Дестилирана, дейонизирана и деминерализирана вода и измерване на чистотата


Доста е трудно да се намерят ясни дефиниции на стандарти за дестилирана, деминерализирана и дейонизирана вода. Вероятно най-лесният начин да се запознаете с темата за производството на (ултра) чиста вода е да започнете с най-стария и най-известен метод: дестилация.

Дестилираната вода е вода, която е преварена в устройство, наречено "аламбик", и след това е кондензирана в охладител ("кондензатор"), за да върне водата в течно състояние. Дестилацията се използва за пречистване на водата. Разтворените замърсители като соли остават в резервоара, където водата кипи, докато водните пари се издигат. Може да не работи, ако замърсителите са летливи, така че те също кипят и се рекондензират, сякаш имате разтворен алкохол.

Някои неподвижни камери могат селективно да кондензират (чрез втечняване) вода, а не други летливи вещества, но повечето дестилационни процеси позволяват пренасянето на поне някои от летливите вещества, много малка част от нелетливия материал, който е бил увлечен в поток на водна пара, когато мехурчета се пръснат на повърхността на вряща вода. Най-високата чистота, постигната с тези аламбици, обикновено е 1,0 MΩ.cm; и тъй като няма нищо, което да предотврати разтварянето на въглеродния диоксид (CO2) в дестилата, рН обикновено е 4,5-5,0. Освен това трябва да се внимава водата да не се замърси повторно, след като е била дестилирана.

Дейонизация: Процес, който използва специално произведени йонообменни смоли, които премахват йонизираните соли от водата. Теоретично той може да отстрани 100% от солите. Дейонизацията обикновено не отстранява органични съединения, вируси или бактерии, освен чрез „случайно“ задържане в смола и специално произведени силно базирани анионни смоли, които убиват грам отрицателни бактерии. [4] Друг метод, използван за отстраняване на йони от водата, е електродейонизацията.

Деминерализация: Всеки процес, използван за отстраняване на минерали от водата, обаче, терминът обикновено е ограничен до процеси на йонообмен. [1]

Дейонизацията включва отстраняване на разтворени електрически заредени (йонизирани) вещества чрез прикрепването им към положително или отрицателно заредени места в смолата, докато водата преминава през колона, пълна с тази смола. Този процес се нарича йонообмен и може да се използва по различни начини за получаване на дейонизирана вода с различни качества.

    Силна киселина + силни основни анионни катионни смолни системи

Тези системи се състоят от два съда - единият съдържа катионообменна смола под формата на протони (H +), а другият съдържа анионна смола в хидроксилна форма (OH -) (виж чертежа по-долу). Водата тече през катионната колона, след което всички катиони се заменят с протони. След това декатионизираната вода тече през анионната колона. Този път всички отрицателно заредени катиони се заменят за хидроксилни йони, които се комбинират с протоните, за да образуват вода (H2O). [две]

Тези системи премахват всички йони, включително силициев диоксид. В повечето случаи е препоръчително да се намали потокът от йони, които преминават през йонообменника, като се инсталира модул за елиминиране на CO2 между йонообменните съдове. Това намалява съдържанието на CO2 до няколко mg/l и води до последващо намаляване на обема на силната анионна смола и изискванията за регенерация на реагентите.

минерализирана

Дейонизация в смесено легло

В дейонизаторите със смесени слоеве катионообменните и анионообменните смоли са тясно смесени и се съдържат в един съд под налягане. Двете смоли се смесват чрез разбъркване със сгъстен въздух, така че цялото легло може да се разглежда като безкраен брой последователно обменници на аниони и катиони. [2,3]

За да се извърши регенерация, двете смоли се разделят хидравлично по време на фазата на престоя. Тъй като анионната смола е по-лека от катионната смола, тя се издига чак до върха, докато катионната смола пада чак надолу. След процеса на разделяне се извършва регенерация със сода каустик и силна киселина. Всички излишни регенератори се отстраняват чрез измиване на всяко легло поотделно.

Предимствата на смесените системи за легло са следните:

- получената вода е с много висока чистота и нейното качество остава постоянно през целия цикъл,
- рН е почти неутрално,
- изискванията за изплакване с вода са много ниски.

Недостатъците на системите със смесено легло са по-ниската обменна способност и по-сложната оперативна процедура поради стъпките за разделяне и смесване, които трябва да бъдат извършени. [3]

В допълнение към йонообменните системи, дейонизираната вода може да се произвежда в инсталации с обратна осмоза. Обратната осмоза е най-съвършената известна филтрация. Този процес ще позволи премахването на частици, малки като йони, от разтвор. Обратната осмоза се използва за пречистване на водата и отстраняване на соли и други примеси за подобряване на цвета, вкуса или други свойства на течността. Обратната осмоза е способна да отхвърля бактерии, соли, захари, протеини, частици, оцветители и други съставки, които имат молекулно тегло над 150-250 Далтона.

Обратната осмоза отговаря на повечето водни стандарти със система за еднократно преминаване и най-високите стандарти със система за двойно преминаване. Този процес постига отхвърляне на до повече от 99,9% от вируси, бактерии и пирогени. Движещата сила на процеса на пречистване с обратна осмоза е налягане в диапазона от 3,4 до 69 бара. Той е много по-енергийно ефективен от процесите на фазова промяна (дестилация) и по-ефективен от суровите химикали, необходими за регенерация от йонообменните процеси. Разделянето на йони с обратна осмоза се подпомага от заредени частици. Това означава, че разтворените йони, които носят заряд, като соли, са по-склонни да бъдат отхвърлени от мембраната, отколкото тези, които не са заредени, като органични съединения. Колкото по-голям е зарядът и частицата, толкова по-вероятно е той да бъде отхвърлен. [4]

Измерване на чистота

Чистотата на водата може да се измери по няколко начина. Човек може да се опита да определи теглото на целия разтворен материал („разтворено вещество“); това става най-лесно с разтворени твърди вещества, а не както с разтворени течности или газове. В допълнение към претеглянето на примесите, неговото ниво може също да бъде оценено, като се има предвид степента, до която те увеличават точката на кипене на водата или понижават точката на замръзване. Индексът на пречупване (мярка за това как прозрачните материали отклоняват светлинните вълни) също се влияе от разтворените вещества във водата. Като алтернатива, чистотата на водата може бързо да бъде оценена въз основа на електрическа проводимост или съпротивление - много чистата вода е много лош проводник на електричество, така че нейното съпротивление е високо.

[две]


Стойност на PH

Чистата вода по дефиниция е слабо кисела, а дестилираната вода е около a рН от 5.8. Причината е, че дестилираната вода разтваря въглеродния диоксид във въздуха. Той разтваря въглеродния диоксид, докато не е в динамично равновесие с атмосферата. Това означава, че количеството, което се разтваря, балансира количеството, което излиза от разтвора. Общото количество във вода се определя от концентрацията в атмосферата. Разтвореният въглероден диоксид реагира с вода и в крайна сметка образува въглеродна киселина.

2 H2O + CO2 -> H2O + H2CO3 (въглеродна киселина) -> (H30 +) (подкиселена заредена вода) + (HCO3 -) (зареден бикарбонатен йон)

Едва наскоро е възможно да се получи дестилирана вода със стойност на рН около 7, но поради наличието на въглероден диоксид тя ще достигне леко кисела стойност на рН за няколко часа.

Също така е важно да се спомене, че рН на ултра чиста вода е трудно да се измери. Не само свръхчистата вода бързо улавя замърсители - като въглероден диоксид (CO2) - влияещи на нейното рН, но също така има ниска проводимост, която може да повлияе на точността на рН-метра. Например, абсорбцията на няколко ppm CO2 може да доведе до понижаване на pH на ултрачистата вода до 4,5, въпреки че водата все още е по същество с високо качество.

Най-точната оценка на pH на ултрачистата вода се получава чрез измерване на нейното съпротивление; за дадено съпротивление рН трябва да бъде в определени граници. Например, ако съпротивлението е 10,0 MΩ/cm, рН трябва да бъде между 6,6 и 7,6. Връзката между устойчивостта и pH на ултрачистата вода е показана на фигурата отстрани. [две]

Електрическо съпротивление спрямо рН на дейонизирана вода [2]

В сравнение с други напитки, дейонизираната вода изглежда има малко по-кисела стойност на pH.