Demineralize Su
Distile, deiyonize ve demineralize su, saflık ölçüsüdür.
Distile, deiyonize ve demineralize su için net bir tanım ve standart belirtmek zordur. Muhtemelen saf su (ultra saf su) ile tanışmanın en kolay yolu, en bilinen ve eski yöntem olan “distilasyon” ile başlamaktır.
Distile su, kaynatılarak buharlaştırılan ve daha sonra bir soğutucu ünite (kondenser) ile tekrar sıvı faza döndürülen sudur. Distilasyon, suyu saflaştırmak için kullanılır. Çözünmüş kirleticiler, örneğin tuzlar, su buharlaştıkça, kapta kalacaktır. Ancak çözünmüş alkol gibi uçucu kirleticilerin olması halinde, bu uygulama çalışmaz. Çünkü alkol de su ile birlikte buharlaşacak ve yoğuşacaktır. Çok özel ekipmanların kullanılması ile suyu seçici olarak diğer uçucu maddeler ayırarak yoğuşturmak mümkün olsa dahi birçok distilasyon prosesi az da olsa uçucu maddenin taşınmasını engelleyemez. Ayrıca kaynama esnasında su kabarcıkları su yüzeyde patladıkça, yine az da olsa uçucu olmayan madde de suyun buhar fazına geçecektir. Bu uygulamada elde edilecek en yüksek saflık 1.0 MΩ.cm ‘dir. Yoğuşma sonrası pH genellikle 4,5…5,0 mertebesinde olur. Ayrıca, distilasyon işlemi sonrasında suyun tekrar kontamine olmamasına dikkat edilmelidir.
Deiyonizasyon: İyonize tuzları sudan ayıran özel iyon değiştirici reçinelerin kullanıldığı prosese verilen isimdir. Teorik olarak tuzların yüzde yüzünü giderir. Deiyonizasyon, organik maddeleri, virüs ve bakterileri gidermez. (Reçine yatağında istenmeyen tutulmalar hariç. Örneğin kuvvetli anyon reçinenin gram negatif bakteriyi tutması gibi) Deiyonize su eldesi diğer bir olası uygulama da elektrodeiyonizasyon ‘dur.
Demineralizasyon: Minerallerin sudan ayrılacağı tüm proseslere denilebilir. Ancak yoğunlukla iyon değiştirme prosesleri için kullanılarak sınırlandırılmaktadır.
Ultra Saf Su: Genellikle yarı-iletken ve ilaç sektörlerinde kullanılan, içerisinde hiç organik madde bulundurmayacak ve yüksek elektriksel dirence sahip olacak şekilde arıtılmış su.
Deiyonizasyon, elektrik olarak yüklü çözünmüş maddelerin (iyonların) giderilmesini, suyun üzerinden geçirildiği reçine yatağı sayesinde, reçine üzerindeki pozitif veya negatif yüklü karşılıkları ile bağlanmasıdır. Bu prosese, iyon değiştirme adı verilir ve farklı miktarlarda deiyonize su elde edilmesinde, farklı kullanım metotları barındırır.
Kuvvetli asidik katyon + kuvvetli bazik anyon reçine sistemleri
Bu sistemler iki taşıyıcı haznesinden oluşur. Bunlardan biri hidrojen formundaki (H+) katyon değiştirici reçineyi, diğeri de hidroksil (OH–) formundaki anyon değiştirici reçineyi içerir. Su, katyon kolonundan geçtiğinde, sudaki tüm katyonlar hidrojen iyonu ile yer değiştirir. Katyonları giderilmiş su daha sonra anyon kolonundan geçirilir ve içeriğindeki tüm anyonlar da hidroksil iyonu ile değişir. Hidrojen ve hidroksil daha sonra da suyu (H2O) oluşturur.
Bu sistemler silis dahil tüm iyonları giderir. Birçok durumda, katyon ve anyon kolonları arasına CO2 giderimi için bir ünite yerleştirilerek, anyon kolonuna beslenen sudaki anyon yükü düşürülür. Bu sayede, CO2 konsantrasyonu birkaç mg/L mertebesine indirilerek, gerekecek kuvvetli bazik anyon reçine miktarında ve takiben rejenerant miktarında düşüş elde edilir.
Kuvvetli asidik katyon + zayıf bazik anyon + kuvvetli bazik anyon reçine sistemleri
Bu kombinasyon, bir öncekinin bir varyasyonudur. Aynı kalitede deiyonize su sağlarken, yüksek miktarda kuvvetli anyon (klorür ve sülfat) içeren suların arıtımında ekonomik avantajlar sunar. Bu avantaj, son kuvvetli bazik anyon değiştirici reçine kolonu öncesine, ekstra bir zayıf bazik anyon değiştirici reçine kolonu ilavesi ile elde edilir. CO2 giderim ünitesi, katyon değiştiriciden sonra veya iki anyon değiştirici arasına yerleştirilebilinir. Anyon değiştiricilerin rejenrasyonu, kostik (NaOH) solüsyonunun önce kuvvetli bazik reçineden daha sonra zayıf bazik reçineden geçirerek gerçekleştirilir. Bu metot sayesinde daha az kostik kullanılır. Çünkü kuvvetli bazik anyon değiştirici rejenerasyonu sonrasında kalan kostik daha sonraki zayıf bazik reçineyi tamamen rejenere etmek için yeterlidir. Bir diğer ilave avantaj da, besi suyunun yüksek organik madde yükü içermesi durumlarında, zayıf bazik reçine, kuvvetli bazik reçineyi koruyacaktır.
Mixed Bed (Karışık Yatak) Deiyonizasyon
Mixed bed deiyonize sistemlerinde, katyon değiştirici ve anyon değiştirici reçineler karıştırılarak tek bir taşıyıcı kolon içerisine yerleştirilirler.
Rejenerasyon işlemini yürütebilmek için, reçineler hidrolik olarak ters yıkama fazında ayrılırlar. Anyonik reçine, katyonik reçineden daha hafif olduğu için, yukarıda konumlanır ve katyon reçine aşağıya düşer. Devamında rejenerasyon fazı kostik ve kuvvetli asit ile gerçekleştirilir. Devamında durulama fazı ile fazla rejenerant ayrı ayrı giderilir.
Mixed bed sistemlerinin avantajları şunlardır:
- Elde edilen su yüksek saflıktadır
- pH hemen hemen nötr ‘dür
- durulama suyu gereksinimi düşüktür
Düşük iyon değiştirme kapasitesi ve özellikle reçine ayrıştırma ve karıştırma adımlarının içerildiği komplike işletme prosedürü mixed bed sistemlerinin dezavantajlarıdır.
İyon değiştirici sistemlerin yanı sıra, deiyonize sular ters osmoz sistemleri ile de elde edilir. Ters osmoz bilinen en hassas filtrasyondur. Bu proses, iyonlar kadar küçük partiküllerin su solüsyonundan ayrılmasını sağlar. Ters osmoz, tuzların ve diğer safsızlıkların giderilerek suyun saflaştırıldığı ve renk, tat gibi özelliklerin iyileştirildiği bir prosesdir. Ters osmoz sistemi, bakteri, tuzlar, şeker, protein, partiküller, boya ve molekül ağırlığı 150…250 dalton üzerindeki diğer tüm kirleticileri giderme kabiliyetindir.
Ters osmoz sistemi, birçok ihtiyaca tek geçişli sistem tasarımında ve yüksek saflık ihtiyacına ise çift geçişli sistem tasarımı ile cevap verebilir. Bu proses ile %99,9 ‘un üzerinde virüs, bakteri ve hastalık yapıcı mikro-organizmalar giderilir. 3,4…69 bar arasındaki basınçlar, ters osmoz sistemlerindeki saflaştırma işlemi için gerekli itici gücü oluşturur. Enerji açısından faz değişimi (distilasyon) prosesine oranla daha verimlidir. İyon değiştirme sistemlerindeki gibi kuvvetli rejenerasyon kimyasalları da gerektirmez. Ters osmoz sistemi ile iyonların ayrıştırılması elektriksel olarak yüklü parçacıklar sayesinde kolaylaşır. Çözünmüş iyonlar gibi yük taşıyan parçacıklar, organikler gibi yük taşımayanlara oranla membranlar tarafından daha kolay giderilir. Elektriksel yük ve parçacık boyutu ne kadar büyük olursa, giderimi o kadar kolaydır.
Saflık ölçümü
Su saflığı birkaç şekilde ölçülür. Suda çözünmüş katıların toplam ağırlığını belirlemek bu yöntemlerden biridir. Bu metot, çözünmüş katıların ölçümünde, suda çözünmüş sıvı ve gazların ölçümüne oranla daha geçerlidir. Safsızlıkların ağırlığını ölçmenin yanında, suyun kaynama noktasını arttırma veya donma noktasını düşürme oranları sayesinde safsızlıkların seviyeleri tahmin edilebilinir. Refraktif index (transparan maddelerin ışık dalgasını eğme ölçüsü) de sudaki çözünürleri tayin etmekte kullanılabilir. Tüm bunlara alternatif olarak, su saflığı, suyun elektriği iletme veya direnç oluşturma özelliğinin tayini ile hızlı şekilde ölçülebilir. Çok saf su elektriği düşük şekilde iletir yani yüksek direnç oluşturur.
pH değeri
Saf su hafif asidiktir ve distile su 5.8 pH değeri mertebesindedir. Bunun sebebi distile su, havadaki karbondioksiti çözer. Atmosfer ile dinamik olarak dengeye gelesiye kadar karbondioksiti çözer. Bu, çözülen miktar ile solüsyondan açığa çıkan miktarlar dengeli anlamına gelir. Sudaki toplam miktar, atmosferdeki konsantrasyon üzerinden belirlenir. Çözünmüş karbondioksit su ile reaksiyona girer ve son olarak karbonik asit oluşturur.
2 H20 + CO2 → H20 + H2CO3 (karbonik asit) →H30+ (yüklü asidik su) + HCO3– (yüklü bikarbonat iyonu)
Sadece yeni üretilmiş distile suyun pH değeri takribi 7 ‘dir. Ama karbondioksit varlığı ile etkilenecek ve birkaç saat içinde hafif asidik pH değerine ulaşacaktır.
Buna ilave olarak, ultra saf suyun pH değerinin ölçülmesi zordur. Sadece yüksek saflıktaki suyun kontaminasyonları bünyesine alması kaynaklı değil (karbondioksit gibi), pH metrelerin ölçüm doğruluğunu etkilecek düşük iletkenlik değerine sahip olması da kaynaklıdır. Örneğin, sadece birkaç ppm CO2 ‘in absorbe edilmesi, ultra saf suyun pH değerinin 4.5 civarına düşmesine sebep olabilir. Esasen su hale yüksek kalitededir.
Ultra saf suyun pH değerini tayin etmenin en doğru yolu direncini ölçmektir. Sabit bir direnç değerinde, pH ‘da belli bir limit içerisindedir. Örneğin, eğer direnç 10.0 MΩ.cm ise, pH 6.6 ile 7.6 aralığında olmalıdır. Yüksek saflıktaki suyun direnci ve pH değeri arasındaki ilişki aşağıdadır.
Deiyonize suyun elektriksel direnci ve pH değeri
pH değeri
Saf su hafif asidiktir ve distile su 5.8 pH değeri mertebesindedir. Bunun sebebi distile su, havadaki karbondioksiti çözer. Atmosfer ile dinamik olarak dengeye gelesiye kadar karbondioksiti çözer. Bu, çözülen miktar ile solüsyondan açığa çıkan miktarlar dengeli anlamına gelir. Sudaki toplam miktar, atmosferdeki konsantrasyon üzerinden belirlenir. Çözünmüş karbondioksit su ile reaksiyona girer ve son olarak karbonik asit oluşturur.
2 H20 + CO2 → H20 + H2CO3 (karbonik asit) →H30+ (yüklü asidik su) + HCO3– (yüklü bikarbonat iyonu)
Sadece yeni üretilmiş distile suyun pH değeri takribi 7 ‘dir. Ama karbondioksit varlığı ile etkilenecek ve birkaç saat içinde hafif asidik pH değerine ulaşacaktır.
Buna ilave olarak, ultra saf suyun pH değerinin ölçülmesi zordur. Sadece yüksek saflıktaki suyun kontaminasyonları bünyesine alması kaynaklı değil (karbondioksit gibi), pH metrelerin ölçüm doğruluğunu etkilecek düşük iletkenlik değerine sahip olması da kaynaklıdır. Örneğin, sadece birkaç ppm CO2 ‘in absorbe edilmesi, ultra saf suyun pH değerinin 4.5 civarına düşmesine sebep olabilir. Esasen su hale yüksek kalitededir.
Ultra saf suyun pH değerini tayin etmenin en doğru yolu direncini ölçmektir. Sabit bir direnç değerinde, pH ‘da belli bir limit içerisindedir. Örneğin, eğer direnç 10.0 MΩ.cm ise, pH 6.6 ile 7.6 aralığında olmalıdır. Yüksek saflıktaki suyun direnci ve pH değeri arasındaki ilişki aşağıdadır.
| İÇECEKLER | pH DEĞERİ |
|---|---|
| Süt | 6,5 |
| Distile Su | 5,8 |
| Bira | 4,0 … 5,0 |
| Kahve | 2,5 … 3,5 |
| Portakal Suyu | 3,5 |
| Alkolsüz İçecekler | 2,0 … 4,0 |
| Kola | 2,5 |
| Şarap | 2,3 … 3,8 |
| Mide Asidi | 1,0 … 2,0 |
| Batarya Asidi | 1,0 |
Diğer içecekler ile kıyaslandığında, deiyonize suyun hafif asidik pH değerine sahip olduğu görülür.
İnsan vücudu, pH değerini dengeye getirmek için tamponlar kullanır. Eğer bir kişi, asidik gıda tüketir ise, o kişinin kanı, asiditeyi nötralize etmek için daha çok bikarbonat ve daha az karbondioksit üretmeye başlar. Aynı şekilde kan, alkali tükemininde daha çok karbondioksit ve daha az bikarbonat üretir. Sonuç olarak söyleyebilir ki, distile su içimi insan vücudunu asidik duruma sokmaz.
Kaynaklar:
- F.N.Kemmer; THe Nalco water handbook; 2. Edition; 1988
- www.purite.com
- Degremont; Water treatment handbook; sixth edition; 1991
- Osmonics Pure Water Handbook; 2. Edition; 1997
