Водоподготовка - процесс умягчения воды

Начнём с того, почему предварительная обработка воды требует процесса умягчения? Прошла ли городская вода предварительную очистку?

К оборудованию для окончательной очистки медицинской воды предъявляются более высокие требования: система окончательной очистки воды, используемой в фармакопейной промышленности, осуществляется с помощью мембранной фильтрации, и к мембранно-фильтрационной установке и установке электродиализа предъявляются требования к жесткости поступающей воды, которая должна не превышать 3 ppm, что позволяет назвать воду «мягкой»; если жесткость остается слишком высокой, воду можно назвать «жесткой», что приводит к образованию накипи в мембранной системе и, в свою очередь, к потенциальным незапланированным простоям. Показатель жесткости должен стабильно контролироваться в процессе умягчения, что обеспечивает умягчение городской воды с помощью умягчителя. Умягчители, также известные как натриевые ионообменники, в основном состоят из смолы, емкости со смолой, клапанов и систем управления.

Итак, что же такое ионный обмен?

Ионный обмен — это химический процесс, удаляющий нежелательные ионы из воды путем их обмена на ионы с аналогичным зарядом. Это достигается с помощью смоляных гранул, которые притягивают и удерживают ионы, и часто используется для умягчения воды. Основная функция фармацевтических умягчителей воды заключается в обмене ионов кальция и магния в городской воде на обмениваемый ион натрия Na+ в наносмоле, тем самым снижая жесткость воды. Процесс умягчения в основном включает два этапа: «умягчение» и «регенерация».

1. Размягчение

Наночастицы сильнокислотной катионообменной смолы обычно используются для умягчения фармацевтической воды и являются основным рабочим веществом в процессе умягчения.

Наночастицы сильнокислотной катионообменной смолы в виде гранул содержат постоянно прикрепленный фиксированный отрицательный ион, который невозможно удалить. Проще говоря, гранулы смолы имеют фиксированный отрицательный заряд. Каждое отрицательно заряженное место обмена может вместить положительно заряженный ион. В этом случае ионы натрия (положительно заряженные) прикрепляются к точке обмена (отрицательные и положительные заряды притягиваются друг к другу). Таким образом, движущиеся ионы натрия прикрепляются к каждому фиксированному отрицательному заряду на гранулах смолы.

Принцип химической реакции размягчения заключается в следующем:

Ионы кальция и магния, взвешенные в воде, имеют более сильный положительный заряд, чем ионы натрия. Когда жесткая вода проходит через гранулы, сильное притяжение кальция и магния к отрицательно заряженным гранулам «отталкивает» ионы натрия, так что кальций и магний могут занять их место (и остаться прикрепленными к гранулам). Более крупные двухвалентные ионы кальция и магния требуют двух обменных участков на поверхности смолы.

В конечном итоге жесткость смоляных гранул достигает насыщения, в основном кальцием и магнием, и точки обмена, производящие деминерализованную воду, перестают работать. Смоляные гранулы истощаются и нуждаются в регенерации.

2. Регенерация

Умягчение воды — простой и широко используемый метод, поскольку смолу можно регенерировать с помощью простого раствора хлорида натрия (обычно 10%). После того, как смола в умягчителе перестает насыщаться раствором, NaCl используется для регенерации. Ионообменная смола пропитывается раствором хлорида натрия (рассолом), в котором большое количество рассола осаждает ионы кальция и магния из гранул смолы. Натрий в солевом растворе прилипает к гранулам смолы. После регенерации избыток рассола смывается, и гранулы смолы можно использовать снова.

Принцип регенерации системы умягчения воды следующий:

В процессе регенерации увеличение концентрации одновалентных ионов натрия приводит к разделению двух зарядов ионов кальция и магния, по сути, «ослабляя их контроль» в месте обмена. Благодаря высокой концентрации ионов натрия, теперь гораздо легче обменивать одновалентные ионы натрия на двухвалентные ионы кальция и магния.