دیونایزر

دیونیزاسیون “DI Water” یا “Demineralization” به سادگی به معنای حذف یون ها است. دیونایزر دستگاهی است که این عمل را به واسطه فیلترها و ستونهای رزینی انجام میدهد و آب دیونیزه تولید می نماید.

یون‌ها اتم‌ها یا مولکول‌های دارای بار الکتریکی هستند که در آب یافت می‌شوند که دارای بار خالص منفی یا مثبت هستند. برای بسیاری از کاربردهایی که از آب به عنوان شستشو یا مواد تشکیل دهنده استفاده می شود، این یون ها ناخالصی محسوب می شوند و باید از آب حذف شوند.

یون های دارای بار مثبت «کاتیون» و یون های دارای بار منفی «آنیون» نامیده می شوند. رزین های تبادل یونی برای تبادل کاتیون ها و آنیون های نامطلوب به ترتیب با هیدروژن و هیدروکسیل استفاده می شود و آب خالص (H20) را تشکیل می دهد که یون نیست. در زیر لیستی از یون هایی که معمولا در آب شهری یافت می شوند آورده شده است.

هنگامی که برای آزمایشگاه، تولید یا … به آب با خلوص بالا نیاز دارید، سیستم دیونایزر یک گزینه عالی است. سیستم های آب دیونیزه (یا دیونایزرهای آب) تقریباً تمام یون ها از جمله مواد معدنی مانند آهن، سدیم، سولفات و مس را از آب حذف می کنند. از آنجایی که این یون ها اکثر آلاینده های آب غیر ذره ای را تشکیل می دهند، آب با خلوص بالا را به سرعت و مقرون به صرفه دریافت خواهید کرد.

دیونایزر چیست؟

دیونایزر مجموعه ای از مخازن DI و سایر اجزاء است که برای تولید آب با خلوص بالا استفاده می‌شود. مخازن DI معمولاً از فایبرگلاس ساخته می‌شوند و در اندازه های مختلف برای برای دبی تغذیه متفاوت هستند. یک سیستم دیونایزر می‌تواند به سادگی راه‌اندازی یک مخزن یا پیچیده مانند یک سیستم چند مخزن با تجهیزات پشتیبانی مانند اسمز معکوس، ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش (UV) و تجهیزات دقیق نظارت بر کیفیت آب باشد. مخازن DI حاوی رزین تبادل یونی هستند که به طور انتخابی یون ها را از آب حذف می کند. در نهایت مخازن DI باید توسط ارائه دهنده خدمات جایگزین شوند و با یک مخزن تازه جایگزین شوند. بسیاری از مشتریان به مخازن آماده به کار DI در محل نیاز دارند تا مطمئن شوند که جریان آب دیونیزه شده بدون وقفه دارند. پریود تعویض مخزن دستگاه دیونایزر به کیفیت آب ورودی و مقدار آب مصرفی بستگی دارد.

اغلب اوقات یک دستگاه دیونایزر به جای سیستم اسمز معکوس استفاده می شود. DI را می توان همراه با یک سیستم اسمز معکوس برای تولید آب دیونیزه شده قابل اعتماد با کیفیت بالا استفاده کرد. سیستم RO مقدار زیادی از جامدات محلول (90٪ تا 99٪) را قبل از ورود به مخزن DI حذف می کند و سپس یون های باقی مانده در آب را حذف می کند. قرار دادن RO قبل از مخازن DI به شما این امکان را می دهد که طول بیشتری از مخازن DI خود داشته باشید و هزینه را کاهش دهید. با این حال، یک سیستم RO نیاز به سرمایه گذاری اولیه بسیار بزرگتر، تعمیر و نگهداری مداوم و توانایی تخلیه ضایعات آب نمک از واحد RO دارد که باید هنگام انتخاب یک سیستم DI در نظر گرفته شود.

سال ها پیش، آب با خلوص بالا فقط در کاربردهای محدودی استفاده می شد. امروزه، تهیه دستگاه دیونایزر و آب دیونیزه (Dl ) و با خلوص بالا به یک عنصر ضروری در صدها کاربرد تبدیل شده است. فقط چند مورد شامل موارد زیر است:

• مطب های پزشکی و دندان پزشکی
• آزمایشگاه ها
• شرکتهای دارویی
• شرکت های آرایشی و بهداشتی
• آکواریوم های بزرگ، مخازن ماهی، و امکانات نگهداری از صخره ها
• کارخانه های تولید لوازم الکترونیکی
• کارخانه های فرآوری مواد غذایی
• آبکاری و آندایزینگ
• و حتی شستشوی نهایی در کارواش محلی

مکانیزم عملکرد دیونایزر

رزین های تبادل یونی برای تولید آب دیونیزه شده (آب غیر معدنی یا DI Water) در دستگاه‌های دیونایزر استفاده می شود. این رزین ها مهره های پلاستیکی کوچکی هستند که از زنجیره‌های پلیمری آلی تشکیل شده اند که دارای گروه های عاملی باردار درون مهره رزین هستند. هر گروه عاملی دارای بار مثبت یا منفی ثابت است.

رزین کاتیونی دارای یک گروه عملکردی منفی است و بنابراین یون های دارای بار مثبت را جذب می کند. دو نوع رزین کاتیونی وجود دارد، کاتیون اسید ضعیف (WAC) و کاتیون اسید قوی (SAC). رزین کاتیونی اسید ضعیف عمدتاً در دکالیزاسیون و سایر کاربردهای منحصر به فرد استفاده می شود. به همین دلیل ما بر توضیح نقش رزین های کاتیونی اسیدی قوی که برای تولید آب دیونیزه استفاده می‌شوند تمرکز خواهیم کرد.

رزین آنیون دارای یک گروه عملکردی مثبت است و بنابراین یون های دارای بار منفی را جذب می کند. دو نوع رزین آنیونی وجود دارد، آنیون پایه ضعیف (WBA) و آنیون پایه قوی (SBA). هر دو نوع رزین آنیونی برای تولید آب دیونیزه استفاده می شوند، با این حال، آنها دارای ویژگی های متفاوتی هستند که در زیر ذکر شده است:

رزین‌های آنیون پایه ضعیف WBA سیلیس، CO₂ را حذف نمی‌کنند یا توانایی خنثی‌سازی اسیدهای ضعیف را ندارند و هنگام استفاده در سیستم بستر دوگانه مجزا، pH کمتر از خنثی دارند.

رزین‌های آنیون پایه قوی SBA تمامی آنیون‌های جدول فوق از جمله CO₂ را حذف می‌کنند و به دلیل نشت سدیم هنگام استفاده در سیستم دو بستر مجزا، pH بالاتر از خنثی دارند. رزین‌های بستر مخلوط دیونایزرها، از رزین های SAC و SBA در ترکیب با هم استفاده می کنند.

به منظور تولید آب دیونیزه، رزین کاتیونی با اسید هیدروکلریک (HCl) بازسازی می شود. هیدروژن (H⁺) دارای بار مثبت است و بنابراین خود را به مهره رزین کاتیونی با بار منفی متصل می کند. رزین آنیون با هیدروکسید سدیم (NaOH) بازسازی می شود. هیدروکسیل (OH^–) بار منفی دارد و خود را به مهره رزین آنیونی با بار مثبت می‌چسبد.

یون های مختلف به یک مهره رزین با قدرت های متفاوت جذب می شوند. به عنوان مثال، کلسیم بیشتر از سدیم جذب یک دانه رزین کاتیونی می شود. هیدروژن روی مهره رزین کاتیونی و هیدروکسیل روی مهره رزین آنیونی جاذبه زیادی به مهره ندارند. این همان چیزی است که به تبادل یون اجازه می دهد. همانطور که کاتیون های دارای بار مثبت در بین دانه های رزین کاتیون جریان می یابند، کاتیون ها با هیدروژن (H⁺) مبادله می شوند. به همین ترتیب، هنگامی که آنیون‌های دارای بار منفی در میان دانه‌های رزین آنیون جریان می‌یابند، آنیون‌ها با هیدروکسیل (OH^–) مبادله می‌شوند. هنگامی که هیدروژن (H⁺) و هیدروکسیل (OH^–) را ترکیب می کنید، H₂0 خالص را تشکیل می دهید.

در نهایت تمام محل های تبادل روی دانه های رزین کاتیونی و آنیونی تمام می شود و دستگاه دیونایزر دیگر آب دیونیزه تولید نمی کند. در این مرحله، دانه‌های رزین نیاز به بازسازی دارند تا برای استفاده دوباره آماده شوند.

در نهایت تمام محل های تبادل روی دانه‌های رزین کاتیونی و آنیونی موجود در دستگاه دیونایزر تمام می شود و مخزن دیگر آب دیونیزه تولید نمی کند. در این مرحله، دانه‌های رزین نیاز به بازسازی دارند تا برای استفاده دوباره آماده شوند.

بستر رزینی جداگانه و بستر میکس بد (مختلط) در دستگاه‌های دیونایزر

دستگاهای دیونایزر نیازمند استفاده از حداقل دو نوع رزین تبادل یونی برای تولید آب دیونیزه است. یک رزین یون های دارای بار مثبت و دیگری یون های دارای بار منفی را حذف می کند.

در سیستم بستر جداگانه، رزین کاتیونی همیشه در ردیف اول قرار دارد. با ورود آب شهر به مخزن پر شده با رزین کاتیونی، تمام کاتیون‌های دارای بار مثبت به مهره رزین کاتیونی جذب شده و با هیدروژن مبادله می شوند. آنیون های دارای بار منفی به مهره رزین کاتیونی جذب نمی شوند و از آن عبور می کنند.

به عنوان مثال، کلرید کلسیم را در آب خوراک بررسی کنیم. در محلول، یون کلسیم دارای بار مثبت است و خود را به مهره کاتیونی متصل می کند و یون هیدروژن آزاد می کند. کلرید دارای بار منفی است و بنابراین خود را به مهره رزین کاتیونی نمی چسباند. هیدروژن که دارای بار مثبت است، خود را به یون کلرید متصل می کند و اسید هیدروکلریک (HCl) را تشکیل می دهد. پساب حاصل از مبدل SAC دارای pH بسیار پایین و رسانایی بسیار بالاتری نسبت به آب ورودی خواهد بود.

پساب رزین کاتیونی شامل اسیدهای قوی و ضعیف خواهد بود. سپس این آب اسیدی وارد یک مخزن پر از رزین آنیون می شود. رزین آنیون، آنیون های دارای بار منفی مانند کلرید را جذب می کند و آنها را با هیدروکسیل مبادله می کند. نتیجه هیدروژن (H+) و هیدروکسیل (OH-) است که H₂0  را تشکیل می دهد.

در واقع، یک سیستم با بستر جداگانه به دلیل “ریزش سدیم” H₂0 واقعی تولید نمی کند. اگر سدیم از مخزن تبادل کاتیونی نشت کند، با هیدروکسیل ترکیب می‌شود و هیدروکسید سدیم تشکیل می‌دهد که رسانایی بالایی دارد. نشت سدیم به این دلیل رخ می‌دهد که سدیم و هیدروژن جاذبه بسیار مشابهی با مهره رزین کاتیونی دارند و گاهی اوقات یون سدیم خود را با یون هیدروژن مبادله نمی‌کند.

در یک سیستم میکس بد، کاتیون اسید قوی و رزین آنیون باز قوی با هم مخلوط می شوند. تبادل کاتیون/آنیون بارها و بارها در بستر رزین انجام می‌شود. نشت سدیم به دلیل تعداد زیاد مبادلات مکرر کاتیون/آنیون در حال انجام است. با استفاده از بستر مخلوط می‌توانید بالاترین کیفیت دیونایزر ممکن را تولید کنید.

یون ها چگونه اندازه گیری می‌شوند؟

یون ها رسانای الکتریسیته هستند. جریان الکتریکی با استفاده از یون ها به عنوان پله از آب عبور می کند. در نتیجه، با اندازه گیری رسانایی الکتریکی آب می‌توان گفت که محتوای یونی آب چقدر است. یون‌های کمتر در آب، عبور جریان برق را دشوارتر می کند.

تفاوت بین تصفیه آب RO و دیونایزر چیست؟

پاسخ سریع این است: فیلترهای RO و DI از واکنش‌های فیزیکی متفاوتی برای تصفیه آب استفاده می‌کنند. اسمز معکوس (RO) برای تصفیه جزئی آب لوله کشی استفاده می شود تا تقریباً 90٪ تا 99٪ خالص شود. فیلترهای دستگاه دیونایزر (DI) مولکول های هیدروژن مثبت و هیدروکسیل منفی را با مولکول‌های آلاینده مثبت و منفی در آب مبادله می کنند. فیلتر DI و سایر فرآیندها گاهی اوقات به عنوان “پولیشینگ آب” نامیده می شود.

آب دیونیزه شده را از کجا تهیه کنیم؟

برای استفاده های عمده از آب دیونایزه شده در مقیاس های صنعتی میتوان از دستگاه های دیونایزر یا آب شیرین کن صنعتی استفاده کرد. گاهی برای استفاده های کم، تهیه آب دیونایزه شده به صرفه تر از خرید دستگاه دیونایزر می باشد. فروشگاه های زیادی وجود دارند که آب دیونیزه شده را برای کاربردهای مختلف می فروشند. اغلب برای پر کردن اتوهای صاف کننده استفاده می شود، زیرا حداقل پوسته پوسته شدن را به جا می گذارد و برای کاربردهای مختلف خودرو محبوب است. بنابراین اغلب می توانید آب دیونیز شده را در قفسه های فروشگاه و فروشندگان تجهیزات خودرو پیدا کنید.