در ستون‌های حاوی رزین های کاتیونی و آنیونی، از فرآیند تبادل یونی یا تعویض یونی برای کاهش یا حذف املاح موجود در آب از قبیل سختی، فلزات سنگین، نیتروژن و TDS استفاده می‌شود. در واقع، فرآیند تبادل یونی یکی از فرآیندهای مورد استفاده در زمینۀ تصفیه آب است و به نوعی واکنش برگشت‌پذیر گفته می‌شود که در آن یون‌های موجود در فاز مایع (آب ورودی به سیستم) با یون‌های فاز جامد (رزین‌ها) جابجا می‌شوند.

از آنجا که یون‌های داخل فاز مایع توسط رزین‌ها جذب می‌شوند، برای حفظ تعادل سیستم از نظر بارهای الکتریکی، رزین‌ها نیز یون‌هایی را در فاز مایع رها می‌کنند تا جایگزین یون‌های جذب شده، شوند. بنابراین آنچه که در این فرآیند رخ می‌دهد، جابجا شدن یون‌های مربوط به املاح موجود در آب ورودی با یون‌های هیدروژن و هیدروکسیدی است که بوسیلۀ رزین‌ها در آب آزاد می‌شوند. این فرآیند در ستون‌هایی که حاوی رزین‌های تبادل‌کننده یون هستند انجام می‌گردد. عمق بستر رزینی معمولاً در حدود 75 تا 200 سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود. بدیهی است که پس از گذشت مدت زمانی مشخص، رزین‌ها به حالت اشباع می‌رسند و دیگر قادر به انجام فرآیند تبادل یون نیستند، بنابراین باید تحت عملیات احیاء قرار گیرند تا مجدداً بتوانند مورد استفاده قرار گیرند. لازم به‌ذکر است که چنانچه مقدار TDS آب از 2000 میلی‌گرم در لیتر بیش‌تر باشد، باید روش دیگری را جهت کاهش املاح موجود در آب انتخاب نمود.
رزین‌های مصنوعی استفاده شده در این فرآیند از جنس ترکیبات پلیمری مانند پلی‌استایرن، فنول‌فرمالدئید و اپوکسی هستند که روی آن‌ها گروه‌های فعالی از نوع سولفوریک، کربوکسیلیک و یا آمینو‌ قرار می‌گیرند. در طبیعت نیز زئولیت‌ها، منبعی برای انجام این فرآیند می‌باشند. از نظر نوع عملکرد، رزین‌ها به دو دستۀ آنیونی و کاتیونی تقسیم می‌شوند.

 

نحوه عملکرد

در ستون‌هایی که دارای بستر مختلطی از رزین‌های آنیونی و کاتیونی هستند (mixed bed)، جریان آب از بالای محفظه یا ستون وارد شده و از میان بستر رزینی عبور می‌کند و سپس از کف محفظه خارج می‌گردد. آب تولید شده از این دستگاه‌ عاری از یون (دمین) بوده و هدایت الکتریکی آن معمولاً کمتر از 0.5 میلی اهم می‌باشد.
برای انجام عملیات احیاء‌ رزین‌ها، باید رزین‌های کاتیونی را از آنیونی جدا کرده و آن‌ها را بصورت کاملاً مجزا برای ادامه فرآیند آماده نمایند. سپس مجدداً رزین‌های احیاء شده را وارد ستون تبادل یونی کرده و با استفاده از هوای فشرده بشدت با هم مخلوط کنند. همچنین باید توجه داشت که کیفیت آب خروجی از بسترهای رزینی مختلط نسبت به سیستم‌های دو ستونی و یک بستری بسیار بالاتر است.

 

تجهیزات

هر ستون مبدل یونی مجهز به موارد زیر است:‌
– محفظه ستونی از جنس فایبرگلاس/استنلس استیل/کربن استیل با پوشش دو لایۀ اپوکسی و پوشش خارجی شامل یک لایه ضدزنگ و یک لایه رنگ روغن (این محفظه قادر به تحمل فشار تا 10 اتمسفر می‌باشد)
– منهول، شیر هواگیری، شیر تخلیه (بنا به درخواست، ستون می‌تواند به شیر تمام اتوماتیک نیز مجهز شود)
– آب پخش‌کن و آب جمع‌کن داخل ستون و از جنس مواد مقاوم پلی اتیلنی
– رزین به مقدار مورد نیاز (که از طریق کیفیت آب ورودی مشخص می‌گردد). این رزین‌ها از برندهای معتبر با ظرفیت بالای تبادل یون انتخاب می‌شوند.

 

مزایا

مزیت‌های فرآیند تبادل یونی عبارتند از:‌
– هزینه‌های کم برای عملیات بهره‌برداری
– نگهداری آسان و ارزان
– مصرف انرژی کم
– ارزان بودن و در دسترس بودن مواد شیمیایی لازم برای انجام عملیات احیاء رزین‌ها
– چنانچه نگهداری سیستم بصورت مطلوب انجام شود، نیازی به تعویض مداوم رزین‌ها وجود ندارد.
– سازگاری بالا با محیط زیست

 

کاربرد در صنایع

از جمله کاربردهای این سیستم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:‌
تأمین آب نیروگاه‌ها – صنایع شیمیایی – آرایشی و بهداشتی – نساجی – رنگرزی – شیشه و سرامیک – صنایع نفت و گاز و پتروشیمی و نیز آب مورد نیاز جهت مبدل‌های حرارتی
همچنین اگر در نظر داشته باشیم که برای هر کدام از صنایع ذکر شده در بالا، آب فوق خالصی را با استفاده از سیستم‌های اسمز معکوس تولید کنیم، باید خروجی اسمز معکوس را برای انجام تصفیه نهایی به سیستم تبادل یونی با بستر مختلط هدایت نماییم تا هدایت الکتریکی آن کم‌تر از 1 میکرو زیمنس گردد.