Demineralizacja wody w przemyśle

Demineralizacja wody w przemyśle stanowi zazwyczaj ostatni etap jej uzdatniania. Można ją przeprowadzić różnymi metodami, m.in. za pomocą odwróconej osmozy, wymiany jonowej na jonitach lub elektrodejonizacji.

Spis treści:

• Czym jest demineralizacja wody?
• Metody demineralizacji wody w przemyśle
• Elektrodejonizacja jako metoda demineralizacji wody w przemyśle
• Woda ultraczysta w przemyśle
• Zastosowanie demineralizacji wody w przemyśle
• Zalety demineralizacji wody w przemyśle
• Demineralizacja wody w przemyśle – podsumowanie

Czym jest demineralizacja wody?

Proces demineralizacji wody polega na całkowitej redukcji stężenia rozpuszczonych w niej soli mineralnych, a co za tym idzie, prowadzi do zmniejszenia jej przewodności. Woda poddana demineralizacji może być wykorzystywana w ramach procesów produkcyjnych i technologicznych.

Elektryczna przewodność wody demineralizowanej wynosi zazwyczaj od 0,05 µS/cm do 10 µS/cm w zależności od stopnia jej zdemineralizowania.

W praktyce przemysłowej demineralizacja wody polega na usunięciu jonów takich jak wapń (Ca²⁺), magnez (Mg²⁺), sód (Na⁺), chlorki (Cl^–) czy siarczany (SO₄^2-), które mogą wpływać negatywnie na funkcjonowanie urządzeń i powodować zanieczyszczenie procesów przemysłowych. Optymalna metoda demineralizacji dobierana jest m.in. na podstawie fizykochemicznego badania wody w profesjonalnym laboratorium.

Metody demineralizacji wody w przemyśle

W zastosowaniach przemysłowych proces demineralizacji prowadzony jest jako ostatni etap uzdatniania wody. Najpopularniejsze techniki to filtracja metodą odwróconej osmozy, wymiana jonowa oraz elektrodejonizacja.

Powyższe metody demineralizacji wody w przemyśle różnią się między sobą zasadą działania, a co za tym idzie również końcowym efektem oczyszczania. W zależności od zastosowanej technologii inne też będą sposoby obsługi i serwisowania urządzeń, a także finalne koszty eksploatacji. Wybór odpowiedniej technologii zależy od specyfiki przemysłu oraz wymagań jakościowych dotyczących wody i zapotrzebowania na nią, dlatego przed podjęciem jakichkolwiek działań, warto omówić te kwestie z ekspertem.

Darmowa konsultacja

Przemysłowa odwrócona osmoza

W procesie demineralizacji wody jedną z najczęściej wykorzystywanych metod jest przemysłowa odwrócona osmoza. Do zalet tej technologii zalicza się przede wszystkim prostą obsługę systemu oraz brak konieczności stosowania preparatów chemicznych, a co za tym idzie neutralizacji ścieków. Wydajność przemysłowej odwróconej osmozy zależy od ciśnienia i temperatury uzdatnianej wody.

W procesie demineralizacji tą metodą, woda pod ciśnieniem przepływa przez membranę osmotyczną, a rozpuszczone w niej substancje zostają zatrzymane w formie skoncentrowanej i są zazwyczaj kierowane do kanalizacji lub wykorzystywane ponownie.

W procesie odwróconej osmozy, oprócz rozpuszczonych soli, usuwane są także zanieczyszczenia organiczne, wirusy oraz bakterie w wodzie.

Przemysłowe systemy odwróconej osmozy występują w kilku różnych wersjach – z pompą wspomagającą, bez pompy oraz kompaktowe (w obudowie), a ponadto można je w pełni dopasować do indywidualnych potrzeb przedsiębiorstwa.

Odwróconą osmozę rekomenduję przede wszystkim do zakładów kosmetycznych i farmaceutycznych, a także do laboratoriów medycznych i chemicznych. Demineralizacja wody za pomocą filtracji na membranie osmotycznej sprawdzi się również w przemyśle gastronomicznym i wszędzie tam, gdzie zachodzi konieczność stosowania wody o niskim stężeniu różnego rodzaju soli.

Piotr Pisarski

Należy pamiętać, że wydajna demineralizacja wody w przemyśle, zachodząca dzięki filtracji membranowej, będzie możliwa tylko jeśli woda zasilająca zostanie wcześniej odpowiednio przygotowana. W tym celu, w przemysłowych stacjach uzdatniania wody stosuje się dodatkowo m.in. przemysłowe kolumny filtracyjne, przemysłowe zmiękczacze wody oraz przemysłowe odżelaziacze wody.

Wymiana jonowa na jonitach

Wydajna demineralizacja wody w przemyśle może się również odbywać na drodze wymiany jonowej na specjalnych złożach filtracyjnych. W zależności od rodzaju i potrzeb instalacji przemysłowej, stosuje się dwa rodzaje filtrów – pojedyncze urządzenie wypełnione złożem mieszanym lub układ dwóch kolumn jonitowych, z których jedna zawiera silnie kwaśny kationit, a druga – zasadowy anionit. W większości przypadków stosuje się jednak rozwiązania bardziej złożone, przy czym systemy tego typu występują zazwyczaj w zespole czterech butli, czyli dwóch zestawów.

Silnie kwaśny kationit działa w cyklu wodorowym, natomiast zasadowy anionit w cyklu wodorotlenowym. Podczas pracy urządzenia dochodzi do równoważnej wymiany kationów na wodór i anionów na grupę wodorotlenową. Zachodzące wówczas reakcje można zobrazować prostym schematem:

• Wymiana jonowa na kationicie: KtH + K⁺ = KtK + H⁺
• Wymiana jonowa na anionicie: AnOH + A^– = AnA + OH^–

Należy pamiętać, że zdolność jonitów do wymiany jest ograniczona, a proces zachodzi do momentu wysycenia wszystkich grup funkcyjnych jonitu. W celu przywrócenia zdolności jonowymiennych konieczna jest regeneracja złoża, przy czym osobno regeneruje się kationit i osobno anionit.

Kationit regeneruje się za pomocą rozcieńczonego kwasu solnego, natomiast do regeneracji anionitu stosuje się rozcieńczony ług sodowy lub węglan sodu.

Elektrodejonizacja jako metoda demineralizacji wody w przemyśle

Technologia elektrodejonizacji (określana w skrócie jako EDI) łączy w sobie zastosowanie membran osmotycznych, żywicy jonowymiennej oraz pola elektrycznego. Elektrodejonizacja jest uważana za najbardziej zaawansowaną metodę demineralizacji.

Wydajne systemy elektrodejonizacji do zastosowań przemysłowych polecam przede wszystkim do doczyszczania zdemineralizowanej wody, ale również w celu maksymalnej redukcji przewodności oraz stężenia krzemionki.

Piotr Pisarski

Wydajna demineralizacja wody w przemyśle za pomocą elektrodejonizacji jest stosowana w aplikacjach wymagających bardzo wysokiej czystości wody. Systemy tego typu uznawane są za bardzo wydajne, a w dodatku charakteryzują się niską szkodliwością dla środowiska naturalnego. Poddawana temu procesowi woda przepływa przez jedną lub kilka komór wypełnionych żywicami jonowymiennymi, które zostały umieszczone między membranami kationoselektywnymi oraz anionoselektywnymi. Jony zostają związane na żywicach jonowymiennych i pod wpływem pola elektrycznego migrują do oddzielnych komór. Ponieważ pole elektryczne wytwarza jednocześnie jony H⁺ i OH^–, żywice są stale utrzymywane w stanie zregenerowanym. W końcowej fazie procesu elektrodejonizacji jony z oddzielnych komór są wypłukiwane do ścieków.

Największymi zaletami elektrodejonizacji jest ciągłość i stabilność procesu, eliminacja substancji chemicznych do regeneracji złoża jonowymiennego oraz kompaktowa budowa.

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 ciecz o jeszcze wyższej jakości, stosuje się dodatkowo uzdatnianie na urządzeniach wykorzystujących wymianę jonową.

Woda ultraczysta w przemyśle

Wykorzystując wymienione wyżej metody demineralizacji, można otrzymywać również wodę ultraczystą (UPW, ang. Ultra Pure Water). Jest to woda o najwyższym stopniu czystości, wolna od wszelkich zanieczyszczeń, takich jak zdysocjowane sole, mikroorganizmy, cząstki stałe, zanieczyszczenia organiczne oraz rozpuszczone gazy.

Właściwa przewodność wody ultraczystej wynosi 0,055 uS/cm w temperaturze 25°C.

Woda ultraczysta znajduje zastosowanie głównie w przemyśle farmaceutycznym, elektronicznym (np. do produkcji półprzewodników), a także w sektorze energetycznym i w laboratoriach. Wytwarzanie wody ultraczystej rozpoczyna się od odpowiedniego przygotowania wody surowej. Aby mogła trafić na przemysłową odwróconą osmozę lub jonowymienniki musi bowiem zostać doprowadzona do odpowiednich parametrów.

Normy dla wody ultraczystej

Normy dotyczące wody ultraczystej są bardzo rygorystyczne, a jej jakość określa się na podstawie różnych parametrów. Oto niektóre z najważniejszych standardów:

• ISO 3696 – międzynarodowa norma dotycząca jakości wody do stosowania w laboratoriach
• ASTM D5127-13 – norma opracowana przez ASTM International, specyficzna dla wody ultraczystej w zastosowaniach przemysłowych, takich jak produkcja półprzewodników
• USP (United States Pharmacopeia) – norma farmakopealna dla wody ultraczystej stosowanej w produkcji leków (woda do wstrzykiwań musi być czysta mikrobiologicznie, o przewodnictwie elektrycznym poniżej 1,3 µS/cm w temperaturze 25°C)
• SEMI F63 – norma stworzona przez Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) określająca standardy wody stosowanej w produkcji półprzewodników, w tym limity dla jonów, cząstek stałych, bakterii oraz poziomu zanieczyszczeń organicznych

Dodatkowo, w zależności od zastosowania, w normach dla wody ultraczystej mogą również obowiązywać szczegółowe limity dotyczące zawartości związków takich jak krzem, sód, chlorki, fosforany lub inne zanieczyszczenia śladowe.

Zastosowanie demineralizacji wody w przemyśle

Demineralizacja wody w przemyśle znajduje szerokie zastosowanie w wielu sektorach – wszędzie tam, gdzie czystość wody ma kluczowe znaczenie dla przebiegu procesów technologicznych. Głównym celem demineralizacji wody do zastosowań przemysłowych jest zazwyczaj eliminacja ryzyka powstawania osadu.

W przemyśle energetycznym, szczególnie w elektrowniach parowych i jądrowych, bardzo ważne jest uzdatnianie wody do produkcji pary napędzającej turbiny. Zanieczyszczenia obecne w wodzie mogą bowiem prowadzić do korozji i gromadzenia się osadów w systemach parowych, co znacznie obniża efektywność procesu i żywotność samych urządzeń. Oprócz tego demineralizacja wody w przemyśle jest potrzebna w systemach chłodzenia, do produkcji emulsji chłodzących przy maszynach typu CNC, a także do chłodzenia dysz wtryskowych wykorzystywanych m.in. przy wytwarzaniu elementów plastikowych. Nie może się również bez niej odbywać uzdatnianie wody do systemów nawilżania powietrza. Z wody demineralizowanej korzystają również pralnie przemysłowe, a także:

• Przemysł motoryzacyjny – woda demineralizowana jest stosowana w akumulatorach oraz do produkcji płynów do spryskiwaczy
• Przemysł farmaceutyczny – woda demineralizowana służy m.in. do przepłukiwania naczyń, w których powstają roztwory substancji chemicznych
• Przemysł kosmetyczny – woda demineralizowana stanowi bazę wielu produktów o konsystencji żelu lub kremu

Zalety demineralizacji wody w przemyśle

Korzyści wynikające z demineralizacji wody w przemyśle są liczne i mają bezpośredni wpływ na koszty operacyjne oraz jakość procesów produkcyjnych.

• Zmniejszenie ryzyka korozji i osadzania się kamienia – woda pozbawiona minerałów nie pozostawia po sobie osadów, co minimalizuje ryzyko awarii
• Zwiększenie wydajności procesów technologicznych – podczas chłodzenia czy wytwarzania pary woda demineralizowana zapewnia wyższą efektywność procesów
• Spełnienie surowych norm jakościowych – demineralizacja wody w przemyśle (np. farmaceutycznym, chemicznym, czy spożywczym) umożliwia spełnienie branżowych norm i wymagań

Demineralizacja wody w przemyśle – podsumowanie

Demineralizacja wody do zastosowań przemysłowych to konieczność w wielu procesach technologicznych i technicznych. Dłuższa żywotność urządzeń, wyższa wydajność instalacji oraz zgodność z normami jakościowymi sprawiają, że jest to inwestycja o dużym znaczeniu dla wielu sektorów gospodarki. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych metod, takich jak wymiana jonowa, przemysłowa odwrócona osmoza, czy elektrodejonizacja możliwe jest uzyskanie wody o wysokiej czystości chemicznej, która gwarantuje efektywność i bezpieczeństwo procesów przemysłowych.