2. Ионный обмен
Альтернативой дистилляции является ионный обмен, который также используется в условиях дома, ферм или офисов для производства питьевой воды с чрезвычайно низким содержанием минеральных веществ. Существует два основных способа реализации ионообменных технологий: 1. сменные картриджи с ионообменной смолой и 2. засыпные фильтры.
Ионообменные деионизаторы со сменными картриджами - при невысокой потребности в очищенной для питья и приготовления пищи воде достаточно установить в месте ее потребления (обычно в лаборатории или на кухне) небольшой картриджный деионизатор «для одного крана». Эти системы, по сути, работают по такому же принципу, что и угольные фильтры, упомянутые ранее в этом разделе (см. рис. 10-1). В этих системах используется смесь ионообменных смол в регенерированной форме, соотношение анионита к катиониту такое же, как в засыпных фильтрах (детально описано ниже). Такие фильтры удобны для людей, которым необходимо придерживаться диетических режимов, так как они, с одной стороны, эффективно снижают содержание минеральных веществ воде, с другой, занимают мало места.
Для достижения глубокой очистки слой фильтрующего материала в картриджах ионообменных фильтров должен быть выше, чем в угольных. Глубина слоя в 24 дюйма (60 см) обеспечит достаточное время контакта и взаимодействия между фильтрующим материалом и водой для наиболее эффективного использования загрузки картриджа.
При использовании смеси смол, как в картриджном, так и в засыпном фильтре, рабочий поток должен быть нисходящий. Это связано с тем, что в процессе эксплуатации смесь анионит/катионит, постепенно истощаясь, на 8-12% уменьшается в объеме. Даже если картридж/корпус фильтра при вводе в эксплуатацию были полностью заполнены такой смесью, ее сжатие при направленном снизу вверх рабочем потоке может привести к переходу слоя в сжиженное состояние и «свести на нет» часть процесса деионизации.
Очень важно контролировать работу деионизатора, поэтому для предотвращения переиспользования картриджа рекомендуется проводить тестирование очищенной воды.
Для случаев, когда необходимы большие объемы деминерализованной воды, предлагается достаточно широкий ассортимент систем деминерализации. Эти системы обычно состоят из двух фильтров, первый из которых заполнен катионитом, а второй - анионитом. Каждый фильтр имеет свой отдельный бак с регенерирующим раствором. Так как для регенерации такой системы используются достаточно агрессивные вещества: серная или соляная кислота для катионита, гидроокись натрия - для анионита, - эти системы действительно требуют большего внимания, чем умягчители. Деионизирующие системы описанного типа, независимо от размера, очень дорогие, поэтому не подходят для применения в домашних условиях.
Засыпные ионообменные фильтры используются для промышленных, коммерческих и сельскохозяйственных целей, когда необходимы большие объемы очищенной воды и, соответственно, более высокие скорости рабочих потоков. Корпуса фильтров (диаметром 6,8 или 10 дюймов) заполняются смесью сильноосновного анионита II типа (форма ОН’) и сильнокислотного катионита (форма Н+) в соотношении 2:1. При истощении фильтры отправляются на централизованные станции для регенерации смеси смол. Аниониты II типа имеют более высокую емкость и представляют меньший риск появления запаха амина. Вообще, только хорошо выдержанный анионит используется для подготовки питьевой воды. Смесь смол обеспечивает высокую степень деионизации воды выше одного МОм на сантиметр (меньше 0.5 мг/л общего количества растворенных частиц). Необходимо проводить тестирование качества воды с помощью недорого электрода, что также позволит следить за степенью истощения фильтрующего материала и избежать его эксплуатации после полной выработки. Чувствительность прибора от 10 000 до 1 миллиона Ом на сантиметр.
Засыпные фильтры для других потребностей - засыпные фильтры применяются для очистки питьевой воды в парках и кемпингах. Для этих целей используется несколько материалов в зависимости от типа нежелательных примесей, которые надо удалить. Для удаления сероводорода и железа часто используется марганцевый гринсанд. Для удаления фтора - активированный оксид алюминия. Для коррекции вкуса и запаха хорошо подходит гранулированный активированный уголь. Вот уже более 40 лет для умягчения воды домашнего и промышленного назначения успешно используется катионит. Генерация фильтров независимо от фильтрующего материала производится на централизованных регенерационных станциях. Прежде чем установить систему для очистки воды питьевого назначения, необходимо убедиться в ее микробиологической безопасности.
