کاربرد سختی گیر آب - سختی گیر

مضرات سختی آب مصرفی :

• تشدیدخوردگی و رسوب گذاری در تاسیسات حرارتی
• کاهش راندمان انتقال حرارت و افزایش مصرف بی رویه انرژی به دلیل وجود لایه های ضخیم رسوبی
• ایجاد لکه و رسوبات سفید رنگ بر روی سطوح شیشه، فلز، پارچه، لباس و نظایر آن .
• کاهش ظرفیت انتقال جریان آب در اثر تشکیل رسوبات سخت در جداره داخلی لوله ها و مخازن .
• افزایش مصرف مواد شوینده به دلیل کاهش خاصیت کف کنندگی آنها در آب سخت .

روش تعویض یون در سختی گیر

در این روش از رزین های تعویض یونی ، یا همان سختی گیر رزینی ، استفاده می شود. یکی از روش های کاهش املاح محلول در آب ، استفاده از روش تعویض یون (Ion Exchange) می باشد . که روش بسیار موثر برای حذف پاره ای از املاح موجود در آب است.

سختی آب بالا در آب آشامیدنی مسبب اصلی طعم خاص و امراض گوناگون می باشد. استاندارد سختی آب اشامیدنی مطابق با استاندارد بین المللی WHO به میزان حدود 250 میلی گرم برلیتر برحسب CACO3 مشخص شده است که با دستگاه سختیگیر میتوان به آن مهم دست یافت.

عملکرد دستگاه سختی گیر

نحوه عملکرد سختی گیر رزینی با جایگزینی یون های سخت منفی در آب سخت با اتم سدیم مثبت که در رزین موجود در سختی گیر موجود است،بیان می شود . این رزین باید به طور متناوب احیاء شود تا از رسوب مواد معدنی سخت در آن جلوگیری شود .

 این فرآیند با خارج شدن سختی گیر از سیکل و عبور نمک محلول در آب صورت می گیرد و در طول فرآیند احیا آب سختی گیر به همراه نمک محلول عبوری از رزین از سیستم تخلیه می گردد . در این بازه زمانی که عموما در طول شب صورت می پذیرد، آب موجود در سیکل بدون سختی گیری وارد سیستم می شود تا روند شست و شو پایان یابد.

ساختار سختی گیر چگونه است ؟

بدنه اصلی سختی گیر از ورق فولادی با مشخصات و محاسبات فنی طبق استاندارد متناسب با فشارکاری مورد نیاز طراحی و ساخته شده و کلیه سطوح داخلی پس از سند بلاست با سه لایه رنگ اپوکسی پوشش داده می شود.

 سختی گیر رزینی معمولا به همراه یک شیر نیمه اتوماتیک و کلیه لوله کشی ها و اتصالات لازم و ظرف نمک از جنس پلی اتیلن ارائه می گردد.

آب ورودی به وسیله دیسک ­های آب پخش کن در قسمت فوقانی به طور یکنواخت بر روی سطح رزین پاشیده شده و آب نرم درقسمت تحتانی توسط نازلهای آب جمع کن که بر روی عدسی  دوبل تعبیه شده جمع آوری میگردد. نازل ها از جنس پلی اورتان مقاوم در برابر خوردگی و شکنندگی می باشد.

این محصول به همراه رزین با مارک های معروف دنیا همچون رزین پرولایت انگلیس و یا رزین دئولایت هند که تحت لیسانس انگلستان می باشد ارائه می گردد. جهت جلوگیری از عبور رزین از نازل ها، سطح بین صفحه نازل ها و بستر رزین به ارتفاع مناسب توسط سیلیس با دانه بندی درشت تر پوشانده می شود.

کاربرد سختی گیر آب

·         آب آشامیدنی

·         بویلر و راکتور وآب جبرانی

·         برج خنک کننده با آب

·         آب با درجه خلوص بالا

·         خشکشویی ها و رستوران های بزرگ

·         حفاظت از عناصر انتقال حرارت و نازل اسپری

·         استفاده در اسمز معکوس و یا سیستم دیونیزه

·         تصفیه ی فاضلاب

·         بازسازی آب

اهمیت سختی آب

سختی آب

مقدار سختی آب ، علاوه بر اینکه در آبهای مورد  استفاده صنعت بسیار اهمیت دارد، از نظر بهداشت عمومی هم دارای اهمیت خاصی است.

آب های سخت در حرارت های بالا مشکلاتی را به همراه دارند و در جداره کتری و دیگ های بخار رسوبات کربنات کلسیم ایجاد میکنند.
جالب اینجاست مصرف آب های سخت تر بعلت وجود منیزیم و کلسیم مرگ های ناگهانی ناشی از امراض قلبی و عروقی را به شدت کاهش میدهد،
از طرفی کلسیم و منیزیم در آبهای آشامیدنی سخت ،مانع جذب فلزات سنگین نظیر سرب، کادمیوم، روی ،مس و رسوب آنها در استخوانها می شود.کلسیم که یکی از عوامل سختی آب است، در رشد استخوان و حفظ تعادل بدن دخالت داشته، ولی به همان اندازه ، سولفات کلسیم به علت قابلیت هضم پایین ، ناراحتی هایی در دستگاه هاضمه بوجود می‌آورد.
بعضا دیده شده جهت تامین بهداشت و سلامت مصرف کنندگان ، آهک به آب آشامیدنی افزوده شود.

دانشمندان معتقدند، بهتر است کلسیم و منیزیم لازم بدن توسط غذا تامین شود و حتی المقدوراز آبهای سبک برای شرب استفاده شود.

اما دستگاه سختی گیر یک ملزومه برای قسمت تاسیساتی سیستم های ما می باشد.

همچنین بدن انسان  نسبت به سنگینی موجود در آب مصرفی خود حساسیت دارد، چنانچه این پارامترهای این نوشیدنی مهم  تغییر یابد، ممکن است در دستگاه گوارش ایجاد اخلال نماید و این موضوع را به اصطلاح آب به آب شدن می‌گویند. بنابر این اهمیت استفاده از سختی گیر آب در موتورخانه به وضوح مشخص می باشد.

البته شایان ذکر است استاندارد بین المللی آب ایران حد نرمال آب شرب را با سختی 150 میلی گرم در لیتر و حداکثر مجاز جهت شرب سختی 500 میلی گرم در لیتر را مورد تایید قرار داده است. و در مناطق بعضی استانها بین سختی 280 میلی گرم در لیتر و متاسفانه تا 600 میلی گرم در لیتر هم مورد استفاده قرار می گیرد.

از دیگیر محصولات ناب زیست که در زمینه تصفیه آب های صنعتی و استخر کاربرد فراوان ارد می توان به فیلتر شنی اشاره نمود.

پلی الکترولیت ها و منعقد کننده ها و مکانیسم عمل انها

وجود ناخالصیهای معلق و کلوئیدی در اب که باعث ایجاد رنگ و بو و طعم نامطبوع آب می‌شوند، لزوم تصفیه آب را مطرح می‌کند که ما از آن در بحث سختی گیر ها استفاده می نماییم.

این ناخالصیها از طریق  صاف کردن ، قابل رفع نیستندو بایستی از روش انعقاد و لخته‌سازی برای حذف آنها استفاده شود. افزودن یک ماده منعقد کننده به آب باعث خنثی شدن بار ذرات کلوئیدی شده ، این ذرات با نزدیک شدن به هم ذرات درشت دانه و سنگین تری را ایجاد می‌کنند.

برای کامل کردن این عمل و ایجاد لخته‌های بزرگتر از مواد دیگری به نام کمک منعقد کننده استفاده می‌شود. لخته‌های بوجودآمده که حاوی ذرات معلق و کلوئیدی هستند، به حد کافی درشت هستند و به‌راحتی ته‌‌نشین و صاف میگردند.
معمولا برای حذف مواد کلوئیدی آب و فاضلاب ،از ترکیبات فلزاتی همچون آلومینیوم و آهن یا بعضی از ترکیبات  الکترولیت استفاده می‌شود
پلی الکترولیت‌ها مواد مصنوعی با وزن مولکولی بالا هستند که در فرایند تصفیه آبهای آشامیدنی موجب بالا رفتن راندمان زلال سازی می‌گردند . این مواد اشتیاق ترکیبی بسیار بالایی با ذرات بوجود آورنده کدورت آب را دارند.
بطور کلی عملکرد بهینه آنها به تاثیر واکنش بر روی سطح ذرات بستگی دارد و این واکنش خود به شرایط محیطی از جمله سختی ،
و هدایت الکتریکی آب و اسیدیته اب بستگی پیدا می‌کند

پلی الکترولیت‌ها با نام‌ تجاری متعدد تولید و عرضه می‌گردند . از جمله پریستول ، سوپرفلوک ، مگنوفلوک و غیره

در موارد عادی که به صورت تخصصی آب مصرفی سیستم مورد بررسی قرار نمیگیرد، در مواردی که نیاز به حذف کاتیون ها باشد، پیشنهاد می گردد از سختی گیر رزینی استفاده شود.

حذف آهن و منگنز

سختی و پارامتر های مهم آب در سختی گیر رزینی

آهن و منگنز از جمله فلزاتی هستند که معمولاً در آب چاه ها به وفور یافت میشوند.وجود بستر سنگی در آبهای زیرزمینی سبب این موضوع میباشد.

آهن و منگنز در چاه های با عمق بالا بیشتر یافت می شوند. به این دلیل که در این چاه ها، آب مدت زمان بیشتری با سطوح سنگی حاوی این عناصر در تماس بوده است. البته در مناطقی که حفر معادن در آن وجود دارد نیز، امکان حضور این عناصر در آب بیشتر می شود. آهن و منگنز معمولاً با هم در آبهای زیرزمینی وجود دارند. اما میزان غلظت منگنز از آهن کمتر است. در بسیاری از مواقع، میزانی از آهن و منگنز در آب آشامیدنی وجود دارد. میزان بیش از حد آنها باعث بوجود آمدن طعم فلزی و همینطور ایجاد لکه می شود. آب های چشمه و چاه که حاوی مقدار زیادی آهن و منگنز هستند، مکن است در ابتدا  با چشم غیر مسلح، شفاف به نظر برسند. اما به محض تماس با اکسیژن و اکسید شدن این مواد، لکه های نارنجی-قهوه ای (ناشی از آهن) و یا لکه های سیاه (ناشی از منگنز) روی سطوح پیداخواهد شد.

استانداردهای آب آشامیدنیآهن و منگنز موجود در آب آشامیدنی، خطری برای سلامتی ندارند. اما با توجه به اثرات ظاهری ناخوشایند، لکه گذاری بر روی سطوح و همینطور طعم تلخ فلزی که هم برای انسان و حتی برای حیوانات مورد قبول نیست، استانداردهای معتبر مرتبط با کیفیت آب، حدود و پیشنهاداتی در این خصوص ارائه داده اند.

آهن می تواند باعث ایجاد لکه های نارنجی و یا قهوه ای بر روی سطح سینک و یا حتی البسه شود. وجود منگنز در آب هم معمولاً خود را بصورت لکه و یا ذرات سیاه خود را نشان می دهد. به همین دلیل، توصیه شده که میزان آهن در آب آشامیدنی نباید بیش از 0.3 ppm و میزان منگنز نیز نباید بیش از 0.05 ppm باشد.

آزمایش آبوجود لکه، ذرات و طعم فلزی، نشانگر وجود آهن و منگنز در آب است (حتی بدون آزمایش دقیق آب). اما با این وجود ، باز هم انجام آزمایش تعیین کیفیت آب، این مزیت را دارد که شما می توانید از میزان دقیق آنها در آب آگاه شوید. دانستن میزان دقیق این مواد در آب، باعث خواهد شد تا شما راه حل عملی تر و اقتصادی تری را برای حذف آنها از آب انتخاب کنید.
علاوه بر میزان این مواد در آب، نکته دیگری که مهم بوده و می بایست مشخص شود، "فرم" یا "نوع" این مواد در آب است. اگر آب خروجی چشمه و یا چاه، در ابتدا تمیز بوده و به مرور زمان، لکه های نارنجی – قهوه ای و یا سیاه پدیدار می شوند، مشخص می شود که در این حالت، آهن و منگنز در آب بصورت محلول هستند. آهن و منگنز محلول در آب، معمولاً در آبهای زیرزمینی با PH کمتر از 7 یافت می شوند.   

اما در برخی موارد، آهن و منگنز از همان ابتدای خروج آب از چاه و یا چشمه، مشخص بوده و با چشم غیر مسلح نیز دیده می شوند. در این حالت، این فلزات بصورت "اکسید شده" در آب وجود دارند. این پدیده معمولاً در آبهای با PH بالا و یا آبهایی که اکسیژن در معرض آنها قرار دارد (مانند چشمه های آب سطحی)، دیده می شود.

روش حذف آهن و منگنز از آب
آهن و منگنز، با روش های مختلفی بسته به "میزان" و "نوع" آنها، می توانند در فرآیند تصفیه آب، حذف شوند. از آنجاییکه، مشکلات ناشی از آهن و منگنز موجود در آب (که در بالا به آن اشاره شد)،  در تمامی نقاط مصرف در خانه می تواند باعث ایجاد مشکل و ناراحتی کند، لذا می بایست این مواد در نقطه ورود کل آب به ساختمان (Point of Entry) از آب حذف شوند. در ادامه به چند روش متداول تصفیه آب از این مواد می پردازیم:

1- سختی گیری (تعویض یون)
روش متداول سختی گیری آب، گاهی می تواند برای حذف آهن و منگنز از آب نیز موثر باشد. سختی گیر آب معمولاً برای حذف کلسیم و منیزیم از آب بوسیله تبادل یون صورت گرفته و در این فرآیند، یون سدیم جایگزین این دو یون در آب می شود. چنین فرآیند مشابهی نیز می تواند برای حذف یونهای آهن و منگنز صورت گرفته و یون سدیم را جایگزین آنها در آب نمود. سپس، آهن و منگنز جدب شده را با انجام شستشوی معکوس (Backwash) و احیا (Regeneration) از سیستم جدا نمود.
اثربخشی حذف آهن و منگنز به روش فوق، به میزان آهن موجود در آب، سختی آب و نیز PH آن بستگی دارد. روش سختی گیری برای حذف آهن و منگنز تنها زمانی توصیه می شود که PH آب بالاتر از عدد 6.7 بوده، سختی آب بین 3 تا 20 گرین در گالن (50-350 ppm) و میزان آهن محلول در آب، کمتر از 5 ppm باشد.   

آهن و منگنز اکسید شده، روی رزین رسوب می کنند. بنابراین، بسیار مهم است که آب ورودی حاوی آهن و منگنز، پیش از ورود به رزین، با مواد اکسید کننده مانند هوا و یا کلر در تماس قرار نگرفته باشند. از سیستم سختی گیر، نمیبایست به عنوان یک فیلتر فیزیکی برای حذف ذرات استفاده نمود. این کار باعث صدمه دیدگی رزین و نیز کاهش زمان مورد نیاز برای شستشوی معکوس سیستم خواهد شد. در صورتیکه آهن و منگنز موجود در آب، در حالت "اکسید شده" قرار داشته باشند، بهتر است از فیلتراسیون فیزیکی بجای سختی گیری استفاده کنیم.

2- اضافه نمودن پلی فسفاتدر صورتیکه میزان آهن موجود در آب کمتر از 2 ppm باشد، می توان به آن پلی فسفات اضافه نمود. البته اضافه کردن فسفات معمولاً برای مقابله با منگنز، کارایی ندارد. در این روش، فسفات از طریق پمپ تزریقی وارد آب می شود. تنظیم مقدار مناسب فسفات برای تزریق، به روش سعی و خطا است. تفاوت مهم این روش با سایر روش ها در این است که در روش تزریق فسفات، آهن در میان یونهای فسفات احاطه می شود و به این وسیله، اجازه رسوب پیدا نمی کند. در واقع، در این روش، آهن از آب حذف نمی شود.

البته استفاده از این روش، با مخالفت ها و انتقاداتی روبروست. درست است که با این روش، از ایجاد رسوب و لکه توسط آهن محلول در آب جلوگیری می شود، اما کماکان مزه تلخ فلزی در آب وجود خواهد داشت. ضمن اینکه اگر میزان فسفات تزریقی به آب، زیاد باشد، آب حالت لزج پیدا خواهد کرد و حتی در مواردی می تواند منجر به اسهال در انسان شود.

3- فیلترهای اکسید کنندهفیلترهای اکسید کننده بصورت همزمان آهن و منگنز موجود در آب را اکسید و فیلتر می کنند. این فیلترها معمولاً از جنس greensand هستند. البته انواع دیگری نیز از این نوع فیلتر، مانند فیلترهای birm برای این منظور وجود دارند. فیلترهای greensand، ضمن ترکیب با پرمنگنات پتاسیم، سطحی را روی خود تشکیل می دهند که باعث اکسید کردن آهن و منگنز محلول در آب شده و سپس این مواد اکسید شده را بصورت فیزیکی فیلتر می کنند. از آنجاییکه این فیلترها، فعالیت اکسیداسیون و فیلتراسیون را همزمان انجام می دهند، می توانند هم برای حذف آهن و منگنز محلول در آب و هم برای حالت اکسید آنها، مورد استفاده قرار گیرند.
فیلترهای اکسید کننده نیازمند دقت در نگهداری بالایی هستند این فیلترها می بایست با محلول پرمنگنات پتاسیم احیا شوند. زیرا همانطور که گفته شد، این ماده که بصورت پوشش روی ذرات greensand  قرار می گیرد، برای اکسید کردن آهن و منگنز مصرف می شود. علاوه بر این، با توجه به فیلتر شدن ذرات آهن و منگنز اکسید شده، شستشوی معکوس (Backwash) منظم این فیلترها نیز از اهمیت بالایی برخوردار می باشد.  البته باید توجه داشت که پرمنگنات پتاسیم که برای احیای این فیلترها مورد استفاده قرار می گیرد، یک ماده سمی است و می بایست در نگهداری و حمل آن، نکات ایمنی به دقت مدنظر قرار گیرند.
فیلترهای اکسید کننده greensand برای حذف مقادیر متوسط آهن و منگنز محلول و همینطور اکسید شده، بخوبی و با اثربخشی بالا عمل می کند. استفاده ار فیلترهای اکسید کننده،  برای زمانی که مجموع میزان آهن  و منگنز در آب در بازه 3 ppm  تا 10 ppm باشد، توصیه می شود. نکته مهمی که می بایست در نظر داشت این است که هر چه میزان آهن و منگتز در آب بیشتر باشد، عملیات نگهداری این فیلترها (احیا و شستشوی معکوس)، می بایست در بازه های زمانی کوتاهتر انجام گیرد.
فیلترهای اکسید کننده birm مانند فیلترهای اکسید کننده greensand عمل می کنند با این تفاوت که این نوع فیلترها نیاز به احیا ندارند، چرا که آنها از اکسیژن موجود در آب ورودی برای اکسید کردن آهن و منگنز استفاده می کنند. بنابراین، آب ورودی این نوع فیلترها می بایست به میزان کافی دارای اکسیژن محلول بوده و همینطور PH آنها برای حذف آهن، حداقل 6.8 و برای حذف منگنز، حداقل 7.5 باشد. حتی در شرایط کاملاً ایده آل هم، حذف منگنز توسط فیلترهای birm بسیاز متغیر است. فیلترهای اکسید کننده birm مانند greensand نیاز به شستشوی معکوس برای جداسازی ذرات آهن و منگنز اکسیده شده، دارند.

4- اکسیداسیون و سپس فیلتراسیون
زمانی که میزان مجموع آهن و منگنز موجود در آب، بیش از 10 ppm باشد، بهترین گزینه حذف این عناصر، استفاده از اکسیداسیون و سپس در مرحله بعد، فیلتراسیون است. در این فرایند، با تزریق یک ماده شمیایی در آب، آهن و منگنز محلول در آب اکسید شده و بصورت ذرات جامد در می آیند و سپس در مرحله بعدی، با فیلتراسیون فیزیکی از آب جدا می شوند. کلر، پرمنگنات پتاسیم و پروکسید هیدروژن از جمله مواد شیمیایی متداولی هستند که برای اکسید کردن آهن و منگنز آب مورد استفاده قرار می گیرند. در این موارد، معمولاً یک پمپ تزریق کوچک برای تزریق کلر (مثلاً در قالب هیپوکلریت سدیم) در بالادست جریان قرار گرفته و سپس این محلول وارد یک تانک مختلط کننده (Mixing Tank) و یا کویل لوله کشی وارد میشود تا زمان کافی برای اکسید شدن آهن و منگنز و تبدیل آنها به ذرات جامد وجود داشته باشد. در مواردی که از کلر به عنوان اکسید کننده استفاده می شود، لازمست تا بعد از تزریق کلر، از فیلتر کربن فعال برای حذف طعم و بوی کلر اضافی استفاده کنیم. البته کلر برای اکسید کردن مقادیر بالای منگنز محلول در آب توصیه نمی شود. زیرا برای اکسید کردن کامل منگنز، نیاز به PH خیلی بالا است.
نگهداری این سیستم، بسیار مهم و زمانبر است. تانک مختلط کننده باید بصورت مننظم تخلیه و مجدداً پر شود. همینطور، فیلترها می بایست مرتباً شستشوی معکوس داده شوند تا ذرات جامد اکسید شده آهن و منگنز جذب شده به آنها، جدا شده و فیلتر تمیز شود. ضمناً در صورتی که از فیلتر کربن فعال هم استفاده شده باشد، در بازه های زمانی مشخص می بایست نسبت به تعویض کربن آن هم اقدام نمود. مقدار و بازه های زمانی انجام فعالیت های فوق، بستگی مستقیم به میزان آهن و منگنز در آب ورودی دارد.
سایر روشهاچهار روش فوق، متداولترین روش های حذف آهن و منگنز از آب هستند. اما روش های دیگری از جمله هوادهی (Aeration)، ازن زنی (Ozonation) و استفاده از کربن کاتالیزوری (Catalytic Carbon) نیز می توانند راه های موثری برای این منظور باشند.
سیستمهای هوادهی، به روشهای مختلف، هوا را به آب تزریق می کنند و این مزیت را  دارند که از مواد شیمیایی برای اکسید کردن آهن و منگنز استفاده نمی کنند. هزینه اولیه خرید این دستگاه ها نسبت به سایر سیستمهای فوق الذکر بیشتر است اما هزینه نگهداری پایین تری نسبت به آنها دارند. این سیستم ها مجهز به فیلتر نیز هستند تا آهن و منگنز اکسید شده را فیلتر کنند.
کربن های کاتالیزوری باعث جذب، اکسیداسیون و فیلتر کردن ذرات آهن در یک سیستم بصورت همزمان می شوند. این روش برای میزان آهن محلول کمتر از 1 ppm توصیه می شود. نگهداری این فیلترها از نگهداری فیلترهای اکسید کننده آسان تر است به این دلیل که با توجه به عدم تزریق مواد شیمیایی اضافی، نیاز به احیا ندارند. البته این فیلترها نیز نیاز به شستشوی معکوس دارند. برای استفاده از کربن های کاتالیزوری، لازمست تا میزان اکسیژن در آب ورودی، حداقل 4 ppm باشد. برای این منظور، گاهی قبل از ورود آب به این نوع فیلترها، واحدهایی را قرار می دهند  تا میزان اکسیژن موجود در آب را افزایش دهند.
ازن زنی به عنوان یکی از روشهای مورد استفاده در تصفیه آب در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است. ازن نیز مانند کلر، یک اکسید کننده قوی محسوب می شود. اما این گاز، بسیار ناپایدار بوده و می بایست در محل مورد استفاده، تولید شود. ازن بعد از تولید شدن، به داخل آب تزریق شده و باعث اکسید شدن آهن و منگنز محلول در آب می شود. سپس این مواد اکسید شده، توسط یک فیلتراسیون فیزیکی از آب جدا می شوند. البته باید توجه داشت که معمولاً قیمت یک سیستم ازن زنی از سایر روشهای اشاره شده بالاتر است. به همین دلیل، توصیه می شود که از این سیستم در جاهایی استفاده شود که علاوه بر آهن و منگنز، قصد حذف سایر آلاینده ها (مانند فلزات و باکتری) را هم از آب داشته باشیم.

رزین کاتیونی

رزین کاتیونی, رزین سختی گیر

پدیده تبادل یون برای اولین بار در سال 1850 و به دنبال مشاهده توانایی خاک‌های زراعی در تعویض برخی از یون‌ها مثل آمونیوم با یون کلسیم و منیزم موجود در ساختمان آن‌ها گزارش شد. در سال 1870 با انجام آزمایش‌های متعددی ثابت شد که بعضی از کانی‌های طبیعی بخصوص زئولیت‌ها واجد توانایی انجام تبادل یون هستند. در واقع به رزین‌های معدنی، زئولیت می‌گویند و این مواد یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) را حذف کرده و به جای آن یون سدیم آزاد می‌کردند از اینرو به زئولیت‌های سدیمی مشهور شدند. استفاده از زئولیت‌های سدیمی در تصفیه آب مزایای زیاد داشت چرا که از طرفی نیازی به حضور مواد شیمیایی نبود و از طرف دیگر اثرات جانبی نیز نداشتند.

رزین‌های موازنه کننده یون، ذرات جامدی هستند که می‌توانند یون‌های نامطلوب در محلول را با همان مقدار اکی والان از یون مطلوب با بار الکتریکی مشابه جایگزین کنند. رزین‌های تعویض یونی شامل بار مثبت کاتیونی و بار منفی آنیونی می‌باشد بگونه‌ای که از نظر الکتریکی خنثی هستند. موازنه کننده‌ها با محلول‌های الکترولیت این تفاوت را دارند که فقط یکی از دو یون، متحرک و قابل تعویض است به عنوان مثال، یک تعویض کننده کاتیونی سولفونیک دارای نقاط آنیونی غیر متحرکی است که شامل رادیکال‌های آنیونی SO23- می‌باشد که کاتیون متحرکی مثل  H+ یا  Na+ به آن هستند.

این کاتیون‌های متحرک می‌توانند در یک واکنش تعویض یونی شرکت کنند به همین صورت یک تعویض     کننده آنیونی دارای نقاط کاتیونی غیر متحرکی است که آنیون‌های متحرکی مثل Cl-  یا  OH- به آن متصل می‌باشد. در اثر تعویض یون، کاتیون‌ها یا آنیون‌های موجود در محلول با کاتیون‌ها و آنیون‌های موجود در رزین تعویض می‌شوند، بگونه‌ای که هم محلول و هم رزین از نظر الکتریکی خنثی باقی می‌ماند. در اینجا با تعادل جامد مایع سروکار داریم بدون آنکه جامد در محلول حل شود.

برای آنکه یک تعویض کننده یونی جامد مفید باشد باید دارای شرایط زیر باشد:

    خود دارای یون باشد.
    در آب غیر محلول باشد.
    فضای کافی در شبکه تعویض یونی داشته باشد، بطوریکه یون‌ها بتوانند به سهولت در شبکه جامد رزین وارد و یا از آن خارج شوند.

رزین‌های کاتیونی در اثر واکنش فنل و یا مشتقات آن با فرمالدئید و سپس سولفونه کردن آن‌ها به کمک سولفوریک اسید به حالت توده‌ای تهیه شدند که آنها را خرد و غربال می‌کردند و مورد استفاده قرار می‌دادند. این گونه رزین‌ها نیز از سولفونه کردن پلی استیرن تهیه گردیدند. هرگاه در پلی مریزاسیون استایرن مقداری دی وینیل بنزن افزوده گردد پلی مری با ساختار شبکه‌ای  تولید می‌گردد که در اثر سولفونه کردن آن، رزین کاتیونی قوی تهیه می‌گردد. هرگاه به جای گروه سولفونیک اسید گروه کربوکسیلیک اسید (-COOH) جانشین شود، رزین‌های کاتیونی ضعیف، تولید می‌گردد ولی روش ساده‌تر برای تهیه این رزین‌ها ترکیب متاکریلیک اسید با دی وینیل بنزن می‌باشد.

پرکاربردترین رزین کاتیونی در صنعت آب و فاضلاب رزین کاتیونی سدیمی میباشد که در واحد سختیگیری برای از بین بردن سختی آب استفاده میشود.

رزین‌های کاتیونی معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• رزین‌های کاتیونی قوی  SAC) Strongacidis Cation )
•  رزین‌های کاتیونی ضعیف WAC) Weak acidis Cation)

رزین‌های کاتیونی قوی قادر به جذب کلیه کاتیون‌های موجود در آب می‌باشد ولی نوع ضعیف قادر به جذب کاتیون‌های هستند که به قلیائیت آب مرتبط است و محصول سیستم اسید کربنیک است.
نوع قوی:Ca(HCO3)2 OR MgSO4 + 2ZSO3H -----> Ca2++2H2CO3 OR Mg2+ + H2SO4
نوع ضعیف:Mg(HCO3)2 OR Ca(HCO3)2 + 2ZCOOH -----> (ZCOO)2+ + Mg(ZCOO)2+Ca + 2H2CO3

مزیت رزین‌های کاتیونی ضعیف بازدهی بالای آن‌ها در مقایسه با رزین‌های کاتیونی قوی می‌باشد، در نتیجه باعث تولید پساب کمتر در احیاء مکرر می‌گردد. اصولاً زمانی که هدف جداسازی کلیه کاتیون‌های آب است بکارگیری توأم رزین کاتیونی قوی و ضعیف اقتصادی‌تر از بکارگیری رزین‌های کاتیونی قوی می‌باشد.

نحوه عملکرد رزین کاتیونی سدیمی
در سختی گیر تعویض یونی، رزین‌های کاتیونی سدیمی وجود دارند که یون‌های سختی آور آب (کلسیم و منیزیم) با سدیم رزین تعویض می‌شوند که در نتیجه آب بدون سختی تولید می‌شود چون یون سدیم بسیارمحلول است از این رو خطر تشکیل رسوب از بین می‌رود. این تعویض یون سدیم رزین با یون‌های کلسیم و منیزیم آب ورودی آنقدر ادامه می‌یابد که رزین نیاز به احیاء داشته باشد.

در زمان سرویس سختی‌گیر، واکنش زیر انجام می‌شود:

• تعویض رزین کاتیونی در سختی گیر آب
• عملکرد رزین کاتیونی سدیمی

رزین‌های کاتیونی سدیمی از نوع قوی نه فقط کاتیون‌های مولد سختی آب بلکه همه‌ی یون‌های فلزی را با سدیم تعویض می‌کنند.

ترتیب گزینش نسبی کاتیون‌ها برای جذب به وسیله تعویض کننده کاتیونی قوی به شکل زیر می‌باشد:

Th4+>Fe3+>Fe2+>Ca2+>Mg+>NH4+>K+>H+

احیای رزین کاتیونی قوی
برای احیاء این نوع رزین‌ها کافی است که رزین را با آب نمک شستشو دهیم که در طی آن یون‌های منیزیم و کلسیم محبوس در شبکه رزین با سدیم نمک تعویض می‌شوند. در پایان کار احیاء، رزین را با آب تازه می‌شویند تا نمک اضافی حذف شده و دستگاه آماده سرویس گردد.

در زمان احیاء با نمک طعام، رزینی که پر از یون‌های کلسیم است دوباره به صورت رزین سدیمی در می‌آید:

احیا رزین کاتیونی
با وجود اینکه هرچه نمک طعام بیشتری در موقع احیای رزین بکار رود، ظرفیت رزین افزایش می‌یابد ولی این بدان معنا نیست که مثلاً با دو برابر کردن مقدار نمک طعام در موقع احیاء ظرفیت رزین هم دو برابر خواهد شد.

برخی از کاربردهای رزین‌ها
با رزین‌های کاتیونی چه نوع هیدروژنی و چه نوع سدیمی می‌توان آهن و منگنز را همچون بقیه کاتیون‌ها حذف کرد اما به علت امکان آلوده شدن رزین‌ها معمولاً مشکلاتی داشته و باید نکاتی را رعایت کرد. اولاً باید دقت کرد که قبل از حذف یون آهن توسط رزین هیچ هوایی با آب در تماس قرار نگیرد چون در اثر مجاورت با هوا، آهن و منگنز محلول در آب اکسیده شده غیر محلول در می‌آیند و در نتیجه روی ذرات رزین رسوب کرده و باعث آلوده شدن رزین می‌گردد.

با استفاده از رزین‌های تبادل یونی می‌توان لیزین را که جز اسید آمینه ضروری مورد نیاز رژیم غذایی خوک‌ها، ماهیان و سایر گونه‌های حیوانی می‌باشد، را تخلیص کرد. دلیل اهمیت تخلیص این اسید آمینه، نزدیکتر شدن رژیم غذایی حیوانات به نیازمندی‌های آنها در مصرف مواد خام و ... است با توجه به اینکه مقدار لیزین در دانه‌ها‌، بخصوص غلات ناچیز می‌باشد.