرز، يؤدي انجذاب الكالسيوم والمغنيسيوم القوي إلى الخرز ذي الشحنة السالبة إلى إزاحة أيونات الصوديوم، مما يسمح للكالسيوم والمغنيسيوم بالحلول محلها (والبقاء ملتصقين بالخرز). تتطلب أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ثنائية التكافؤ الأكبر حجمًا موقعي تبادل على سطح الراتنج.

في نهاية المطاف، تتشبع حبيبات الراتنج بالصلابة، وخاصة الكالسيوم والمغنيسيوم، فلا توجد نقاط تبادل أخرى تُنتج ماءً منزوع المعادن. وبذلك، تكون حبيبات الراتنج قد استُنفدت ويجب تجديدها.

2. التجديد

تُعدّ عملية التليين بسيطة وشائعة الاستخدام، إذ يُمكن تجديد الراتنج باستخدام محلول ملحي بسيط من كلوريد الصوديوم (عادةً 10%). بعد تشبّع راتنج التليين في جهاز التليين، يُستخدم كلوريد الصوديوم لاستعادة التجديد. يُنقع راتنج التبادل الأيوني في محلول كلوريد الصوديوم (المحلول الملحي)، حيث تعمل كمية كبيرة من المحلول الملحي على ترسيب أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم من حبيبات الراتنج. يلتصق الصوديوم الموجود في المحلول الملحي بحبيبات الراتنج. بعد التجديد، يُشطف المحلول الملحي الزائد، ويمكن إعادة استخدام حبيبات الراتنج.

مبدأ تجديد نظام التليين هو كما يلي:

أثناء عملية التجديد، يؤدي ارتفاع تركيز أيونات الصوديوم أحادية التكافؤ إلى انفصال شحنات أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم، مما يُضعف سيطرتها على موقع التبادل. وبسبب التركيز العالي لأيونات الصوديوم، أصبح من الأسهل بكثير استبدال أيونات الصوديوم أحادية التكافؤ بأيونات الكالسيوم والمغنيسيوم ثنائية التكافؤ.