Rasini schimbatoare de ioni

Rasinile schimbatoare de ioni sunt substante granulare care au o structura moleculara cu grupari functionale bazice sau acide care pot fi inlocuite. Ionii pozitivi sau negativi ale acestor grupari functionale pot fi inlocuiti de catre ioni cu aceeasi sarcina electrica dintr-o solutie de apa.

Schimbarea de ioni se realizeaza:

  • fara deteriorari sau solubilizari
  • fara a schimba numarul de ioni din lichid

In prezent, cele mai utilizate substante schimbatoare de ioni sunt cunoscute sub numele de rasini. Sunt doua tipuri de rasini: rasinile de tip gel  si rasinile macroporoase. Structura lor de baza este identica, ea este obtinuta in ambele cazuri prin copolimerizare. Diferenta dintre cele doua tipuri de rasini consta in porozitatea lor. Rasina de tip gel are o porozitate naturala limitata la distanta intermoleculara. Aceasta este o structura de tip microporoasa. Rasina de tip macroporoasa are o porozitate superioara care este obtinuta prin adaugarea unui aditiv.

Se spune ca schimbatorul este monofunctional daca are o singura varietate de grupare functionala si se spune ca este polifunctional daca moleculele contin diferite tipuri de grupari functionale.

Schimbarea de ioni este un procedeu prin care ionii continuti intr-o solutie sunt adsorbiti pe rasina si sunt inlocuiti cu o cantitate echivalenta de alti ioni cu aceeasi polaritate. Aceasta capacitate de schimb este limitata. La saturatie trebuie realizata „regenerarea” rasinii pentru ai reda potentialul initial de schimb de ioni.

Regenerarea se poate face in doua moduri:

  • regenerare in co-curent
  • regenerare in contra-curent

Acest procedeu este folosit pentru:

  • dedurizare
  • decarbonare
  • demineralizare
  • denitratare

Realizarea acestor tratamente se face in rezervoare cilindrice care lucreaza sub presiune si care dispun, pentru a efectua toate etapele procedurilor de tratament si regenerare, fie de o vana multipla care se foloseste la debite mici si medii, fie de un ansamblu de vane pentru debite mari.

Dedurizarea

Anumite saruri alcalino-pamantoase (in mod deosebit calciul si magneziul) au inconvenientul ca sunt slab solubile in apa. Ele pot forma, in functie de concentratia lor si temperatura apei, depuneri solide numite „piatra sau calcar”.

Dedurizarea este un procedeu care, cu ajutorul unei rasini schimbatoare de ioni de tip sulfonic, transforma sarea de calciu si magneziu in sare de sodiu care este total solubila in apa.

Cand rasina ajunge sa fie saturata in calciu si magneziu, ea este regenerata cu ajutorul unei solutii saturate de sare (saramura).

Decarbonarea

Hidrogenocarbonatii de calciu si magneziu (duritate temporara) sunt saruri foarte putin stabile si, in consecinta, prezinta un ridicat risc de a precipita sub forma solida, adica sa depuna piatra.

Decarbonarea este procedeul care foloseste o rasina schimbatoare de ioni de tip carboxylic care transforma sarurile de hydrogenocarbonati de calciu si magneziu in acid carbonic.         Se exploateaza slaba stabilitate a acidului carbonic si slaba solubilitate a anhidridului sau CO2 in apa pentru al elimina prin realizarea unei degazari atmosferice. Duritatea permanenta (duritatea datorata sarurilor altele decat cele produse de carbonati) nu este modificata. Cand rasina este saturata in calciu si magneziu ea este regenerata sub forma de hidrogen H+ cu ajutorul unui acid puternic (cel mai adesea clorhidric sau sulfuric).

Demineralizarea

Ansamblul de saruri minerale care sunt continute de apa pot fi eliminate utilizand in acelasi timp rasina schimbatoare de ioni cationica (grupul sulfonic) si rasina anionica (grupul amonium) fie folosind doua rezervoare distincte montate in serie, fie folosind un singur rezervor cu rasina amestecata.

Cand rasina este saturata ea este regenerata cu hidrogen H+ pentru rasina cationica si cu hidroxid OH- cu ajutorul hidroxidului de sodiu (soda) pentru rasina anionica.

Denitratare

Denitratarea este procedeul care foloseste o rasina schimbatoare  de ioni de tip amonium cuaternar care schimba sarurile de nitrati din apa in saruri ale clorului. Cand rasina este saturata in calciu si magneziu ea este reconditionata sub forma de sodiu cu ajutorul unei solutii saturate de sare (saramura).