Centralne zmiękczacze wody to jedne z najbardziej znanych i najczęściej wybieranych urządzeń filtracyjnych. Choć wiele osób zdaje sobie sprawę z tego, do czego służą, to jednak zagadką często pozostaje, w jaki dokładnie sposób działają zmiękczacze wody i dlaczego tak ważne jest uzupełnianie soli w zbiorniku.
Popularne zmiękczacze wody
Wysoki stopień twardości wody jest zjawiskiem występującym w całej Polsce i dotyczy tak samo prywatnych ujęć, jak i użytkowników sieci wodociągowej. Skutkiem, który najbardziej daje się we znaki jest osad, który wytrąca się z twardej wody podczas jej przepływu i podgrzewania. W taki sposób nietrudno o awarie instalacji oraz urządzeń AGD, mających styczność z wodą i wyższe koszty ogrzewania. Ponadto dochodzą jeszcze zwiększone wydatki na detergenty i środki czystości, mniejszy komfort korzystania z wody, kłopoty ze skórą oraz włosami, mniejsza efektywność prania i sprzątania.
Sposobem na uniknięcie tych wszystkich nieprzyjemności jest redukcja stopnia twardości wody. Stosowanie odkamieniaczy nie w każdym przypadku jest wystarczające i rentowne. W dodatku zazwyczaj nie działa bezpośrednio na przyczynę, a pozwala punktowo walczyć ze skutkami.
Z tych względów na popularności zyskuje metoda uzdatniania wody zwana zmiękczaniem.
Do gospodarstw domowych rekomendowane jest zastosowanie centralnych zmiękczaczy wody działających na zasadzie wymiany jonowej. Te urządzenia filtracyjne występują w dwóch rodzajach: jako kompaktowe zmiękczacze wody oraz dwuczęściowe zmiękczacze wody. Niezależnie od modelu produkt należy podłączyć na wejściu wody do budynku, przed rozgałęzieniem instalacji.
Odpowiedni zmiękczacz wody powinien być dobrany na podstawie: zużycia wody, stopnia twardości wody, ilości miejsc poboru wody, ilości osób korzystających z wody na co dzień.
Choć poszczególne modele zmiękczaczy wody różnią się od siebie wyglądem, komponentami, dodatkowymi funkcjami oraz jakością, to działają na takiej samej zasadzie, a najważniejszymi elementami są złoże filtracyjne oraz głowica sterująca.
Działanie zmiękczacza wody
Proces zmiękczania wody odbywa się wewnątrz butli ciśnieniowej wypełnionej specjalnie dobranym złożem filtracyjnym, zwanym żywicą jonowymienną. Nazwa materiału filtracyjnego nawiązuje do nazwy procesu, czyli wymiany jonowej.
Czym jest wymiana jonowa?
Wymiana jonowa jest procesem, podczas którego dochodzi do wymiany jonów na inne, jednak spod tego samego znaku. Do wymiany dochodzi na ciele stałym lub polimerze zawierającym odpowiednie grupy funkcyjne. Materiał wykorzystywany podczas wymiany jonowej nazywany jest wymiennikiem jonowym bądź jonitem.
Wymianę jonową można określić jako fizykochemiczny, ilościowy proces odwracalny. Biorą w nim udział równoważne ilości jonów dodatnich (wymiana kationowa) lub jonów ujemnych (wymiana anionowa).
Same wymienniki jonowe to związki wielkocząsteczkowe o budowie usieciowionej. Ze względu na rodzaj szkieletu można je podzielić na: nieorganiczne i organiczne, natomiast ze względu na pochodzenie wyróżnia się jonity naturalne i syntetyczne. Praktycznie nie dochodzi do ich rozpuszczania się w wodzie.
W przypadku wymienników jonowych najczęściej mówi się o kationitach i anionitach:
- Kationity mają charakter kwasów lub ich soli i wymieniają z roztworem kationy. Kationity dzieli się na słabo kwaśne i silnie kwaśne
- Anionity mają charakter zasad lub ich soli i wymieniają z roztworem aniony. Anionity można podzielić na słabo zasadowe i silnie zasadowe
Kolejne etapy podczas wymiany jonowej wyglądają następująco:
- Transport jonu z roztworu do powierzchni ziarna jonitu
- Transport jonu wewnątrz ziarna do miejsca wymiany
- Reakcja podwójnej wymiany
- Przemieszczanie się jonu wypartego z wnętrza ziarna do powierzchni ziarna
- Transport jonu wypartego od powierzchni ziarna przez warstwę graniczną cieczy w głąb roztworu
Wymiana jonowa w zmiękczaczach wody – przebieg procesu
W zmiękczaczach wody przeznaczonych do gospodarstw domowych zazwyczaj stosuje się silnie kwaśne kationity działające w cyklu sodowym. To zapewnia prawie całkowitą wymianę jonów Ca2+ i Mg 2+ związanych z anionami silnych i słabych kwasów. Dzięki temu możliwe jest usunięcie zarówno twardości węglanowej, jak i niewęglanowej.
Można to zilustrować następującymi reakcjami chemicznymi:
2 KtmNa + Ca(HCO3)2 ↔ (2 Ktm)Ca + 2 NaHCO3
2 KtmNa + Mg(HCO3)2 ↔ (2 Ktm)Mg + 2 NaHCO3
2 KtmNa + CaCl2 ↔ (2 Ktm)Ca + 2 NaCl
2 KtmNa + MgSO4 ↔ (2 Ktm)Mg + Na2SO4
Opisując cały proces zmiękczania wody w dużym uproszczeniu, można przyjąć, że surowa woda przepływa przez instalację i trafia do urządzenia. Sama jest bogata w jony wapnia i magnezu. Im stopień twardości jest wyższy, tym jest ich więcej.
Gdy wpływa na żywicę jonowymienną, dochodzi do wymiany jonów wapnia i magnezu znajdujących się w wodzie na neutralne jony sodu, które są na złożu filtracyjnym.
W rezultacie do użytkownika trafia miękka woda, wzbogacona o jony sodu, jednak pozbawiona wysokiego stężenia jonów wapnia i magnezu. Te substancje pozostają na żywicy jonowymiennej.
Z czasem na złożu filtracyjnym zaczyna brakować jonów sodu do zachodzenia prawidłowej wymiany. Zdolność do wymiany jonów można odzyskiwać wielokrotnie dzięki procesowi regeneracji żywicy jonowymiennej.
Regeneracja w zmiękczaczach wody
Regeneracja jest procesem niezbędnym do prawidłowej pracy zmiękczacza wody i nieodłącznym elementem wymiany jonowej. W zależności od producenta urządzenia, możemy się spotkać z różnymi cyklami i ustawieniami regeneracji. Mimo to można wymienić trzy główne etapy, które muszą się pojawić:
- Spulchnianie złoża – polega na wstępnym przepłukaniu jonitu przed rozpoczęciem regeneracji właściwej. Dzięki temu procesowi następuje rozluźnienie warstwy jonitu, likwidowane są kanaliki, które mogły powstać na złożu, usuwane są zalegające na żywicy jonowymiennej zanieczyszczenia mechaniczne oraz rozdrobnione cząstki jonitu, likwidacji ulegają powstałe pęcherze gazowe
- Regeneracja właściwa – polega na wprowadzeniu do jonitu jonów pierwotnie związanych z grupami funkcyjnymi. Następuje reakcja odwrotna do zachodzącej podczas wymiany jonowej. W przypadku zmiękczaczy wody regeneracja zachodzi z udziałem NaCl
- Płukanie złoża – ma na celu usunięcie z jonitu pozostałości roztworu regeneracyjnego
Rola soli w zmiękczaczach wody
Choć sama sól nie jest bezpośrednio odpowiedzialna za zmiękczanie wody, to jednak pełni bardzo ważną funkcję podczas regeneracji żywicy jonowymiennej. To właśnie z niej powstaje roztwór solanki bogaty w jony sodu, którym potem przepłukiwane jest złoże filtracyjne.
Skutkiem braku właściwej ilości soli regeneracyjnej w zbiorniku solanki jest brak możliwości wytworzenia roztworu solanki i nieprawidłowa regeneracja złoża. W rezultacie rzutuje to na mało skuteczny proces zmiękczania wody.
Z tego właśnie względu należy stosować się do zaleceń producentów i stale monitorować poziom soli regeneracyjnej w zbiorniku.
Polisferyczna czy monosferyczna żywica jonowymienna?
W zmiękczaczach wody do gospodarstw domowych można spotkać się z dwoma rodzajami żywic jonowymiennych. Wielu producentów podkreśla, że ich produkt posiada monosferyczną żywicę jonowymienną. W związku z tym przyszli użytkownicy zmiękczaczy wody często zadają sobie pytanie czy faktycznie jest jakaś różnica pomiędzy żywicami polisferycznymi a monosferycznymi.
Główna różnica pomiędzy żywicą polisferyczną a monosferyczną dotyczy ich budowy. W pierwszym przypadku mamy do czynienia z ziarnami różnej wielkości. W przypadku żywic monosferycznych każde ziarno jest takie samo.
Identyczna budowa każdej cząsteczki złoża filtracyjnego przekłada się na kilka zalet związanych ze zmiękczaniem wody. Przede wszystkim rozkład przepływu wody oraz regenerantu jest bardziej wyrównany. Żywice monosferyczne są uznawane za bardziej odporne pod względem chemicznym i mechanicznym. Ponadto powodują mniejsze spadki ciśnienia. Dodatkową zaletę stanowi potrzeba zużycia mniejszych ilości wody na płukanie złoża filtracyjnego.
Czy podczas regeneracji zmiękczacza wody nie ma dostępu do wody?
Podczas regeneracji zmiękczacza wody, przez urządzenie nie przepływa woda pobierana na potrzeby użytkowników. Nie dochodzi więc do redukcji stopnia twardości. Surowa woda płynie obejściem, a więc użytkownicy mają do niej stały dostęp i nie ma mowy o żadnych przerwach w dostawie. Należy jednak liczyć się z faktem, że woda, która popłynie w tym czasie z kranu będzie charakteryzowała się wysokim stopniem twardości.
Domowe zmiękczacze wody przeprowadzają proces regeneracji automatycznie. Zazwyczaj w głowicy sterującej są wprowadzane takie ustawienia, by rozpoczęcie przypadło na godzinę, w której istnieje najmniejsze zapotrzebowanie na wodę u domowników, a więc około 2-3 nad ranem.
Czy woda po zmiękczaniu jest słona?
Użytkowanie zmiękczacza wody nie powinno mieć wpływu na smak wody, a to oznacza, że po procesie zmiękczania nie powinna ona charakteryzować się słonym smakiem. Przy właściwej pracy urządzenia i nawet wodzie o bardzo wysokim stopniu twardości, nie powinno dochodzić do powstawania takiego zjawiska.
Podczas procesu zmiękczania wody ta jest wzbogacana w jony sodu. Za tworzenie słonego smaku odpowiada natomiast związek NaCl. Przy większości wód użytkowanych na terenie całego kraju nie ma możliwości, by doszło do połączenia sodu z chlorkami w takich ilościach, by związki miały tak znaczący wpływ na tą właściwość wody.
Słony smak wody po zmiękczaniu jest najczęściej wynikiem nieprawidłowego działania zmiękczacza wody i wymaga interwencji. W razie wystąpienia takiego problemu, najlepiej skontaktować się z działem technicznym.
Czy można pić wodę po zmiękczaczu wody?
Woda po procesie zmiękczania może być wykorzystywana do celów spożywczych. Ostrożność powinny zachować jedynie osoby, które stosują dietę niskosodową z przyczyn zdrowotnych.
Podczas zmiękczania z wody faktycznie ubywa jonów wapnia i magnezu, a są one zastępowane jonami sodu. W trakcie procesu wraz z redukcją twardości o każdy stopień niemiecki, do wody trafia około 8,2mg Na/l. Nawet jeśli przyjmiemy, że dzienne spożycie wody to 3 litry, wraz z nią dostarczymy do organizmu tyle sodu, ile ma kromka białego pieczywa.
Warto pamiętać, że najlepiej przyswajalne przez organizm minerały w dużych ilościach znajdziemy w pożywieniu. Właśnie z tego powodu należy zadbać o zdrową, zbilansowaną dietę.