Вимірювання дистильованої, деіонізованої та демінералізованої води та вимірювання чистоти


Досить складно знайти чіткі визначення стандартів дистильованої, демінералізованої та деіонізованої води. Мабуть, найпростіший спосіб ознайомитись з темою виробництва (ультра) чистої води - це почати з найдавнішого і найвідомішого методу - дистиляції.

Дистильована вода - це вода, яку кип'ятять у пристрої під назвою "алембік", а потім конденсують у холодильній установці ("конденсаторі") для повернення води у рідкий стан. Дистиляція використовується для очищення води. Розчинені забруднювачі, такі як солі, залишаються в резервуарі там, де вода кипить, поки водяна пара піднімається. Це може не спрацювати, якщо забруднювачі летючі таким чином, що вони також закипають і реконденсуються, ніби у вас є трохи розчиненого алкоголю.

Деякі камери можуть вибірково конденсувати (шляхом зрідження) воду, а не інші леткі речовини, але більшість процесів дистиляції дозволяють переносити принаймні деякі леткі речовини, дуже невелику частину нелеткого матеріалу, який потрапив у потік водяної пари при розриві бульбашок на поверхні окропу. Найвища чистота, досягнута за допомогою цих камер, зазвичай становить 1,0 МОм.см; а оскільки нічого не заважає діоксиду вуглецю (CO2) розчинятися в дистиляті, рН зазвичай становить 4,5-5,0. Крім того, слід подбати про те, щоб не забруднити воду після її перегонки.

Деіонізація: Процес, який використовує спеціально виготовлені іонообмінні смоли, які видаляють іонізовані солі з води. Теоретично він може видалити 100% солей. Як правило, деіонізація не видаляє органічні сполуки, віруси чи бактерії, за винятком випадкового забивання в смолі та спеціально виготовлених міцних аніонних смолах, які вбивають грамнегативні бактерії. [4] Іншим методом, що застосовується для видалення іонів з води, є електродеіонізація.

Демінералізація: Будь-який процес, що використовується для видалення мінеральних речовин з води, однак цей термін, як правило, обмежений процесами іонообміну. [1]

Деіонізація передбачає видалення розчинених електрично заряджених (іонізованих) речовин шляхом приєднання їх до позитивно або негативно заряджених місць у смолі, коли вода проходить через колонку, заповнену цією смолою. Цей процес називається іонообміном і може використовуватися по-різному для отримання деіонізованої води різної якості.

    Сильна кислота + сильні основні аніонні катіонні смоляні системи

Ці системи складаються з двох посудин - одна містить катіонообмінну смолу у формі протонів (Н +), а інша містить аніонну смолу у гідроксильній формі (ОН -) (див. Малюнок нижче). Вода тече через катіонну колону, після чого всі катіони замінюються протонами. Потім вода, що розпалася, тече через колонку аніонів. Цього разу всі негативно заряджені катіони обмінюються на гідроксильні іони, які поєднуються з протонами, утворюючи воду (H2O). [два]

Ці системи видаляють всі іони, включаючи діоксид кремнію. У більшості випадків доцільно зменшити потік іонів, що проходять через іонообмінник, встановивши блок елімінатора СО2 між іонообмінними посудинами. Це зменшує вміст СО2 до декількох мг/л і спричиняє подальше зменшення обсягу сильнодіючої аніонної смоли та вимог до регенерації реагентів.

деіонізована

Змішана деіонізація шару

У деіонізаторах зі змішаним шаром катіонообмінні та аніонообмінні смоли тісно змішуються і містяться в одній посудині під тиском. Дві смоли змішують шляхом перемішування зі стисненим повітрям, так що весь шар можна розглядати як нескінченну кількість послідовників аніонів і катіонів. [2,3]

Для регенерації дві смоли гідравлічно розділяють під час фази стійла. Оскільки аніонна смола легша за катіонну, вона піднімається аж до верху, тоді як катіонна смола опускається донизу. Після процесу розділення проводиться регенерація їдкою содою та сильною кислотою. Будь-який надлишок регенератора видаляється миттям кожного ліжка окремо.

Переваги змішаних ліжок такі:

- отримана вода має дуже високу чистоту, і її якість залишається незмінною протягом усього циклу,
- рН майже нейтральний,
- вимоги до промивання водою дуже низькі.

Недоліками систем із змішаним шаром є менша пропускна здатність та більш складна робоча процедура через етапи поділу та змішування, які необхідно виконати. [3]

На додаток до іонообмінних систем, деіонізована вода може вироблятися в установках зворотного осмосу. Зворотний осмос є найбільш досконалою відомою фільтрацією. Цей процес дозволить видалити з розчину частинки, невеликі як іони. Зворотний осмос використовується для очищення води та видалення солей та інших домішок для поліпшення кольору, смаку або інших властивостей рідини. Зворотний осмос здатний відкидати бактерії, солі, цукри, білки, частинки, барвники та інші складові, що мають молекулярну масу понад 150-250 Дальтон.

Зворотний осмос відповідає більшості стандартів води з однопрохідною системою та найвищими стандартами із системою подвійного проходу. Цей процес забезпечує відторгнення понад 99,9% вірусів, бактерій та пірогенів. Рушійною силою процесу очищення зворотного осмосу є тиск в діапазоні від 3,4 до 69 бар. Це набагато енергоефективніше, ніж процеси зміни фаз (дистиляція), і ефективніше, ніж агресивні хімікати, необхідні для регенерації з процесів іонообміну. Поділу іонів зворотного осмосу сприяють заряджені частинки. Це означає, що розчинені іони, що несуть заряд, такі як солі, частіше відхиляються мембраною, ніж ті, які не заряджаються, наприклад, органічні сполуки. Чим більше заряд і частинка, тим більша ймовірність їх відхилення. [4]

Вимірювання чистоти

Чистоту води можна виміряти різними способами. Можна спробувати визначити вагу всього розчиненого матеріалу («розчиненої речовини»); це найлегше зробити з розчиненими твердими речовинами, а не як з розчиненими рідинами чи газами. На додаток до зважування домішок, його рівень можна також оцінити, враховуючи ступінь, до якої вони збільшують температуру кипіння води або знижують температуру замерзання. На показник заломлення (показник того, як прозорі матеріали відхиляють хвилі світла) також впливають розчинені речовини у воді. Як варіант, чистоту води можна швидко оцінити, виходячи з електропровідності або опору - дуже чиста вода є дуже поганим провідником електрики, тому її опір високий.

[два]


Значення PH

Чиста вода за визначенням слабокисла, а дистильована - близько рН з 5.8. Причина в тому, що дистильована вода розчиняє вуглекислий газ у повітрі. Він розчиняє вуглекислий газ, поки не перебуває в динамічній рівновазі з атмосферою. Це означає, що кількість, яка розчиняється, врівноважує кількість, яка виходить з розчину. Загальна кількість у воді визначається концентрацією в атмосфері. Розчинений вуглекислий газ реагує з водою і з часом утворює вугільну кислоту.

2 H2O + CO2 -> H2O + H2CO3 (вугільна кислота) -> (H30 +) (підкислена заряджена вода) + (HCO3 -) (заряджений бікарбонат-іон)

Лише нещодавно вдалося отримати дистильовану воду зі значенням рН близько 7, але завдяки наявності вуглекислого газу вона за пару годин досягне слабокислого значення рН.

Також важливо зазначити, що рН надчистої води важко виміряти. Ультрачиста вода не тільки швидко збирає забруднення - наприклад, вуглекислий газ (CO2) -, що впливає на її рН, але також має низьку провідність, що може вплинути на точність pH-метрів. Наприклад, поглинання декількох частин на мільйон СО2 може призвести до зниження рН ультрачистої води до 4,5, хоча вода все ще є по суті високоякісною.

Найточніша оцінка рН надчистої води отримується шляхом вимірювання її опору; для даного опору рН повинен бути в певних межах. Наприклад, якщо опір становить 10,0 МОм/см, рН повинен бути від 6,6 до 7,6. Зв'язок між стійкістю та рН надчистої води показано на малюнку збоку. [два]

Електричний опір проти рН деіонізованої води [2]

Порівняно з іншими напоями, деіонізована вода має дещо більш кисле значення рН.