วันอังคารที่ 7 กรกฎาคม พ.ศ. 2558

น้ำปราศจากแร่ธาตุมากจากไหน? (Demineralized Water)

By P'Jeerawat



น้ำ DMW คือ น้ำที่ผ่านขบวนการขจัดอิออนของสารละลายทั้งหมด ทำให้ได้น้ำบริสุทธิ์ที่ปราศจากเกลือแร่ ไม่มีสารใดๆหลงเหลืออยู่ในน้ำอีก มีเพียงแต่โมเลกุลของน้ำบริสุทฺธิ์ล้วนๆ หรือเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า น้ำ ดีมีน (Demineral  Water) ไม่เหมาะสำหรับการดื่ม แต่มีประโยชน์อย่างมากในการทำยา เภสัชกรรม เครื่องสำอาง อุตสาหกรรมเครื่องมืออิเล็กโทรนิกส์ กระบวนการผลิตอาหาร กิจการเสริมความงาม ฯลฯ
x
การผลิตน้ำ DMW คือการกรองอิออนออกจากน้ำ โดยใช้เรซิน (Resin) เป็นตัวกรอง จึงต้องทำความเข้าใจกับเรซิ่น ที่ใช้ในขบวนการกรองแบบนี้ เรซิ่นที่ใช้กันอยู่มี 3 ชนิดได้แก่

แคทอิออนเรซิ่น (Cation Resin) เป็นเรซิ่นที่มีอิออนบวก (ประจุ+) เกาะอยู่บนพื้นผิวของเม็ด เรซิ่น เช่น H+ ใช้ดักจับ อิออน + ของสารละลายที่อยู่ในน้ำ

แอนอิออนเรซิ่น (Anion Resin) เป็นเรซิ่นที่มีอิออนลบ (ประจุ-) เกาะอยู่บนพื้นผิวของเม็ดเรซิ่น เช่น OH- ใช้ดักจับ อิออน – ของสารละลายที่อยู่ในน้ำ

มิกซ์เบดเรซิ่น (Mixed Bed Resin) เป็น แคทอิออนเรซิ่น ผสมกับ แอนอิออนเรซิ่น ใช้ดักจับทั้ง อิออน + และ – ที่หลงเหลือจากการกรองผ่านขบวนการกรองประจุ+ และ – ในขั้นต้น


การทำงานของเรซิ่น

  รูปที่1 เป็นรูปตัวอย่าแสดง แคทอิออนเรซิ่น และ แอนอิออนเรซิ่น ที่มีประจุ หรือ อิออน เกาะติดอยู่ที่เม็ดของเรซิ่น แคทอิออนเรซิ่นจะมีประจุ + ,แอนอิออนเรซิ่นจะมีประจุ – ประจุที่เกาะติดอยู่นี้จะเกาะติดอยู่แบบหลวมๆ พร้อมที่จะถูกแทนที่ด้วยประจุที่แข็งแรงกว่า



 รูปที่ 2 ปล่อยน้ำให้เข้าในระบบการกรอง ในน้ำประกอบด้วยสารละลายหลายชนิด ในที่นี้ยกตัวอย่าง เพียง 6 ตัวตามรูป สารละลายในน้ำจะแตกตัวเป็น อิออน ที่มีประจุ – และ + รวมกันอยู่



 รูปที่ 3 เมื่อน้ำเข้ากระทบเม็ดแคทอิออนเรซิ่น ซึ่งมีประจุ H+ เกาะอยู่ จะถูกอิออนของสารละลายในน้ำที่มีประจุเดียวกัน(+)ออกแรงผลักอิออน H+



 รูปที่ 4 อิออน + ของสารละลายในน้ำที่มีความแข็งแรงกว่าจะเข้าแทนที่ อิออน H+ ผลัก H+ ให้ตกหล่นอยู่ในน้ำ ดังนั้นน้ำที่ผ่านการกรองด้วย แคทอิออนเรซิ่น จะเหลือเพียงอิออน – ของสารละลายในน้ำ กับอิออน H+



รูปที่ 5 น้ำจะไหลผ่านขั้นตอนการกรองด้วยแอนอิออนเรซิ่น เมื่อน้ำเข้ากระทบเม็ดแอนอิออนเรซิ่น ซึ่งมีประจุ OH-เกาะอยู่ จะถูกอิออนของสารละลายในน้ำที่มีประจุเดียวกัน(-)ออกแรงผลักอิออน OH-



รูปที่ 6 อิออน - ของสารละลายในน้ำที่มีความแข็งแรงกว่าจะเข้าแทนที่ อิออน OH- ผลัก OH- ให้ตกหล่นอยู่ในน้ำ ดังนั้นน้ำที่ผ่านการกรองด้วย แอนอิออนเรซิ่น จะไม่เหลืออิออนใดๆของสารละลายในน้ำ จะเหลือเพียง H+ และ OH- ในน้ำเท่านั้น ต่อไปต้องทำความเข้าใจว่าน้ำบริสุทธิ์ที่เขียนเป็นสูตรทางเคมีว่า H2O คือน้ำประกอบด้วย H (Hydrogen) 2 ตัว และ O (Oxygen) 1 ตัว



จากรูปที่ 7 เมื่อน้ำผ่านการกรองด้วย Cation Resin และ Anion Resin แล้วจะเหลือแต่น้ำบริสุทธิ์รวมกับอิออน H+ และ OH- ที่มีประจุแตกต่างกันในน้ำ ประจุที่แตกต่างกันจะออกแรงดูดกันเพื่อทำให้เกิดความสมดุล ดังนั้น H+ กับ OH- จึงเข้ารวมกัน เกิดเป็นโมเลกุลนองน้ำบริสุทธิ์ น้ำที่ได้จากการผ่านการกรองนี้ จึงเป็นน้ำบริสุทธิ์แท้จริง ไม่มีเกลือแร่หรืออิออนใดๆหลงเหลืออยู่เลย

การทดสอบคุณภาพของน้ำปราศจากไอออนสามารถทำได้โดยการวัดค่าความต้านทานหรือค่าความจุไฟฟ้าเพราะน้ำปราศจากไอออนที่บริสุทธิ์จะมีค่าการนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity) ประมาณ 0.056 microseimens และค่าความต้านทานไฟฟ้า ประมาณ 18.2 megohm/cm


รูปแบบต่างๆของการผลิตน้ำ DMW



 รูปที่ 8 เป็นรูปพื้นฐานการกรอง อิออน เพื้อผลิตน้ำ DMW



รูปที่ 9 การกรองอิออน จากขั้นตอนที่ 1 ผ่านขั้นตอนที่ 2 อาจมีอิออน ประจุ - + หลงเหลืออยู่ อาจเพิ่มเติมขั้นตอนที่ 3 คือใช้ Mixed Bed Resin ซึ่งเป็นเรซิ่นที่มีส่วนผสมของ Cation Resin และ Anion Resin อยู่ด้วยกัน เพื่อดักจับ อิออน + และ – ที่หลุดรอดมาจากขั้นตอนก่อนหน้า



 รูปที่ 9-1 ในบางกรณีจะพบการกรอง อิออน โดยผ่านขั้นตอนเดียวคือใช้ Mixed Bed Resin ก็ได้ แต่ต้องเลือกประเภท Resin ที่มีประสิทธิภาพดี และราคาค่อนข้างแพง



รูปที่ 10 อย่างไรก็ตามการกรองทั้งหมดที่ผ่านมา แม้นจะกรองอิออนได้หมดสิ้นแต่ไม่อาจกรองจุลินทรีย์ แบคทีเรียต่างๆที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำได้ และจุลินทรีย์เหล่านี้มีความสามารถในการเกาะยึดติดอยู่บนเม็ดเรซิ่น ทำให้เกิดการสะสมทำลายเรซิ่นให้เสื่อมคุณภาพได้อย่างรวดเร็ว จึงนำมาใช้ร่วมกับการกรองในแบบอื่นๆ เช่นตัวอย่าง รูปที่ 10 ให้ผ่านระบบการเตรียมน้ำ (Water Pretreatment) โดยใช้กรอง PP 5 ไมครอนกรองตะกอนในชั้นแรก แล้วจึงผ่านกรองเซรามิดเพื่อสกัดกั้นจุลินทรีย์แบคทีเรีย แล้วกรองผ่านคาร์บอน เพื่อดูดซับสารพิษ คลอรีน กลิ่น สี ออกจากน้ำ ก่อนผ่านเข้าสู่ขบวนการ DMW



รูปที่ 11 เป็นระบบกรองที่เรียกกันทั่วไปว่า RO/DMW เป็นขบวนการผลิตที่ให้คุณภาพน้ำ DMW ที่ดีมากระบบหนึ่ง จากการเตรียมน้ำด้วยระบบ RO จึงได้น้ำที่เกือบจะบริสุทธิ์ 100% มีสารละลายหลงเหลืออยู่น้อยมาก และไม่มีจุลินทรีย์ใดๆหลงเหลืออยู่ เมื่อผ่านเข้าระบบกรอง DMW ทำให้เรซิ่นดักจับ อิออนประจุต่างๆได้ง่าย เรซิ่นมีอายุการใช้งานได้ยาวนาน
อ่านบทความทั้งหมด