علل آلودگی رزین تبادل یونی چیست؟ نحوه رفع یا تمیز کردن آنها چگونه است؟ رزین های تبادل یونی ممکن است به مرور زمان بر اساس برخی آلاینده ها مانند مواد آلی، نفتی، مواد معلق، یون های فلزات و ناخالصی ها آلوده شوند. این آلاینده ها می توانند بر عملکرد رزین های تبادل یونی تاثیر بگذارند و در نهایت باعث خرابی آنها شوند. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه پیشنهاد می کنم مقاله مربوط به مشکلات رایج در خرابی رزین های تبادل یونی را مطالعه کنید. ما در ادامه 5 علل آلودگی رزین های تبادل یونی را مورد بررسی قرار داده ایم و راهکاری موثر برای جلوگیری و تمیز کردن رزین های تبادل یونی را نیز بیان کرده ایم.
5 علل آلودگی رزین های تبادل یونی
- آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد آلی
- آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد نفتی
- آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد معلق
- آلودگی رزین تبادل یونی از یون های فلزی
- آلودگی رزین های تبادل یونی ناشی از ناخالصی های احیا کننده ها
آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد آلی
یکی از آلودگی های رایج رزین های تبادل یونی مواد الی هستند آنها به دلیل ناخالصی ها به ویژه بر روی رزین های منفی پایه قوی تاثیر بیشتر می گذارند. وزن مولکولی مواد آلی به صورت کلی بزرگ تر است به ویژه اسید هیومیک می تواند به دو شکل باعث آلودگی رزین شود . یکی ترکیب و ترکیبات آلی گروه کربوکسیل و گروه فعال رزین است و دوم مواد آلی به گرانش مولکولی و جذب در تبادل یونی است. رزین های آنیونی بیشتر مستعد رسوب شدن توسط اسیدهای هیومیک و فولویک هستند که گاهی در سطح یافت می شوند. اما در رزین های پایه قوی، رسوب سیلیس بیشتر اتفاق می افتد.این مساله به دلیل گیر کردن مولکولی بزرگ مواد آلی در ماتریکس رزین است.
روش های درمان رزین پرولایت ناشی از آلاینده های مواد آلی
- بهتر است رزین پرولایت را در پایان هر چرخه اشباع طبیعی درمان کنید.
- تهیه سه حجم بستر از محلول آب نمک 10% w/v حاوی 2% w/v سود سوزآور
- کنترل دمای محلول باید بین 95 درجه فارنهایت (35 درجه سانتیگراد) و 140 درجه فارنهایت (60 درجه سانتیگراد) باشد
- شستشوی بهینه که در آن یک حجم بستر را با سرعت جریان بیش از 2 BV/h به واحد تبادل یونی وارد کنید. به دنبال آن حجم بستر دوم را تا حد امکان (حداقل 4 ساعت) در دستگاه نگه دارید. به صورت دوره ای بستر رزین تبادل یونی را در طول دوره نگهداری به هم بزنید. در پایان دوره نگهداری، آخرین حجم بستر آب نمک باید از آن عبور داده شود. رزین با سرعت 1 BV/h و کاملاً با آب تمیز شستشو داده شود تا از آب نمک پاک شود. قبل از بازگشت و استفاده مجدد، باید رزین را حداقل در دو دوره کامل بازسازی قرار دهید.
آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد نفتی و روغن
ناخالصی های ناشی از مواد نفتی و روغن می تواند ریز منافذ را در رزین های تبادل یونی مسدود کند به صورتی که امکان تبادل یون ها در این منافذ وجود نداشته باشد. به همین دلیل ظرفیت تبادل یون ها کاهش پیدا میکند. این آلودگی می تواند بر اساس بی دقتی در سیستم یا نشت روغن از تجهیزات سیستم اتفاق بیفتد.
درمان برای رسوب روغن در رزین های تبادل یونی پرولایت
روغن می تواند سطح رزین را بپوشاند و نفوذ یون ها را از طریق مهره های رزین دشوار کند. در این صورت سرعت جذب کاهش پیدا می کند. در نهایت خروجی آب و ظرفیت عملیاتی نیز کاهش پیدا میکند. برای درمان و تمیز کردن رزین های آلوده به روغن کار دشواری در پیش دارید. بخصوص زمانیکه رزین ها به شدت آلوده باشند، این امر غیرممکن است. بهتر است آنها را به اندازه کافی هر بار تمیز کنید تا برای استفاده مجدد مناسب شوند. یکی از روش های رایج برای رزین های تبادل یونی پرولایت استفاده از سورفکتانت غیر یونی با کف و رسوب کم می باشد و پلیمرهای بی اثر
مراحل درمان رزین تبادل یونی پرولایت آلوده به روغن
- ابتدا رزین آلوده را کاملاً بشویید.
- در مرحله بعدی واحد را تخلیه کرده و با محلولی که حاوی بیش از 0.1 درصد سورفکتانت نباشد پر کنید. توجه داشته باشید اگر محلول در دمای تقریباً 104 درجه فارنهایت (40 درجه سانتیگراد) باشد، درمان مؤثرتر است. زیرا استفاده از دماهای پایین تر ممکن است کف قابل توجهی ایجاد کنند. علاوه بر این دقت کنید که استفاده از سورفکتانتی که رزین را کثیف نمی کند مهم است.
- توجه داشته باشید اگر هوا به بستر رزین وارد شود، تمیز کردن کارآمدتر و بهتر خواهد بود زیرا این کار باعث به هم زدن آنها می شود. به همین دلیل، در حالی که رزین در محلول سورفکتانت خیس می شود باید هم زدن باید تقریباً هر نیم ساعت یکبار ادامه یابد.
- بعد از این مرحله، دستگاه را کاملاً بشویید. این کار را در حالت جریان آب پایین بشویید تا کف کند.
- در نهایت، رزین تبادل یونی را کاملاً احیا و بازسازی کرده و قبل از مرحله بعد آن را بشویید.
نکته مهم در عدم رسوب روغن در رزین های تبادل یونی، بازرسی و تمیز کردن دوره ای رزین ها و نمونه گیری از انها است.
آلودگی رزین تبادل یونی ناشی از مواد معلق
مواد و ذرات معلق در سطح آب می توانند به عنوان یک منشا آلودگی برای رزین های تبادل یونی باشند. در این فرایند ذرات معلق اب ذرات رزین را احاطه کرده و در نتیجه عملکرد آنها را تحت تاثیر قرار می دهند. این نمونه آلودگی می تواند آسیب های جدی وارد کند.
آلودگی رزین تبادل یونی از یون های فلزی
آلودگی ناشی از یون های فلزی با قیمت بالا نیز یکی از انواع آللاینده های رزین تبادل یونی هستند. یون های فلزی که قیمت بالایی دارند به دلیل تصفیه نامناسب که می تواند بر اثر انعقاد یا خوردگی تجهیزات باشد می تواند از طریق آب ورودی وارد بستر رزین تبادل یونی شوند. به دلیل ظرفیت تبادل بالا بین یون‌های فلزی با رزین تبادل یونی آنها به شکل پایدار و محکم بر روی رزین تبادل یونی جذب می‌شوند و با عمل شستشو و بازسازی هم از بین نمی روند. این نوع آلاینده ها با نام “مسمومیت با فلزات سنگین” هم شناخته شده اند.
یکی از فلزات سنگین رایج که در رزین های تبادل یونی رسوب می کنند یون فلزات آهن و منگنز است.
راهکار درمان های رسوب آهن و منگنز در رزین پرولایت
همانطور که می دانید ممکن است آهن به اشکال مختلف در آب وجود داشته باشد. به عنوان مثال، در مورد آب ورودی بدون هوادهی، آهن می تواند به شکل آهنی (Fe++) وجود داشته باشد، اما در زمان اکسیداسیون،
به فرم آهن (Fe+++) تبدیل می شود.آهن همچنین می تواند با مواد آلی ترکیب شود. در این صورت به صورت کمپلکس آنیونی وجود دارد. به طور معمول، آهن موجود در حالت فریک توسط رزین کاتیونی که در هر دو فرم سدیم یا هیدروژن شکل می گیرد حذف می‌شود.
در مورد هیدروژن رزین کاتیونی که نشان دهنده اولین مرحله دمیرینالیزاسیون است. در این مرحله رزین تبادل یونی آهن را از داخل جدا می کند و در سیستم سختی گیر، آهن از آب خارج شده و در بازسازی با اسید معدنی شسته و خارج می شود. این در حالی است که در وضعیت بازسازی با آب نمک آهن انباشته شده شستشو داده نمی شود.
اگر آهن به صورت کمپلکس آلی/آهن باشند به صورت آنیون وجود دارند و توسط رزین آنیونی از محلول خارج می شوند. توجه داشته باشید که رزین های آنیونی با سود سوزآور بازسازی می شوند اما آهن روی رزین باقی می ماند.حتی اگر مواد آلی به طور قابل توجهی با هر چرخه بازسازی حذف شوند اهن حذف نمی شود و با تجمع آهن بر روی رزین، رزین آنیونی به آهن تبدیل می شود. هنگامی که میزان آهن آب > 0.5 میلی گرم در لیتر (0.5 پی پی ام) باشد، توصیه می شود قبل از درمان برای کاهش سطح یون به < 0.1 ppm اقدام شود.
اغلب استفاده از اسید سولفوریک در حالی که آهن در آب ورودی وجود دارد می تواند منجر به تجمع شود آهن روی رزین و باعث کاهش عملکرد شود. به همین دلیل، بهتر است عملیات درمان و بازسازی با اسید هیدروکلریک انجام شود. البته باید تجهیزات و ساخت داخلی واحدها و لوله کار با اسید هیدروکلریک سازگار باشد.
به صورت کلی زمانیکه آهن روی رزین های تبادل یونی پرولایت انباشته شده است بهتر است از اسید کلریدریک یا اسید سیتریک استفاده کرد. البته زمانی که میزان آهن آب > 0.5 میلی گرم در لیتر باشد(0.5ppm)، پیشنهاد می شود که از نوعی پیش تصفیه برای کاهش سطح یون ها استفاده شود. راهکار دیگر موثر استفاده از رزین های مخصوص پرولایت به نام Shallow است. تکنولوژی Shell – یا SST که دارای نسخه های SAC یا WAC است توانایی تصفیه آب دارای آهن Fe2+ تا 20 میلی گرم در لیتر (20 پی پی ام) را دارد. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه رزین حذف آهن و منگنز از آب را مطالعه کنید.
اگر به دنبال رزین پرولایت مناسب هستید و یا می خواهید برای خرید رزین پرولایت انگلیس اقدام کنید می توانید از طریق سایت بازرگانی رزین پرولایت اقدام کنید و یا با ما در تماس باشید.
حذف آهن از رزین های کاتیونی با استفاده از اسید سیتریک
یکی از آلودگی رزین های تبادل یونی رسوب آهن و کلسیم بر روی رزین های کاتیونی پایه ضعیف و قوی (WAC و SAC) است. این مساله با درمان دوره ای رزین با استفاده از اسید سیتریک می تواند برطرف شود. مراحل کار بر اساس این روش باید بر اساس اقدامات احتیاطی ذکر شده در MSDS محصول را رعایت شود. اما روش تمیز کردن رزین کاتیونی پرولایت با اسید سیتریک یک روش ساده است و نیاز به یک سیستم تغذیه شیمیایی دارد. این روش نیازمند یک مخزن کوچک و یک پمپ تغذیه شیمیایی است و 50٪ اسید سیتریک استفاده می شود.
باید محلول را با دوز 9 mL/L-R (9 oz/ft3-R) به ورودی شستشوی معکوس پمپاژ کنید. در مورد رزین های کاتیونی SAC که به شکل سدیم (بازسازی نمک) عمل می کنند از همان دوز استفاده می شود اما اسید سیتریک را در آب رقیق آب نمک اندازه گیری می کنند یا مقدار کامل اسید سیتریک را به آن اضافه می کنند. نرخ پمپ بر اساس دوز و زمان تکمیل شستشو تعریف می شود.
به عنوان مثال اگر در 1000 لیتر (35 ft3) ، رزین f به 25 لیتر (7 USG) اسید سیتریک 50 درصد نیاز دارد. اگر مرحله شستشوی معکوس 15 دقیقه طول بکشد، باید سرعت طوری تنظیم شود که اسید سیتریک در کل مرحله شستشوی معکوس تزریق شود. در این مثال، پمپ روی 2 LPM (0.5 USGPM) تنظیم می شود. حداقل زمان تماس 30 دقیقه معمولی است. نرم کننده های SAC، بنابراین در این مورد نرخ تغذیه روی 1 LPM (0.3 USGPM) تنظیم می شود و فرکانس درمان بر اساس غلظت آهن ورودی می باشد.
روش تمیز کردن رزین های آنیونی پرولایت پایه قوی (SBA) با اسید سیتریک
رزین های تبادل یونی پایه قوی آلوده به رسوبات آلی، رسوب کلسیم/منیزیم و اکسیدهای آهن و مس با استفاده از اسید سیتریک بازیابی و تمیز می شوند. مراحل انجام این کار عبارتند از:
- ابتدا شستشوی معکوس بستر رزین را انجام دهید.
- در مرحله بعدی با 160 g/L-R (10 lb/ft3-R) محلول آب نمک 10 درصد در 2 LPM/L-R بازسازی کنید. (0.5 USGPM/ft3-R).
- سپس شستشوی کامل بستر رزین را انجام دهید.
- در مرحله بعد سطح آب را تا 6 اینچ بالاتر از رزین با بستر رزین بازسازی شده تخلیه کنید.
- برای اسید سیتریک 40 درصد، 70 ml/L-R (0.5 USG/ft3-R) اضافه کنید. به عنوان مثال: مخزن SBA شامل 1000 لیتر (35 فوت3) = 70 لیتر (20 USG) به بستر رزین اضافه کنید.
- برای اسید سیتریک 90 درصد، 25 ml/L-R (0.2 USG/ft3-R) اضافه کنید. به عنوان مثال: مخزن SBA شامل 1000 لیتر (35 فوت3) = 25 لیتر (7 USG) به بستر رزین اضافه کنید.
- سطح آب را به 2.5 سانتی متر (1 اینچ) بالاتر از بستر رزین بریزید (کاهش سطح رزین 13 سانتی متر (5 اینچ) اجازه واکنش در زیر بستر را می دهد.
- با استفاده از روش هوادهی، هوای القایی را به مدت 2-3 دقیقه اضافه کنید. در هر 1/2 ساعت برای حداقل 8 ساعت اختلال به سمت پایین تخت در جهت جریان هوا به سمت بالا ایجاد کنید.
آلودگی رزین های تبادل یونی ناشی از ناخالصی های احیا کننده ها
اگر در زمان احیا و بازسازی رزین از عامل احیا کننده خالص استفاده نکنید. این عامل احیا کننده می تواند با بسیاری از ناخالصی ها (مانند هیدروکسید سدیم اغلب NaCl یا فریدها و سایر ناخالصی ها) مخلوط شود و باعث آلودگی رزین تبادل یونی گردد.
راهکارهای جلوگیری از آلودگی رزین تبادل یونی
برای جلوگیری از آلودگی رزین های تبادل یونی، باید موارد و نکات مهمی را توجه داشته باشید از جمله اینکه از پیش تصفیه های مناسب قبل از سیستم استفاده کنید. استفاده از پیش تصفیه ها از جمله پیش تصفیه کربن اکتیو و انتخاب و استفاده صحیح از منعقد کننده باعث می شود مواد آلی به سیستم نفوذ نکنند. یکی از منعقد کننده های موثر برای حذف مواد الی در آب عبارتند از: نمک آلومینیوم که بهتر از نمک آهن عمل می کند.همچنین، باید مقدار کلر در آب ورودی و میزان کدورت آب به شدت کنترل شود زیرا هر کدام از این موارد می توانند باعث تخریب و آلودگی رزین شوند.
تقویت مدیریت عوامل احیا کننده. علاوه بر کنترل کیفیت دقیق در تهیه، حمل و نقل، ذخیره سازی باید مدیریت خوبی را انجام دهد. به عنوان مثال خط لوله انتقال و ظرف ذخیره سازی احیا کننده باید با مواد ضد خوردگی انتخاب شود تا در فیلترینگ و شفاف سازی احیا کننده قبل از بستر به خوبی عمل کند. علاوه بر این، استفاده از مواد احیا کننده خالص و مناسب برای بازسازی رزین اهمیت زیادی دارد. در عین حال باید دستورالعمل های کنترل کیفیت دقیق در تهیه، حمل و نقل، ذخیره سازی را به دقت رعایت کنید تا رزین های در هر کدام از این مراحل دچار آلودگی نشوند.
همچنین هوای فشرده ممکن است با رزین تماس پیدا کند از این رو، باید اقدامات تصفیه انجام شود بهتر است از کمپرسور بدون نیاز به آب و روغن و غیره استفاده شود.
