روش های بازسازی دستگاه تبادل یون_بخش اول آرشیو مقالات

اکثر رزین های تبادل یون به صورت ستونی استفاده می شوند. عملیات تبادل یون اساسا ناپیوسته است: یک فاز بارگیری، به نام اجرای سرویس، پس از بازسازی رزین های پربار صورت می گیرد. دو روش اصلی برای فرآیند بازسازی وجود دارد:

•  بازسازی هم-جریانی، که در آن، در طول اجرای خدمات و همچنین در طول بازسازی، مایعات از بالا به پایین ستون جاری می شوند.

• بازسازی جریان معکوس، که در آن مایعات، در طول اجرای خدمات و بازسازی، متناوبا به سمت بالا و پایین جاری می شوند.

همچنین اطلاعاتی راجع به بازسازی MB، مقادیر بازسازی (تناسب بازسازی)، بازسازی شاهراه، و انواع و غلظت های بازسازی ارائه خواهیم داد. 

بازسازی هم-جریان (CFR)

 در آغاز تبادل یون از این روش بازسازی استفاده می شود: محلول تصفیه کننده از بالا تا پایین ستون جریان می یابد، و بازسازی نیز در همین مسیر صورت می گیرد.

مشکل این است که رزین های به شدت اسیدی و به شدت بازی در پایان بازسازی به طور کامل به H  یا OH تبدیل نمی شوند، چرا که این امر نیازمند فزونی بسیار بالای بازسازی شیمیایی است. در نتیجه، در پایان بازسازی، لایه های پایینی بستر رزین از لایه های بالایی آلوده تر هستند، به طوری که زمانی که بارگیری بعدی آغاز می شود، به علت تبادل یون های آلاینده با یون های H⁺ یا (OH^—) تولید شده در طول تبادل، نشت بسیار بالاست.

منطقه ی تیره در تصویر بالا نسبت رزین پربار را و منطقه ی زرد، نسبت رزین بازسازی شده را نشان می دهد. تصویر کوچک سمت آنچه را که مد نظر من است توضیح می دهد: به عنوان مثال، در سطح A، 50٪ رزین پربار و 50٪ آن بازسازی شده است. در بالای منطقه ی تبادل، رزین کاملا پربار شده، و در زیر آن کاملا بازسازی شده است.

در بازسازی هم-جریانی، تنها راه برای کاهش این نشت دائمی، افزایش مقدار بازسازی است، تا جایی که یون های آلاینده ی کمتری در خروجی ستون برجای بماند.

بازسازی جریان معکوس  (RFR)

این فرایند «بازسازی جریان مخالف» هم نامیده می شود. در گذشته، بازسازی ضد جریان نامیده می شد، اما این اصطلاح خیلی صحیح نیست زیرا بستر رزین حرکت نمی کند. در بازسازی جریان معکوس، بازسازی کننده ها در جهت مخالف جریان خدمات تزریق می شوند. این فرایند دو زیر-شاخه دارد:

1. بارگیری رو به بالا و بازسازی رو به پایین، که در فرایند های  بستر شناور و AmberpackTM می بینیم.

2. بارگیری رو به پایین و بازسازی رو به بالا، همانطور که در فرآیندهای UFDTM و UpcoreTM می بینیم.

در این مورد، بازسازی کننده نباید یون های آلاینده را با فشار به تمام بستر رزین بفرستد. اول لایه هایی که بارشان کمتر است بازسازی می شوند و زمانی که بارگیری بعدی (بار نشینی) شروع می شود تمیزترین خواهند بود.

و یا با بارگیری رو به بالا:

بازسازی جریان معکوس دو مزیت قابل توجه دارد:

1. خلوص آب تصفیه شده با این روش بسیار بالاتر از آبی است که با روش هم-جریانی تصفیه شده باشد، زیرا در این روش نشت بسیار کم است.
2. بازسازی کننده ی کمتری نیاز است، زیرا لازم نیست که یون های آلاینده به تمام بستر فرستاده شوند، و مقدار نشت تقریبا از مقدار ماده ی بازسازی کننده مستقل است.

کیفیت آب تصفیه شده

در پایان بازسازی، لایه خروجی از ستونی که به صورت CFR بازسازی شده است بالاترین غلظت ناخالصی را دارد، در حالی که در RFR لایه ی خروجی حاوی رزین هایی است که از همه بیشتر بازسازی شده اند. به همین دلیل است که در CFR آلاینده های موجود در پایین، در آغاز فرایند بیشتر به علت «اثر خود-بازسازی» وارد آب تصفیه شده می شوند تا در وسط فرایند؛ در حالی که در RFR هر یک از آلاینده های جایگزین شده ی لایه ی ورودی بلافاصله از یک لایه ی زیرین حذف می شوند.

نمودار، مشخصات یک نشت معمولی در طول دوره ی بارگیری را نشان می دهد (به عنوان مثال رسانایی در واحد میکرو ثانیه بر سانتی متر را نشان می دهد؛ اما این داده، بسته به فرآیند، می تواند هر گونه نشت دیگری باشد). نشت یونی حاصل از بازسازی جریان معکوس معمولا آنقدر کم است که به مقدار  ماده ی بازسازی کننده ی استفاده شده بستگی ندارد. در فرایند های هم-جریان، مقدار پایین نشتی تنها با استعمال دوز های بالای ماده ی بازسازی کننده حاصل می شود.

در RFR از شستشوی معکوس خبری نیست

اثر کل بازسازی جریان معکوس به لایه های رزین دست نخورده بستگی دارد. رزینی که بالاترین درجه بازسازی را دارد همیشه باید در خروجی ستون باشد. بنابراین، بستر رزین را نباید قبل از بازسازی شستشوی معکوس داد، و نباید اجازه داده شود که در هر زمانی جاری شود. بنابراین در طول بازسازی، یا ستون ها به طور کامل با رزین (بستر های بسته ای) پر شده و یا بستر پایین نگه داشته می شود. پ

مراحل بازسازی

روش بازسازی کلی برای مجراهای تبادل یون به شرح زیر است:
 

1. شستشوی معکوس بستر رزین ( فقط بازسازی هم-جریان) برای حذف جامدات معلق و شل کردن بستر.
2. تزریق ماده ی بازسازی کننده ی رقیق شده در آبی با کیفیت مناسب. تزریق با سرعت جریان کمی صورت می گیرد، به طوری که زمان تماس 20 تا 40 دقیقه است.
3. جایگزین کردن ماده ی بازسازی کننده با آب رقیق، با همان سرعت جریان.
4. شستشوی بستر با سرعت جریان ارائه ی سرویس، با استفاده از آب تغذیه شده، تا زمانی که کیفیت مطلوب آب تصفیه شده حاصل شود.

توضیحات بالا برای اکثر ستون های تبادل یونی، از جمله نرم کردن، حذف نیترات و قلیایی زدایی صدق می کند.. برای املاح زدایی، اول ستون کاتیون با اسید بازسازی می شود، سپس ستون آنیون با سود سوز آور بازسازی می شود؛ یا اینکه، هر دو به صورت همان زمان بازسازی می شوند.

در برخی از کاربردهای خاص ممکن است مراحلی اضافی نیاز باشد.

بازسازی بستر مختلط

بازسازی داخلی یک دستگاه بستر مختلط پیچیده تر است. مراحل آن عبارتند از:

1. شستشو ی معکوس بستر رزین برای جدا کردن رزین کاتیونی از آنیونی.
2. اجازه دهید رزین ها ته نشین شوند.
3. در صورت تمایل: آب را به پایین سطح بستر رزین تخلیه کنید.
4. سود سوز آور رقیق شده در آب املاح زدایی شده تزریق نمایید.
5. آب رقیق را جایگزین سود سوز آور کنید.
6. اسید رقیق شده در آب املاح زدایی شده تزریق کنید.
7. آب رقیق را جایگزین اسید کنید.
8. آب را به پایین سطح بستر رزین تخلیه کنید.
9. رزین ها را با هوای فشرده ی تمیز یا نیتروژن مخلوط کنید.
10. دستگاه  را دوباره به آرامی با آب پرکنید.
11. شستشوی نهایی را توسط آب تغذیه شده با سرعت جریان ارائه ی سرویس انجام دهید تا زمانی که کیفیت مطلوب آب تصفیه شده حاصل شود.

نکته 1: در صورت عدم دسترسی به توزیع کننده ی NaOH ، بالای ستون تا پایین سطح آب را با سود سوز آور بشویید. این امر موجب رقیق شدن می شود و این توزیع برابر با توزیع صورت گرفته توسط یک توزیع کننده ی اختصاصی نیست.
نکته 2: به منظور صرفه جویی در وقت، می توان رزین کاتیونی و آنیونی را به طور همزمان بازسازی کرد. در غیر این صورت، همیشه با رزین آنیونی شروع کنید.
نکته 3: در پرداخت میعانات، دستگاه های بستر مختلط معمولا در خارج از دستگاه بازسازی می شوند.

بازده بازسازی

سه عکس موجود در سمت بالا تبدیل رزین های کاملا پربار (به صورت Na⁺ یا Cl^—) را به عنوان عملکردی از دوز ماده ی بازسازی کننده نشان می دهد. محور Y، « درصد بازسازی»، درصد تبدیل رزین ها بهH⁺  و  OH^—   را نشان می دهد. می توانیم موارد زیر را مشاهده نماییم:

1 . برای بازسازی یک رزین تبادل کاتیونی به شدت اسیدی (SAC)، در ابتدا به شکل Na⁺، اسید هیدروکلریک کارآمد تر از اسید سولفوریک است.
با 50 گرم HCl  در هر لیتر رزین، یک تبدیل 60 درصدی به شکل H⁺ حاصل می شود.
با 50 گرم H₂SO₄، تنها یک تبدیل 40 درصدی حاصل شده است.
2. گرچه به صورت معادل بیان می شوند، اما اسید هیدروکلریک کارآمد تر است:  36.5 گرم HCl  (1 EQ) تا 45 درصد از رزین را تبدیل خواهد کرد، در حالی که 49 گرم H₂SO₄ (1 EQ) تنها 39 درصد را تبدیل می کند.
3. برای به دست آوردن تبدیل کل، به عنوان مثال 100٪ به شکل H⁺، به حدود 6.5 EQ HCl  (240 گرم بر لیتر) اما 8 EQ H₂SO₄  (400 گرم بر لیتر) نیاز است.

4.علت این موضوع، این واقعیت است که اسیدیته ی دوم اسید سولفوریک بطور قابل توجهی ضعیف تر از اسیدیته ی اول آن است.

5. بازسازی یک رزین تبادل آنیون به شدت بازی (SBA) ابتدا به شکل Cl^— با سود سوز آور سخت تر است:
با 50 گرم NaOH  در هر لیتر، تنها 37٪ از رزین تبدیل می شود و با 40 گرم (1 EQ) تنها 32 درصد.
ببرای تبدیل رزین SBA تا حدود 100٪ به شکل OH^— به 37.5 EQ NaOH  (1500 گرم) نیاز است.
6. علت اینکه بازسازی رزین های SBA نوع 1 سخت تر از رزین های SAC است، ضریب انتخابی می باشد:

K_(Cl/OH) = 22  در حالی که K_(Na/H) = 1.7

در عمل، رزین های SAC و SBA تا یک سطح تبدیل بالا بازسازی نمی شوند، زیرا به علت مصرف زیاد ماده ی بازسازی کننده، غیر اقتصادی می باشد.
از سوی دیگر، رزین هایی با کاربرد ضعیف (WAC و WBA) یک منحنی بازسازی نزدیک به خطی دارند: می توانند با دوزی نزدیک به مقدار استوکیومتری بازسازی شوند، بنابراین آن ها در پایان هر بازسازی، به طور کامل تبدیل می شوند (پایین را ببینید).
توجه: تمام مقادیر ماده ی بازسازی کننده در واحد گرم شیمیایی خالص (100٪) در هر لیتر از رزین بیان شده است.