دیونایزر

دیونایزر دستگاهی است بمنظور حذف یون‌های مثبت و منفی رسانای الکتریسیته آب با ستونهای رزینی کاتیونی و آنیونی از طریق فرآیند تبادل یونی و دستیابی به آب خالص که نه تنها به عنوان یک حلال اساسی در آزمایشگاه‌ها و صنایع داروسازی مورد استفاده قرار می گیرد، بلکه در تولید محصولات الکترونیکی، سیستم‌های خنک کننده و فرآیندهای صنعتی نیز نقش حیاتی ایفا می کند.

دستگاه دیونایزر، توانایی تولید آب با خلوص فوق العاده بالا را داشته و با حذف یون های معدنی و نمک های محلول، آبی عاری از ناخالصی های یونی تولید نموده که برای کاربردهای حساس و دقیق ایده‌آل است.

دستگاه دیونایزر یک سیستم تصفیه آب پیشرفته است که با بکارگیری فرآیند تبادل یونی، یون های معدنی، نمک های محلول و سایر ناخالصی های یونی را از آب حذف می کند تا آب با خلوص بسیار بالا، معروف به آب دی یونیزه، تولید شود.

خلوص آب بعد از دستگاه دیونایزر تقریباً 100% است؛ شاخص های کیفیت آب خروجی از دستگاه دیونایزر به شرح زیر هستند:

• هدایت الکتریکی کمتر از 0.055 میکروزیمنس بر سانتیمتر
• مقاومت الکتریکی تا 18.2 مگااهم – سانتیمتر
• کل جامدات محلول (TDS) نزدیک به صفر
• سختی کل (TH) معادل صفر میلی‌گرم در لیتر

البته میزان خلوص نهایی بستگی به کیفیت رزین های تبادل یونی، شرایط عملیاتی، طراحی سیستم و نگهداری مناسب دارد.

مزایای دستگاه دیونایزر

• تولید آب با خلوص بسیار بالا.
• حذف طیف وسیعی از ناخالصی ها.
• فرآیند تبادل یونی بدون نیاز به برق انجام می شود.
• هزینه های عملیاتی پایین به ویژه در مقایسه با سایر سیستم های تولید آب فوق خالص.
• ساختار ساده و نیاز به تعمیر و نگهداری کم.
• امکان استفاده از دیونایزر به عنوان مرحله نهایی پس از سیستم های پیش تصفیه مانند اسمز معکوس (RO) یا فیلتر کربن فعال.
• کاربردهای گسترده در صنایع مختلف.
• بازدهی بالا.
• قابلیت بازسازی رزین های ستون‌های دیونایزر.
• حذف ناخالصی های یونی بدون تغییر در pH آب.
• در مقایسه با برخی روش های تصفیه، دیونایزر پساب شیمیایی خطرناک تولید نمی کند.
• قابلیت طراحی در اندازه ها و ظرفیت های مختلف برای نیازهای متنوع.
• با نگهداری مناسب، رزین ها می توانند سال ها بدون کاهش کارایی استفاده شوند.
• در ترکیب با فیلترهای UV یا فیلترهای میکرونی، می تواند آب عاری از میکروارگانیسم ها تولید کند.

کاربردهای دستگاه دیونایزر

دستگاه دیونایزر به دلیل توانایی تولید آب دیونیزه با خلوص بسیار بالا، در صنایع مختلف کاربرد گسترده ای دارد. در صنعت داروسازی، این دستگاه برای تولید داروهای شیمیایی و بیولوژیکی، تهیه محلول های دارویی و تأمین آب فوق خالص برای فرآیندهای آزمایشگاهی استفاده می شود. در صنعت الکترونیک و نیمه هادی ها، آب دیونیزه برای شست وشوی قطعات حساس، تولید نیمه هادی ها و انجام آزمایش های دقیق به کار می رود.

در نیروگاه ها و صنعت برق، دستگاه دیونایزر برای تولید بخار دیونیزه، پیش تصفیه آب بویلرها و سیستم های خنک کننده استفاده شده و مانع رسوب گذاری و خوردگی تجهیزات می شود. در خودروسازی، این آب خالص برای شست وشوی قطعات و جلوگیری از آلودگی در خطوط تولید به کار می رود.

همچنین در صنایع غذایی و نوشیدنی، آب دیونیزه برای تولید نوشیدنی ها، آب میوه ها و سایر محصولات غذایی جهت حذف ناخالصی ها ضروری است. در صنایع آبکاری و شیمیایی نیز، استفاده از آب خالص در فرآیندهای آبکاری الکترولیتی و تولید مواد شیمیایی حساس از ایجاد رسوبات و آلودگی جلوگیری می کند.

در سیستم های گرمایشی، سرمایشی و کولینگ تاورها، دستگاه دیونایزر با تأمین آب عاری از یون، رسوب و خوردگی را کاهش می دهد. حتی در آکواریوم ها و مراکز پرورش ماهی، آب دیونیزه برای ایجاد شرایط زیستی مناسب به کار می رود. به طور کلی، هر صنعتی که به آب فوق خالص نیاز دارد، به نوعی وابسته به عملکرد دستگاه دیونایزر است.

مکانیزم عملکرد دیونایزر

دستگاه دیونایزر با فرآیند تبادل یونی تمام یون‌های محلول را از آب حذف کرده و آب فوق خالص تولید می‌کند. آب ابتدا وارد ستون کاتیونی می‌شود که حاوی رزین کاتیونی با گروه‌های اسیدی فعال است. این رزین یون‌های مثبت مانند کلسیم، منیزیم، سدیم و پتاسیم را جذب و به جای آن یون هیدروژن آزاد می‌کند.

سپس آب اسیدی شده وارد ستون آنیونی می‌شود. رزین آنیونی یون‌های منفی مانند کلرید، سولفات، نیترات و کربنات را جذب و یون هیدروکسید آزاد می‌کند. یون‌های هیدروژن و هیدروکسید ترکیب شده و مولکول‌های آب خالص تشکیل می‌دهند.

در برخی سیستم‌ها، برای دستیابی به بالاترین خلوص، از رزین میکس بد به عنوان مرحله نهایی استفاده می‌شود که مقاومت آب را تا 18.2 مگااهم–سانتیمتر بالا می‌برد.

برای عملکرد بهتر، پیش تصفیه با فیلتر شنی، کربنی، سختی گیر یا اسمز معکوس انجام می‌شود تا بار ورودی رزین کاهش یابد. رزین‌ها پس از اشباع با محلول اسیدی (برای کاتیونی) و محلول بازی (برای آنیونی) احیا می‌شوند. رعایت پیش تصفیه، استفاده از رزین باکیفیت و احیای منظم، طول عمر دیونایزر و کیفیت آب را تضمین می‌کند.

 

انواع دستگاه دیونایزر

دستگاه‌های دیونایزر بر اساس نحوه چیدمان رزین‌های تبادل یونی و طراحی سیستم، به چندین روش اصلی تقسیم می‌شوند:

• دیونایزر بستر دوگانه: دارای دو ستون مجزا، یکی برای رزین کاتیونی و دیگری برای رزین آنیونی بوده که در ستون اول: حذف کاتیون‌ها و جایگزینی با H⁺ انجام میگیرد در و ستون دوم حذف آنیون‌ها و جایگزینی با OH⁻ انجام گرفته و نهایتا با ترکیب H⁺ و OH⁻ منجر به تولید آب خالص می‌شود.
• دیونایزر بستر ترکیبی: یک ستون واحد که ترکیبی از رزین کاتیونی و آنیونی دارد. درون این دستگاه آب از میان رزین‌های کاتیونی و آنیونی بطور همزمان عبور کرده و تمامی یون‌ها در یک مرحله حذف می‌شوند.
• دیونایزر متوالی: چندین واحد دیونایزر به‌صورت پشت سر هم قرار می‌گیرند. مکانیزم عملکرد این دستگاه اینگونه است که هر مرحله یون‌های باقی‌مانده از مرحله قبل را حذف نموده و معمولاً شامل ترکیب دو یا چند دیونایزر دوگانه یا ترکیبی است.
• دیونایزر احیای متقاطع: جریان آب و احیاکننده‌ها در جهت مخالف هم حرکت می‌کنند و آب از بالا به پایین حرکت می‌کند، درحالی که احیاکننده‌ها از پایین به بالا وارد می‌شوند. این روش باعث افزایش یکنواختی احیا و کاهش مصرف مواد شیمیایی می‌شود.
• دیونایزر ترکیب شده با اسمز معکوس (RO + DI): یک سیستم اسمز معکوس (RO) قبل از دیونایزر قرار می‌گیرد. درون این دستگاه با سیستم اسمز معکوس (RO) حذف 95-99% یون‌ها و آلاینده‌های آب اتفاق می افتد و حذف نهایی یون‌های باقی‌مانده برای تولید آب فوق خالص توسط دیونایزر انجام خواهد گرفت.

اگر هدف شما دستیابی به بالاترین خلوص آب باشد، دیونایزر بستر ترکیبی یا ترکیب اسمز معکوس و دیونایزر (RO + DI) بهترین گزینه‌ها هستند.

دستگاه دیونایزر آزمایشگاهی برای تولید آب دیونیزه شده در مقیاس های کوچک و برای کاربردهای حساس آزمایشگاهی طراحی شده است. این دستگاه ها در مقایسه با دیونایزرهای صنعتی، معمولاً برای استفاده در آزمایشگاه ها، تحقیقات علمی و صنایع کوچک‌تر با نیاز به آب دیونیزه با کیفیت بالا تولید می شوند. دیونایزرهای آزمایشگاهی معمولاً با دقت بالاتر و برای استفاده در فرآیندهای دقیق تر طراحی می شوند.

این دستگاه ها به گونه ای طراحی می شوند که هم کاربری آسان داشته باشند و هم در فضای کاری کوچک نصب شوند. دیونایزرهای آزمایشگاهی معمولاً برای تأمین آب با دقت بالا طراحی شده و قادر به تولید آب دیونیزه شده با کیفیت بالا و بدون یون های اضافی هستند که در آزمایش های شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی بسیار مهم است.

این دستگاه ها اغلب با سیستم های مانیتورینگ پیشرفته برای کنترل کیفیت آب و بررسی میزان رسانایی، pH و غلظت یون ها همراه هستند و می توانند به طور مداوم وضعیت دستگاه و کیفیت آب را کنترل کنند.

دیونایزرهای آزمایشگاهی معمولاً برای تولید آب دیونیزه با حجم های کوچک (معمولاً چند لیتر در ساعت) طراحی می شوند. این ویژگی باعث می شود تا دستگاه ها برای استفاده در آزمایشگاه ها و فرآیندهای تحقیقاتی مناسب باشند. همچنین این مدل تجهیزات تصفیه آب طراحی شده اند تا به راحتی نصب و استفاده شوند. عملکرد این دستگاه ها معمولاً بدون نیاز به اپراتور حرفه ای و با تنظیمات ساده است.

قیمت دیونایزر

قیمت دستگاه دیونایزر به عوامل متعددی بستگی دارد و می تواند از چند صد دلار برای مدل های کوچک و آزمایشگاهی تا چند ده هزار دلار برای مدل های صنعتی و پیشرفته متغیر باشد. در زیر به عوامل مؤثر بر قیمت دستگاه دیونایزر اشاره شده است:

• دستگاه های با ظرفیت بالاتر (مثلاً برای صنایع بزرگ) قیمت بیشتری دارند.
• رزین های با کیفیت بالاتر یا رزین های مختلط (Mixed-Bed) هزینه بیشتری دارند.
• دستگاه های تمام خودکار با سیستم های کنترل پیشرفته گران تر هستند.
• استفاده از مواد مقاوم مانند فولاد ضد زنگ یا پلی اتیلن با کیفیت بالا قیمت را افزایش می دهد.
• وجود سیستم های پیش تصفیه مانند اسمز معکوس (RO) یا فیلتر کربن فعال بر قیمت تأثیر می گذارد.
• برندهای معروف و دستگاه های ساخته شده در کشورهای پیشرفته معمولاً گران تر هستند.
• دستگاه های آزمایشگاهی معمولاً ارزان تر از دستگاه های صنعتی هستند.

محدوده قیمت تقریبی دستگاه دیونایزر

• دیونایزر آزمایشگاهی: قیمت از 500 تا 5000 دلار
• دیونایزر نیمه صنعتی: قیمت از 5000 تا 20.000 دلار
• دیونایزر صنعتی: قیمت از 20.000 تا 100.000 دلار
• دیونایزر ترکیبی با سیستم های پیش تصفیه: قیمت از 10.000 تا 150.000 دلار
• دیونایزر تمام خودکار: قیمت از 30.000 تا 200.000 دلار

اجزای اصلی دستگاه دیونایزر

1. ستون تبادل یونی
   • ستون کاتیونی: مخزن تحت فشار که درون آن بستر رزین کاتیونی قرار دارد و یون های مثبت مانند کلسیم، منیزیم و سدیم را با یون هیدروژن جایگزین می کند.
   • ستون آنیونی: مخزن تحت فشار که درون آن بستر رزین آنیونی قرار دارد و یون های منفی مانند کلراید، سولفات و نیترات را با یون هیدروکسید جایگزین می کند. یون های هیدروژن و هیدروکسید در نهایت به مولکول آب تبدیل می شوند.
2. رزین های تبادل یونی: دانه های پلیمری متخلخل ساخته شده از مواد پایه ای مانند پلی استایرن و دی وینیل بنزن.
   • رزین کاتیونی دارای گروه های اسیدی (سولفونیک) برای جذب یون های مثبت.
   • رزین آنیونی دارای گروه های بازی (آمینی) برای جذب یون های منفی.
3. سیستم توزیع و جمع آوری آب
   • نازل یا آب پخش کن در بخش بالایی ستون برای توزیع یکنواخت آب روی بستر رزین.
   • شبکه یا نازل های کف برای جمع آوری آب تصفیه شده و جلوگیری از خروج ذرات رزین.
4. شیرآلات و مسیرهای جریان
   • شیرهای دستی یا خودکار برای تغییر وضعیت بین حالت بهره برداری، شستشوی معکوس و احیا.
   • در برخی مدل ها از شیر چندراهه برای ساده سازی عملیات استفاده می شود.
5. سیستم احیا
   • مخزن محلول اسید برای احیای ستون کاتیونی.
   • مخزن محلول باز قوی برای احیای ستون آنیونی.
   • پمپ یا سامانه دوزینگ برای تزریق دقیق مواد شیمیایی.
6. ابزار دقیق و سامانه پایش
   • هدایت سنج برای سنجش کیفیت آب خروجی.
   • فشارسنج برای کنترل افت فشار و شناسایی گرفتگی بستر.
   • گاهی دماسنج و دبی سنج نیز افزوده می شود.
7. سازه و پوسته دیونایزر
   • از جنس فولاد با پوشش مقاوم، استیل ضد زنگ یا فایبرگلاس، بسته به شرایط کاری و نوع مواد شیمیایی مصرفی.

تفاوت دیونایزر و آب شیرین کن صنعتی

دستگاه دیونایزر با استفاده از فرآیند تبادل یونی، یون های کاتیونی و آنیونی محلول در آب معمولی را حذف کرده و آب دیونیزه با خلوص بالا تولید می کند. این دستگاه عمدتاً در صنایع داروسازی، الکترونیک و آزمایشگاهی کاربرد دارد.

آب شیرین کن صنعتی یا سیستم اسمز معکوس با عبور آب تحت فشار از غشای نیمه تراوا، نمک ها و ذرات معلق را حذف می کند و برای شیرین سازی آب شور یا لب شور جهت مصارف شهری و صنعتی استفاده می شود.

دستگاه دیونایزر فاقد نیاز به برق برای فرآیند اصلی است، اما سیستم اسمز معکوس به انرژی برق برای ایجاد فشار بالا نیازمند است.

از نظر کیفیت آب خروجی، دیونایزر آب بسیار خالص با حذف کامل یون ها فراهم می کند، در حالی که آب شیرین کن میزان نمک ها را به حد قابل قبول کاهش می دهد ولی آب کاملاً عاری از یون تولید نمی کند.

تفاوت دیونایزر و آب مقطر گیری

هر دو دستگاه آب مقطرگیری و دیونایزر برای تولید آب خالص استفاده می شوند، اما روش ها، کاربردها و ویژگی های متفاوتی دارند. در جدول زیر به تفاوت های کلیدی این دو سیستم اشاره شده است:

ویژگی	آب مقطرگیری	دیونایزر
مکانیزم عملکرد	تبخیر و سپس تقطیر	تبادل یونی
کیفیت آب خروجی	عاری از ناخالصی های غیرفرار (نمک ها، باکتری ها، ویروس ها). ممکن است حاوی ناخالصی های فرار باشد.	عاری از یون های معدنی. ممکن است حاوی ناخالصی های غیریونی (باکتری ها، ترکیبات آلی) باشد.
کاربردها	آزمایشگاه ها، پزشکی (تزریق)، صنایع غذایی و آشامیدنی.	صنایع الکترونیک، داروسازی، سیستم های خنک کننده، آزمایشگاه ها.
انرژی و هزینه	انرژی زیاد برای تبخیر آب. هزینه های عملیاتی بالا.	انرژی کم. هزینه های عملیاتی پایین تر، اما نیاز به بازسازی دوره ای رزین ها.
سرعت تولید	سرعت تولید پایین تر (فرآیند تبخیر زمان بر است).	سرعت تولید بالاتر (فرآیند تبادل یونی سریع تر است).
نگهداری	نیاز به تمیز کردن دوره ای ظرف تبخیر برای جلوگیری از رسوب گیری.	نیاز به بازسازی دوره ای رزین ها با استفاده از اسید و باز.
محدودیت ها	نمی تواند ناخالصی های فرار (مانند برخی ترکیبات آلی) را حذف کند. مصرف انرژی بالا.	نمی تواند ناخالصی های غیریونی (مانند باکتری ها یا ویروس ها) را حذف کند (بدون فیلتر اضافی).
مزایا	حذف باکتری ها و ویروس ها. مناسب برای کاربردهای پزشکی و غذایی.	تولید آب با خلوص یونی بسیار بالا. مناسب برای صنایع حساس مانند الکترونیک و داروسازی.

نکته: آبهای مقطر، خالص ترین آبی است که می‌توانید بسازید. همان طور که آب تبخیر می‌شود و سپس دوباره به شکل مایع متراکم می‌شود، هر گونه آلاینده ای از آن حذف می‌گردد.

نحوه ذخیره و نگهداری آب دیونیزه شده

برای نگهداری صحیح آب دیونایزه باید به نکات زیر توجه کرد:

1. مخازن مناسب: آب دیونایزه باید در مخازن غیرآلاینده و مقاوم به آلودگی نگهداری شود.
2. دور از نور مستقیم: باید در مکان های تاریک و خنک نگهداری شود تا از رشد میکروارگانیسم ها جلوگیری شود.
3. بسته بندی مناسب: استفاده از ظروف مقاوم برای انتقال و ذخیره سازی، مانند پلاستیک با کیفیت یا استیل ضد زنگ.
4. نظارت بر کیفیت: بررسی منظم pH و کیفیت آب برای جلوگیری از آلودگی.
5. پیشگیری از تماس با آلاینده ها: جلوگیری از تماس آب با مواد شیمیایی و گرد و غبار.
6. دمای مناسب: نگهداری در دمای بین 5 تا 25 درجه سانتیگراد برای حفظ کیفیت.
7. تهویه مناسب: محیط ذخیره سازی باید دارای تهویه کافی باشد تا از تجمع رطوبت و رشد باکتری ها جلوگیری شود.

رعایت این نکات کمک می کند تا کیفیت آب دیونایزه حفظ شود و برای کاربردهای مختلف مناسب باقی بماند.

راهنمای خرید دستگاه دیونایزر

برای انتخاب و خرید بهترین دستگاه دیونایزر، ابتدا باید نیاز خود را دقیقاً مشخص کنید. آیا به آب فوق خالص (18 MΩ.cm) برای صنایع حساس نیاز دارید یا آب با خلوص متوسط (1 تا 15MΩ.cm) برای مصارف آزمایشگاهی کافی است؟

کیفیت آب خروجی مهمترین فاکتور است. دستگاه دیونایزر خوب باید بتواند به مقاومت الکتریکی 18 مگااهم بر سانتیمتر با TDS نزدیک به صفر برسد. برای این منظور، سیستم رزین مخلوط بهترین انتخاب است که هم کاتیون و هم آنیون را در یک ستون حذف می کند.

ظرفیت دیونایزر عامل بعدی در انتخاب و خرید است. برای آزمایشگاه های کوچک، دستگاه با ظرفیت 1-10 لیتر در ساعت کافی است، در حالی که صنایع دارویی و الکترونیک به مدل های 50 تا 500 لیتر در ساعت نیاز دارند. صنایع بزرگتر باید دستگاه های با ظرفیت بالای 1000 لیتر در ساعت را انتخاب کنند.

برای صنایع داروسازی، ترکیب دیونایزر با اسمز معکوس (RO) توصیه می شود تا علاوه بر یون زدایی، باکتری ها و اندوتوکسین ها نیز حذف شوند. در صنایع الکترونیک، دستگاه باید قادر به تولید آب فوق خالص با TDS دقیقاً صفر باشد.

برای انتخاب دستگاه دیونایزر، بودجه خود را بدانید؛ هزینه ها از 20 میلیون تومان برای دستگاه های آزمایشگاهی کوچک شروع می شود و برای مدل های صنعتی به 500 میلیون تومان می رسد. برای خرید هزینه های جانبی شامل تعویض سالانه رزین و تعمیرات احتمالی را نیز در نظر بگیرید.

نگهداری و سرویس دستگاه دیونایزر

نگهداری صحیح و سرویس به موقع دستگاه دیونایزر نقش بسیار مهمی در حفظ کیفیت آب خروجی و افزایش طول عمر دستگاه دارد. رعایت نکات فنی در این زمینه از بروز مشکلات جدی و هزینه های اضافی جلوگیری می کند.

تعویض رزین دستگاه دیونایزر
رزین های کاتیونی و آنیونی در دستگاه دیونایزر وظیفه حذف یون های محلول در آب را بر عهده دارند. با گذشت زمان و استفاده مداوم، رزین ها ظرفیت خود را از دست داده و کیفیت آب خروجی کاهش می یابد. تعویض به موقع رزین ها بر اساس حجم آب تصفیه شده و کیفیت آب ورودی اهمیت دارد.

معمولاً رزین ها هر 6 تا 12 ماه نیاز به تعویض دارند، اما این بازه بسته به شرایط کاری و کیفیت آب ورودی ممکن است متفاوت باشد. تعویض رزین باید توسط تکنسین های متخصص و با استفاده از رزین های با کیفیت انجام شود.

شستشوی دوره ای دستگاه دیونایزر
برای جلوگیری از تجمع ذرات معلق، رسوبات و جلوگیری از رشد باکتری ها در رزین ها، شستشوی دوره ای دستگاه دیونایزر ضروری است. شستشو معمولاً با استفاده از آب با کیفیت بالا و در برخی موارد با محلول های مخصوص انجام می شود تا رزین ها تمیز و عملکرد بهینه خود را حفظ کنند. شستشوی منظم باعث افزایش دوام رزین و کاهش هزینه های تعمیرات می شود.

علائم کاهش کارایی دستگاه دیونایزر
شناخت به موقع نشانه های کاهش عملکرد دستگاه دیونایزر به حفظ کیفیت آب و جلوگیری از خرابی های جدی کمک می کند. برخی از علائم مهم عبارتند از:

• افزایش میزان یون ها در آب خروجی (کاهش مقاومت الکتریکی)
• کاهش حجم تولید آب خالص در ساعت
• تغییر رنگ یا بوی غیرطبیعی آب خروجی
• ایجاد رسوب یا گرفتگی در خطوط خروجی دیونایزر
• افزایش فشار کاری دستگاه

در صورت مشاهده هر یک از این علائم، باید سریعاً دستگاه توسط کارشناسان بررسی و سرویس شود. رعایت این نکات ساده اما حیاتی، عملکرد مطلوب و دوام دستگاه دیونایزر شما را تضمین خواهد کرد و کیفیت آب خالص تولید شده را در سطح بالایی حفظ می کند.