Hệ thống khử ion trong nước là gì? Công nghệ và ứng dụng

Xã hội phát triển kéo theo những yêu cầu chất lượng sản phẩm đến tay người tiêu dùng càng cao. Sản phẩm tốt, giá thành hợp lý, đảm bảo sức khỏe luôn là mong muốn của chúng ta. Đó có thể là sản phẩm trực tiếp xuất ra thị trường, hoặc là vật trung gian để sản xuất ra những sản phẩm khác.

Để đảm bảo chất lượng tiêu dùng, nhiều ngành nghề đã đặt ra những yêu cầu rất khắt khe, từ khâu nguyên liệu, tay nghề thợ, máy móc,… Nước là đầu vào của nhiều nhà máy sản xuất, nhưng đối với nhiều ngành lọc sạch nước thôi vẫn chưa đủ. Họ cần đến nước khử ion hoàn toàn. Vậy nước khử ion là gì? có uống được nước này? cần có hệ thống nào để khử ion trong nước?

Nước khử ion là gì?

Nước khử ion hay còn có các tên gọi khác là nước khử khoáng, nước siêu tinh khiết, nước DI. Sản phẩm nước là kết quả của quá trình xử lý cấp độ cao, qua nhiều thiết bị để đạt được nguồn nước tinh khiết nhất.

Nước khử ion không còn chứa bất kỳ ion nào, cùng với loại bỏ hoàn toàn các chất gây ô nhiễm khác như hợp chất hữu cơ, vô cơ; chất rắn hòa tan, các kim loại nặng, chất dễ bay hơi và không bay hơi, khí hòa tan, virus, vi khuẩn.

Do không còn chứa các khoáng chất trong nước, chúng không phù hợp để sử dụng cho ăn uống hàng ngày. Loại nước này được sản xuất để phục vụ những ngành công nghiệp, sản xuất chuyên dụng, đòi hỏi chất lượng nước cao nhất.

Nước khử ion có dẫn điện không?

Nước có khả năng hòa tan rất nhiều thứ, đó là lý do tại sao nó được biết đến như một dung môi. Trong nước máy, nước mưa hay nước ngầm có vô số tạp chất, ion hòa tan chẳng hạn như các ion natri (Na+), canxi (Ca2+) và magie (Mg2+),… Các ion được tích điện trong nước sẽ tạo ra dòng dịch chuyển cho phép dòng điện chạy qua.

Nước thông thường đều có chứa một lượng chất hòa tan. Với những phương pháp xử lý thông dụng để sinh hoạt, ăn uống, trong nước vẫn chứa chất hòa tan, hóa chất và khoáng chất. Chỉ với một lượng rất nhỏ ion rất nhỏ, chúng đã tạo điều kiện, cho phép nước dẫn điện.

Nước khử ion không chứa bất kỳ ion nào ngoài H+ và OH- ở trạng thái cân bằng. Vì vậy, không có dòng điện tích dịch chuyển trong nước và sẽ không dẫn điện. Giá trị này rất thấp chỉ 0.1 uS/cm, đồng nghĩa nước khử ion có điện trở cao.

Hệ thống khử ion trong nước là gì?

Việc khử ion trong nước cần đến một hệ thống lọc, xử lý cao cấp, đủ khả năng tách bỏ toàn bộ các ion hòa tan ở trong nước. Các thuật ngữ sử dụng cho hệ thống khử khoáng:

• DI.
• Khử ion.
• Khử khoáng.
• Deionizers.
• De-ionizers.
• Demineralizers, and de-mineralizers.
• Hệ thống DI.
• Hệ thống khử khoáng.
• Hệ thống EDI.

Là những thuật ngữ đồng nghĩa, cùng chỉ một hệ thống xử lý nước nhằm cho ra nước siêu tinh khiết. Trong chuyên môn kỹ thuật, DI, EDI được sử dụng thường xuyên hơn.

Quá trình lọc nước khử ion sẽ tách bỏ điện tích dương (cation) và các ion mang điện tích âm (anion) ra khỏi nước.

+ Các cation thường tồn tại trong nước như: Ca2+, Mg2+, Fe3+, Mn2+, Na2+,…

+ Các anion thường tồn tại trong nước là Cl-, SO42-, NO32-, SiO2-, OH-, CO32-…

Nguyên lý hoạt động của hệ thống khử ion trong nước

Nguyên tắc chung của mọi hệ thống khử khoáng là sử dụng hạt trao đổi ion để loại bỏ các ion trong nước. Các hạt nhựa anion và cation hoạt động giống như nam châm hút các hạt ion tồn tại trong nước.

• Hạt nhựa cation được tích ion H+, có nhiệm vụ trao đổi với các ion dương trong nước và giải phóng H+.
• Tương tự như vậy, nhựa anion được tích ion OH-, có nhiệm vụ trao đổi với các ion âm trong nước, và đẩy ion OH- ra ngoài nước.

Sau đó, các ion H+ và OH- sẽ kết hợp với nhau để tạo ra phân tử H2O. Như vậy, tổng lượng chất rắn hoà tan (TDS) được loại bỏ nhờ quá trình lược hết các ion không mong muốn.

Cách khử ion trong nước

Hiện nay, khoa học phát triển ra nhiều công nghệ xử lý nước khác nhau: công nghệ lọc đĩa, màng RO, UF, lọc thô,… Tuy nhiên, xử lý khử khoáng ở mức độ xử lý cao nhất, vì vậy chúng cần đến những công nghệ khác biệt hơn. Hiện nay, có 2 công nghệ giúp khử khoáng là công nghệ DI thông thường – xử lý bằng hạt trao đổi ion và công nghệ EDI.

Tuy nhiên, trước khi đến bước chính trao đổi ion, nước cần được xử lý ban đầu. Nguồn nước khi được lấy từ nước giếng, nước sông, hay là nước máy đi nữa, vẫn cần xử trải qua các bước tiền xử lý bao gồm:

• Lọc thô: Loại bỏ các chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, cặn lắng lớn.
• Lọc than hoạt tính, làm mềm nước: loại bỏ ion Ca2+, Mg2+ tránh làm hỏng màng RO.
• Lọc UF: loại bỏ cặn, dầu mỡ, vi khuẩn,..
• Bộ lọc nước RO: loại bỏ đến 99% các chất ô nhiễm, khoáng,… giúp giảm áp lực cho thiết bị trao đổi ion phía sau.

Tùy vào chất lượng nước ban đầu, chất lượng nước thành phẩm, các bước tiền xử lý có thể được bổ sung. Ví dụ như xử lý RO 1 cấp có thể đổi thành xử lý RO 2 cấp để cho chất lượng tốt hơn.

Một số dạng chính của hệ thống khử khoáng – hệ thống DI

• Hệ thống khử khoáng DI hỗn hợp ( DI mixed – bed): sử dụng nhiều loại hạt nhựa trao đổi ion để loại bỏ cả ion âm và ion dương.
• Hệ thống khử khoáng điện tử EDI: ít phải sử dụng hóa chất để hoàn nguyên hạt nhựa so với hệ thống khử khoáng DI hỗn hợp (RO-mixed bed)
• Hệ thống khử khoáng DI nhiều cấp ( DI duplex hoặc DI triplex,…): sử dụng nhiều cấp của hệ thống khử khoáng để tạo ra chất lượng nước như mong muốn.

Sử dụng hạt trao đổi ion – mixed bed

Công nghệ DI là việc sử dụng các hạt trao đổi ion, hạt mixed – bed truyền thống để để nhằm thay thế các anion và cation không mong muốn ở trong nước. Các loại nhựa được đặt trong các cột lọc nước bằng composite hoặc inox. Thông thường có 3 cột: cột cation, cột anion và cột mixed-bed. Nước sau xử lý có điện trở suất đến từ 10 -18 MΩ∙cm.

Các hạt trao đổi ion sau thời gian sử dụng, đã tích tụ bão hòa các ion bên trong, cần được tái sinh lại bằng axit và kiềm để đảm bảo hệ thống hoạt động chất lượng, lâu dài.

Sử dụng thiết bị EDI

Công nghệ EDI là công nghệ kết hợp giữa điện trường và màng trao đổi ion, hạt nhựa trao đổi. Thay vì sử dụng các cột lọc chứa hạt trao đổi cation, anion và mixed-bed như phương pháp trên, tất cả được gói gọn trong một thiết bị duy nhất.

Dưới tác dụng của điện trường các anion, và cation không mong muốn trong nước cũng được loại bỏ bằng cách di chuyển về các cực trái dấu với chúng. Các ion sẽ đi theo dòng thải đưa ra ngoài. Công nghệ này không cần sử dụng đến hóa chất để tái sinh mà quá trình tái sinh đã được gói gọn trong thiết bị.

Trên đây là 2 phương pháp khử ion trong nước phổ biến nhất. Mỗi phương pháp cũng sẽ có những ưu và nhược điểm riêng.

Để tăng mức độ tinh khiết của nước đầu ra số cột nhựa trao đổi ion và thiết bị EDI có thể tăng lên, đặt nối tiếp nhau. Việc xử lý nhiều hơn qua nhiều cấp lọc (2, 3 cấp,…) sẽ giúp loại bỏ triệt để hơn lượng ion trong nước.

Nước khử khoáng và nước chưng cất

Nước chưng cất cũng là một dạng nước khử khoáng, chúng được tạo ra nhờ quá trình sinh nhiệt, bốc hơi và thu giữ hơi nước bằng hệ thống làm mát. Nước có thể chứa nhiều tạp chất, nhưng hơi nước bốc lên chắc chắn chỉ chứa H+, và OH- nguyên chất.

Các ion tạp chất được giữ lại ở phần chưa bay hơi. Để tăng độ tinh khiết của hơi nước, chúng ta có thể tăng số lần xử lý bằng cách chưng cất lần 2, lần 3. Tuy nhiên tạo nước khử khoáng bằng cách này thường tốn năng lượng và chi phí cao.

Đây có thể được xem như là công nghệ đầu tiên dùng để xử lý và tạo ra nước khử khoáng. Nước chưng cất có độ tinh khiết rất cao, tốt hơn so với nước xử lý DI, EDI thông thường. Tuy nhiên, hiện nay với sự phát triển hiện đại, 2 công nghệ trên được sử dụng phổ biến hơn vì giá thành tốt hơn, và xử lý nhanh hơn.

Ứng dụng của hệ thống khử ion trong nước

Nhờ đặc điểm tinh khiết tuyệt đối mà nước siêu tinh khiết có vai trò vô cùng quan trọng trong các ngành khoa học cũng như đời sống.

Đối với lĩnh vực y tế:

+ Là nguyên liệu phục vụ cho ngành sản xuất dược phẩm, chế phẩm y tế.

+ Là nguyên liệu cho hệ thống thiết bị chạy thận nhân tạo.

+ Là dung môi pha chế hóa chất cũng như để thực hiện một phản ứng hóa học.

+ Dùng để rửa dụng cụ thí nghiệm.

Lĩnh vực y tế đòi hỏi nguồn nước chất lượng cao, vô khuẩn, độ tinh khiết chuẩn quy định, nên nguồn nước siêu tinh khiết là không thể thiếu.

Trong các ngành công nghiệp:

+ Dung môi không thể thiếu trong các quy trình vệ sinh linh kiện, thiết bị điện tử.

+ Nước cung cấp cho hệ thống lò hơi, chất làm mát cho các phản ứng sinh nhiệt.

+ Dung môi cho các ngành pha chế hóa chất, sơn mạ.

Hệ thống khử ion trong nước được sử dụng nhiều nhất trong ngành công nghiệp như:

• Nhà máy hoá chất.
• Nhà máy sản xuất dược phẩm.
• Nước cấp cho nồi hơi, lò hơi.
• Nước dùng trong ngành xi mạ.
• Nước sử dụng trong phòng thí nghiệm.
• Dùng trong máy tạo hơi nước.
• Trong ngành sản xuất linh kiện điện tử.
• Sản xuất, vệ sinh dụng cụ, thiết bị y khoa.
• Trong công nghiệp hàng không vũ trụ.
• Sử dụng trong hệ thống tạo độ ẩm.
• Ngành xử lý và chế tạo kim loại quý.
• Sản xuất, lắp ráp bo mạch điện tử, chip điện tử.

Hoàng Bách JSC với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực làm sạch nước, phân phối và thiết kế những hệ thống khử ion trong nước, vật liệu lọc nước đến từ các thương hiệu uy tín hàng đầu Thế giới. Chúng tôi cam kết mang đến cho quý khách hàng những sản phẩm đạt chất lượng cao với mức giá thành hợp lý.