W niektórych gałęziach przemysłu niezbędna jest woda o najwyższym stopniu czystości. Sposobem na osiągnięcie takich parametrów jest proces demineralizacji wody. W jakich branżach niezbędna jest demineralizacja wody? Jakie przemysłowe stacje uzdatniania wody powinny zostać zastosowane w celu osiągnięcia takich efektów uzdatniania wody?
Woda jest niezbędna w sektorze przemysłowym. Spełnia w nim wiele funkcji, w tym rolę wody pitnej, kotłowej, do nawilżania, chłodzącej. Nie tylko stanowi część produktów końcowych, ale też służy zasilaniu maszyn przemysłowych oraz całych instalacji. Przy większości zastosowań niebagatelne znaczenie ma nie tylko sama obecność wody, ale przede wszystkim jej jakość. Parametry muszą w pełni odpowiadać wymaganym do danych zastosowań.
W celu osiągnięcia wymaganych właściwości często niezbędne okazuje się zastosowanie jednej bądź kilku metod uzdatniania wody. O tym, co dokładnie jest do wyboru można przeczytać w artykule: Przegląd technologii uzdatniania wody do przemysłu
Jednym z proponowanych procesów uzdatniania wody jest demineralizacja.
Czym jest demineralizacja wody?
Demineralizacja jest procesem, w którym dochodzi do usunięcia z wody soli mineralnych (rozpuszczonych w roztworze anionów i kationów). W jej wyniku powstaje woda o wysokim stopniu czystości.
Woda demineralizowana charakteryzuje się stosunkowo niską przewodnością elektryczną, dzięki czemu jest idealna do wykorzystania w wielu sektorach przemysłu. Poziom demineralizacji mierzony jest za pomocą przewodności elektrolitycznej wody wyrażanej w mikrosimensach [µS/cm].
W tym procesie dąży się do uzyskania czystej chemicznie wody. W prawidłowo przeprowadzonej demineralizacji zostają usunięte wszelkie rozpuszczone związki soli, natomiast cząsteczkami składowymi pozostają jedynie jony wodorotlenowe oraz wodorowe.
Demineralizacja wody w przemyśle – gdzie jest potrzebna?
Głównym celem demineralizacji wody do zastosowań przemysłowych jest zapobieganie powstawaniu osadu, który podczas przepływu wody pozostaje w instalacjach, na urządzeniach produkcyjnych. Ponadto związki soli mineralnych obecne w wodzie mają wpływ na przyspieszenie korozji. Idealnie oczyszczona woda stanowi podstawę wielu produktów w branży kosmetycznej i spożywczej.
W przemyśle motoryzacyjnym woda demineralizowana jest stosowana w akumulatorach lub płynach do spryskiwaczy. W przemyśle farmaceutycznym wykorzystuje się ją między innymi do przepłukiwania naczyń służących rozcieńczaniu substancji chemicznych. Z kolei w branży kosmetycznej jest bazą wielu wyrobów o konsystencji żelu bądź kremu. Pralnie korzystają z wody demineralizowanej do ochrony elementów urządzeń piorących.
Oprócz tego woda demineralizowana jest potrzebna w: systemach chłodzenia do ochrony przed osadem i korozją, do produkcji emulsji chłodzących przy maszynach typu CNC, do chłodzenia dysz wtryskowych wykorzystywanych na przykład przy produkcji elementów plastikowych, do prawidłowego działania wytwornic pary.
Metody demineralizacji wody w przemyśle
W przemysłowych stacjach uzdatniania wody demineralizacja stanowi zazwyczaj ostatni etap. W przypadku uzdatniania wody w przedsiębiorstwach należy wymienić kilka metod, z pomocą których możliwe jest uzyskanie pożądanych efektów oczyszczania wody. Wśród dostępnych sposobów są: filtracja metodą odwróconej osmozy, destylacja, elektrodejonizacja oraz wymiana jonowa.
Odpowiednią metodę uzdatniania wody dobiera się na podstawie wyników fizykochemicznej analizy wody. Tylko dzięki dokładnemu wykazowi parametrów, a przede wszystkim danych związanych z zawartością soli można dokładnie określić, który z proponowanych sposobów uzdatniania optymalnie sprawdzi się w danym zakładzie. Przy doborze technologii istotną informacją jest też zapotrzebowanie na wodę w przedsiębiorstwie.
W znaczącej większości przypadków proponowane są trzy metody: odwrócona osmoza, elektrodejonizacja oraz wymiana jonowa.
Odwrócona osmoza
W procesie demineralizacji dość często wykorzystywane są przemysłowe systemy odwróconej osmozy. Do zalet przemawiających za ich zastosowaniem można zaliczyć brak konieczności stosowania preparatów chemicznych i neutralizacji ścieków.
W dodatku sama obsługa systemu nie powinna spowodować większych kłopotów. Ponadto przemysłową odwróconą osmozę i jej poszczególne komponenty można w pełni dopasować do indywidualnych potrzeb przedsiębiorstwa.
Wydajność działania przemysłowej odwróconej osmozy będzie uzależniona od ciśnienia pracy, a także temperatury wody. Jej wydajna praca będzie możliwa, tylko jeśli woda zasilająca zostanie wcześniej odpowiednio przygotowana. W tym celu w przemysłowych stacjach uzdatniania wody stosuje się dodatkowo filtry sedymentacyjne, zmiękczacze wody, odżelaziacze wody.
W procesie odwróconej osmozy oprócz rozpuszczonych soli usuwane są także: zanieczyszczenia organiczne, wirusy oraz bakterie.
W trakcie uzdatniania za pomocą tej metody woda pod ciśnieniem przepływa przez membranę osmotyczną na drugą stronę, a rozpuszczone w niej substancje pozostają w formie skoncentrowanej i z reguły są kierowane do kanalizacji bądź ponownie wykorzystywane.
O działaniu przemysłowej odwróconej osmozy można przeczytać więcej w artykule: Przemysłowa odwrócona osmoza o dużych wydajnościach
Elektrodejonizacja
Elektrodejonizację uważa się za najbardziej zaawansowaną metodę demineralizacji. W skrócie określana jest także jako EDI. Elektrodejonizacja wody stanowi połączenie elektrolizy oraz demineralizacji na złożach jonitowych.
Systemy tego typu uznawane są za bardzo wydajne, a w dodatku o małej szkodliwości dla środowiska naturalnego. Technologia elektrodejonizacji opiera swoje działanie na ciągłym procesie demineralizacji z zastosowaniem membran jonoprzepuszczalnych, żywicy jonowymiennej oraz pola elektrycznego.
Poddawana procesowi woda przepływa przez jedną bądź kilka komór wypełnionych żywicami jonowymiennymi. Te są umieszczone pomiędzy membranami kationowoselektywnymi oraz anionowoselektywnymi.
Jony zostają związane na żywicach jonowymiennych i migrują do oddzielnych komór pod wpływem pola elektrycznego. Pole elektryczne także wytwarza jony H+ i OH-, dzięki czemu żywice są stale utrzymywane w stanie zregenerowanym. Jony z oddzielnych komór są wypłukiwane do ścieków.
Proces elektrodejonizacji stosuje się zazwyczaj za systemem odwróconej osmozy. Woda produkowana przez systemy elektrodejonizacji ma zazwyczaj przewodnictwo właściwe wynoszące około 1 μS/cm. Jeśli potrzebna jest woda jeszcze wyższej jakości, dodatkowo proponowane jest uzdatnianie na urządzeniach wykorzystujących wymianę jonową.
Wymiana jonowa
W wodzie cząsteczki związków chemicznych, takich jak kwasy, sole i zasady występują pod postacią zdysocjowaną, czyli jako kationy lub aniony. Do ich usuwania stosuje się specjalne kolumny wypełnione odpowiednim złożem.
W zależności od potrzeb przedsiębiorstwa wykorzystywane są dwa rodzaje stacji demineralizacji wody działających na zasadzie wymiany jonowej. Mogą to być pojedyncze urządzenia wypełnione złożem mieszanym lub urządzenia składające się z dwóch kolumn. Wtedy jedna z nich wypełniona jest kationitem o odczynie silnie kwasowym, natomiast druga zawiera zasadowy anionit.
Silnie kwaśny kationit pracuje w cyklu wodorowym, natomiast zasadowy anionit w cyklu wodorotlenowym. Podczas procesu wymiany jonowej dochodzi do zamiany kationów na wodór i anionów na grupę wodorotlenową. Wymiana zachodzi w równoważnych ilościach i jest procesem odwracalnym.
Aby lepiej zobrazować zachodzące reakcje, można posłużyć się schematem:
- Wymiana jonowa na kationicie wygląda następująco: Kt H + K+ = Kt K + H+
- Wymiana jonowa na anionicie przebiega w taki sposób: An OH + A– = An A + OH–
Należy wziąć pod uwagę, że zdolność jonitów do wymiany jest ograniczona. Proces wymiany jonów między roztworem wodnym, a jonitem zachodzi do momentu wysycenia wszystkich grup funkcyjnych jonitu. W celu przywrócenia zdolności niezbędne jest przeprowadzenie procesu regeneracji.
Kationit jest regenerowany za pomocą rozcieńczonego kwasu solnego, natomiast do regeneracji anionitu stosuje się rozcieńczony ług sodowy bądź węglan sodu.
Demineralizacja wody w przemyśle to często konieczność
Demineralizacja wody do zastosowań przemysłowych to często konieczność i wiele gałęzi po prostu nie mogłoby się bez niej obyć. Opisane metody uzdatniania są różne nie tylko pod względem działania i efektów oczyszczania, ale i kosztów eksploatacyjnych oraz sposobu obsługi, serwisowania.
W celu doboru przemysłowej stacji demineralizacji wody najlepiej zwrócić się z wynikami analizy wody do specjalisty. W razie dodatkowych pytań zapraszam do kontaktu.
