Demineralizzatore a scambio ionico (di Claudio Bruno) Come realizzare un impianto di demineralizzazione comprensivo di sistema di rigenerazione delle resine

 

Per privare l'acqua di rete dell'eccessiva durezza e delle sostanze indesiderate come metalli pesanti, cloramine, pesticidi,nitrati..ecc... si ricorre a diversi metodi...............

1- Impianto ad osmosi inversa- quello piu' comunemente usato per facilita' d'uso, nessuna pericolosità e qualità dell'acqua ottenuta

2- Impianto demineralizzatore a scambio ionico con resine anioniche e cationiche- molto utilizzato dai tedeschi e in impianti in cui son richiesti grossi volumi d'acqua .

3- Impianto demineralizzatore a letto misto- meno complesso del precedente ma con l'impossibilita' di rigenerarlo una volta "esaurito"...almeno per l'acquariofilo comune.


PREGI E DIFETTI DELL'OSMOSI INVERSA

Pregi:

• facilità d'uso
• poco ingombro
• prezzo abbordabile ( se non si richiede rilevanti quantita' d'acqua)
• non richiede rigenerazione ( se non periodiche sostituzioni di membrane e cartuccie di prefiltraggio)
• Facilita' di reperimento sul mercato sia dell'impianto completo che della ricambistica
• Qualità dell'acqua ottenuta ( relativamente alla qualità dell'acqua di rete)

Difetti:

• bassa resa ( se non si ricorre ad impianti professionali o hobbistici ma dotati di pompe booster che aumentino la pressione dell'acqua sulla membrana).
• resa condizionata dalla pressione della rete casalinga ( in alcuni stabili ai piani alti l'acquisto di una pompa booster diventa d'obbligo)
• Alta Quantità di acqua di scarto con rapporti che vanno da 3:1 (i piu' fortunati) a 5:1..praticamente per fare 100 litri buoni..se ne fanno uscire da 300 a 500 ( qualcuno dice che si può riutilizzare lo scarto per bagnare il giardino...importante è apprezzare come pianta da giardino o di appartamento il riso!).
• Quindi per grosse quantità d'acqua il costo dell'impianto non si riduce piu' al semplice acquisto di una membrana da 50 galloni.
• Tempo: la media degli impianti comuni produce 200 litri giornalieri, salendo di prezzo si arriva a 900 litri c.a

PREGI E DIFETTI DEL DEMINERALIZZATORE A SCAMBIO IONICO

Pregi:

• Qualita' dell'acqua (,rispettando la velocità di percolazione nelle due resine , l'acqua indifferentemente dalla qualità dell'acqua di entrata , all'uscita dell'impianto avra' sempre una conduttività minima ( da 0 a 10 mS )
• Non c'è acqua di scarto ( grosso risparmio)
• L'impianto per rendere al meglio è solo condizionato dalla velocita' di flusso che regoleremo noi...quindi insensibile alla pressione.

Difetti:

• Le resine producono fino ad esaurimento ( in relazione alla qualità dell'acqua di rete)
• La rigenerazione è fatta con AGENTI CHIMICI ALTAMENTE CORROSIVI ( soluzioni di soda caustica e di acido Cloridrico).
• Ingombro dell'impianto ( due colonne da 1 mt e 4 taniche , 2 per la rigenerazione e 2 per lo scarto della rigenerazione)
• Difficile reperibilità sul mercato ( sopratutto italiano) dell'impianto già fatto.
• Non facile reperibilità dei materiali e delle resine in caso di autocostruzione.
• Le resine inutilizzate vengono colonizzate da batteri (ma questo accade anche per la membrana dell'osmosi e per tutti i sistemi di prefiltraggio come carbone...filtro a spago...)
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  PREGI E DIFETTI DEL DEMINERALIZZATORE A LETTO MISTO
  
  Pregi:

  • Meno ingombro rispetto all'impianto sopra descritto.
  • costo delle resine inferiore alle anioniche-cationiche
  • Stesse qualita' di acqua in uscita dell'impianto a scambio ionico con due colonne

  
  Difetti:

  • Durata inferiore a quella dell'impianto precedente
  • Non è rigenerabile se non con attrezzature particolari, che con miscele di acido, soda caustica e ossigeno rigenerano le resine separatamente "giocando" sul loro peso specifico.
  • Quindi per la rigenerazione bisognerà ricorrere a ditte specializzate.
  
  SCELTA E CARATTERISTICHE DELLE RESINE ANIONICHE E CATIONICHE
  
  Gli scambiatori di ioni sono commercializzati in granuli sferici con diametri che vanno da mm 0,3 a mm 1,2
  Sono solitamente insolubili ( quelle più economiche tendono a decomporsi)
  Queste resine quando sono attraversate da un liquido "lavorano" sottraendo gli anioni o cationi rilasciando contemporaneamente pari quantità di anioni e cationi diversi. Da qui il nome "scambio ionico"
  Un esempio di scambio ionico comune in acquariofilia è la Zeolite.
  le resine si dividono in : Cationiche Forti, Cationiche Deboli, Anioniche forti ed Anioniche deboli
  Le resine CATIONICHE in forma acida cedono H+ e catturano cationi (Na+ ,Ca2+ ; Mg2+)
  Le resine Anioniche cedono ioni OH- catturando anioni ( Cl- , SO4 2- ......)
  Se la velocità di flusso è abbastanza lenta e le colonne ben dimensionate tutti gli ioni verranno 

• rimossi.
  
  Come lavorano?

  • CATIONICHE DEBOLI lavorano solo in ambiente neutro o basico (cationi legati a bicarbonati)
  • CATIONICHE FORTI lavorano anche in ambiente acido (cationi legati ad anioni)
  • ANIONICHE DEBOLI catturano anioni legati ad acidi forti
  • ANIONICHE FORTI catturano anche anioni di acidi deboli

  
  L'IMPIANTO
  
  Ci sono diverse "correnti di pensiero" riguardo la costruzone dell'impianto da parte di acquariofili ( parlando di "fai da te" e quindi di costruire un qualcosa che accomuni praticità d'uso al massimo risultato ottenibile con i nostri piccoli mezzi)
  Il primo dubbio arriva se far entrare l'acqua dall'alto o dal basso
  Ho costruito già diversi impianti per me o per amici giungendo a questa conclusione:
  Nel caso di resine usa e getta ( a letto misto) meglio dal basso, per far attraversare tutto il letto di scambiatori
  Nel caso delle due colonne che andremo a costruire l'acqua percolera' dall'alto, infatti se anche dal basso non sarebbe un errore in caso di resine nuove al massimo del rendimento, ho voluto favorire un ottimale rigenerazione impostando l'impianto anche per un controlavaggio delle resine prima della rigenerazione.
  quindi l'impianto sara' cosi' composto:
  
  1- arrivo dalla rete di acqua prefiltrata con una cartuccia a spago da 5 micron ed una cartuccia a carbone entrata dall'alto nella prima colonna caricata con resine cationiche---->uscita
  
  2- arrivo dall'alto nella seconda colonna----->uscita dal basso con un tubo che risale gran parte della colonna per far si' che il passaggio sia lento e che si evitino "percorsi preferenziali" del flusso d'acqua
  
  3- questo si potrebbe evitare ma lo uso per ridurre ulteriormente la velocita' di uscita e per evitare che qualche sfera più piccola di resina vada nella cisterna di stabulazione, monto un altra cartuccia a spago da 10 micron.
  I Tubi contenenti le resine sono in pvc trasparente, questo non è d'obbligo, ma sicuramente piu' pratico perché le resine man mano che si esauriscono cambiano colore quindi la variazione cromatica ci segnalerà quando rigenerare e sopratutto ci farà visivamente notare come stanno lavorando le due colonne.
  Se i tubi sono in comune PVC non trasparente dovrete controllare spesso con un conduttivimetro l'acqua di uscita.

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Come potete vedere nella foto sopra un impianto puo' essere anche costruito in un modo molto semplice, in questa foto potete anche notare la variazione cromatica graduale delle resine esaurite.

Come ho accennato prima ho impostato l'impianto perche' ci sia un prelavaggio. Una volta che le resine saranno esaurite ( segnalato dal conduttivimetro o dalla variazione cromatica delle stesse) si avvierà il controlavaggio con acqua di rete (..o meglio si potrebbe modificare avendo spazio per un contenitore ed una pompa che spinga "controcorrente una soluzione clorata".....ma non andiamo sul difficile) il flusso dell'acqua di rete lo regolerete in modo che smuova il letto di resine..senza esagerare facendo uscire le resine dalla colonna! Questa operazione avra' ottenuto due scopi l' eliminazione almeno parziale di letti batterici e impurita varie ma soprattutto avra' ristabilito l'assetto delle resine evitando passaggi preferenziali per la soluzione di rigenerazione.


PROCEDIMENTO: fase 1 (prelavaggio)-