Кіріспе

Барлық қоспаларды жою үшін тазартылған су. Тазартылған су – бұл қоспаларды жою және оны қолдануға жарамды ету үшін механикалық түрде сүзгіленген немесе өңделген су. Бұрын дистилляцияланған су тазартылған судың ең көп таралған түрі болды, бірақ соңғы жылдары су көбінесе сыйымдылықты деионизациялау, кері осмоз, көміртекті сүзгілеу, микрофильтрация, ультрафильтрация, ультракүлгін окистеу немесе электродионизациялау сияқты басқа процестер арқылы тазартылады. Осы процестердің бірнешеуін біріктіре отырып, өте таза су өндіріледі, ондағы іздік ластағыштар миллиардқа бөлік (ppb) немесе триллионға бөлік (ppt) өлшемдерімен анықталады. Тазартылған судың көптеген қолданыс орындары бар, ең бастысы – дәрі-дәрмек өндірісі, ғылым және инженериялық зертханалар мен өнеркәсіптерде, және олар әртүрлі тазалық деңгейлерінде өндіріледі. Бұдан басқа, ол өнімнің сапасын сақтау үшін коммерциялық сусын өнеркәсібінде әртүрлі тауарлық атаулары бар суды бөтелкеге құю формуласының негізгі құрамы ретінде қолданылады. Оны дереу пайдалану үшін орнында өндіруге немесе ыдыстарда сатып алуға болады. Ағылшын тілінде тазартылған су дегеніміз, адамдар мен жануарларға зиянды саналатын ластағыштарды бейтараптандыру үшін ("ішуге жарамды ету") өңделген суды да білдіруі мүмкін, бірақ оларды міндетті түрде жоюдың қажеті жоқ.

Дестилляция

Дистилляцияланған су дистилляция процесі арқылы өндіріледі. Дистилляция суды қайнатуды және содан кейін пайда болатын буды таза ыдысқа конденсациялауды қамтиды, ал қатты ластанушы заттар қалдырылады. Дистилляция өте таза су шығарады. Дистилляция аппаратында ақ немесе сары минералды шөгінді қалады, оны үнемі тазалау қажет. Дистилденген су, барлық тазартылған су сияқты, бактериялардың болмауын қамтамасыз ету үшін стерильденген ыдыста сақталуы тиіс. Көптеген процедуралар үшін деионизацияланған су сияқты экономикалық жағынан тиімді баламалар бар және олар дистилденген судың орнына қолданылады.

Қос дистилляция

Екі рет дистилленген су (қысқартылған "ddH2O", "Bidest. су" немесе "DDW") бұрын баяу қайнатылған, ластанбаған конденсатталған су буын қайта баяу қайнату арқылы дайындалады. Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл биохимия үшін жоғары тазартылған зертханалық судың де-факто стандарты болып келді және су тазартудың біріктірілген әдістері кеңінен қолданысқа енгенге дейін зертханалық іздік талдауда пайдаланылды.

Деонизациялау

Деиондалған су (DI су, DIW немесе деиондалған су), көбінесе деминералданған су / DM судың синонимі, натрий, кальций, темір және мыс сияқты катиондар, хлорид және сульфат сияқты аниондар сияқты минералды иондарының көбісі алынып тасталған су. Деионизация – еріген минералдарды сутек және гидроксид иондарымен алмастыратын, содан кейін су түзу үшін қайта біріктіретін арнайы жасалған ион алмастырғыш шайырларды қолданатын химиялық процесс. Судың бөлшекті емес қоспаларының көп бөлігі еріген тұздар болғандықтан, деионизация жоғары таза су шығарады, ол көбінесе дистилденген суға ұқсас, бірақ бұл процесс жылдамырақ және масштаб түзбейді. Деионизация зарядталмаған органикалық молекулаларды, вирустарды немесе бактерияларды шайырда кездейсоқ тоқтатудан басқа маңызды түрде алып тастамайды. Арнайы жасалған күшті негізді анион шайырлары грам-теріс бактерияларды жоюға қабілетті. Деионизацияны үнемі және төмен құнмен электродеионизация арқылы жүзеге асыруға болады. Деионизацияның үш түрі бар: бір бағыттағы, кері бағыттағы және аралас қабатты.

Бір уақыттағы деионизация

Co ағымдық деионизация – бұл бастапқы төмен ағыс процесі, онда тазалауға кіретін су және регенерациялық химиялық заттар ион алмастырғыш бағанның жоғарғы бөлігінен еніп, төменгі бөлігінен шығады. Регенерациялық заттардың қосымша қолданылуына байланысты, co ағымдық режимде жұмыс істеудің шығындары қарсы ағымдық деионизацияға қарағанда жоғары. Ион алмастырғыш бағанның төменгі немесе соңғы қабаттарындағы ион алмастырғыштар регенерациялық химиялық заттарға сұйылтылған күйде кездесетін болғандықтан, өнімнің сапасы бірдей өлшемдегі қарсы ағымдық бағанға қарағанда төмен болады. Бұл процесс әлі де қолданылады және ион алмастырғыш бағандағы регенерациялық заттар ағынының нақты реттелуі арқылы оның тиімділігін арттыруға болады.

Аралас төсек деионизациясы

Аралас төсек деионизациясы – бір ион алмастыру бағанында біріктірілген катиондық және аниондық тотықтардың 40/60 арақатысы болып табылады. Тиісті алдын ала өңдеу жасалғанда, аралас төсек ион алмастыру бағанынан бір рет өткеннен кейін алынған тазартылған су ең жоғары тазалық деңгейіне жетеді. Көбінесе аралас төсек деминерализаторлары қолданылатын судың соңғы тазартуы үшін, қолдану алдында судағы соңғы иондарды жоюға арналған. Кішкентай аралас төсек деионизациялық құрылғыларында регенерациялау мүмкіндігі жоқ. Коммерциялық аралас төсек деионизациялық құрылғыларында регенерация үшін күрделі су және регенератор таратқыш жүйелері қарастырылған. Басқару жүйесі ион алмастыру бағанындағы тозығы жеткен аниондық және катиондық тотықтарды жаңарту үшін сорғылар мен клапандарды басқарады. Олар жеке-жеке жаңартылады, содан кейін регенерация процесінде қайта араластырылады. Өнімдік судың жоғары сапасы мен регенерацияның қымбаттығы және қиындығына байланысты аралас төсек деминерализаторлары тек ең жоғары тазалықтағы су қажет болған жағдайларда ғана қолданылады.

Жұмсату

Жұмсарту – физикалық-химиялық жағдайлардың (мысалы, pCO2, pH және Eh) өзгеруіне байланысты табиғи судағы нашар ерігіш минералдардың тұнбаға түсуіне мүмкіндік бермеуден тұрады. Судағы нашар ерігіш иондар ерімейтін тұздар түрінде тұнбаға түсуі (мысалы, ), немесе химиялық процестермен әрекеттесуі мүмкін болған жағдайларда қолданылады. Су нашар ерігіш еківалентті катиондарды (негізінен , және ) ерігіш катионмен алмастыру арқылы жұмсатылады. Сондықтан жұмсатылған судың электр өткізгіштігі деионизацияланған суға қарағанда жоғары. Жұмсатылған су толыққанды деминерализацияланған су деп есептелмейді, бірақ судың қатаңдығына жауапты катиондарды қамтымайды және қазандықтардың, ыстық су қазандықтарының және құбырлардың ішінде пайда болатын, негізінен CaCO3-тан тұратын, қатаң әксіл қабықшаның түзілуіне себеп болмайды.

Минералдылықтан арылу

Қатаң мағынада, деминерализация термині судан барлық еріген минералды түрлерді жоюды білдіреді. Яғни, тек қарапайым деионизация арқылы алынған еріген тұзды ғана емес, сонымен қатар еріген темір гидроксидтері немесе еріген кремний қышқылы сияқты бейтарап еріген түрлерді – суда жиі кездесетін екі еріген затты да жоюды қамтиды. Осылайша, деминерализацияланған судың электр өткізгіштігі деионизацияланған сумен бірдей, бірақ ол тазарақ, себебі онда иондалмаған заттар, яғни бейтарап ерітінділер болмайды. Деминерализацияланған су көбінесе деионизацияланған сумен бір-бірінің орнына қолданылады және қолданылатын нақты анықтамаға байланысты жұмсатылған сумен шатастырылуы мүмкін: ерімейтін минералдар түрінде тұнбаға түсуге бейім катиондарды ғана жою (содан "деминерализация" атауы шыққан), немесе судағы барлық "минералды түрлерді" жою, яғни тек еріген иондарды ғана емес, сонымен қатар бейтарап еріген түрлерді де жою. Сондықтан деминерализацияланған су термині бұлыңғыр, және оның орнына көбірек түсініктілік үшін деионизацияланған су немесе жұмсатылған су қолдану жиі ұсынылады.

Басқа процестер

Суды тазарту үшін кері осмоз, көміртекті сүзгілеу, микропорозды сүзгілеу, ультрасүзгілеу, ультракүлгін сәулемен тотықтыру немесе электродиализ сияқты басқа да процестер де қолданылады. Бұл процестер жоғарыда аталғандардың орнына немесе олармен бірге қолданылады. Суды ішуге жарамды ететін, бірақ таза H2O / гидроксид + гидрон иондарына жақындатпайтын процестерге сұйылтылған натрий гипохлориті, озон, аралас тотықтырғыштар (электрокатализделген H2O + NaCl) және йодтың қолданылуы жатады; суды ішуге жарамды етуге қатысты мәліметтер төмендегі "Денсаулыққа тигізетін әсерлер" бөлімінде қарастырылады.

Қолданылуы

Тазартылған су көптеген қолдануларға жарамды, соның ішінде автоклавтарға, қолмен ұсталатын құралдарға, зертханалық сынақтарға, лазерлік кесуге және автомобильдерде қолдануға. Тазарту процестерге кедергі келтіретін немесе булану кезінде қалдықтар қалдыратын ластаушы заттарды жояды. Судың жақсы электр өткізгіш екені жалпы қабылданған болса да – мысалы, тұрмыстық электр жүйелері ылғалды беттерге тиген жағдайда адамдар үшін әсіресе қауіпті саналады – тазартылған су нашар өткізгіш. Судың өткізгіштігі метрге Сименспен (S/m) өлшенеді. Теңіз суының көрсеткіші әдетте 5 S/m, ішуге жарамды су 5-50 mS/m аралығында, ал жоғары тазартылған су 5,5 мкС/м (0,055 мкС/см) дейін төмендеуі мүмкін, бұл шамамен 1 000 000:1 000:1 арақатынасын құрайды. Тазартылған су фармацевтикалық өнеркәсіпте қолданылады. Осы сападағы су фармацевтикалық өнімдерді, белсенді фармацевтикалық ингредиенттерді (АФИ) және аралық өнімдерді, фармакопеялық мақалаларды және талдау реагенттерін өңдеу, құрастыру және өндіру үшін шикізат, ингредиент және еріткіш ретінде кеңінен қолданылады. Судың микробиологиялық тазалығы маңызды, сондықтан судың микробиологиялық бақылауда екенін көрсету үшін оны үнемі бақылауға және сынау қажет. Тазартылған су коммерциялық сусын өнеркәсібінде әрбір тауарлық марканың бөтелкеге құю формуласының негізгі құрауышы ретінде де қолданылады, бұл дәмнің, мөлдірлігінің және түсінің тұрақтылығын сақтауға мүмкіндік береді. Бұл тұтынушыға қауіпсіз және қанағаттанарлық ішуге арналған судың сенімді кепілдігін береді. Бөтелкелерді толтыру және жабу алдындағы процесте әрбір бөтелке дәмді өзгертуге ұшын болжауы мүмкін кез келген бөлшектерді кетіру үшін деионизацияланған сумен шайылады. Қорғасын қышқыл аккумуляторларында жасушалардың тозуын болдырмау үшін деионизацияланған және дистилленген су қолданылады, бірақ деионизацияланған су жақсырақ, өйткені судан көбірек қоспалар алынып тасталады.

Сын

ASTM D19 (Су) комитетінің мүшесі Эрих Л. Гиббс ASTM D1193 стандартын сынға алып: «I типті су – өндіріс процесінің кез келген кезеңінде, кейбір немесе барлық шектемелерге толық немесе жартылай сәйкес келетін су болуы мүмкін», – деді.

Электр өткізгіштігі

Толық газсыздандырылған ультра таза судың өткізгіштігі 1,2 × 10−4 С/м, ал атмосферамен тепе-теңдікке келген кезде ол 7,5 × 10−5 С/м құрайды, себебі оған еріген CO2 бар. Ең жоғары сападағы ультра таза суды шыны немесе пластик ыдыстарда сақтауға болмайды, өйткені бұл ыдыс материалдары өте төмен концентрацияда ластаушы заттарды бөліп шығарады. Аз талаптарға жауап беретін қолданулар үшін кремнийден жасалған ыдыстар, ал ең жоғары тазалықты қажет ететін қолданулар үшін ультра таза қалайыдан жасалған ыдыстар қолданылады. Электр өткізгіштігі тек иондардың бар екенін көрсетеді, бірақ суда табиғи түрде кездесетін көптеген ластаушы заттар белгілі бір деңгейде иондалады. Бұл иондану сүзгілеу жүйесінің тиімділігін бағалаудың жақсы тәсілі болып табылады, ал қымбат жүйелер сүзгілерді жаңарту немесе ауыстыру қажеттігін көрсету үшін өткізгіштік негізіндегі дабылдармен жабдықталған. Салыстыру үшін, теңіз суының өткізгіштігі шамамен 5 С/м (53 мС/см көрсетілген), ал қарапайым тазартылмаған кран суының өткізгіштігі 5 × 10−3 С/м (50 мкС/см) болуы мүмкін (бір ретке дейін), бұл жақсы жұмыс істейтін деминералдау немесе дистилляция механизмдерінен шыққан судан шамамен 2 немесе 3 рет жоғары, сондықтан ластанудың төмен деңгейі немесе тиімділіктің төмендеуі оңай анықталады.

Өнеркәсіптік пайдалану

Кейбір өнеркәсіптік процестер, әсіресе жартылай өткізгіш және фармацевтикалық өнеркәсіптерде, өте таза судың көп мөлшері қажет. Мұндай жағдайларда, бастапқы су алдымен тазартылған суға өңделеді, содан кейін одан әрі тазартылып, ультра таза су өндіріледі. Фармацевтикалық өнеркәсіптерде қолданылатын тағы бір ультра таза су түрі – инъекцияға арналған су (WFI), ол әдетте дистилляцияның немесе компрессиялық буландырудың бірнеше сатысы арқылы деионизацияланған (DI) судан немесе кері осмос деионизацияланған (RO DI) судан жасалады. Оның бактериялық тазалығына қойылатын талаптар USP стандарты бойынша 100 мл-ге 100 ҚТБ-дан кем емес емес, 100 мл-ге 10 ҚТБ-ға дейін қатаң.

Басқа қолданыстар

Дистилденген немесе деионизацияланған су көбінесе автомобильдер мен жүк көліктерінде және басқа да қолданыстарда қолданылатын қорғасын-қышқыл аккумуляторларды толтыру үшін пайдаланылады. Мұндағы судың құрамындағы бөтен иондар қорғасын-қышқыл аккумуляторының қызмет ету мерзімін күрт қысқартуы мүмкін. Автокөліктерді салқындату жүйелерінде қолдану үшін дистилденген немесе деионизацияланған суға басымдық беріледі. Буландыруға арналған құрылғыларда, мысалы, бу тіреуіштер мен ылғалдандырғыштарда деионизацияланған немесе дистилденген суды қолдану минералдық қабыршақтың түзілуін азайтады, бұл құрылғының қызмет ету мерзімін қысқартады. Кейбір құрылғы өндірушілері деионизацияланған судың қажеті жоқ деп мәлімдейді. Тазартылған су тұщы және теңіз аквариумдарында қолданылады. Онда мыс және хлор сияқты қоспалар болмағандықтан, ол балықтарды аурулардан сақтайды және фосфат пен силикаттың жетіспеуінен аквариум өсімдіктерінде балдырдың өсуін болдырмайды. Аквариумда қолданар алдында деионизацияланған суды минералдық заттармен толықтыру қажет, себебі оның құрамында өсімдіктер мен балықтарға қажетті макро және микроэлементтер жеткіліксіз. Ұшақтардың қозғалтқыштарының жұмысын жақсарту үшін су (кейде метанол қосылған) қолданылады. Поршендік қозғалтқыштарда ол қозғалтқыштың соққысын кешіктіреді. Турбиналық қозғалтқыштарда ол турбинаның белгілі бір температура шегінде отын ағынын арттырады және массалық ағынды ұлғайтады. Мысалы, ол алғашқы Boeing 707 үлгілерінде қолданылған. Жаңа конструкциялар үшін мұндай жүйелерді ескірген материалдар мен инженерия жағдайына келтірді, бірақ кіретін ауа зарядын шашырату әлі де шектеулі түрде қолданылады. Деионизацияланған су көптеген косметикалық және фармацевтикалық өнімдердің құрамында жиі қолданылады. "Aqua" - бұл Халықаралық косметикалық ингредиенттер номенклатурасының стандартындағы судың стандартты атауы, ол кейбір елдерде өнімдердің қаптамасында міндетті түрде көрсетілуі керек. Жоғары салыстырмалы диэлектрлік тұрақтылығы (~80) болғандықтан, деионизацияланған су көптеген импульстік қуат қолданыстарында, мысалы, Sandia Ұлттық зертханаларының Z машинасысында жоғары кернеулік диэлектр ретінде қолданылады. Дистилденген суды компьютерлерде сумен салқындату жүйелерінде және лазерлік таңбалау жүйелерінде пайдалануға болады. Судың тазалығы жүйені таза ұстауға және бактериялар мен балдырдың өсуін болдырмауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, төменгі өткізгіштік ағып кеткен жағдайда электрлік зақымдану қаупін азайтады. Дегенмен, деионизацияланған су мыс және қола фитингтерде жарықтардың пайда болуына себеп болуы мүмкін. Автомобильдерді, терезелерді және басқа да беттерді жуғаннан кейін тазартылған суды қолдану еріген заттардың салдарынан дақтар қалдырмай кептіреді. Деионизацияланған су сезімтал ортада қолданылатын сулы тұманды өрт сөндіру жүйелерінде қолданылады, мысалы, жоғары кернеулі электр жабдықтары мен сезімтал электроникасы бар жерлерде. "Спринклерлік" сораптар басқа жүйелерге қарағанда әлдеқайда ұсақ тамшыларды қолданады және 35 МПа (350 бар; 5000 psi) қысыммен жұмыс істейді. Шығарылатын өте ұсақ тұман оттың жылуын тез кетіреді, ал су тамшыларының өте кішкентай болуы оларды өткізбейді (деионизацияланған кезде) және сезімтал жабдыққа зақым келтіру ықтималдығын азайтады. Деионизацияланған су, керісінше, табиғи түрде қышқылды болады және ластаушылар (мыс, шаң, тот баспайтын және көміртекті болат және басқа да көптеген материалдар) оны тез иондайды. Электрлік тізбектерге қуатты қосып тұрғанда су шашу қауіпсіз емес деп есептеледі және электрлік жағдайларда суды пайдалану ұсынылмайды. Сигараларды бактериялар, көңіл және ластаушы заттардан сақтау үшін, сондай-ақ ылғалдандырғыш материалда қалдықтардың пайда болуын болдырмау үшін дистилденген немесе тазартылған су ылғалдандырғыштарда қолданылады. Сумен жабдықталған бағаналы жүйелерді пайдаланатын терезе тазалаушылар да тазартылған суды қолданады, себебі ол терезелердің дақ немесе із қалдырмай өздігінен кебуіне мүмкіндік береді. Сумен жабдықталған бағаналардан тазартылған суды пайдалану сатыларды пайдалану қажеттілігін де болдырмайды, сондықтан Ұлыбританияда биіктікте жұмыс істеу туралы заңнамаға сәйкес келеді.

Минералдық тұтыну

Дистилляция судан барлық минералдарды алып тастайды, ал кері осмоз және нанофильтрацияның мембраналық әдістері минералдардың көп бөлігін немесе дерлік барлығын алып тастайды. Бұл минералдық құрамынан айырылған судың пайда болуына әкеледі, оның әдеттегі ішу суынан артық пайдалы екені дәлелденбеген. Дүниежүзілік денсаулық сақтау ұйымы 1980 жылы минералдық құрамынан айырылған судың денсаулыққа тигізетін әсерін зерттеді және оның диурезді және электролиттердің шығарылуын күшейтетінін, сондай-ақ қан сарысуындағы калий концентрациясын төмендететінін анықтады. Судағы магний, кальций және басқа да қоректік заттар қоректік заттардың жетіспеушілігінен қорғауға көмектеседі. Магнийге қатысты ұсынылған ең төменгі мөлшер 10 мг/л, ал оңтайлы мөлшері 20–30 мг/л; кальцийге қатысты ең төменгі мөлшер 20 мг/л, ал оңтайлы мөлшері 40–80 мг/л, ал судың жалпы кермектігі (магний мен кальцийді ескере отырып) 2–4 ммол/л болуы тиіс. Фторға қатысты тіс денсаулығы үшін ұсынылатын концентрация 0,5–1,0 мг/л, ал тіс флюорозын болдырмау үшін ең жоғары шекті мән 1,5 мг/л құрайды. Қалалық сумен жабдықтау көбінесе тұтыну үшін қауіпсіз деп саналатын деңгейдегі қосымша заттар қосады немесе іздер мөлшерде таза емес заттарды қамтиды. Осы қосымша заттардың көп бөлігі, мысалы, ұшқыш органикалық қосылыстар, фтор және шамамен 75 000-нан астам басқа химиялық қосылыстар, дәстүрлі сүзгілеу арқылы алынып тасталмайды; алайда, дистилляция және кері осмоз осы заттардың көбісін жояды.