دستگاه دیونایزر چیست؟
دستگاه دیونایزر دستگاهی است که برای تولید آب خالص به کار برده می‌شود. در این دستگاه از فرایند تبادل یونی برای دیونیزاسیون آب استفاده می‌شود و بدین‌ترتیب تمامی جامدات معلق (TDS) و مواد معدنی آب حذف و آب فوق خالص تولید می‌گردد. این دستگاه‌ها با عنوان تبادل کننده های یونی، دمینرالیزر و سیستم‌های DI نیز شناخته می‌شوند. تانک‌های دیونیزاسیون موجود در این دستگاه‌ها عموما از جنس فایبرگلاس یا استیل ضدزنگ هستند و در ابعاد مختلف موجود می‌باشند. دستگاه های دیونایزر عمدتا همراه با ممبران‌های اسمز معکوس به کار برده می‌شوند.
آب دیونیزه چیست؟
آب دیونیزه (Deionized Water=DI) آبی است که تقریبا تمامی یون‌های محلول و مواد معدنی آن نظیر کلسیم، منیزیم، آهن، کلراید، سولفات و ... حذف شده است. کیفیت آب دیونیزه را با مقاومت (مگا اهم یا اهم) یا رسانایی (میکروزیمنس) اندازه‌گیری می‌کنند. لازم به ذکر است که آب دیونیزه رسانایی الکتریکی خیلی کمی دارد، زیرا یون‌های موجود در آب باعث ایجاد رسانایی می‌شوند و آب دیونیزه نیز یون ندارد. در نمودار زیر میزان مقاومت و رسانایی آب‌های مختلف نمایش داده شده است. البته باید توجه داشت که آب دیونیزه با آب مقطر متفاوت است. آب دیونیزه آبی است که تمامی یون‌های آن حذف شده است اما آب مقطر آبی است که جوشانده شده و به بخار تبدیل شده و سپس تغلیظ شده، بدین ترتیب ناخالصی‌های آن از بین رفته است.
انواع دیونایزرها
به طورکلی دو نوع دیونایزر وجود دارد:
دیونایزرها با دو ستون کاتیونی و آنیونی: این نوع دیونایزرها از دو ستون مجزا تشکیل شده‌اند. یکی از این ستون‌ها دارای رزین تبادل یونی کاتیونی در فرم هیدروژن است، درحالی که ستون دیگر از رزین تبادل یونی آنیونی و در فرم هیدروکسید پر شده‌است. معمولا ستون کاتیونی جلوتر از ستون آنیونی قرار دارد و آب ابتدا به آن وارد می‌شود. هنگامی که آب از بستر رزینهای کاتیونی عبور می‌کند، تمامی کاتیون‌های موجود در آب با یون هیدروژن مبادله می‌شوند؛ این درحالی است که آنیون‌ها از رزین کاتیونی عبور می‌کنند. در مرحله‌ی بعد آب وارد ستون آنیونی می‌شود و آنیون‌های موجود در آب با هیدروکسید تعویض می‌شوند. در نتیجه در آب خروجی از این دو ستون تنها یون‌های هیدروژن (+H) و هیدروکسید (-OH) وجود دارد که H2O را تشکیل می‌دهند. البته گاهی اوقات به علت "نشت سدیم"، آب (H2O) تولید نمی‌شود؛ با توجه به این که سدیم و هیدروژن جذب مشابهی نسبت به بستر رزین کاتیونی دارند، یون‌های سدیم با یون‌های هیدروژن مبادله نمی‌شوند و در نتیجه سدیم از ستون کاتیونی عبور می‌کند و پس از ستون آنیونی با هیدروکسید ترکیب می‌شود و سدیم هیدروکسید که رسانایی بالای دارد را تشکیل می‌دهد.
دیونایزرها با ستون‌های میکس بد: در این نوع دیونایزرها، رزینهای تبادل یونی اسیدی و بازی قوی با یکدیگر مخلوط شده‌اند. با توجه به این که در این نوع سیستم‌ها، رزینهای کاتیونی و آنیونی در یک ستون کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، عمل تبادل یونی بارها و بارها در بستر رزین اتفاق می‌افتد. آبی که در دیونایزرهای میکس بد تولید می‌شود از کیفیت بسیار بالاتری برخوردار است زیرا آلاینده‌ها فرصت کمتری دارند تا مجددا به آب وارد شوند. اما این نوع سیستم‌ها نسبت به ناخالصی‌های آب ورودی حساس تر هستند و فرایند احیای پیچیده‌تری دارند.
کاربردهای دیونایزرها
در گذشته آب فوق خالص تنها در موارد محدود مورد استفاده قرار می‌گرفت، اما امروزه آب دیونیزه کاربرد بسیار زیادی دارد و نیاز ضروری بسیاری از صنایع است. از برخی از کاربردهای دیونایزرها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• کارخانه‌های داروسازی
• کارخانه‌های تولید محصولات آرایشی
• آزمایشگاه‌ها
• آکواریوم های بزرگ
• تولید انرژی هسته‌ای
• برج‌های خنک کننده
• کارخانه های تولید قطعات الکترونیکی
• صنایع شیمیایی و پتروشیمی
• نیروگاه‌ها
• کارخانه های فرآوری موادغذایی
• آبکاری و آندایزینگ
مزایای استفاده از دیونایزرها
از مزایای استفاده از دیونایزرها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• حذف بیش از 98% آلاینده‌ها
• بدون آب هدر رفته
• عدم نیاز به جریان برق
• نرخ جریان سریع
• عدم نیاز به تانک ذخیره
• هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه نسبتا کم
• قابلیت احیا
دیونایزرها و ممبران‌های اسمز معکوس
عموما پیش از دیونایزرها از ممبران‌های اسمزمعکوس برای معدنی‌زدایی اولیه استفاده می‌شود. البته در صورتی که مقدار آب دیونیزه موردنیاز در روز خیلی کم (در حدود 1 یا 2 گالن) باشد شاید از نظر اقتصادی به صرفه نباشد که از ممبران‌های RO قبل از دیونایزر استفاده شود اما در مواردی که در روز 10، 20، 50 یا حتی 100 گالن آب دیونیزه موردنیاز باشد، برای دستیابی به مقرون به صرفه ترین حالت، باید از ممبران‌های اسمزمعکوس برای معدنی زدایی ابتدایی استفاده کرد. برخی از مشتریان به اشتباه اصرار دارند که تنها به آب دیونیزه نیاز دارند و نمی‌خواهند که ممبران اسمز معکوس بخرند؛ اما باید توجه داشت که اگر برای تولید آب دیونیزه تنها از دستگاه دیونایزر استفاده شود، هزینه‌های تولید آب خالص به ازای هر گالن، 10 تا 20 برابر افزایش می‌یابد نسبت به حالتی که از ممبران اسمز معکوس و دیونایزر همزمان استفاده گردد.
بازچرخش آب دیونیزه شده در دیونایزرها
درصورتی که جریان درون دستگاه دیونایزر به طور موقت متوقف شود، یون‌های ناخالصی دوباره از رزین جدا شده و به آب دیونیزه برمی‌گردند. بدین ترتیب هنگامی که جریان مجددا از سر گرفته شود، چندین گالن اولیه آب از کیفیت مدنظر برخوردار نیستند. برای جلوگیری از این امر، می‌توان مطابق شکل زیر آب دیونیزه را به اندازه کسری از نرخ جریان آب سرویس به بخش ابتدایی دیونایزر برگرداند تا خلوص آب ورودی افزایش یابد. از این روش همچنین در مواردی که آب دیونیزه پس از دیونایزر ذخیره می‌شود، نیز می‌توان استفاده کرد. آب دیونیزه در صورتی که بلافاصله مورد استفاده قرار نگیرد، گازهایی مانند CO2 و سایر ذرات موجود در هوا را جذب می‌کند که این باعث کاهش مقاومت آب می‌شود. برای جلوگیری از کاهش کیفیت آب از مقادیر موردنظر، می‌توان آب یونیزه شده را مجددا به ابتدای دیونایزر برگرداند.
از سرویس خارج شدن دستگاه دیونایزر
هنگامی که رزینهای تبادل یونی موجود در دستگاه دیونایزر اشباع شوند، دیونایزر از سرویس خارج می‌شود و نیاز به احیا دارد. پس از گذشت مدتی استفاده از دیونایزر، تمامی یون‌های هیدروژن و هیدروکسید موجود بر دانه‌های رزین کاتیونی و آنیونی از بستر رزین خارج می‌شوند و بستر رزین با یون‌های ناخالصی اشباع می‌شود. درنتیجه دیونایزر نمی‌تواند یون‌های ناخالصی را از آب ورودی حذف کند و کیفیت آب خروجی کاهش می‌یابد. مهم‌ترین نشانه اشباع بستر رزین، افت ناگهانی و زیاد در مقاومت آب تصفیه شده است. البته نشانه های دیگری نیز وجود دارد، برای مثال هنگامی که رزین کاتیونی اشباع شود، سدیم اولین یونی است که به آب تصفیه شده نشت می‌کند و هنگامی که رزین آنیونی اشباع شود، سلیس یا کربنات اولین یون‌هایی هستند که نشت می‌کنند.
احیای رزینهای دیونایزر
پس از اشباع بستر رزین، برای استفاده مجدد رزین را باید احیا کرد. در برخی دیونایزرها زمان احیا را بر اساس مقاومت و در برخی دیگر بر اساس نشت یون تشخیص می‌دهند. برای احیای رزین کاتیونی از اسید استفاده می‌شود تا یون‌های هیدروژن مبادله شوند. مناسب ترین اسید، هیدروکلریک اسید است. درحالی که برای احیای رزین آنیونی و برگرداندن یون‌های هیدروکسید از سود استفاده می‌شود. سدیم هیدروکسید مناسب ترین سود است.
دیونایزرهایی که از دو ستون کاتیونی و آنیونی تشکیل شده‌اند را به دو صورت سری و موازی می‌توان احیا کرد. احیای سری بدین معنا است که ابتدا ستون کاتیونی و سپس ستون آنیونی احیا شود. اما در احیای موازی، ستون‌های کاتیونی و آنیونی همزمان احیا می‌شوند؛ درنتیجه زمان احیا کاهش می‌یابد و دیونایزر سریع‌تر می‌تواند به حالت سرویس‌دهی برگردد.
در دیونایزرهای با دو ستون کاتیونی و آنیونی معمولا مواد احیا کننده از بالا به پایین وارد بستر رزین می‌شوند درحالی که برای احیای دیونایزرهای میکس بد ابتدا با استفاده از بکواش بستر رزین را طبقه بندی می‌کنند، بدین صورت که رزینهای کاتیونی به علت وزن بیشتر در پایین ستون و رزینهای آنیونی روی آن‌ها قرار می‌گیرند. برای احیای رزین میکس بد، اسید از پایین و سود از بالا وارد می‌شود. مواد احیا کننده در مرز میانی دو رزین به یکدیگر میرسند و همان جا از بستر رزین خارج می‌شوند. پس از احیا نیز با استفاده از هوای فشرده دانه‌های رزین کاتیونی و آنیونی را مجددا با یکدیگر مخلوط می‌کنند.
طراحی دیونایزرها
برای طراحی دیونایزرها می‌توان از نرم افزار WAVE که ساخت کمپانی DuPont آمریکا است، استفاده کرد. کارشناسان آبکالا می‌توانند با دریافت اطلاعات تخصصی پروژه شما، دستگاه دیونایزر خاص شما را متناسب با نیازهایتان طراحی کنند.برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت راهنمایی با کارشناسان آبکالا تماس حاصل فرمایید. نمونه از طراحی دیونایزر در نرم افزار WAVEدر زیر ارائه شده است.
قیمت دیونایزرها
قیمت تمام شده دیونایزرها بسیار متنوع است و به موارد مختلفی بستگی دارد. یکی از عوامل مهم در تعیین قیمت دیونایزرها میزان آب دیونیزه تولید شده و کیفیت آن است. همچنین جنس مخازن و تجهیزات نیز بر قیمت آن‌ها اثرگذار است. کارشناسان آبکالا با درنظر گرفتن نیازهای شما، باکیفیت ترین دیونایزر را با مناسب ترین قیمت برای شما طراحی می‌کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد هزینه تمام شده دستگاه دیونایزر با مشاوران آبکالا تماس حاصل فرمایید.