BLOG

I industriell vattenbehandling avser demineralisering avlägsnandet av lösta fasta ämnen från matarvatten och processströmmar. Om du undersöker alternativ för vattenbehandling och rening kanske du frågar dig ”Vad är vattendemineralisering och hur fungerar det?”

Den följande artikeln ger en enkel förklaring av hur demineralisering fungerar, vad du kan förvänta dig av ett genomsnittligt demineraliseringssystem och vilka föroreningar som vanligen avlägsnas av demineraliseringstekniker.

Vad är vattendemineralisering?

Demineralisering är en typ av vattenrening. Även om det kan hänvisa till alla behandlingsprocesser som avlägsnar mineraler från vatten, är termen demineralisering vanligtvis reserverad specifikt för jonbytesprocesser (IX) som används för nära total avlägsnande av joniska mineralföroreningar. Ofta används termerna demineralisering och avjonisering synonymt.

IX-demineralisering använder både katjon- och anjonbyteshartser, ibland till och med i samma kolonn eller bädd. Efter demineralisering kommer det behandlade vattnet att ha en hög renhetsgrad som är jämförbar med destillerat vatten, men vanligtvis till en mycket lägre kostnad.

Vad ingår i ett grundläggande demineraliseringssystem?

Den specifika utformningen och komponenterna i ett IX-demineraliseringssystem kan variera från en tillämpning till en annan, baserat på processförhållandena och sammansättningen av det flöde som ska behandlas. Ändå kommer de flesta demineraliseringssystem att innehålla följande komponenter:

• En eller flera IX-kolonner
• Doseringssystem för regenereringsmedel
• Lagertankar för kemisk matning
• PLC, styrventiler och rörledningar
• IX-hartser

Det finns en viss flexibilitet i konfigurationen av ett demineraliseringssystem för att på ett optimalt sätt uppfylla olika processförhållanden och renhetsmål. Vid utformning av ett demineraliseringssystem bör man bland annat ta hänsyn till matningsvattnets variabilitet, den renhetsnivå som behövs, systemets fotavtryck, tolerans för jonläckage (särskilt natrium och kiseldioxid) och krav på kemisk matning.

Hur fungerar demineralisering?

Som sagt hänvisar demineralisering typiskt sett till avlägsnandet av lösta mineraliska fasta ämnen genom en IX-process. Men innan vi går djupare in på hur demineralisering fungerar ska vi gå igenom de grundläggande principerna för en IX-reaktion.

I närvaro av vatten dissocieras mineraler och salter till sina ingående joner. Dessa lösta fasta ämnen består av negativt laddade joner, så kallade anjoner, och positivt laddade joner, så kallade katjoner, som var och en attraheras av motjoner (eller joner med motsatt laddning). I en IX-kolonn finns ett harts som består av plastpärlor till vilka en jonisk funktionell grupp har bundits. Dessa funktionella grupper håller löst fast joner med motsatt laddning genom ömsesidig elektrostatisk attraktion. Under en aktiv IX-cykel förs vatten med lösta joner in i hartset. Jonerna i lösningen kommer att byta plats med jonerna på hartspärlorna och hålla fast vid hartets funktionella grupper även när den resulterande lösningen dräneras bort. IX sker när en jon har större affinitet för den funktionella gruppen än den jon som redan finns där. De specifika joniska föroreningar som finns kommer att avgöra om anjoniska och/eller katjoniska hartstyper behövs.

I en typisk IX-reaktion resulterar utbytet av joner helt enkelt i att förorenande joner ersätts med andra, mindre obehagliga, joner. I ett IX-system för natriumavhärdning är målet t.ex. att avlägsna hårdhetjoner (t.ex. Ca2+ eller Mg2+) från lösningen genom att ersätta dem med natriumjoner (Na+). Som ett resultat av detta kommer den behandlade lösningen att ha liten eller ingen hårdhet, men den kommer att innehålla en högre koncentration av natriumjoner.

Och även om detta är acceptabelt för många tillämpningar, kräver vissa processer ett nästan totalt avlägsnande av lösta fasta ämnen. Det är där som demineralisering kommer in. Vid demineralisering byts katjoner i matarvattnet ut mot vätejoner (H+) och katjoner mot hydroxyljoner (OH-). Resultatet är vatten: H+ + OH-OH → H2O. I allmänhet finns IX-system för demineralisering i antingen tvåbädds- eller blandbäddskonfigurationer, enligt nedan.

Tvåbädds IX

Tvåbädds- eller dubbelbäddsväxlare använder två eller flera IX-hartsbäddar eller -kolonner för att behandla ett flöde, som var och en innehåller en specifik typ av IX-harts. Vid tvåbäddsdemineralisering behandlas ett flöde först med en stark syrlig katjon (SAC)-harts som fångar upplösta katjoner och släpper ut vätejoner (H+) i utbyte. Den resulterande mineralsyralösningen leds sedan till en bädd av starka basanjoner (SBA-harts). Detta andra steg avskiljer de anjoniska föroreningarna och frigör hydroxidjoner (OH-) som tillsammans med de befintliga vätejonerna (H+) bildar vatten. Den resulterande strömmen har låg TDS-halt och ett nästan neutralt pH-värde. Även om tvåbäddsväxlare är effektiva för demineralisering kan natriumläckage påverka kvaliteten på deras resultat, särskilt för strömmar med hög TDS och/eller lågt pH.

Mixed-bed IX

Mixed-bed växlare erbjuder en högre vattenkvalitet jämfört med tvåbäddssystem. I jonbytare med blandad bädd innehåller en blandning av olika IX-hartser inrymda i en enda IX-kolonn. När en ström förs in i enheten sker utbytesreaktionerna av katjoner och anjoner samtidigt i enheten, vilket har effekten att man tar itu med de problem med natriumläckage som kan äventyra kvaliteten på det vatten som produceras av ett twin-bed IX-system. Blandbäddsväxlare producerar visserligen vatten av högre kvalitet, men de kräver också en mer komplicerad process för regenerering av harts. Dessutom är enheter med blandad bädd mer mottagliga för hartsbeläggning och/eller sämre systemfunktion på grund av fluktuationer i strömmen innehåll, och används därför vanligtvis efter andra behandlingsåtgärder.

Vilka föroreningar avlägsnar demineralisering?

Demineralisering resulterar i allmänhet i ett nästan fullständigt avlägsnande av mineraler och är därför vanligen reserverad för tillämpningar som kräver en högre grad av vattenrenhet, t.ex. matnings- eller uppsamlingsvatten för högtryckspannor, sköljvatten för livsmedels- och dryckesindustrier eller processströmmar som används vid elektroniktillverkning. För färskvattentillämpningar kan demineralisering vara ett bra alternativ till destillation, eftersom den kan producera vatten av liknande kvalitet som destillerat vatten, men genom en mer kostnadseffektiv jonbytesprocess.

Nedan har vi beskrivit de vanligaste föroreningarna som behandlas av demineraliserare:

Kationerna

Kationhartserna i ett demineraliseringssystem kommer att utbyta katjoner, eller föroreningar som har en positiv laddning. Vanliga katjoniska föroreningar är t.ex:

• Kalcium (Ca2+)
• Järn (Fe3+)
• Magnesium (Mg2+)
• Mangan (Mn2+)
• Kalium. (K+)
• Natrium (Na+)

Anjoner

Anjonhartserna i ett demineraliseringssystem utbyter anjoner, eller föroreningar som har en negativ laddning. Vanliga anioniska föroreningar är bland annat:

• Alkalinitet (CO32-, HCO3-)
• Klorid (Cl-)
• Nitrat (NO3-)
• Sulfater (SO42-)
• Kiseldioxid (SiO2)

Hur SAMCO kan hjälpa till

SAMCO har mer än 40 års erfarenhet av att identifiera lämpliga demineraliseringstekniker för att hjälpa till att sänka kostnader och avfallsvolymer samtidigt som produktkvaliteten ökar. För mer information eller om du vill komma i kontakt med oss, kontakta oss här för att boka en konsultation med en ingenjör eller begära en offert. Vi kan guida dig genom stegen för att utveckla rätt lösning och realistisk kostnad för dina behov av demineraliseringsbehandlingssystem.

För att lära dig mer om SAMCO:s innovativa teknik för avlägsnande av hårdhet och lösta fasta ämnen, besök vår sida om demineralisering och lösningar för behandling av ultrarent vatten här.

Några andra demineraliseringsartiklar som du kanske också tycker är användbara är:

• Hur mycket kostar ett system för demineralisering av vatten för din anläggning?
• Vad är det bästa sättet att avmineralisera industriellt processvatten?
• Vad är egenskaperna hos avmineraliserat vatten och hur kan det gynna din anläggning?
• Vad är de bästa företagen för utrustning och leveranser av avmineraliseringssystem?
• Vad är skillnaden mellan avmineraliserat, avjoniserat och destillerat vatten?