Co to przebicie złoża?

Co to przebicie złoża?

Jednym z istotnych procesów oczyszczania wody jest wymiana jonowa. Jest to dość popularny sposób na przygotowany wody albo roztworu, jednak nie każdy wie, że w trakcie takich czynności dochodzi ostatecznie do tak zwanego przebicia złoża. Czym ono jest? Czym się charakteryzuje?

Czym jest proces wymiany jonowej?

Wymiana jonowa jest zjawiskiem oraz procesem wymiany ruchliwych jonów na inne, które posiadają ten sam znak, który zachodzi w jonicie. Jeśli towarzyszy on innym procesom, to często mówi się na przykład o sorpcji albo jonowymiennej adsorpcji. Proces wymiany jonowej trwa aż do momentu wspomnianego już przebicia złoża, czyli osiągnięcia stężenia wymienianego jonu w oczyszczonym roztworze do takiego stanu, jaki jest zakładany na początku procesu.

Zastosowanie wymiany jonowej

Proces wymiany jonowej ma między innymi zastosowanie podczas zmiękczania, demineralizacji oraz odsalania, usuwania azotanów i fosforanów, a także metali, azotu amonowego, zanieczyszczeń organicznych oraz radionuklidów. Ze względu na stopień zmniejszenia twardości wody, a także rodzaju usuwanej, stosuje się różne wymiany jonowe. Wśród nich można wymienić usuwanie twardości węglanowej i niewęglanowej. Te natomiast stosuje się w różnych cyklach, to jest w cyklu sodowym albo wodorowym w kationitach silnie kwaśnych (węglanowej i niewęglanowej), cyklu wodorowym w kationitach słabo kwaśnych (węglanowej), a także w cyklu sodowym (węglanowej i niewęglanowej).

Czym są wymieniacze jonowe?

W wymianie jonowej bardzo ważną rolę pełnią oczywiście wymieniacze jonowe, czyli tak zwane jonity. Są to roztwory, które nie rozpuszczają się w wodzie, ale wymieniają z roztworami elektrolitów dodatnie albo ujemne jony, tak aby doszło do zrównoważenia ilości. Wśród nich możemy wymienić między innymi:

  • anionity An, wymieniające aniony. Mają charakter soli, bądź też zasad;
  • kationity Kt, wymieniające kationy. Te najczęściej występują w postaci kwasów albo soli.

Co to przebicie złoża?

Wiele osób zastanawia się, czym w istocie jest przebicie złoża. Otóż, wbrew pozorom, to nic trudnego ani ciężkiego do zapamiętania czy zrozumienia. Jest to po prostu moment, w którym osiągamy założone stężenie wymienianego jonu w oczyszczonym roztworze. Kiedy do tego dojdzie, złoże zaczyna samodzielnie wykluczać się z pracy i poddaje się regeneracji. Regeneracja natomiast jest procesem zdecydowanie trudniejszym. Aby jednak do niej doszło, złoże wymaga spulchniania, płukania oraz regeneracji właściwej. To, czy przebiegnie prawidłowo, jest ważne dla wymiany jonów, który ma miejsce w kolejnym etapie. Ta czynność polega na przywróceniu zużytemu złożu jonowymiennego pierwotnej zdolności wymiennej. Innymi słowy – proces wraca do początku. W ten sposób usuwa się przeciwjony, które podczas wymiany przyłączyły się do tak zwanych grup funkcyjnych. Roztwór przepuszczamy przez złoże, które poddaje się wspomnianej regeneracji,  w większej ilości, niż jest to konieczne. Często stosuje się różnorodne roztwory w procesie regeneracji, na przykład NaCl oraz HZ504. Jest to jednak uzależnione od rodzaju jonów ruchliwych.

Czym jest punkt przebicia?

Punkt przebicia jonitu to nic innego, jak punkt, w którym dochodzi do osiągnięcia założonego wcześniej stężenia wymienianego jonu w roztworze, który jest poddawany oczyszczaniu. W przypadku demineralizacji wody natomiast, punktem przebicia nazwiemy punkt, moment, w którym wymiana jonów doprowadza do usuwania ich.

Zdolność wymienna robocza

W kontekście przebicia złoża, bardzo często mówi się o zdolności wymiennej roboczej. Jest to część całkowitej zdolności wymiennej i wyraża ona liczbę miligramorównoważników przeciwjonów. Dochodzi między nimi do wymiany, która trwa aż do momentu właśnie wspomnianego już przebicia złoża. Zdolność wymienna robocza to od sześćdziesięciu do osiemdziesięciu procent całkowitej zdolności. Nie jest jednak wartością stałą.

Po co stosuje się proces wymiany jonowej?

Proces wymiany jonowej to nic innego, jak proces dezynfekcji, oczyszczania wody. Można się z nim spotkać w różnych sytuacjach, na przykład przy oczyszczaniu wód powierzchniowych i płytkich podziemnych, które są skażone przez bakterie oraz wirusy. Aby więc woda taka była zdatna do picia dla ludzi, musi być poddawana odpowiedniej dezynfekcji, czyli właśnie wymianie jonowej. Niszczy ona żywe organizmy – mniejsze lub większe. Oprócz tego, jest to proces stosowany przy oczyszczaniu ścieków oraz ich neutralizacji. Zgodnie z prawem bowiem, niezbędne jest ich unieszkodliwienie oraz – w późniejszym czasie – zagospodarowanie. Jako że wyróżniają się dość dużym zasoleniem, jonity mogą być albo alkaiczne, albo kwaśne – w zależności od wybranego czynnika. Proces wymiany jonowej, punkt przebicia czy samo przebicie złoża to pojęcia, które wiążą się z typową tematyką chemii. Dla laików i osób, które nie do końca znają się na tej dziedzinie, może to być trudne do zrozumienia. Mimo to, warto znać przynajmniej podstawy, ponieważ jest to czynność, która, wbrew pozorom, pełni ważną rolę w oczyszczaniu wody, jaką pijemy.