קיימים פתרונות רבים לטיפול בשפכים. אך מעטים הם הפתרונות אשר מאפשרים שימוש חוזר בשפכים לטובת המפעל.
פתרון כזה הינו חילוף יונים, אשר מסתמך על אפיניות שונה בין היונים ה"טעונים" על גבי שרף יעודי לבין היונים הנמצאים בשפכים.
פתרון מסוג זה נפוץ במגוון תעשיות החל מתעשיית המתכות (אשר מאפשרת שימוש חוזר במי השטיפה / בחומצות כחומר גלם) , בריכוך מים לתהליכים רגישים לאבנית ובתוך מקור למים מזוקקים.
תהליך חילוף היונים התגלה לראשונה ע"י שני כימאים בריטים Thompson & Way בשנת 1850 אשר הבחינו כי ישנם סוגי קרקעות אשר סופחות אליהן אמוניה (+NH4) מתמיסת דשן ובתמורה משתחררים יוני סידן (Ca+2).
מאז התקדם תחום זה וכיום חילוף היונים מבוסס על שרפים סלקטיבים.
לכל שרף ישנה הזיקה שלו בהתאם לקבוצה הפונקציונאלית שלו.
השרפים מחולקים ל 2 משפחות:
שרפים קטיונים - שרפים אשר להם זיקה לקטיונים (יוניים חיוביים) כגון מתכות ותרכובות אורגניות בעלי מטען חיובי, אשר סופחים את הקטיונים ומשחררים לתמיסה יוני +H
שרפים אניונים - שרפים אשר להם זיקה לאניונים (יוניים שליליים) כגון אל מתכות ותרכובות אורגניות בעלות מטען שלילי, אשר סופחים את האניונים ומשחררים לתמיסה יוני -OH
תמונה:תצלום מקרוב של שרף חילוף יונים (wikipedia)
החילוף מתבצע ע"י הזרמת התמיסה דרך עמודות המלאות בשרף.
התמיסה נכנסת אל העמודה מראשה, עוברת דרך השרף ויוצאות מהעמודה כאשר יוני המטרה החולפו.
ככול שמזרימים שפכים דרך העמודה כך אתרי החילוף הפנויים בשרף מתמעטים. עד הגעה לשלב שבו אין אתרים פנויים כלל. לצורך שימוש חוזר בשרף יש צורך לבצע רענון.
תהליך הרענון מתבצע בשלבים:
1)שטיפה נגדית במים - להסרת שאריות שפכים מהמצע.
2)שטיפה הפוכה עם תמיסת רענון - החלפת היונים הספוחים לשרף עם יוני מטרה להחלפה - לכל שרף ישנה תמיסת רענון המיועדת לכך - לרוב חומצה / בסיס בריכוז 10% משקלי. כאשר לחלק מן השרפים יש לבצע המשך רענון ע"י תמיסות נוספות.
3)יבוש המצע בעזרת אוויר
תמונה: תיאור סכמתי של עמודת חילוף יונים ותהליכים
התאמת השרף אל התמיסה הינה המפתח לביצוע נכון של חילוף יונים.
בהתאמת השרף יש להתחשב בנקודות הבאות לתכנון:
1) ספיקת התמיסה אשר עוברת חילוף.
2)גודל עמודת מחליף היונים
3)ריכוז היונים החליפים
4)המצאות יוני רקע אשר עלולים לבצע החלפה במקום יוני המטרה
אנו בחברת גרינפילד אקו נשמח לעזור לכם בהקמת מתקן חילוף יונים ובבחירת השרף המתאים לטיפול הנכון בשפכי המפעל