Обзор ионообменных фильтров для воды

2 Необходимое для работы оборудование

Технические особенности оборудования, как и его цена, зависят в первую очередь от сферы его применения: фильтры для сточных вод могут иметь огромные размеры, в то время как устройства для бытового использования обладают достаточно компактными габаритами.

Что касается цен, то минимальная стоимость устройства для домашней водоподготовки составляет, по меньшей мере 300 долларов.

На сегодняшний день все фильтры для ионного умягчения выпускаются в двух основных форм-факторах:

• Небольшие стационарные фильтры со сменным картриджем;
• Ионообменные колонны – крупногабаритные подключающиеся к водопроводу устройства, которые, в основном, обладают автоматизированным процессом восстановления смолы.

Бытовая система ионного обмена с несколькими баллонами и насосом.

Фильтры колонного типа имеют следующую комплектацию:

• Рабочая емкость – выполненная в форме герметичного бака, либо баллона, который заполнен ионообменной смолой;
• Клапан с электронным процессором, который управляет подачей воды;
• Емкость для восстановительного материала – в основном имеет форму бака, в который засыпается соль.

Работа таких устройств для умягчения полностью автоматизирована: процессор подает в колонну воду, которая, попадая в ионообменную среду, отдает смоле ионы солей жесткости, после чего вода, уже очищенная, сквозь выводящий шланг подается к водопотребляющим устройствам.

Когда ионообменная смола истощается и требуется её восстановление, устройство выполняет подачу небольшого количества жидкости в бак для реагентов, которая после насыщения соляным раствором возвращается обратно к смоле. Циркуляция происходит до тех пор, пока система не будет полностью восстановлена.

В целом, колонны для водоподготовки бытового применения и промышленные устройства для фильтрации сточных вод, отличаются друг от друга лишь размерами рабочей емкости и видом используемых реагентов.

2.1 Восстановление ионной смолы в картридже

В фильтрах с картриджами восстановление смолы выполняется собственноручно, делается это следующим образом:

1. Перекрывается подача воды в фильтр и сбрасывается внутреннее давление.
2. Извлекаем картридж со смолой.
3. Очищаем его от загрязнений, промывая под струей проточной воды.
4. Если картридж разбирается, то смола высыпается в отдельную посудину и покрывается соляным раствором, если нет – то опускаем в него картридж целиком. Соляной раствор изготавливаем из расчета 100 грамм соли на 1 литр воды. Нам понадобится примерно 2-4 литра жидкости.
5. Оставляем смолу в растворе на 6-8 часов, после чего сливаем его и промываем смолу чистой, предварительно отфильтрованной, водой 2-3 раза.
6. Выполняется установка картриджа в исходное положение.
7. В первых литрах пропущенной через фильтр воды, после восстановления смолы, вы можете почувствовать легкий привкус соли – это нормально, в течении получаса он исчезнет.

Простейший способ подключения системы водоподготовки и ионного обмена.

Эффективность работы ионообменных фильтров будет максимальной при соблюдении определенных правил по качеству подающейся воды:

1. Жидкость не должна быть зараженной микробами.
2. Запрещается умягчать воду с высоким содержанием активного хлора и сероводорода.
3. Оптимальная температура обрабатываемой воды: 5-40 градусов по Цельсию.
4. Давление потока: 2-7 кгс\см2.
5. Концентрация механических загрязнений не должна превышать 1 мг\л.

При очистке сточных вод используются более агрессивные химические реагенты способные работать с практически любой водой, поэтому какие-либо жесткие ограничения в этом случае водоподготовки отсутствуют.

Универсальность ионообменного фильтра в сравнении с другими методами

Одним из основных преимуществ ионообменных фильтров является их способность эффектино удалять ионы различных элементов. В отличие от других методов фильтрации, таких как обратный осмос или угольные фильтры, ионообменный фильтр обеспечивает более широкий спектр очистки и способен справиться с большим количеством загрязнений одновременно.

Кроме того, ионообменные фильтры позволяют настраивать процесс очистки в соответствии с конкретными потребностями пользователя. Благодаря их конструкции, можно подобрать определенные ионообменные смолы, которые акцентируются на удалении конкретных веществ

Например, если вода содержит большое количество кальция, можно выбрать фильтр, который будет уделять особое внимание его удалению

Кроме того, ионообменные фильтры являются достаточно компактными и простыми в использовании. Они не требуют сложной установки и постоянного контроля, что делает их доступными для домашнего использования. Ионообменные фильтры также обладают длительным сроком службы, что делает их экономически выгодным решением для очистки воды.

Фильтр катионитовый, устройство.

Он представляет собой вертикальный цилиндр со сферическими днищами, внутрь которого насыпается катионит. Катионитовый фильтр — основные элементы:

Корпус с эллиптическими днищами

Верхнего распределительного устройства

Нижнего распределительного устройства

Трубопровод и запорная арматура по фронту фильтра.

Размеры и количество натрий катионитных фильтров выбираются после определения общей площади фильтрования так, чтобы каждый фильтр имел не более трех регенераций, продолжительность фильтрации должна составлять около 8 часов. Число регенераций зависит от скорости процесса очистки, от количества катионита в фильтре, обменной емкости катионита и жесткости исходной воды.

Как работает ионообменный процесс?

В начале процесса, ионообменная смола находится в форме натриевой или калиевой соли. Когда вода проходит через фильтр, ионы натрия или калия в смоле обмениваются с ионами других веществ, таких как кальций или магний, которые находятся в воде. В результате этого обмена, изначально затвердевшая фильтрующая смола становится мягкой и позволяет проводить процесс фильтрации более эффективно.

Частицы, содержащие кальций и магний, улавливаются на поверхности ионообменной смолы, а затем полностью вымываются из системы фильтрации. В результате этого процесса, жесткость воды уменьшается, а содержание нежелательных ионов снижается. Конечный продукт – мягкая, чистая и безопасная вода, которая готова к использованию для различных целей.

Ионообменный процесс в ионообменных фильтрах для воды также может быть регенерирован – солевым раствором с высоким содержанием натрия или калия можно протекать обратным путем, чтобы смыть накопившиеся нежелательные ионы с фильтрующей смолы и вернуть его в начальное состояние для повторного использования.

Таким образом, ионообменный процесс является важным механизмом работы ионообменного фильтра для воды, обеспечивая его эффективность в удалении нежелательных ионов из воды и обеспечении чистой питьевой воды в доме или офисе.

Плюсы и минусы

Высокий покупательский спрос и популярность ионообменных фильтров обусловлены рядом неоспоримых достоинств этих приборов:

1. Тихая работа. Включенный фильтр работает практически бесшумно, что делает его наиболее комфортным для домашнего использования.
2. Высокая степень очистки водопроводных и сточных вод. Фильтр с успехом справляется не только с тяжёлыми металлами и радиоактивными веществами, но и с лёгкостью задерживает бактерии и вирусы, фенолы и пестициды, остатки нефтепродуктов и ядовитые примеси, а также отводит растворённый остаточный хлор и другие газы.
3. Несомненное превосходство технологии ионного замещения над другими способами очистки.
4. Простота в обслуживании и наличие в свободной продаже сменных картриджей позволяют производить их замену самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов.
5. Сохранение минерального состава жидкости после её прохождения через фильтр и заряжение воды отрицательными ионами способствует преобразованию органических солей и обеспечивает их хорошую усваиваемость организмом.

К минусам моделей относят необходимость регулярного обновления наполнителя и строгое соблюдение правил утилизации отработанных смол. Отмечается также низкая скорость фильтрации некоторых моделей, обусловленная низкой гидрофильностью смол и их медленным обменом ионами. Однако наиболее современные экземпляры оснащены катализаторами обмена, позволяющими расходовать реагенты в минимальных количествах. Это значительно ускоряет процесс и увеличивает пропускную способность прибора. К недостаткам можно отнести и высокую стоимость фильтров, вследствие чего многие покупатели не могут себе позволить их приобретение.

Ионообменная смола для фильтров очистки воды в коттеджах

> Ионообменная смола

Ионообменные смолы широко применяются в фильтрах систем очистки воды загородных домов, коттеджей, дачных участков. Наибольшее распространение эта фильтрующая среда получила в конце прошлого века.

Внешне ионообменная смола похожа на скопление маленьких шариков, диаметр которых не превышает миллиметра. Материал для изготовления этих шариков – специальные полимеры. Если незнакомый с таким видом сред человек посмотрит на смолу, то он сможет легко спутать ее с рыбьей икрой. Но на самом деле перед ним предстанет материал, который имеет уникальное и полезное свойство. Смола для фильтра может задерживать ионы различных примесей (начиная от металлов и заканчивая солями жесткости), меняя их на безопасные и безвредные ионы других веществ. То есть, происходит обмен ионами. Этот процесс и дал название фильтрующей среде – ионообменная смола.

А теперь давайте более подробно рассмотрим данный материал. С точки зрения химии, иониты (а это научное название ионообменной смолы), это высокомолекулярные соединения с функциональными группами, которые могут вступать в реакции обмена с ионами жидкости. Некоторые иониты могут также участвовать в реакциях окисления, восстановления, физической сорбции (поглощения некоторых соединений).

Смола для фильтра может иметь разную структуру: гелевую, пористую и промежуточную.

У ионитов гелевой структуры нет пор, и процесс ионного обмена происходит лишь тогда, когда смола находится в набухшем состоянии, похожем на гель (отсюда и название структуры).

Пористая, или макропористая, структура называется так, потому что на поверхности смолы находится большое количество пор, которые способствуют ионному обмену.

Промежуточная структура – среднее по свойствам между гелевой и пористой структурами.

В чем их существенное различие? Смола для фильтрагелевой структуры имеют большую обменную емкость, чем со смолой пористой структуры. Но зато ионообменная смола с порами имеет большую химическую и термическую стойкость, то есть она может задерживать большее количество примесей практически при любой температуре воды.

Еще одно разделение ионообменных смол по заряду ионов. Если в смоле происходит обмен положительно заряженных ионов (катионов), она называется катионитом; если же отрицательно заряженных (анионов), то ее название будет анионит. Практическое их отличие в способности обмена в воде с различным уровнем кислотности (уровня pH). Некоторые аниониты, например, могут «работать» при pH равным 1 – 6, а катиониты – при pH более 7. Правда, все эти тонкости больше нужно знать специалистам, подбирающим вам фильтры для очистки воды из скважины или другого источника.

Выпускаемая ионообменная смола, как правило, содержит ионы солей (хлористая или натриевая) или смесь солей с другими соединениями (натрий-водород, гидроксил-хлорид).

Смола для фильтров может быть разной, все зависит от ее показателей

Самым важным из них является влажность смолы. Чем ее меньше, тем лучше. Как правило, удаляется влага из смолы еще перед упаковкой в специальных центрифугах.

Еще один важный показатель характеристики ионообменный смолы – это ее емкость. Она показывает, какое количество исходных ионов приходится на единицу массы или объема смолы. Отсюда выделают весовую и объемную емкости и, отдельно, – рабочую. Первые две емкости являются стандартными величинами, определяются они в лабораториях и указываются в характеристиках готовой продукции.

Рабочая ионообменная емкость – величина, не измеряемая в лабораториях, так как зависит она от очень многих «рабочих» параметров: размеров слоя смолы, уровня загрязненности очищаемой воды, скорости потока и многих других. Когда рабочая ионообменная емкость смолы исчерпает себя, это будет значить, что ионы в ней полностью обменялись с ионами примесей, и необходимо восстановить ее фильтрующую способность (рабочую емкость).

Для каких же целей используется ионообменная смола? Фильтры с ионообменной смолой применяются в системах водоочистки загородных домов, коттеджей, дач для удаления солей жесткости или умягчения воды. В таких фильтрах ионы магния и кальция заменяются безвредными ионами натрия, а в качестве регенерационной жидкости, восстанавливающей рабочую ионообменную емкость смолы используется концентрированный раствор поваренной соли.

Также фильтры с ионообменной смолой могут применяться для удаления железа, марганца и прочих элементов, но применяемая в них смола будет стоить дороже из-за своей «универсальности».

Ионообменный метод очистки воды

Ионообменный метод очистки воды применяют для обессоливания и очистки воды от ионов металлов и других примесей. Сущность ионного обмена заключается в способности ионообменных материалов забирать из растворов электролита ионы в обмен на эквивалентное количество ионов ионита.

Очистку воды осуществляют ионитами – синтетическими ионообменными смолами, изготовленными в виде гранул размером 0,2…2 мм. Иониты изготовляют из нерастворимых в воде полимерных веществ, имеющих на своей поверхности подвижный ион (катион или анион), который при определенных условиях вступает в реакцию обмена с ионами того же знака, содержащимися в воде. Различают сильно- и слабокислотные катиониты (в Н+- или Na+- форме) и сильно- и слабоосновные аниониты (в ОН- или солевой форме), а также иониты смешанного действия. Основополагающим фактором кинетики процесса является скорость ионообмена между ионами воды и омываемой частицей смолы. На наружной поверхности омываемой частицы образуется неподвижная водяная пленка, толщина которой зависит от скорости потока очищаемой воды и размеров зерна смолы. Ион, который стремится попасть внутрь частицы смолы, в функциональную группу, должен диффундировать из воды через пленку, пройти через граничную поверхность частицы и внутри смолы в растворе набухания устремиться к ассоциации с функциональной группой. Диффузия ионов через пленку является важнейшим этапом процесса.

Избирательное поглощение молекул поверхностью твердого адсорбента происходит вследствие воздействия на них неуравновешенных поверхностных сил адсорбента.

Ионообменные смолы имеют возможность регенерации. После истощения рабочей обменной емкости ионита он теряет способность обмениваться ионами и его необходимо регенерировать. Регенерация производится насыщенными растворами, выбор которых зависит от типа ионообменной смолы. Процессы восстановления, как правило, протекают в автомати взрыхление – 10 – 15 мин, на фильтрование регенерирующего раствора – 25 – 40 мин, на отмывку – 30 – 60 мин. Ионообменную очистку реализуют последовательным фильтрованием воды через катиониты и аниониты.

В зависимости от вида и концентрации примесей в воде, требуемой эффективности очистки используют различные схемы ионообменных установок.

Умягчение воды катионированием. Умягчение воды катионированием – один из методов умягчения (обессоливания) воды.

Катионирование – процесс обработки воды методом ионного обмена, в результате которого происходит обмен катионов. В зависимости от вида ионов (Н+ или Na+), находящихся в объеме катионита, различают два вида катионирования: Н-катионирование и Na-катионирование.

Натрий-катионитовый метод применяют для умягчения воды с содержанием взвешенных веществ в воде не более 8 мг/л и цветностью воды не более 30 град. Жесткость воды снижается при одноступенчатом натрий-катионировании до значений 0,05 – 0,1 мг-экв/л, при двухступенчатом – до 0,01 мг-экв/л. Процесс Nа-катионирования описывается следующими реакциями обмена: Регенерация Na-катионита достигается фильтрованием через него со скоростью 3-4 м/ч 5-8% раствора NaCl (рис.1.2).

Рис.1.2. Схема одноступенчатого Натрий-катионирования воды.

Достоинства NaCl (поваренной соли) как регенерационного раствора: дешевизна; доступность.

Водород-катионитовый метод применяют для глубокого умягчения воды. Этот метод основан на фильтровании обрабатываемой воды через слой катионита, содержащего в качестве обменных ионов катионы водорода.

При Н-катионировании воды значительно снижается рН фильтрата за счет кислот, образующихся в ходе процесса. Углекислый газ, выделяющийся при реакциях умягчения, можно удалить дегазацией. Регенерация Н-катионита в этом случае производится 4 – 6% раствором кислоты (HCl, H2SO4). Иониты, в зернах которых при ионообменном процессе происходит обмен катионов, называют катионитами.

Технология умягчения воды с помощью ионов: необходимое для работы оборудование

Технические особенности оборудования и его стоимость определяются с учетом сферы применения – фильтры для стоков бывают очень габаритными, в то время как бытовые устройства максимально компактные и малошумные. Минимальный ценник на домашнюю систему подготовки воды составляет 300 долларов. Основные форм-факторы:

1. Маленькие стационарные устройства со сменными картриджами.
2. Ионообменные колонны – габаритные устройства, которые подключаются непосредственно к водопроводу.

Бытовая система ионного обмена оснащается несколькими баллонами и насосом. Фильтры колонного типа состоят из:

• рабочей емкости – имеет вид герметичного бака или баллона, заполненного ионообменной смолой.
• клапана с электронным процессором, управляющим подачей воды.
• емкости для восстановительного материала – имеет вид бака, куда засыпается соль.

Работа умягчителей является полностью автоматизированной – процессор подает воду в колонну, та попадает в ионообменную среду и отдает смоле ионы солей жесткости, после чего очищенная вода через шланг вывода подается к устройствам водопотребления. Когда реагент истощается, устройство направляет немного жидкости в специальный бак, и после насыщения соляным раствором она снова возвращается в смоле. Циркуляция продолжается до тех пор, пока система не будет восстановлена. В принципе бытовые и промышленные системы между собой различаются только размерами рабочих емкостей и типами используемых реагентов – принцип действия у них один.

Лучшие магнитные умягчители воды

Titanof Кпф-1000

Функциональный Titanof Кпф-1000
Мне нравится1Не нравится2

Функциональная, производительная модель, работающая на катионообменной смоле, притягивающей к себе ионы калия и магния. Срок службы колбы устройства составляет до 25 лет. Оснащается сменными картриджами из спечённого титанового порошка, с неограниченным сроком эксплуатации.

Корпус прибора изготовлен из прочного, долговечного материала, устойчивого к коррозии и механическим повреждениям. Подходит для воды с температурой до 40 градусов. Благодаря универсальной конструкции может использоваться как в городских квартирах, так и в частном домостроении, на дачах.

Плюсы и минусы

Прочный корпус из нержавеющей стали.
Пролонгированный срок службы.
Многоразовая конструкция.
Универсальность (подходит для автономных и централизованных систем).

Высокая цена.

Prio Новая Вода A030

Прибор Prio Новая Вода A030
Мне нравитсяНе нравится

Представляет собой цилиндрический сосуд с прочным корпусом из хромированной латуни, применяющейся для изготовления оборудования пищевой промышленности. Оснащён постоянным магнитом, образующим поле, притягивающим тяжёлые металлы, присутствующие в воде.

Благодаря отсутствию реагента потребителю не нужно следить за его состоянием, что делает эксплуатацию прибора простой и комфортной. Компактные размеры, малый вес позволяют устанавливать умягчитель на любых участках водопроводных систем, как автономных, так и централизованных. Работает в диапазоне температур от +2 до +90 градусов. Максимальная производительность: около 18 литров воды в минуту. Оснащается резьбовыми соединениями 1/2″.

Плюсы и минусы

Подходит для любых систем.
Не требует перезаправки или замены картриджей.
Прочная, безопасная конструкция.
Доступная стоимость.

Небольшая производительность.

Wpro Mwc 173

Надежный Wpro Mwc 173
Мне нравитсяНе нравится

Надёжный, эффективный  в эксплуатации прибор для смягчения воды, работающий на неодимовом магните 18000 Гс, препятствующем образованию кальцинированных отложений на ТЭНах бытовых приборов и отопительной техники.

Применяется для продления периода службы посудомоечных и стиральных машин с соединительной резьбой ¾ дюйма. Уменьшает расходование моющих средств, защищает дорогостоящее оборудование от коррозии.

Корпус модели изготовлен из прочного, износостойкого металла. Отличается высоким качеством сборки, на 100 % защищён от протечек.

Плюсы и минусы

Доступная цена.
Присутствие фильтрующего модуля в комплекте.
 Компактность, малый вес, облегчающий установку прибора.
Длительный период службы.
Высокое качество очистки.
Экономия для домашнего бюджета.

Не обнаружено.

Критерии выбора ионообменных фильтров

Выбор ионообменного фильтра зависит от многих факторов, включая тип воды, требуемую производительность и размер установки. Ниже приведены основные критерии, которые следует учитывать при выборе ионообменного фильтра:

• Тип и степень засоления воды. Некоторые ионообменные фильтры лучше всего работают со слабозасоленной водой, в то время как другие могут обрабатывать сильно засоленную воду. Для правильного выбора фильтра необходимо знать тип и степень засоления воды.
• Производительность. Необходимо определить количество воды, которое требуется очистить за определенное время. Это поможет выбрать фильтр с необходимой производительностью, чтобы удовлетворить потребности.
• Размер установки. Размер ионообменного фильтра должен соответствовать размеру установки, в которой он будет установлен. При выборе фильтра необходимо учитывать допустимые габаритные размеры и вес установки.
• Степень очистки воды. Различные ионообменные фильтры могут удалять различные типы загрязнений, такие как соли, железо, марганец и другие. Необходимо выбрать фильтр, который может очистить воду от необходимых загрязнений.
• Стоимость. Цена ионообменного фильтра может существенно варьироваться в зависимости от размера и производительности. Необходимо выбрать фильтр, который соответствует бюджету.

Учитывая эти критерии, можно подобрать ионообменный фильтр, который будет лучше всего подходить для конкретных потребностей.

Плюсы и минусы

Высокий покупательский спрос и популярность ионообменных фильтров обусловлены рядом неоспоримых достоинств этих приборов:

1. Тихая работа. Включенный фильтр работает практически бесшумно, что делает его наиболее комфортным для домашнего использования.
2. Высокая степень очистки водопроводных и сточных вод. Фильтр с успехом справляется не только с тяжёлыми металлами и радиоактивными веществами, но и с лёгкостью задерживает бактерии и вирусы, фенолы и пестициды, остатки нефтепродуктов и ядовитые примеси, а также отводит растворённый остаточный хлор и другие газы.
3. Несомненное превосходство технологии ионного замещения над другими способами очистки.
4. Простота в обслуживании и наличие в свободной продаже сменных картриджей позволяют производить их замену самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов.
5. Сохранение минерального состава жидкости после её прохождения через фильтр и заряжение воды отрицательными ионами способствует преобразованию органических солей и обеспечивает их хорошую усваиваемость организмом.

К минусам моделей относят необходимость регулярного обновления наполнителя и строгое соблюдение правил утилизации отработанных смол. Отмечается также низкая скорость фильтрации некоторых моделей, обусловленная низкой гидрофильностью смол и их медленным обменом ионами. Однако наиболее современные экземпляры оснащены катализаторами обмена, позволяющими расходовать реагенты в минимальных количествах. Это значительно ускоряет процесс и увеличивает пропускную способность прибора. К недостаткам можно отнести и высокую стоимость фильтров, вследствие чего многие покупатели не могут себе позволить их приобретение.

Прямоточная регенерация

В случае с прямоточным восстановлением реагентный раствор с ионами X сначала контактирует со слоями ионообменной смолы, насыщенными ионами Y. В процессе обработки они удаляются из колонны. Далее ионы Y переходят в менее насыщенные слои ионообменного материала и фиксируются ввиду благоприятных условий. Получается, что в нижней части объема находятся по больше части ионы X — они и будут удаляться из колонны в начале регенерации.

В случае с недостатком регенеранта ионы Y не будут полностью удалены и, соответственно, нижний объем смолы не будет восстановлен в полном объеме. На практике используют вдвое большее количество реагента по сравнению с теоретическими значениями.

Проточные фильтры под мойку

   Из-за врезки в водопровод фильтры для воды под мойку называют ещё магистральными, стационарными. Какой лучше – ориентировка на слои очистки (3-5). Очищенная вода выходит через дополнительный кран.

   Замена картриджей через 3-12 мес.; исходя из модели, ресурс по техпаспорту – 4000-15000 л.

   Достоинства: высокая очистка, скорость фильтрации до 3 л/мин.

   Недостатков два:

1. Серьёзный. Картридж – место, где растут колонии вирусов из-за того, что микроорганизмы задерживаются в его порах. Поэтому дорогие модели (до 12000 руб.), кроме очистки, оснащены функцией воздействия ультрафиолетом. В этом случае при размышлении, какой выбрать фильтр для воды под мойку, – стоит отталкиваться от количества лишних денег.
2. Показательный. Высокая цена стационарных фильтров доказывает уровень их качества. Экономные варианты – это компромисс уровня очистки и затрат.