Rigenerazione della resina a scambio ionico. Resine a scambio ionico: applicazione

Le resine a scambio ionico sono composti insolubili ad alto livello molecolare e possono reagire quando interagiscono con gli ioni in una soluzione. Hanno una struttura gel tridimensionale o macroporosa. Sono anche chiamati ioniti.

Varietà

Queste resine sono a scambio cationico (divise in acido forte e acido debole), a scambio anionico (base forte, base debole, base intermedia e base mista) e bipolari. I composti fortemente acidi sono scambiatori di cationi che possono scambiare cationi indipendentemente dal valore. Ma i composti debolmente acidi possono funzionare ad un valore almeno pari a sette. Gli scambiatori di anioni fortemente basici hanno la proprietà di scambiare anioni in soluzioni a qualsiasi pH. Questo, a sua volta, è carente di scambiatori anionici debolmente basici. In questa situazione il pH dovrebbe essere 1-6. In altre parole, le resine possono scambiare ioni nell’acqua, assorbirne alcuni e in cambio cedere quelli precedentemente immagazzinati. E poiché l'H 2 O è una struttura multicomponente, è necessario prepararla correttamente e scegliere una reazione chimica.

Proprietà

Le resine a scambio ionico sono polielettroliti. Non si dissolvono. Uno ione con carica multipla è immobile perché ha un grande peso molecolare. Costituisce la base dello scambiatore ionico, è associato a piccoli elementi mobili che hanno segno opposto e, a loro volta, possono scambiarli in soluzione.

Produzione

Se un polimero che non ha le proprietà di uno scambiatore ionico viene trattato chimicamente, si verificheranno dei cambiamenti: rigenerazione della resina a scambio ionico. Questo è un processo piuttosto importante. Utilizzando trasformazioni analoghe al polimero, nonché policondensazione e polimerizzazione, si ottengono scambiatori di ioni. Esistono forme di sale e di sale misto. Il primo implica sodio e cloruro e il secondo - specie sodio-idrogeno e idrossicloruro. Gli scambiatori di ioni vengono prodotti in tali condizioni. Inoltre, nel processo vengono convertiti in una forma di lavoro, vale a dire idrogeno, idrossile, ecc. Tali materiali sono utilizzati in vari campi di attività, ad esempio in medicina e prodotti farmaceutici, nell'industria alimentare, nelle centrali nucleari per la purificazione della condensa . È inoltre possibile utilizzare una resina a scambio ionico per un filtro a media mista.

Applicazione

Viene utilizzata una resina a scambio ionico. Inoltre, il composto può anche dissalare il liquido. A questo proposito, le resine a scambio ionico vengono spesso utilizzate nell'ingegneria dell'energia termica. Nell'idrometallurgia vengono utilizzati per i metalli non ferrosi e rari; nell'industria chimica vengono utilizzati per purificare e separare diversi elementi. Gli scambiatori di ioni possono anche pulire le acque reflue e per la sintesi organica sono un catalizzatore completo. Pertanto, le resine a scambio ionico possono essere utilizzate in vari settori.

Pulizie industriali

Potrebbero apparire delle incrostazioni sulle superfici di trasferimento del calore e, se raggiungono solo 1 mm, il consumo di carburante aumenterà del 10%. Queste sono ancora grandi perdite. Inoltre, l'attrezzatura si consuma più velocemente. Per evitare ciò, è necessario organizzare correttamente il trattamento dell'acqua. A questo scopo viene utilizzato un filtro con resina a scambio ionico. È pulendo il liquido che puoi eliminare le incrostazioni. Esistono diversi metodi, ma con l’aumentare della temperatura le opzioni si riducono.

Trattamento H2O

Esistono diversi modi per purificare l'acqua. Puoi usarne uno magnetico e puoi ritoccarlo con complessi, complessonati, IOMS-1. Ma un’opzione più popolare è la filtrazione mediante scambio ionico. Ciò costringerà la composizione degli elementi dell'acqua a cambiare. Quando si utilizza questo metodo, l'H 2 O viene quasi completamente dissalata e i contaminanti scompaiono. Va notato che tale pulizia è abbastanza difficile da ottenere con altri mezzi. Il trattamento dell'acqua mediante resine a scambio ionico è molto popolare non solo in Russia, ma anche in altri paesi. Questa pulizia presenta molti vantaggi ed è molto più efficace di altri metodi. Gli elementi rimossi non rimarranno mai come sedimenti sul fondo e non è necessario dosare costantemente i reagenti. Questa procedura è molto semplice da eseguire: il design dei filtri è lo stesso. Se lo desideri, puoi utilizzare l'automazione. Dopo la pulizia, le proprietà verranno mantenute indipendentemente dalle fluttuazioni di temperatura.

Resina a scambio ionico Purolite A520E. Descrizione

Per assorbire gli ioni nitrato nell'acqua è stata creata una resina macroporosa. Viene utilizzato per purificare l'H2O in vari ambienti. La resina a scambio ionico Purolite A520E è stata creata appositamente per questo scopo. Aiuta a eliminare i nitrati anche con una grande quantità di solfati. Ciò significa che, rispetto ad altri scambiatori di ioni, questa resina è la più efficace e presenta le migliori caratteristiche.

Capacità lavorativa

Purolite A520E ha un'elevata selettività. Ciò aiuta, indipendentemente dalla quantità di solfati, a rimuovere i nitrati in modo efficiente. Altre resine a scambio ionico non possono vantare tali funzioni. Ciò è dovuto al fatto che quando l'H 2 O contiene solfati, lo scambio di elementi diminuisce. Ma a causa della selettività per Purolite A520E, tale riduzione non ha molta importanza. Sebbene il composto abbia un tasso di cambio totale basso rispetto ad altri, il liquido in grandi quantità viene purificato in modo abbastanza efficiente. Allo stesso tempo, se ci sono pochi solfati, vari scambiatori anionici, sia gel che macroporosi, saranno in grado di far fronte al trattamento dell'acqua e all'eliminazione dei nitrati.

Operazioni preparatorie

Affinché la resina Purolite A520E funzioni al 100%, deve essere adeguatamente preparata per svolgere la sua funzione di purificazione e H2O di grado alimentare. Va notato che prima di iniziare il lavoro, il composto utilizzato viene trattato con una soluzione di NaCl al 6%. In questo caso viene utilizzato il doppio del volume rispetto alla quantità di resina stessa. Successivamente il composto viene lavato con acqua alimentare (la quantità di H 2 O deve essere 4 volte maggiore). Solo dopo tale elaborazione puoi iniziare la pulizia.

Conclusione

Grazie alle proprietà delle resine a scambio ionico, possono essere utilizzate nell'industria alimentare non solo per la purificazione dell'acqua, ma anche per la lavorazione di alimenti, bevande varie e altro. Gli scambiatori anionici sembrano piccole palline. È a loro che si attaccano gli ioni di calcio e magnesio e, a loro volta, rilasciano ioni di sodio nell'acqua. Durante il processo di lavaggio i granuli rilasciano questi elementi adesi. Si tenga presente che la pressione nella resina a scambio ionico potrebbe diminuire. Ciò influenzerà le sue proprietà benefiche. Questi o altri cambiamenti sono influenzati da fattori esterni: temperatura, altezza della colonna e dimensione delle particelle, la loro velocità. Pertanto, durante la lavorazione, è necessario mantenere lo stato ottimale dell'ambiente. Gli scambiatori anionici vengono spesso utilizzati nella purificazione dell'acqua dell'acquario: aiutano a creare buone condizioni di vita per pesci e piante. Pertanto, le resine a scambio ionico sono necessarie in vari settori, anche a casa, poiché possono purificare efficacemente l’acqua per un suo ulteriore utilizzo.

Scarse prestazioni del filtro a scambio cationico dipende principalmente da due motivi:

altezza insufficiente dello strato di carbone solfonato nel filtro. In questo caso è necessario aggiungere carbone solfonato al massimo, alzare il più possibile il dispositivo di drenaggio superiore, oppure aumentare l'altezza del filtro saldando un guscio cilindrico alla parte superiore;
elevata resistenza idraulica dei tubi di drenaggio che forniscono acqua. Per eliminare questo fenomeno è necessario scaricare il filtro, smontare il dispositivo di drenaggio e rifarlo, aumentando il numero di rami e, di conseguenza, il numero di capezzoli e tappi. Se non sono presenti i tappi è necessario fresare più asole sui rami laterali. Se ciò non aiuta e non dà un effetto evidente, è necessario sostituire tutti i tubi, aumentandone il diametro.

Ridotta capacità lavorativa di scambio dello scambiatore cationico dipende da diversi motivi:

sale da cucina di bassa qualità utilizzato per la rigenerazione. Il sale utilizzato per la rigenerazione deve essere analizzato. Per fare ciò, preparare una soluzione al 10% e determinare la durezza totale nel modo consueto. Non dovrebbe superare 40 mEq/l;
danno al dispositivo di drenaggio nel filtro, ad esempio, quando i tappi vengono strappati, a causa di danni da corrosione ai capezzoli, ecc. In questo caso, è necessario scaricare il filtro, ispezionare e riparare il dispositivo di drenaggio;
aderenza imprecisa al regime di rigenerazione (bassa intensità di allentamento della resina cationica, aumento della velocità di passaggio della soluzione salina, mancato rispetto della sequenza all'apertura dei rubinetti, quantità insufficiente di sale caricata nel solvente salino). In questi casi è necessario riportare la modalità di rigenerazione nel pieno rispetto delle istruzioni di manutenzione del filtro.

Perdita intensiva dello scambiatore cationico durante l'allentamento accompagnato da acqua torbida. Innanzitutto è necessario verificare la modalità di allentamento, evitando il rilascio di carbone solfonato nelle acque di lavaggio. Questo fenomeno può verificarsi anche quando la qualità del carbone solfonato è insufficiente. Se non vengono seguite le regole di stoccaggio del carbone solfonato, questo si danneggia e si sbriciola modificando la sua composizione granulometrica. Il modo migliore per conservare il carbone di zolfo è nell'acqua. Inoltre, anche l'aumento del contenuto d'aria nell'acqua e il suo accumulo nel filtro contribuiscono all'ossidazione del carbonio.

Curva di esaurimento piatta dello scambiatore cationico e sua grande capacità di scambio “coda”.

Questo fenomeno si osserva se la velocità di filtrazione dell'acqua in diversi punti della sezione del filtro non è la stessa, cosa che si verifica quando vi è diversa resistenza al passaggio dell'acqua in diversi punti del dispositivo di drenaggio.

In questo caso, si consiglia di fermare il filtro, aprire il portello superiore, rimuovere lo strato superiore contaminato e spalare lo strato di resina cationica fino a una profondità massima di 1 m. Durante la prossima revisione importante, si dovrebbe prestare particolare attenzione all'idrodinamica del dispositivo di drenaggio inferiore.

Aumentare il periodo di lavaggio del sale dopo la rigenerazione.

Ciò è solitamente causato dall'aumento dello spazio morto tra la superficie della malta e il livello della cappetta. Per eliminare questo fenomeno è necessario riempirlo ulteriormente, portandolo ai bordi inferiori dei cappucci.

Ottenere i grani di resina a scambio cationico nell'acqua addolcita.

Ciò indica un problema con il dispositivo di drenaggio a causa della rottura dei tappi di drenaggio. In questo caso il filtro viene fermato, il dispositivo di drenaggio viene scaricato e riparato.

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Negli impianti di dissalazione, i filtri degli scambiatori cationici H vengono caricati con scambiatori cationici di varie marche. La quantità di scambiatore cationico secco caricato nel filtro deve essere calcolata in base all'altezza richiesta dello strato filtrante dello scambiatore cationico nello stato rigonfio.
Nei filtri scambiatori cationici H della fase I, lo strato di scambiatore cationico umido dovrebbe avere un'altezza che consenta di aumentare il volume dello scambiatore cationico durante l'allentamento di circa il 50%. Nei filtri H-cationite degli stadi II e III, alle stesse condizioni, è consigliabile avere uno strato di cationite umido alto 1,0-1,5 m.
Dopo aver caricato lo scambiatore cationico nel filtro, viene mantenuto in acqua per rigonfiamento per 10-12 ore. Dopo il rigonfiamento, lo scambiatore cationico viene lavato dalle impurità con una corrente d'acqua dal basso verso l'alto. Il carbone solforoso inizia a sciogliersi con una velocità di risalita dell'acqua di 7-8 m/h e viene portata fino a 12-15 m/h man mano che l'acqua di lavaggio si chiarifica.
Dopo aver terminato il lavaggio della resina cationica, il filtro viene aperto, lo strato superiore di fini viene rimosso manualmente (il suo spessore dipende dalla qualità della resina cationica) e l'altezza dello strato viene portata all'altezza calcolata aggiungendo o inviando la resina cationica . Successivamente, viene misurata l'altezza dello strato di scambiatore cationico nello stato rigonfio.
Lo scambiatore cationico fresco viene preparato per il lavoro rigenerandolo con una quantità in eccesso di soluzione acida. Durante il lavaggio viene determinata la durezza e l'acidità dell'acqua di lavaggio. In quei casi. quando il lavaggio viene ritardato e la durezza dell'acqua di lavaggio non diminuisce per lungo tempo, è consigliabile effettuare un'ulteriore rigenerazione.
Durante le rigenerazioni primarie, il passaggio della soluzione di rigenerazione di acido solforico all'1,5-2,0% viene effettuato lentamente, nell'arco di 1,5-2,0 ore, il che aumenta la durata del contatto della soluzione di rigenerazione con lo scambiatore cationico e contribuisce al suo migliore in lavorazione. Il consumo approssimativo di acido solforico al 100% è fino a 30 kg per 1 m 3 di scambiatore cationico; la velocità di filtraggio della soluzione di rigenerazione determina il tempo del suo contatto con lo scambiatore cationico; solitamente è 9-10 m/he viene infine impostato durante la messa in servizio. L'acqua di lavaggio viene filtrata ad una velocità di 10 m/h.
La resina cationica nei filtri del 1° stadio viene lavata con acqua chiarificata.
La soluzione acida rigenerante per la rigenerazione dei filtri a scambio cationico H degli stadi I, II e III viene preparata solo con acqua cationizzata H.
Il lavaggio dello scambiatore cationico termina quando la durezza dell'acqua di lavaggio è ~ 50 µg-equiv/kg e l'acidità supera il contenuto della somma degli ioni SO «, - + Cl» nell'acqua di fonte, non più di 500 µg- eq/kg.
La rigenerazione primaria dei filtri a scambio cationico H di stadio II viene effettuata con lo stesso consumo di acido, concentrazioni della soluzione di rigenerazione e velocità di trasmissione dei filtri a scambio cationico H di stadio I. Il filtro a scambio cationico N di II stadio viene lavato con acqua parzialmente dissalata e decarbonizzata. I filtri a scambio N-cationico della Fase II vengono lavati fino ad un'acidità del filtrato di 0,15 mEq/kg.
La durata della preparazione preliminare del filtro per il funzionamento dipende dalla qualità dello scambiatore cationico e può variare da alcune ore a un giorno.
Entro 1-2 giorni dalla messa in funzione del filtro dopo la rigenerazione, l'acqua potrebbe risultare leggermente opalescente (torbida); circa 2 giorni dopo l'accensione del filtro, tutta l'acqua cationizzata dovrebbe uscire completamente limpida.

"articolo Metodi di addolcimento dell'acqua. Dove descriveremo i principali metodi esistenti e come si può ricavare acqua dolce da acqua dura. Daremo uno sguardo più da vicino anche a uno di essi, il più comune e affidabile.

I metodi per addolcire l'acqua possono essere suddivisi in tre grandi gruppi:

metodi chimici.
fisico.
psichico.

Prima di passare alla descrizione dei metodi, definiamo innanzitutto i termini. Vale a dire con il termine " addolcimento dell'acqua"In precedenza, nell'articolo "Acqua dura" abbiamo toccato la questione della durezza dell'acqua e le ragioni che la causano, nonché le conseguenze dell'uso di acqua dura. Di conseguenza, esistono diverse definizioni del termine "addolcimento dell'acqua", a seconda sulla fase in cui si verifica l'impatto -

nella fase di lotta alle cause della durezza dell'acqua o
nella fase di lotta alle conseguenze dell'uso di acqua dura.

È chiaro che la fase in cui si influenza la causa della durezza dell'acqua contrasterà anche le conseguenze dell'acqua dura. Ma non il contrario. Di conseguenza, ora puoi passare ai metodi di addolcimento dell'acqua. Toccheremo i metodi dei reagenti chimici per addolcire l'acqua in un altro articolo, ma ora parliamo di scambio ionico.

Il metodo chimico per trattare l'acqua dura si basa sullo scambio. Lo scambio è gestito da ioni scambio resina. Le resine a scambio ionico sono lunghe molecole assemblate in palline giallastre traslucide.

Da queste molecole sporgono numerosi rami (molto, molto piccoli) ai quali sono attaccate particelle di sale. Sale da cucina semplice (ioni di sodio). Uno ione di sodio per germoglio.

Durante il processo di addolcimento, l'acqua passa attraverso la resina, saturandola completamente. I sali di durezza sostituiscono il sodio legato alla resina. Cioè, avviene uno scambio: il sodio viene rilasciato e scorre ulteriormente e i sali di durezza rimangono associati alla resina. Inoltre, è importante sapere che dalla resina vengono eliminati il doppio dei sali rispetto a quelli depositati, il che è dovuto alla differenza di carica degli ioni.

Di conseguenza, prima o poi (a seconda della capacità della resina, della quantità di acqua purificata e della quantità di sali di durezza) tutti i sali di sodio nella resina vengono sostituiti con sali di durezza. Successivamente la resina smette di funzionare, poiché non c'è più nulla da sostituire.

Ogni resina ha il proprio limite che può raggiungere prima di smettere di funzionare. Dopodiché ci sono due possibili opzioni per maneggiare la resina, che dipendono dalla forma in cui hai utilizzato questa resina. Quindi, ci sono due opzioni in cui funziona la resina a scambio ionico.

La prima opzione è una semplice cartuccia, che si trova in una custodia standard, come per o per. Esempio di cartuccia in resina a scambio ionico:

Un'altra opzione è la resina, che viene versata in un contenitore grande (o non molto grande, a seconda della fantasia degli ingegneri). Poiché il cilindro è molto spesso simile a una colonna (nelle proporzioni), viene chiamato “colonna a scambio ionico”. Viene anche chiamato “addolcitore”, “scambiatore di ioni”. Esempio di colonna a scambio ionico:

Le differenze tra queste due opzioni riguardano la quantità di resina a scambio ionico:

La cartuccia in resina a scambio ionico è adatta solo per acqua potabile e occasionalmente per cucinare con essa.
Una colonna a scambio ionico è progettata per purificare l'acqua di un intero appartamento, casa o impianto di produzione.

La seconda opzione, oltre al prezzo di acquisto più elevato, ha una sfumatura: richiede costi costanti per l'acquisto del sale, che ripristina la capacità filtrante della resina. Qui torniamo alle possibilità di cosa si può fare con la resina a scambio ionico quando smette di funzionare. Quindi, l'opzione con la cartuccia è buttarla via. Anche se a volte ci sono persone che applicano la seconda opzione, come ad una colonna a scambio ionico.

La colonna a scambio ionico ha sempre un compagno: un serbatoio con salamoia.

In questa vasca il sale speciale in pastiglie si scioglie e forma una salamoia.

Periodicamente (a seconda del tipo di controllo utilizzato e dei parametri dell'acqua), la soluzione salina attraversa la resina, lava via i sali di durezza e li sostituisce con il sale originale. Dopo il lavaggio, la resina riacquista le sue capacità di scambio ionico.

La resina a scambio ionico può rimuovere anche il ferro in piccole quantità. Il ferro ferrico deteriora la resina a scambio ionico, la resina si intasa in modo irreversibile e deve essere sostituita. Quindi fai attenzione e fai un test dell'acqua in tempo.

Quale filtro è meglio acquistare? Quale ti piace di più? E, naturalmente, quello che più ti permette di raggiungere i tuoi obiettivi (come spiegato nell'articolo “Scegliere un filtro per l'acqua: quanto spendere?”).

Dovresti anche prendere in considerazione le caratteristiche associate all'entità dei costi operativi legati all'utilizzo di un filtro a scambio ionico. Sì, per diverso necessari impianti di addolcimento dell'acqua diverse quantità di sale per la stessa prestazione. E devi assicurartene i costi del sale erano minimi. Un altro indicatore è la quantità di acqua scaricata nella fogna durante il lavaggio. Più acqua viene sprecata, più costosa diventa la manutenzione. A titolo indicativo, il consumo minimo di sale che abbia mai riscontrato, con una produttività di 1,5 m3/ora, è stato di 1,14 kg di sale per rigenerazione.

Lo scambio ionico è un metodo di addolcimento dell'acqua che influisce sulla causa della durezza dell'acqua, rendendola morbida.

Considereremo altri metodi di addolcimento dell'acqua in seguito.

Per garantire un elevato livello di purificazione dell'acqua in casa, è necessario utilizzare un sistema di filtraggio a tre stadi. Tale sistema comprende una cartuccia per la pulizia meccanica, l'addolcimento (che utilizza una resina a scambio ionico) e la post-purificazione da carbone attivo.

La risorsa di tali cartucce è di circa 5-7 mila litri, quindi è sufficiente sostituirle con nuove una volta all'anno. Ma c'è un punto importante: l'efficacia di una cartuccia con scambiatore di ioni dipende direttamente dal livello di durezza del liquido in entrata e il suo pieno utilizzo è possibile solo con una rigenerazione regolare.

Resine a scambio ionico: descrizione generale

Si tratta di composti sotto forma di palline, solitamente di colore ambrato. Sono in grado di catturare ioni magnesio e calcio da soluzioni acquose e sostituirli con ioni sodio (o idrogeno). Di conseguenza, il liquido acquisisce un normale livello di durezza.

Tali materiali sono stati ampiamente utilizzati nei processi di trattamento delle acque a partire dagli anni '60 del secolo scorso. Questo è uno dei metodi di filtrazione convenienti, rispettosi dell'ambiente e veloci. Permette di eliminare le incrostazioni, ottenere una buona formazione di schiuma al contatto con i detergenti e ottenere acqua potabile priva di impurità estranee.

Nei filtri domestici, vengono spesso utilizzati scambiatori di ioni di tipo gel (ad esempio, scambiatore di cationi KU-2-8, Dowex, Relite, Lewatit, ecc. Hanno resistenza chimica, stabilità osmotica e non rilasciano impurità nocive nell'acqua purificata .

Poiché la capacità degli scambiatori ionici è limitata, è necessario ripristinarla tempestivamente. Per fare ciò, lo scambiatore ionico viene immerso in una soluzione contenente ioni sodio in eccesso. In questo caso, il processo andrà nella direzione opposta: gli ioni sodio verranno assorbiti e gli ioni calcio e magnesio verranno rilasciati nella soluzione. Il sale da cucina viene solitamente utilizzato come composto di rigenerazione.

Come rigenerare la resina utilizzando il sale da cucina?

Per fare ciò, chiudere il rubinetto di ingresso per interrompere l'alimentazione idrica al filtro e aprire l'acqua pulita per scaricare la pressione negli alloggiamenti del sistema. Quindi è necessario estrarre la cartuccia di pulizia meccanica e pulirla accuratamente dallo sporco sciacquandola sotto l'acqua corrente con una spazzola, nonché lavare anche la beuta del filtro. Dopo queste procedure, installare la cartuccia di pulizia meccanica in posizione.

Quindi è necessario procurarsi la cartuccia dello scambiatore di ioni. La procedura per la sua rigenerazione dipende dal tipo di sistema di filtrazione: nei filtri semplici il contenuto può essere versato e rigenerato in un contenitore separato, nei filtri più complessi il ripristino viene effettuato senza rimuovere i granuli.

Nel primo caso, versare nella resina 2 litri di una soluzione al 10% di sale da cucina non iodato (100 g di sale per 1 litro di acqua) e lasciare fermentare per 6-8 ore. Successivamente, lo scambiatore ionico viene lavato con acqua pulita 2-3 volte e riempito nuovamente.

La seconda opzione prevede di versare la resina direttamente nella cartuccia con 2 litri di soluzione salina al 10%, dopodiché si mette la cartuccia in un pallone lavato e si versano altri 0,5 litri di soluzione e si lascia riposare per 8-10 ore. Trascorso questo tempo si scarica il liquido e si immerge nuovamente lo scambiatore ionico in 2 litri di soluzione. Per eliminare il sale in eccesso, i granuli vengono poi lavati con 2 litri di acqua pulita.

Punto importante! Il ripristino della resina può essere eseguito ripetutamente, ma gradualmente si contamina con le impurità contenute nell'acqua e perde la sua capacità di scambio ionico. Pertanto la cartuccia scambiatore di ioni deve essere sostituita circa una volta all'anno (a seconda dell'intensità di utilizzo e della durezza dell'acqua).