دستگاه دیونایزر (آب مقطرگیری)

آب دیونیزه چیست؟

آب دیونیزه یا Deionized water آبی است که تمام یون‌ های معدنی آن حذف شده‌ باشند. منظور از یون های معدنی کاتیون‌ هایی از قبیل سدیم، کلسیم، آهن و مس و آنیون ‌هایی مانند کلرید و سولفات است. آب دیونیزه، هدایت الکتریکی بسیار کم در حدود 0.056 میکرو زیمنس دارد. در این حالت مقاومت الکتریکی آب برابر 18MΩ است.

آب دیونیزه با آب مقطر فرق دارد. اگر چه امروزه ممکن است در بازار یا آزمایشگاه این دو از لحاظ اسمی با هم یکی باشند. آب مقطر یا آب چکیده آبی است که ناخالصی آن به شیوه تقطیر گرفته شده باشد. برای تولید آب مقطر، آب را جوشانده و بخار آب را به ظرف دیگری انتقال می‌ دهند.

منظور از دیونایز کردن چیست؟

دیونایز کردن یا یون زدایی، یک فرایند شیمیایی است که با استفاده از رزین (ستون) ‌های تبادل یونی، هیدروژن و یون ‌های هیدروکسید، با مواد معدنی آب مبادله می شوند. از آن جا که اکثر ناخالصی‌ های آب نمک های محلول هستند، یون زدایی باعث تولید آب بسیار خالص می‌ شود.

نکته قابل توجه این است که دیونایز کردن به‌ خوبی مولکول‌ های آلی بدون بار، ویروس ‌ها یا باکتری‌ ها را حذف نمی ‌کند، مگر اینکه به صورت تصادفی در ستون ها به دام بیفتند. البته رزین‌ های قوی آنیون پایه خاص این توانایی را دارند که باکتری ‌های گرم منفی را به دام بیندازند.

دستگاه دیونایزر چیست؟

دیونایزر یا Deionizer دستگاهی است که برای تولید آب فوق خالص از آن استفاده می شود. منظور از آب فوق خالص، آبی است خالص تر از آب مقطر. یعنی کاملا بدون یون و بدون مواد جامد محلول. مدل های معمولی دیونایزر، ناخالصی ها را از آب حذف می کنند ولی شدت دیونایزه نمودن آن پایین تر است.

اغلب دستگاه های آب مقطرگیری آزمایشگاهی، آبی با هدایت الکتریکی زیر 1 میکرو زیمنس تولید می کنند. برای جلوگیری از آسیب های زیست محیطی، دستگاه آب مقطرگیری یک حوضچۀ خنثی سازی دارد. این حوضچه در كنار تجهيزات يون زدايی آب نصب می شود تا پساب حاصل از احياء ستون های كاتيونی و آنيونی محيط را آلوده نكند.

روش کار دستگاه دیونایزر

اساس کار دستگاه دیونایزر فرایند «تبادل یونی» است. در این دستگاه آب حاوی یون های متفاوت اعم از کاتیونی و آنیونی، با قرارگیری در مسیر رزین‌ های آنیونی و کاتیونی یون های خود را با یون های موجود در رزین تعویض می کنند. این تعویض باعث حذف شدن یون های اضافی آب می‌ شود.

دستگاه آب مقطر گیری شامل دو مخزن متوالی است که ستون اول حاوی رزین کاتیونی و ستون دوم حاوی رزین آنیونی است. نحوه عملکرد دستگاه بدین صورت است که کلیه کاتیون ها (سدیم، کلسیم، پتاسیم و…) در ستون کاتیونی و کلیه آنیون ها (کربنات، سولفات، کلراید و…) در ستون آنیونی حذف می ‌شوند.

همان گونه که در شکل بالا ملاحظه می کنید، این دستگاه تجهیزات جانبی دیگری نیز دارد که عبارتند از:

• مخزن ذخيره
• مخازن سود و اسيد
• پمپ تزريق
• پمپ آب خام
• پمپ آب يون زدايی شده
• كنتور
• شير فشار شكن
• هدايت سنج
• pH سنج

رزین آنیونی و کاتیونی

معمولا ستون کاتیونی با محلول اسید کلریدریک (HCl) ده درصد و یا محلول اسید سولفوریک (H₂SO₄) ده درصد احیا می شود. ستون آنیونی نیز با محلول سود (NaOH) ده درصد احیا می‌ شود. عوامل زیادی بر عملکرد رزین ها موثر است که باید توسط کاربر مد نظر قرار گیرد.

عواملی مانند دمای آب، نوع رزین، غلظت آنیون ها و کاتیون ها، نحوه تماس آب و رزین، به شکل موثری بر کارکرد دستگاه تاثیر می گذارند. پس از اشباع ستون ها توسط یون های جدا شده از آب، لازم است عملیات احیا صورت گیرد.

برای احیای ستون کاتیونی از اسید (H+) و برای احیای ستون آنیونی از هیدروکسید (OH-) استفاده می شود. اگر کیفیت بسیار بالای آب مد نظر باشد، از یک ستون مخلوط از هر دو رزین به نام میکس‌بد (Mixed Bed) نیز استفاده می ‌شود.

مکانیزم خالص سازی در دیونایزر

خالص سازی آب (Deionization) در دستگاه آب مقطر گیری غالبا از یک ترتیب کلی پیروی می کند که شامل 5 مرحله زیر است:

اسمز معکوس (Reverse Osmosis)

در ابتدا آب ورودی توسط یک پمپ برقی (برای ایجاد فشار مثبت) از کارتریج RO عبور می کند. در این مرحله با مکانیسم Reverse Osmosis حدود ۹۹% ذرات ارگانیک میکروبی و ۹۵% یون ها از آب جدا می شوند.

تبادل یونی (Ion Exchange)

آب در ادامه مسیر خود وارد کارتریج با رزین کربن فعال (Activated Carbon) می شود. سپس تعویض یونی (Ion-Exchange) اتفاق می افتد تا ۵% باقیمانده یون ها (کاتیون، آنیون) آلکالوئیدها و ذرات جامد معلق در آب حذف شود.

استریلیزاسیون (Sterilization)

بعد از تبادل یونی، آب در معرض تابش مستقیم اشعه ماوراء بنفش (UV) با طول موج ۱۸۵-۲۵۴ nm قرار می گیرد. در این مرحله فرآیند اکسیداسیون نوری (Photo-Oxidation) اتفاق می افتد. این پدیده ضمن استریلیزاسیون و میکروب زدایی، شاخص TOC آب را به  ppb 5-10 می رساند.

فیلتراسیون نهایی (Filtration)

در آخرین مرحله آب در حین خروج از دستگاه دیونایزر ، از فیلتر غشایی UF که به آن End Polisher هم گفته می شود، می گذرد. این فیلتر دارای قطر منافذ 0.22 میکرومتر است. در این مرحله طی  فرآیند Ultrafiltration و Microfiltration آب عاری از هر گونه آنزیم و ذرات باردار شده و آماده مصرف نهایی می گردد.

عوامل موثر بر افزایش کیفیت آب دیونایزر

عوامل زیادی در عملکرد رزین های دستگاه آب مقطرگیری تاثیر می گذارند. توجه به صحت کارکرد و نحوه عملکرد دستگاه با توجه به عوامل زیر، اثر زیادی در طول عمر دستگاه و کیفیت آب نهایی دارد. حتما در استفاده از دستگاه دیونایزر آب مقطرگیری، پارامترهای زیر را به طور روزانه چک کنید.

• ترتیب قرارگیری و چیدمان ستون های دستگاه
• نوع رزین مصرفی (با توجه به کاربرد)
• ظرفیت رزین مصرفی
• غلظت یون های موجود در آب خام
• نوع و میزان احیاکنندۀ مصرفی در رزین ها

اشباع و احیاء رزین های دستگاه آب مقطر گیری

رزین های دستگاه دیونایزر پس از مدتی استفاده اشباع می شوند و لازم است احیا شوند. برای احیای رزین در ستون کاتیونی از اسید های پروتن (مانند اسید کلریدریک، اسید سولفوریک و …) و برای احیاء رزین در ستون آنیونی از بازها یا به عبارتی هیدروکسید (مانند سود NaOH) استفاده می شود. در سیستم هایی که تنها ستون کاتیونی در جریان است، استفاده از نمک طعام یا NaCl برای احیای رزین مرسوم است.

مراقب آب گرسنه باشید!

در برخی کاربردهای آزمایشگاهی ممکن است به آب فوق خالص برخورد کنید. این آب به علت خلوص فوق العاده بالا (بالای ۹۹%) اصطلاحاً به آب گرسنه (Hungry) معروف است. این آب اگر فورا استفاده نشود، همزمان با خروج از دستگاه دیونایزر سریعا باً CO₂ و میکروارگانیسم های موجود در هوا واکنش می دهد.

این واکنش ها ضمن تغییر پارامترهای کمی و کیفی (مقاومت الکتریکی، TOC ، بار میکروبی و …) باعث تغییر خلوص آب فوق خالص می شود. و به هیچ وجه جهت انجام آزمایش های حساس قابل استفاده نیست. بنابراین توصیه می شود که آب گرسنه را به صورت تازه (By Demand) و بلافاصله بعد از خروج از دستگاه مصرف کنید و حتی الامکان از نگهداری و ذخیره سازی آن خودداری کنید.

کاربردهای دستگاه آب مقطرگیری

امروزه آب دیونایز شده در کاربردهای متنوعی دیده می شود. کاربردهایی نظیر استفاده در خنک سازی کوره های القایی، کاربردهای شستشو و آبکاری قطعات فلزی، مصارف داروسازی، استفاده در آزمایشگاه های طبی، استفاده در بیمارستان ها، آندایزینگ آلومینیوم، استفاده در آزمایشگاه های فنی و خدماتی، کاربردهای حساس نظامی–صنعتی از قبیل انرژی اتمی و…

مزایای دستگاه دیونایزر

• تولید آب بدون یون با درجۀ خلوص بالا (بیش از 99 درصد)
• طول عمر بالای فیلترها
• قیمت ارزان
• عدم تولید پساب
• مصرف برق نسبتا پایین

راهنمای خرید دستگاه آب مقطر گیری

برای خرید دستگاه دیونایزر حتما باید کاربرد مورد نظر خود را با تمام زوایا بشناسید. چرا که اکثر اجزای دستگاه با توجه به سفارش مشتری و طراحی مورد نظر او ساخته شده و به فروش می رسند.

برای مثال بدنۀ دیونایزرها و كليۀ شيرها، لوله ها، و اتصالات آن، از متریال هایی مانند فولاد ضد زنگ، یا آهن پوشش داده شده با پی.وی.سی و یا لاستیک ساخته می شوند. همۀ این متریال ها بسته به طراحی انجام گرفته، با سفارش خریدار انتخاب می شوند.

علاوه بر متریال دستگاه، ستون های کاتیونی و آنیونی دستگاه به صورت تک لایه، دو لایه یا چند لایه بسته به شرایط شیمیایی آب درخواستی ساخته می شود.

بنابراین ابتدا نسبت به نوع آب درخواستی و شرایط آن به شکل دقیق اطلاع حاصل کنید. علاوه بر دو عامل ذکر شده در بالا، سختی آب ورودی منطقه، ساعت کاری دستگاه، دبی و ظرفیت آب مورد نیاز نیز اهمیت شایانی در انتخاب نوع دستگاه دارند.

نکتۀ مهم دیگر در انتخاب آب مقطرگیری ، گارانتی و خدمات پس از فروش ارائه شده توسط شرکت است که اهمیت بالایی دارد. فراموش نکنید شرکت هایی که تعمیر و سرویس دستگاه‌ های آب مقطر گیری مختلف را توسط کارشناسان مجرب انجام دهند، به شرکت های دیگر ارجحیت دارند. مطرح ترین برندهای دیونایزر حاضر در ایران GFL آلمان، Hamilton، Fistreem و BIBBY انگلیس هستند.

در ادامه مهم ترین خصوصیات مورد انتظار از دستگاه آب مقطرگیری را لیست کرده ایم.

• برای سکوهای آزمایشگاهی با کاربری آسان طراحی شده باشد.
• از با کیفیت ترین فیلترهای موجود و معتبرین ترین برندهای جهانی در آن استفاده شده باشد.
• هزینه نگهداری آن پایین باشد.
• حداکثر میزان جلوگیری از هدر رفت آب را داشته باشد.
• حداکثر هوشمندی بدون نیاز به پایش را داشته باشد.
• قابلیت نصب لامپ UV و مخزن خارجی را داشته باشد.
• مصرف برق آن پایین باشد.
• دارای نمایشگر عملکرد دستگاه باشد.
• مجهز به سیستم شستشوی اتوماتیک فیلترها باشد.
• ترجیحا دارای منبع ذخیره خارجی و کنترل سطح اتوماتیک مخزن باشد.
• قابلیت کارکرد سیستم به صورت مدام و پیوسته در آن وجود داشته باشد.
• سیستم حفاظتی در مقابل قطع آب و برق در آن تعبیه شده باشد.