Penggunaan Resin Pertukaran Ion dalam Sistem Rawatan Air

1. Definisi Ion Tukar Resin

Resin penukar ion ialah sebatian polimer tidak larut yang menampilkan kumpulan berfungsi dan struktur rangkaian, biasanya muncul sebagai manik sfera. Nama penuh resin penukar ion terdiri daripada nama klasifikasi, nama matriks (rangka), dan nama asas. Pada masa ini, resin penukar ion digunakan secara meluas dalam pelbagai bidang termasuk rawatan air, industri kimia, metalurgi, makanan, pembuatan kulit, dan pengeluaran farmaseutikal ultratulen.

2. Klasifikasi Resin Pertukaran Ion mengikut Kualiti Air​​

Resin penukar ion boleh dikelaskan berdasarkan jenis matriksnya kepada resin berasaskan stirena dan resin berasaskan akrilik. Jenis kumpulan berfungsi aktif secara kimia pada resin menentukan sifat dan kategori utamanya. Terutamanya, mereka dibahagikan kepada dua kumpulan utama: resin penukar kation dan resin penukar anion, yang masing-masing boleh menukar kation dan anion dalam larutan. Resin kation dibahagikan lagi kepada jenis kation asid kuat (SAC) dan kation asid lemah (WAC). Begitu juga, resin anion dibahagikan kepada jenis anion asas kuat (SBA) dan anion asas lemah (WBA).

3. Penggunaan Resin Pertukaran Ion dalam Industri Rawatan Air​​

Industri rawatan air adalah salah satu bidang aplikasi terawal untuk resin penukar ion dan menyumbang permintaan yang ketara, mewakili kira-kira 90% daripada jumlah pengeluaran resin pertukaran ion. Dalam penulenan air, resin ini digunakan untuk melembutkan air, penyahgaraman, dan pengeluaran air lembut, air tulen, dan air ultratulen. Dalam rawatan air sisa, ia digunakan terutamanya untuk mengurangkan kepekatan ion logam berat melalui tindak balas pertukaran antara ion boleh tukar resin dan ion logam berat dalam air sisa, dengan itu mencapai penulenan lanjutan.

3.1 Penggunaan Resin Pertukaran Ion dalam Pelembutan Air​​

a. Komposisi dan Fungsi Penapis Melembutkan:​

Pelembut air automatik sepenuhnya terutamanya terdiri daripada tiga komponen utama: tangki resin, injap kawalan berbilang port automatik dan tangki air garam. Tangki resin diisi dengan resin penukar ion yang bertanggungjawab untuk menyerap ion kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺) daripada air. Injap kawalan berbilang port bertindak sebagai pengawal untuk peralatan pelembut, menguruskan kitaran automatik operasi, penjanaan semula, pembilasan, basuh belakang dan pengisian semula tangki air garam. Tangki air garam menyimpan garam (NaCl) yang digunakan semasa proses penjanaan semula resin.

b. Prinsip Kerja Resin Pelembut:​

Resin pelembut terutamanya mengeluarkan ion kekerasan daripada air melalui pertukaran ion. Ion kekerasan ini, terutamanya kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺), adalah penyumbang utama kepada kekerasan air. Resin pelembut mengandungi ion natrium yang banyak (Na⁺). Apabila air melalui dasar resin, ion natrium pada resin bertukar dengan ion kalsium dan magnesium di dalam air, dengan itu mengeluarkan ion kekerasan.

c. Aplikasi Penapis Melembutkan:​

Aplikasi termasuk air suapan dandang, air solek untuk sistem penghawa dingin, penukar haba, pembuatan kertas, percetakan dan pencelupan, tekstil, air untuk proses petrokimia, biofarmaseutikal, elektronik, prarawatan untuk sistem air tulen dan sistem pelepasan cecair sifar industri (ZLD).

3.2 Penggunaan Resin Pertukaran Ion dalam Pengeluaran Air Tulen dan Ultratulen​

a. Definisi Kapal Pertukaran Kation/Anion (CAB):​

Kapal penukar kation/Anion, juga dirujuk sebagai penukar ion atau penyahmineral, adalah peralatan rawatan air yang menggunakan keupayaan pertukaran ion resin untuk mengeluarkan ion daripada air. Operasi mereka adalah berdasarkan ciri pertukaran ion resin, di mana ion pada resin ditukar dengan ion yang sepadan di dalam air, mencapai penyingkiran ion.

b. Prinsip Kerja Kapal Pertukaran Kation/Anion:​

Sistem penyahmineralan dua katil biasa terdiri daripada kapal penukar kation (penukar kation asid) dan kapal penukar anion (penukar anion asas) yang disambungkan secara bersiri. Air mentah terlebih dahulu melalui unit kation. Di sini, resin pertukaran kation menjerap kekotoran kationik daripada air, pada masa yang sama membebaskan ion hidrogen (H⁺) ke dalam air, menjadikannya berasid. Selepas itu, air melalui penyahkarbonator (atau penyahgagasan) untuk mengeluarkan karbon dioksida (CO₂) yang dibebaskan sebagai gas, memastikan pertukaran yang cekap dalam unit anion di bawah keadaan berasid. Akhirnya, air melalui unit anion, di mana resin penukar anion menghilangkan kekotoran anionik.

c. Kawasan Aplikasi Kapal Pertukaran Kation/Anion:​

Dalam industri seperti kimia, kuasa dan metalurgi, ia biasanya digunakan untuk melembutkan air suapan dandang untuk mengelakkan pembentukan skala dan isu kakisan. Dalam pengairan pertanian, menggunakan air yang dirawat oleh sistem ini boleh membantu mengurangkan salinisasi tanah. Mereka juga memainkan peranan penting dalam peringkat prarawatan untuk penyahgaraman air laut, menyediakan keadaan yang menggalakkan untuk proses rawatan lanjutan seterusnya.

3.3 Penggunaan Katil Campuran Digilap dalam Pengeluaran Air Tulen dan Ultratulen​

a. Definisi Katil Campuran Digilap:​

Resin penggilap biasanya digunakan pada peringkat akhir (peringkat penggilap) sistem rawatan air ultratulen untuk memastikan kualiti efluen memenuhi piawaian yang diperlukan, selalunya mencapai kerintangan 18 MΩ·cm atau lebih tinggi. Ia adalah sejenis resin penukar ion, khususnya campuran resin penukar kation asid kuat dalam bentuk hidrogen (H⁺) dan resin penukar anion bes kuat dalam bentuk hidroksida (OH⁻).

b. Prinsip Kerja Resin Penggilap:​

Katil campuran yang digilap mengandungi kedua-dua resin penukar kation dan anion yang dicampur dengan teliti dalam bekas yang sama. Dalam lapisan campuran ini, resin kation dan anion bercampur rapat, membolehkan tindak balas pertukaran kation dan anion berjalan hampir serentak. Ion hidrogen (H⁺) yang dihasilkan oleh pertukaran kation jenis H dan ion hidroksida (OH⁻) yang dihasilkan oleh pertukaran anion jenis OH tidak boleh terkumpul dan serta-merta bergabung untuk membentuk molekul air yang tercerai lemah. Ini pada asasnya menghapuskan kesan ion balas, membolehkan tindak balas pertukaran ion diteruskan dengan sangat teliti, menghasilkan efluen ketulenan tinggi. Apabila ion dalam resin penggilap habis, resin dijana semula menggunakan larutan asid dan alkali untuk memulihkan ion hidrogen dan hidroksida dengan berkesan, memperbaharui kapasiti kerja resin.

c. Kawasan Permohonan:​

Industri Elektronik: Pengeluaran air tulen tinggi yang diperlukan untuk semikonduktor dan komponen elektronik lain.

Loji Kuasa: Penggunaan meluas dalam sistem rawatan air tulen untuk loji kuasa haba.

Kimia Sintetik dan Industri Petrokimia: Resin penukar ion boleh bertindak sebagai pemangkin, menggantikan asid dan bes tak organik dalam tindak balas seperti pengesteran, hidrolisis dan penghidratan.

Industri Farmasi: Resin penukar ion memainkan peranan penting dalam membangunkan antibiotik generasi baharu dan meningkatkan kualiti antibiotik sedia ada.