Деминерализация и дистилляция

Существует множество сфер деятельности, где от качества питательной воды напрямую зависят свойства продукта или стабильность работы технологического оборудования. Использование тщательно очищенной воды критично для таких отраслей, как фармацевтика и производство косметики, выпуск продуктов питания и напитков, изготовление электронных компонентов и многих других. Разница в производственных процессах данных отраслей порождает различия в определениях, используемых для описания технологий водоподготовки. В данном материале мы рассмотрим особенности процессов деминерализации, деионизации и дистилляции воды. 

Сходство технологий деминерализации, деионизации и дистилляции

Применительно к технологическим процессам термины «деминерализация» и «деионизация» можно считать синонимами. Разница в определениях имеет больше территориальный характер. Так, в Западной Европе и США более распространено слово «деионизация», привязанное к сути технологии – ионному обмену, в то время как в России и Восточной Европе чаще встречается термин «деминерализация», отсылающий к конечному результату – очистке воды от минеральных примесей. В случае деминерализаторов очистка осуществляется с помощью той же технологии ионного обмена. Путаница возникает, когда слово «деминерализация» используют в общем значении – для указания на различные технологии удаления солей, например, такие, как обратный осмос, нанофильтрация и др. Мы будем придерживаться более распространенного определения и будем сравнивать деминерализацию и деионизацию в совокупности с технологией дистилляции, основанную на других физических и химических процессах.

Деминерализованная и дистиллированная вода могут использоваться в тех случаях, когда требуются высокие пороговые значения чистоты. Общие промышленные применения включают:

• Производство фармпрепаратов и косметики. Вода после деминерализации или дистилляции используется в качестве ингредиента или растворителя при производстве лекарств и косметики, для контроля качества и безопасности продукции. Обычно в состав продукта идет дистиллированная вода, а деминерализованная вода используется для промывки оборудования, очистки тары и других вспомогательных целей.
• Изготовление полупроводников и микроэлектроники. Благодаря высокой чистоте деминерализованная / дистиллированная вода легко растворяют ионные загрязнения на поверхности чувствительных электронных компонентов, что делает их полезными для промывки и очистки. Дистилляторы уступают здесь деминерализаторам и системам обратного осмоса, поскольку те способны обеспечить производство больших объемов воды по более низкой стоимости и гарантировать сверхнизкую концентрацию металлов в ней.
• Пищевая промышленность. Как и в фармацевтике вода после деминерализации чаще используется для дезинфекции емкостей и оборудования, а вода, полученная методом дистилляции, служит ингредиентом.
• Производство электроэнергии. Как дистилляция, так и деминерализация используются для предварительной обработки питательной и подпиточной воды для градирен и котлов высокого давления. Высокая чистота дистиллированной и деионизированной воды обеспечивает предсказуемый нагрев и давление, защищает от накипи и снижает потребление электроэнергии. Дистилляция обычно используется как часть экологически чистых бессточных систем водоподготовки (ZLD) в энергетических проектах. Большинство же проектов в энергетике используют технологию деминерализации для увеличения производительности и сокращения удельных затрат.
• Прочие отрасли. Деионизированная и дистиллированная вода используются для промывки оборудования и тары в самых разных отраслях промышленности, а также в качестве растворителей как, например, в области нанесения гальванических покрытий, где вода выполняет роль носителя для твердых частиц краски, или в исследовательских лабораториях для проведения экспериментов.

Если сравнивать деминерализаторы и дистилляторы не только по концентрации солей, остающихся в воде после очистки, но и по совокупности показателей чистоты, дистилляция обеспечивает немного большую чистоту, поскольку помимо солей справляется с бактериями, органическими и механическими примесями. Однако из-за очень высокой стоимости воды дистилляция применяется в основном в тех отраслях, где придерживаются особо строгих стандартов чистоты, например, в фармацевтике и высокоточной химии. В остальных же сферах дистилляторы успешно заменяются комплексами водоподготовки на основе деминерализаторов или установок обратного осмоса.

Различие технологий дистилляции и деминерализации

Деминерализованная и дистиллированная вода обладают одинаково высокой чистотой. Тем не менее, как будет показано ниже, есть несколько характеристик, которые отличают их друг от друга.

Различия в принципе действия

Основное различие между деминерализованной и дистиллированной водой заключается в процессе их производства. Деминерализация (и деионизация) базируются на процессах ионного обмена, в котором поток пропускают через один или несколько слоев ионообменной смолы. Эти смолы удаляют растворенные в воде твердые частицы на основе электростатического притяжения между ионами в растворе и ионами на смоле. Подробное описание процесса ионного обмена можно найти в статье «Деминерализация воды».

Другая форма деионизации, называемая электродеионизацией (EDI) в целом аналогична работе деминерализаторов с разницей в том, что удаление твердых частиц осуществляется с помощью электричества и полупроницаемых мембран, а не с помощью ионообменных смол. В силу малой производительности установки электродеионизации используются в основном в качестве финишной ступени после установок обратного осмоса или промышленных деминерализаторов.

В то же время процесс дистилляции принципиально отличается от деионизации. Дистиллятор осуществляет перегонку жидкости, подвергая ее кипячению и последующей конденсации. Образующийся водяной пар охлаждается в конденсаторе, а очищенная жидкая вода улавливается в стерильном контейнере. Можно сказать, что суть деминерализации – в удалении примесей из воды, а дистилляции – наоборот – в удалении воды из примесей. Сумма прилагаемых усилий и энергозатрат во втором случае в разы выше. Этим и объясняются более высокие эксплуатационные расходы, связанные с работой дистилляторов. 

Различия в затратах

Для большинства промышленных применений технология деминерализации намного более рентабельна, чем дистилляция. Это связано с тем, что дистилляция требует значительных затрат энергии на нагрев, циркуляцию и охлаждение, особенно для больших объемов воды, необходимых для промышленных производств. За последние несколько десятилетий такие инновации, как установки компримирования (сжатия) пара и многоэтапной дистилляции, привели к повышению энергоэффективности, но эти установки по-прежнему обходятся дороже в сравнении с альтернативами.

Текущие же эксплуатационные расходы системы деминерализации сравнительно невысоки. Большинство серийно выпускаемых деминерализаторов потребляют всего от 30 до 100 Вт электроэнергии, необходимой для работы насосов, обеспечивающих циркуляцию воды и реагентов во время регенерации ионообменных смол. По мере истощения смол они заменяются новыми. Сами же установки не имеют в своем составе сложного и нуждающегося в обслуживании оборудования.

Различия в удаляемых загрязнениях

Деионизация крайне эффективна в удалении из воды ионных примесей, однако в силу принципа ионного обмена, деминерализатор мало пригоден для очистки воды от неионных веществ таких, как органические или биологические загрязнители. Однако проблема решается включением в систему водоподготовки дополнительных фильтров, точный состав которых будет зависеть от исходных характеристик источника воды в вашем случае.

С другой стороны, дистилляция успешно справляется с удалением почти всех загрязнителей, включая ионные органические и неорганические вещества, биологические загрязнители. При этом источником загрязнения может служить сам процесс дистилляции, когда летучие вещества поднимаются вместе с водяным паром и попадают в дистиллят с так называемым переходящим остатком, что также будет требовать установки дополнительного фильтрующего оборудования. Другая особенность дистилляции заключается в том, что дистиллированная вода, обладая более низкими показателями минерального состава (TDS) способна легко растворять материалы, с которыми она взаимодействует, что требует особых мер хранения. В противном случае, вещества, вымываемые из стенок накопителей будут загрязнять дистиллированную воду, обесценивая все усилия по ее производству.

Помощь Nobel

Выбор технологии водоподготовки требует учета множества факторов и сравнения различных технологий между собой. Для принятия некоторых решений вам может понадобиться помощь квалифицированных специалистов. 

Инженеры Nobel S.r.l располагают более чем 30-летним опытом в подборе и производстве подходящих технологий очистки воды. Обращение к специалистам поможет решить стоящие перед вами задачи комплексно – снизить затраты на водоподготовку и количество отходов и добиться лучшего качества продукции. Чтобы воспользоваться уникальной экспертизой Nobel свяжитесь с нами по телефону или через сайт и получите продуманное коммерческое предложение.