BLOGI

Teollisessa vedenkäsittelyssä demineralisoinnilla tarkoitetaan liuenneiden kiintoaineiden poistamista syöttövedestä ja prosessivirroista. Jos tutkit vedenkäsittely- ja puhdistusvaihtoehtoja, saatat kysyä: ”Mitä on veden demineralisointi ja miten se toimii?”

Seuraavassa artikkelissa annetaan yksinkertainen selitys siitä, miten demineralisointi toimii, mitä voit odottaa keskimääräiseltä demineralisointijärjestelmältä ja mitä epäpuhtauksia demineralisointitekniikat tyypillisesti poistavat.

Mitä on veden demineralisointi?

Demineralisointi on eräs vedenpuhdistustapa. Vaikka sillä voidaan viitata mihin tahansa käsittelyprosessiin, joka poistaa mineraaleja vedestä, termi demineralisaatio on yleensä varattu erityisesti ioninvaihtoprosesseille (IX), joita käytetään ionisten mineraalisten epäpuhtauksien lähes täydelliseen poistamiseen. Usein termejä demineralisaatio ja deionisaatio käytetään vaihdellen.

IX-demineralisaatiossa käytetään sekä kationi- että anioninvaihtohartseja, joskus jopa samassa kolonnissa tai vuoteessa. Demineralisoinnin jälkeen käsitellyn veden puhtausaste on tislattuun veteen verrattavissa, mutta tyypillisesti huomattavasti alhaisemmilla kustannuksilla.

Mitä perusdemineralisointijärjestelmään sisältyy?

XX-demineralisointijärjestelmän erityinen rakenne ja komponentit voivat vaihdella sovelluksesta toiseen prosessin olosuhteiden ja käsiteltävän virran koostumuksen perusteella. Silti useimmat demineralisointijärjestelmät sisältävät seuraavat komponentit:

• Yksi tai useampi IX-kolonni
• Regenerointiaineen annostelujärjestelmä
• Kemiallisen syötteen varastosäiliöt
• PLC, säätöventtiilit ja putkistot
• IX-hartsit

Demineralisointijärjestelmän konfiguroinnissa on jonkin verran joustovaraa erilaisten prosessiehdotusten ja puhtaustavoitteiden optimaaliseksi saavuttamiseksi. Demineralisointijärjestelmää suunniteltaessa on otettava huomioon muun muassa syöttöveden vaihtelevuus, tarvittava puhtaustaso, järjestelmän tilantarve, ionivuodon sietokyky (erityisesti natriumin ja piidioksidin osalta) ja kemikaalisyöttövaatimukset.

Miten demineralisointi toimii?

Kuten sanottua, demineralisoinnilla viitataan tyypillisesti liuenneiden mineraalisten kiintoaineiden poistamiseen IX- prosessin avulla. Mutta ennen kuin menemme syvemmälle siihen, miten demineralisaatio toimii, käymme läpi IX-reaktion perusperiaatteet.

Veden läsnä ollessa mineraalit ja suolat dissosioituvat muodostaviksi ioneiksi. Nämä liuenneet kiinteät aineet koostuvat negatiivisesti varautuneista ioneista, joita kutsutaan anioneiksi, ja positiivisesti varautuneista ioneista, joita kutsutaan kationeiksi, joista kumpikin vetää puoleensa vastakkaisioneita (tai vastakkaisen varauksen omaavia ioneja). IX-kolonnissa on hartsi, joka koostuu muovihelmistä, joihin on sidottu ioninen funktionaalinen ryhmä. Nämä funktionaaliset ryhmät pitävät vastakkaisen varauksen omaavia ioneja löyhästi kiinni keskinäisen sähköstaattisen vetovoiman avulla. Aktiivisen IX-syklin aikana hartsiin johdetaan vettä, jossa on liuenneita ioneja. Liuoksessa olevat ionit vaihtavat paikkaa hartsihelmissä olevien ionien kanssa ja kiinnittyvät hartsin funktionaalisiin ryhmiin, vaikka syntyvä liuos valutetaan pois. IX tapahtuu, kun yhdellä ionilla on suurempi affiniteetti funktionaaliseen ryhmään kuin jo läsnä olevalla ionilla. Olemassa olevat erityiset ioniset epäpuhtaudet määräävät, tarvitaanko anionisia ja/tai kationisia hartsityyppejä.

Tyypillisessä IX-reaktiossa ionien vaihto johtaa yksinkertaisesti epäpuhtausionien korvautumiseen muilla, vähemmän haitallisilla ioneilla. Esimerkiksi IX-natriumpehmennysjärjestelmässä tavoitteena on poistaa kovuusionit (esim. Ca2+ tai Mg2+) liuoksesta korvaamalla ne natriumioneilla (Na+). Tämän seurauksena käsitellyssä liuoksessa on vain vähän tai ei lainkaan kovuutta, mutta se sisältää enemmän natriumioneja.

Tämä on hyväksyttävää monissa sovelluksissa, mutta jotkin prosessit vaativat liuenneiden kiintoaineiden lähes täydellistä poistamista. Tässä kohtaa tulee kyseeseen demineralisointi. Demineralisaatiossa syöttöveden kationit vaihdetaan vetyioneiksi (H+) ja kationit hydroksyyli-ioneiksi (OH-). Tuloksena on vettä: H+ + OH-OH → H2O. Yleisesti ottaen demineralisaatio-IX-järjestelmiä on saatavana joko kaksi- tai sekakalustokokoonpanoina, kuten jäljempänä on esitetty yksityiskohtaisesti.

Kaksoiskalustoinen IX

Kaksoiskalustoisissa tai kaksoiskalustoisissa vaihtimissa virran käsittelyyn käytetään kahta tai useampaa IX- hartsikalustoa tai -kolonnia, joista kukin sisältää tietyntyyppistä IX- hartsia. Kaksipohjaisessa demineralisaatiossa virta käsitellään ensin vahvan happokationin (SAC) hartsilla, joka sitoo liuenneet kationit ja vapauttaa vetyionit (H+) vaihdossa. Tuloksena syntyvä mineraalihappoliuos ohjataan sitten vahvan emäksisen anionin (SBA) hartsipedille. Tämä toinen vaihe sitoo anioniset epäpuhtaudet ja vapauttaa samalla hydroksidi-ioneja (OH-), jotka yhdistyvät olemassa olevien vetyionien (H+) kanssa muodostaen vettä. Tuloksena syntyvässä virrassa on alhainen TDS-pitoisuus ja lähes neutraali pH. Vaikka kaksipohjaiset vaihtimet ovat tehokkaita demineralisoinnissa, natriumvuoto voi vaikuttaa niiden tuotoksen laatuun, erityisesti virroissa, joissa on korkea TDS ja/tai matala pH.

Sekapohjainen IX

Sekapohjaiset vaihtimet tarjoavat parempaa vedenlaatua verrattuna kaksipohjaisiin järjestelmiin. Sekalevyisissä ioninvaihtimissa on sekoitus erilaisia IX-hartseja, jotka on sijoitettu yhteen IX-kolonniin. Kun virta johdetaan yksikköön, kationi- ja anioninvaihtoreaktiot tapahtuvat yksikössä samanaikaisesti, mikä poistaa natriumvuoto-ongelmat, jotka voivat heikentää kaksoiskerros-IX-järjestelmän tuottaman veden laatua. Vaikka sekalevyiset vaihtimet tuottavat parempilaatuista vettä, ne vaativat myös monimutkaisemman hartsiregeneraatioprosessin. Lisäksi sekalevyiset yksiköt ovat alttiimpia hartsien likaantumiselle ja/tai järjestelmän huonommalle toiminnalle virran sisällön vaihtelujen vuoksi, ja siksi niitä käytetään yleensä muiden käsittelytoimenpiteiden jälkeen.

Mitä epäpuhtauksia demineralisaatiolla poistetaan?

Demineralisointi johtaa yleensä mineraalien lähes täydelliseen poistoon, ja siksi se on tyypillisesti varattu sovelluksiin, jotka vaativat korkeampaa vedenpuhdistustasoa, kuten korkeapaineisten kattiloiden syöttö- tai täydennysvesi, elintarvike- ja juomateollisuuden huuhteluvesi tai esimerkiksi elektroniikan valmistuksessa käytettävät prosessivirrat. Makean veden sovelluksissa demineralisointi voi olla hyvä vaihtoehto tislaukselle, koska sillä voidaan tuottaa tislattua vettä laadultaan vastaavaa vettä, mutta kustannustehokkaamman ioninvaihtoprosessin avulla.

Alhaalla on esitelty yleisimpiä demineralisaattoreilla käsiteltäviä epäpuhtauksia:

Kationit

Demineralisointijärjestelmässä olevat kationihartsit vaihtavat keskenään kationeja eli positiivisesti varautuneita epäpuhtauksia. Yleisiä kationisia epäpuhtauksia ovat mm:

• Kalsium (Ca2+)
• Rauta (Fe3+)
• Magnesium (Mg2+)
• Mangaani (Mn2+)
• Kalium. (K+)
• Natrium (Na+)

Anionit

Demineralisointijärjestelmän anionihartsit vaihtavat anioneja, tai epäpuhtauksia, joilla on negatiivinen varaus. Yleisiä anionisia epäpuhtauksia ovat mm:

• Alkaliniteetti (CO32-, HCO3-)
• Kloridi (Cl-)
• Nitraatti (NO3-)
• Sulfaatit (SO42-)
• Hiilidioksidi (SiO2)

Kuinka SAMCO voi auttaa

SAMCOlla on yli neljänkymmenen vuoden kokemus sopivien demineralisointitekniikoiden tunnistamisesta, joiden avulla voidaan alentaa kuluja ja pienentää jätteiden määrää ja samalla parantaa tuotteiden laatua. Jos haluat lisätietoja tai ottaa yhteyttä, ota meihin yhteyttä tästä ja sovi konsultaatio insinöörin kanssa tai pyydä tarjous. Voimme opastaa sinua oikean ratkaisun ja realististen kustannusten kehittämisessä demineralisaatiokäsittelyjärjestelmän tarpeisiisi.

Jos haluat lisätietoja SAMCOn innovatiivisista teknologioista kovuuden ja liuenneiden kiintoaineiden poistoon, käy demineralisaatio- ja ultrapuhdasvedenkäsittelyratkaisuja käsittelevällä sivullamme täällä.

Joitakin muita demineralisaatio-artikkeleita, joista saatat myös olla hyödyksi, ovat:

• Paljonko vedenpoistojärjestelmä maksaa laitoksellesi?
• Mikä on paras tapa demineralisoida teollinen prosessivesi?
• Mitkä ovat demineralisoidun veden ominaisuudet ja miten siitä voi olla hyötyä laitoksellesi?
• Mitkä ovat parhaat demineralisointilaitteita ja -tarvikkeita toimittavat yritykset?
• Miten demineralisoitu, deionisoitu ja tislattu vesi eroavat toisistaan?