برای آشنایی با دستگاه دیونایزر ابتدا باید با مفهوم آب دیونیزه شده آشنا شویم. آب دیونیزه یا آب خالص به آبی گفته می شود که تمام ناخالصی ها و مواد معدنی موجود در آن حذف شده باشد. برای تولید آب خالص از دستگاه دیونایزر استفاده می شود تا تمام یون های موجود در آب که شامل یون های کاتیونی (مثبت) و یون های آنیونی (منفی) می باشد را حذف نماید. اکثر ناخالصی های غیر مولد آب شامل نمک های محلول می شود که با انجام فرآیند دیونیزاسیون آب خالص حاصل می شود.
دیونایزر چیست؟
دیونایزر یا دستگاه یون‌زدای آب سیستمی است که با استفاده از رزین‌های تبادل یونی، تمامی یون‌های محلول موجود در آب (کاتیون‌ها و آنیون‌ها) را حذف کرده و آب خالص با هدایت الکتریکی بسیار پایین تولید می‌کند.
در این فرآیند، رزین‌های کاتیونی یون‌های مثبت مانند کلسیم (Ca²⁺)، منیزیم (Mg²⁺)، سدیم (Na⁺) و آهن (Fe²⁺) را با یون هیدروژن (H⁺) جایگزین می‌کنند و رزین‌های آنیونی یون‌های منفی مانند کلرید (Cl⁻)، سولفات (SO₄²⁻)، نیترات (NO₃⁻) و بی‌کربنات (HCO₃⁻) را با یون هیدروکسید (OH⁻) تعویض می‌کنند. یون‌های H⁺ و OH⁻ در نهایت با هم ترکیب شده و مولکول آب (H₂O) تشکیل می‌دهند.
به این ترتیب، دیونایزر قادر است آبی با خلوص بسیار بالا (در حد آب دمینرال یا آب مقطر) تولید کند که فاقد هرگونه یون محلول است. این نوع آب برای کاربردهای حساس مانند صنایع دارویی، آزمایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی، تولید قطعات الکترونیک و سیستم‌های خنک‌کننده بسیار ضروری است.
کاربردهای دستگاه دیونایزر و آب دیونیزه
دستگاه دیونایزر یکی از مهم‌ترین تجهیزات در حوزه تصفیه آب است که برای تولید آب دیونیزه یا آب خالص مورد استفاده قرار می‌گیرد. این دستگاه با نام‌های دیگری مانند آب دیونیزه‌ساز، دستگاه تولید آب دمینرال و دستگاه تصفیه آب دیونیزه نیز شناخته می‌شود.
مبنای کار دیونایزر استفاده از رزین‌های تبادل یونی است. در این فرآیند، تمام یون‌های مثبت (کاتیون‌ها) و یون‌های منفی (آنیون‌ها) از آب حذف شده و در نهایت آبی بدون املاح و یون‌های محلول تولید می‌شود که دارای هدایت الکتریکی بسیار پایین و خلوص بسیار بالا است.
- کاربردهای دارویی و آزمایشگاهی دیونایزر
- تولید آب خالص مورد نیاز در شرکت‌های داروسازی برای ساخت انواع دارو.
- تهیه آب مورد نیاز برای آزمایش‌های بیولوژیکی، شیمیایی و میکروبیولوژی.
- استفاده در دستگاه‌های اتوکلاو جهت استریل کردن تجهیزات پزشکی.
- تولید آب استاندارد برای آزمایشگاه‌های کنترل کیفیت.
- کاربردهای الکترونیکی و نیمه هادی دستگاه دیونایزر
- شست‌وشوی مدارها، چیپ‌ها و قطعات حساس الکترونیکی.
- استفاده در تولید نیمه هادی‌ها و قطعات میکروالکترونیکی که نیازمند آب بدون املاح هستند.
- حذف کامل یون‌ها برای جلوگیری از رسوب یا خوردگی روی بردها و تجهیزات.
- کاربردهای صنعتی دیونایزر
- استفاده در صنایع غذایی و نوشیدنی برای تهیه محصولات با استانداردهای بهداشتی بالا.
- تأمین آب خالص در صنایع شیمیایی به ویژه در تولید حلال‌ها، مواد شوینده و ترکیبات حساس.
- کاربرد در صنایع شیشه و آبکاری فلزات برای جلوگیری از ایجاد لکه و بهبود کیفیت نهایی محصول.
- استفاده در دیگ‌های بخار و بویلرها جهت جلوگیری از رسوب و افزایش طول عمر تجهیزات.
- کاربردهای عمومی و تحقیقاتی دیونایزر
- تهیه مواد ضد عفونی کننده و پاک کننده های تخصصی.
- استفاده در تحقیقات دانشگاهی و مراکز پژوهشی برای انجام آزمایش‌های دقیق.
- کاربرد در تجهیزات تصویربرداری پزشکی و سایر دستگاه‌های حساس.
ویژگی های آب خروجی دستگاه دیونایزر
- آب دیونیزه شده از لحاظ میزان اسیدی یا بازی بودن خنثی می باشد و دارای ph برابر با 7 می باشد.
- میزان هدایت الکتریکی این آب کم بوده و در حد کمتر از یک میکروزیمنس می باشد.
- دمای جوش آب خالص نسبت به آب طبیعی پایین تر است.
- آب دیونیزه شده به دلیل دارا نبودن مواد جامد محلول در آب، خاصیت خورندگی بسیار پایینی دارد.
- وجود مواد جامد محلول در آب موجب رسوب گذاری در سیستم های حرارتی مانند بویلر و منبع کویل دار می شود لذا استفاده از آب خالص در این موارد می تواند مفید باشد.
اجزای تشکیل دهنده دیونایزر
یک دیونایزر از بخش‌های مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقشی کلیدی در فرآیند تولید آب دیونیزه دارند. طراحی و کیفیت این اجزا بطور مستقیم بر کارایی، خلوص نهایی و طول عمر دستگاه اثر می‌گذارد. اجزای اصلی دیونایزر عبارتند از:
- ستون‌های رزینی (رزین تبادل یونی)؛ قلب دیونایزر ستون‌های حاوی رزین هستند. این ستون‌ها دو نوع‌اند:
- رزین کاتیونی: برای حذف یون‌های مثبت آب مانند کلسیم (Ca²⁺)، منیزیم (Mg²⁺)، سدیم (Na⁺) و آهن. این رزین‌ها یون‌های مثبت را با یون هیدروژن (H⁺) جایگزین می‌کنند.
- رزین آنیونی: برای حذف یون‌های منفی مانند کلراید (Cl⁻)، سولفات (SO₄²⁻)، نیترات (NO₃⁻) و بی‌کربنات (HCO₃⁻). این رزین‌ها یون‌های منفی را با یون هیدروکسید (OH⁻) جایگزین می‌کنند. ترکیب H⁺ و OH⁻ در نهایت مولکول آب خالص (H₂O) را تشکیل می‌دهد.
- مخزن یا محفظه تحت فشار
رزین‌ها درون محفظه‌های تحت فشار قرار می‌گیرند. این محفظه‌ها معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ یا فایبرگلاس مقاوم در برابر خوردگی ساخته می‌شوند تا تحمل فشار کاری بالا و تماس مداوم با آب را داشته باشند. - سیستم توزیع و جمع‌آوری آب
در بالای ستون‌ها، آب خام بطور یکنواخت توزیع می‌شود و در پایین ستون، آب دیونیزه شده جمع‌آوری می‌گردد. طراحی یکنواخت سیستم توزیع باعث می‌شود تمام رزین‌ها بطور یکسان درگیر فرآیند تبادل یونی شوند. - لوله‌کشی و اتصالات
لوله‌ها وظیفه انتقال آب خام به ستون‌ها و خروج آب دیونیزه را بر عهده دارند. استفاده از لوله‌های مقاوم در برابر خوردگی و مواد شیمیایی (مانند پلی اتیلن یا استیل ضد زنگ) برای افزایش طول عمر دیونایزر ضروری است. - شیرهای ورودی، خروجی و بای‌پس
شیرها کنترل‌کننده جریان آب خام، آب دیونیزه خروجی و همچنین مسیر شست‌وشو یا بای‌پس هستند. وجود این شیرها امکان تنظیم فشار، قطع و وصل جریان و کنترل فرآیند را فراهم می‌کند. - سیستم احیا
پس از اشباع شدن رزین‌ها، باید احیا شوند. برای رزین کاتیونی از محلول اسید (معمولاً اسید سولفوریک یا هیدروکلریک) و برای رزین آنیونی از محلول قلیا (معمولاً سود پرک) استفاده می‌شود. سیستم احیا شامل مخازن مواد شیمیایی، پمپ تزریق و خطوط انتقال است. - فیلترهای پیش تصفیه
برای افزایش عمر رزین‌ها و کیفیت آب دیونیزه، معمولاً قبل از ورود آب به ستون‌ها از فیلترهای شنی، کربنی و کارتریجی استفاده می‌شود تا ذرات معلق، کلر آزاد و مواد آلی حذف شوند. - ابزار دقیق و سیستم کنترلی
دیونایزرها مجهز به ابزارهای اندازه‌گیری مانند هدایت‌سنج (EC Meter)، فشارسنج و دماسنج هستند. این تجهیزات کیفیت آب خروجی را پایش کرده و زمان احیای رزین‌ها را مشخص می‌کنند. در مدل‌های پیشرفته‌تر، سیستم‌های کنترل PLC برای اتوماسیون فرآیند نیز نصب می‌شود.
مراحل تولید آب دیونیزه شده
برای تولید آب خالص لازم است تا تمامی مواد زائد، مواد آلی و یون های موجود در آب حذف گردد. فرآیند تولید آب دیونیزه توسط دستگاه دیونایزر در چند گام مهم انجام می گیرد که در ادامه توضیح می دهیم.
حذف فلزات سنگین و مواد جامد آب
در گام اول آب از میان فیلتر های رسوب گیر و فیلتر های کربن فعال عبور می کند تا فلزات سنگین، گاز های محلول در آب و ذرات جامد معلق در آب با اندازه بیش از یک میکرون حذف گردند. آب به دست آمده پس از این مرحله دارای نمک و یون می باشد که با فیلترهای کربن فعال و رسوب گیر امکان حذف ندارد. برای حذف نمک ها و یون ها آب به مرحله بعدی دستگاه هدایت می شود.
حذف نمک ها و یون ها با روش اسمز معکوس
اسمز معکوس یکی از روش های پر کاربرد در زمینه تصفیه آب می باشد که قابلیت حذف یون ها را دارا می باشد. همچنین با استفاده از روش اسمز معکوس می توان ذرات جامد ریز با اندازه کمتر از 1 میکرون را نیز حذف نمود. آب با استفاده از فشار پمپ برقی از کارتریج ها عبور داده می شود که می تواند تا 95 درصد از یون های آب را حذف نماید. برای تولید آب دیونیزه ما به نیاز به حذف تمامی یون های موجود در آب داریم به همین جهت آب به دست آمده از این مرحله از کارتریج های رزین فعال شده عبور داده می شود تا باقی مانده یون ها نیز حذف گردد.
خالص سازی نهایی آب
در این گام برای حذف ویروس ها و میکروارگانیسم های موجود در آب از اشعه ماوراء بنفش استفاده می گردد. سپس با استفاده از روش اولترافیلتراسیون و میکروفیلتراسیون، آب از هرگونه میکروب و آنزیم های باردار شده پاک سازی می شود. آب به دست آمده در نهایت به عنوان آب خالص مورد استفاده قرار گیرد که بیشتر در موارد پزشکی و آزمایشگاهی کاربرد دارد و به آب گرسنه نیز شهرت دارد.
عوامل موثر بر کیفیت آب دیونایزر
عوامل مختلفی در عملکرد رزین های دستگاه تاثیر دارند. توجه به این عوامل باعث افزایش کیفیت آب تولید شده و افزایش طول عمر دستگاه خواهد شد. این عوامل عبارتند از :
- ترتیب چیدمان ستون های دیونایزر
- ظرفیت رزین مصرفی دستگاه
- نوع رزین مصرفی
- میزان غلظت یون های موجود در آب ورودی
- میزان و نوع احیا کننده مصرفی برای رزین ها
مزایای دستگاه دیونایزر
- تولید آب با خلوص بسیار بالا
دیونایزر قادر است هدایت الکتریکی آب را به کمتر از 1 میکروزیمنس برساند و مقاومت الکتریکی آب را تا 18.2 مگااهم‌سانتی‌متر افزایش دهد. این خلوص برای صنایع حساس مانند داروسازی و نیمه‌هادی حیاتی است. - حذف کامل یون‌ها و نمک‌های محلول
برخلاف فیلترهای معمولی که فقط ذرات معلق را جدا می‌کنند، دیونایزر تمام کاتیون‌ها (کلسیم، منیزیم، سدیم، آهن) و آنیون‌ها (کلراید، سولفات، نیترات، بی‌کربنات) را حذف می‌کند و آبی بدون یون باقی می‌گذارد. - کیفیت یکنواخت و پایدار آب خروجی
حتی در شرایطی که آب خام ورودی تغییر کند، دیونایزر می‌تواند کیفیت آب خروجی را تا زمان اشباع رزین‌ها در سطح ثابت نگه دارد. - هزینه عملیاتی پایین‌تر نسبت به تقطیر
تولید آب مقطر با روش تقطیر نیازمند انرژی حرارتی بالاست، اما دیونایزر بدون نیاز به حرارت، با تبادل یونی و مصرف انرژی کمتر، آب خالص تولید می‌کند. - انعطاف‌پذیری و امکان ترکیب با فناوری‌های دیگر
دیونایزر می‌تواند به‌تنهایی یا همراه با سیستم‌هایی مانند اسمز معکوس استفاده شود. ترکیب این دو فناوری بهترین راهکار برای تولید آب فوق خالص در صنایع الکترونیک و دارویی است. - کاربرد گسترده در صنایع مختلف
از نیروگاه‌ها و صنایع تولید بخار گرفته تا آزمایشگاه‌ها، تولید دارو، نوشیدنی‌ها، مواد غذایی، صنایع شیمیایی و حتی آب‌رسانی سیستم‌های خنک‌کننده؛ دیونایزر در همه این بخش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. - جایگزین مناسب برای مواد شیمیایی ضد رسوب
چون آب خروجی فاقد یون‌های سختی‌زا است، در بویلرها و دیگ‌های بخار از تشکیل رسوب و خوردگی جلوگیری می‌شود، بنابراین نیاز به مواد شیمیایی کاهش می‌یابد. - کاهش ریسک آلودگی ثانویه
برخلاف آب مقطر تولیدشده با تقطیر که ممکن است در مراحل خنک‌سازی یا ذخیره‌سازی دوباره آلوده شود، آب دیونایزر معمولاً به‌صورت مستقیم و در نقطه مصرف استفاده می‌شود. - دوستدار محیط زیست
تولید آب خالص با دیونایزر برخلاف کلرزنی یا استفاده از مواد شیمیایی، باقی‌مانده خطرناک ایجاد نمی‌کند. تنها نیاز به احیای رزین‌ها وجود دارد که در صورت مدیریت اصولی، آلودگی زیست‌محیطی ناچیزی دارد. - طول عمر بالای تجهیزات متصل به سیستم
چون آب خروجی فاقد سختی و یون‌های خورنده است، عمر مفید تجهیزات پایین‌دستی مانند مبدل‌های حرارتی، بویلرها و خطوط لوله افزایش می‌یابد. - نصب و راه‌اندازی آسان
دیونایزرها طراحی ساده‌ای دارند و به راحتی در خطوط صنعتی نصب می‌شوند. این مزیت باعث شده استفاده از آن‌ها در پروژه‌های کوچک و بزرگ به‌صرفه باشد. - امکان تولید پیوسته آب خالص
برخلاف روش‌هایی مثل تقطیر که ظرفیت محدودی دارند، دیونایزر می‌تواند به‌طور مداوم آب خالص تولید کند، به شرطی که رزین‌ها به‌موقع احیا یا تعویض شوند.
انواع دیونایزر
دیونایزرها بر اساس ظرفیت، طراحی و سطح خلوص مورد نیاز به انواع مختلف تقسیم می‌شوند. دو نوع پرکاربرد آن شامل دیونایزر صنعتی و دیونایزر آزمایشگاهی است. دیونایزر صنعتی برای تأمین حجم بالای آب فوق خالص در مقیاس بزرگ طراحی شده، در حالی‌که دیونایزر آزمایشگاهی به‌صورت پکیج‌های کوچک و دقیق ساخته می‌شود و برای تحقیقات و مصارف علمی کاربرد دارد.
دیونایزر صنعتی
دیونایزر صنعتی دستگاهی است که برای حذف یون‌های محلول از آب در مقیاس بزرگ طراحی می‌شود و نقش اصلی آن تولید آب فوق خالص برای کاربردهای حساس صنعتی است. این سیستم‌ها به‌طور اختصاصی برای کاهش سختی و رسانایی آب ساخته می‌شوند اما توانایی حذف میکروارگانیسم‌ها، ویروس‌ها و باکتری‌ها را به‌طور کامل ندارند؛ به همین دلیل دیونایزر صنعتی نمی‌تواند جایگزین فرآیند ضدعفونی آب باشد و در بسیاری موارد همراه با سیستم‌های کلرزنی یا ازن‌زنی استفاده می‌شود.
یون‌های باقی‌مانده در آب خروجی دیونایزر صنعتی معمولاً به کمتر از 1 میلی‌گرم بر لیتر می‌رسد. طراحی این دستگاه‌ها وابسته به کیفیت آب خام ورودی و میزان خلوص مورد نیاز در خروجی است.
- در بسیاری از پروژه‌ها، دیونایزر صنعتی بصورت ترکیبی از سیستم اسمز معکوس و ستون‌های تبادل یونی ساخته می‌شود تا میزان املاح و رسانایی به حداقل برسد.
- در موارد ساده‌تر، از دو ستون رزینی (کاتیونی و آنیونی) استفاده می‌شود که با تبادل یونی قادر به تولید آب با خلوص بالا هستند.
دیونایزرهای صنعتی در صنایع دارویی، نیروگاه‌ها، تولید نیمه‌هادی، صنایع شیمیایی و غذایی کاربرد گسترده دارند و برای فرآیندهایی که کوچک‌ترین ناخالصی یونی می‌تواند مشکل ایجاد کند، ضروری هستند.
دیونایزر آزمایشگاهی
دیونایزر آزمایشگاهی در مقیاس کوچک‌تر و به صورت پکیج یکپارچه طراحی می‌شود و ترکیبی از چند فناوری تصفیه آب است. این دستگاه معمولاً شامل مراحل زیر است:
- پیش‌فیلتراسیون: آب خام ابتدا از فیلترهای اولیه شامل فیلتر پلی‌پروپیلن، کربن اکتیو، پلی‌فسفات و فیلتر شنی عبور می‌کند تا ذرات معلق، کلر آزاد و آلودگی‌های اولیه حذف شوند.
- اسمز معکوس (RO): در این مرحله بخش زیادی از یون‌ها و املاح آب توسط غشای نیمه‌تراوا حذف می‌شوند. ممبران اسمز معکوس نقش اصلی در کاهش رسانایی دارد و بار یونی آب را تا بیش از 95 درصد کاهش می‌دهد.
- تبادل یونی: در مرحله نهایی، ستون‌های رزینی کاتیونی و آنیونی باقی‌مانده یون‌ها را حذف کرده و آب با خلوص بسیار بالا تولید می‌شود.
دیونایزرهای آزمایشگاهی به دلیل طراحی جمع‌وجور و کارایی بالا، گزینه‌ای ایده‌آل برای مراکز تحقیقاتی، دانشگاه‌ها، آزمایشگاه‌های میکروبیولوژی و داروسازی هستند. این دستگاه‌ها آبی تولید می‌کنند که برای آزمایش‌های دقیق علمی، دستگاه‌های اتوکلاو، تحقیقات شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی قابل اعتماد است.
روشهای یون زدایی دیونایزر
به طور کلی دیونایزرها را می توان به سه دسته تک مرحله ای، دو مرحله ای و بستر مختلط تقسیم بندی نمود.
دیونایزر تک مرحله ای
برای کاربردهایی مانند رسوب زدایی که آب فقط حاوی کاتیون یا آنیون باشد، در این صورت آب فقط از یک ستون تبادل یونی عبور داده خواهد شد. در این دیونایزرها ستون های تبادل یونی شامل رزین های آنیونی قوی یا رزین های کاتیونی قوی می باشند. ممکن است به صورت ترکیبی از رزین کاتیونی قوی و ضعیف یا رزین آنیونی قوی و ضعیف باشد.
دیونایزر دو مرحله ای
برای کاربردهایی مانند املاح زدایی که آب دارای کاتیون و آنیون است از این دستگاه ها استفاده می شود. در این دستگاه ها آب در مرحله اول از یک ستون حاوی رزین های کاتیونی عبور می کند و سپس در مرحله دوم از ستون حاوی رزین های آنیونی عبور داده می شود. با استفاده از این روش می توان آب فوق خالص تولید نمود.
دیونایزر بستر مختلط
معمولا برای تولید آب با هدایت الکتریکی کمتر از یک دهم میکروزیمنس از دیونایزرهای بستر مختلط بهره می گیرند. ستون مورد استفاده در این دستگاه حاوی رزین کاتیونی قوی و رزین آنیونی قوی می باشد. آب املاح زدایی شده پس از ورود به بستر و عبور از میان مخلوط رزین های کاتیونی و آنیونی، تمامی یون های موجود در آن حذف شده و آبی خالص به دست می آید.
قیمت دستگاه دیونایزر
قیمت دیونایزر آزمایشگاهی معمولاً بین 20 تا 80 میلیون تومان است و برای مصارف تحقیقاتی، داروسازی و آزمایشگاهی به کار می‌رود. در مقابل، قیمت دیونایزر صنعتی بسته به ظرفیت و طراحی از حدود 150 میلیون تومان شروع می‌شود و در مدل‌های بزرگ می‌تواند به بیش از 1 میلیارد تومان هم برسد.
تفاوت قیمت‌ها ناشی از عواملی همچون ظرفیت تولید آب دیونیزه، نوع رزین‌های تبادل یونی، طراحی دستگاه (تک بستره، دوبستره، میکس‌بد یا الکترودیونایزر)، ترکیب با سیستم اسمز معکوس و تجهیزات کنترلی است. همچنین برند سازنده، جنس محفظه تحت فشار، کیفیت اتصالات و هزینه‌های دوره‌ای احیای رزین‌ها نقش مهمی در تعیین قیمت نهایی دارند.
به طور کلی دیونایزرهای آزمایشگاهی به صورت پکیج‌های کوچک و آماده نصب طراحی می‌شوند، در حالی‌که دیونایزرهای صنعتی معمولاً متناسب با کیفیت آب خام و نیاز هر پروژه ساخته می‌شوند و به همین دلیل بازه قیمتی گسترده‌تری دارند. انتخاب بهترین مدل دیونایزر نیازمند بررسی دقیق شرایط ورودی آب، میزان مصرف روزانه و سطح خلوص مورد انتظار است تا دستگاه علاوه بر تأمین آب فوق خالص، از نظر اقتصادی نیز مقرون‌به‌صرفه باشد.
محصول مرتبط: سختی گیر
نقد و بررسی‌ها
هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.