ر اکثر آب های تصفیه شده گازهای محلول وجود دارد. آنها چه هستند؟ چقدر هست؟ چگونه به آنجا می رسند؟ چه تاثیراتی دارند؟
تمام آب های تصفیه شده با حذف ناخالصی ها از آب های طبیعی یا شهری تولید می شود. بنابراین، ما باید گازهای احتمالی موجود در این آبهای خوراکی، سرنوشت آنها را به عنوان آب تصفیه شده و هرگونه آلودگی احتمالی با گازهای مشابه یا سایر گازها در طول یا بعد از تصفیه را در نظر بگیریم.
گازهای محلول در آبهای طبیعی
آبهای طبیعی کم و بیش در تماس با هوا هستند. بیشتر گازهای محلول از هوا به اضافه CO2 جذب می شوند که می تواند بخشی از خاک و سنگ های در تماس با آب باشد. آبهای شهری از تصفیه آبهای طبیعی به‌دست می‌آیند تا قابل شرب باشند. این فرآیندها معمولاً تأثیر بسیار کمی بر محتوای گاز محلول در آب دارند، به طور کلی تماس آنها را با هوای محیط افزایش می‌دهند و تغییرپذیری ناشی از منابع محلی را کاهش می‌دهند.
هر گاز اتمسفر با آن گاز محلول در آب در تعادل است. مقدار محلول در آب به دما و فشار جزئی گاز در جو بستگی دارد.
غلظت گازهای محلول در آب با دما، فشار اتمسفر و مکان متفاوت است، اما برای آب در تعادل با هوا در دمای 25 درجه سانتیگراد، مقدار تقریبی گاز آبهای طبیعی در ستون 4 ذکر شده است. به طور خلاصه، در تغذیه آب تا تصفیه در سیستم‌ها، غلظت‌های اکسیژن و نیتروژن در سطوح کمتر از 10ppm وجود دارد و تنها آثاری از گازهای نجیب وجود دارد. سطح CO2 در آب تحت تأثیر عوامل دیگری است و به طور جداگانه مورد بحث قرار می گیرد.
أثیر تصفیه آب بر گازهای محلول
اثرات فن آوری های استاندارد تصفیه آب بر روی اکسیژن محلول، نیتروژن و گازهای بی اثر ناچیز است. این گازها مستقیماً از غشاهای اسمز معکوس، اشعه ماوراء بنفش، میکرو و اولترافیلترها، رزین های تبادل یونی و واحدهای الکترودیونیزاسیون (EDI) عبور می کنند و از هیچ یک از ظرفیت محیط تصفیه استفاده نمی کنند. هر گونه تأثیر جزئی، به عنوان مثال، به دلیل تغییرات موضعی فشار، با تعادل با اتمسفر در هر مخزن ذخیره سازی، متعادل می شود. آب خوراک از منابع شهری احتمالاً با تصفیه در آزمایشگاه گرم می شود و در نتیجه آب تصفیه شده به احتمال زیاد در نیتروژن و اکسیژن اشباع می شود.
دی اکسید کربن
دی اکسید کربن بسیار متفاوت از سایر گازهای موجود در هوا عمل می کند. هنگامی که در آب حل می شود، واکنش نشان می دهد تا یک سری تعادل ایجاد کند:
معادله CO2 محلول در آب
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H+ + HCO3- ↔ 2H+ + CO32-
بخش کوچکی از دی اکسید کربن محلول در آب به سرعت واکنش می دهد و اسید کربنیک تشکیل می دهد. این به نوبه خود، تا حدی تجزیه می شود و یون های هیدروژن، بی کربنات و کربنات را تشکیل می دهد. CO2 تا رسیدن به تعادل به حل شدن ادامه می دهد.
این وضعیت با وجود یون های کربنات و بی کربنات در آب های سخت طبیعی پیچیده تر می شود. این غلظت‌ها می‌توانند نسبتاً بالا باشند و در نتیجه سطوح بالایی از اسید کربنیک و CO2 محلول در آنها ایجاد شود. در این شرایط، غلظت CO2 محلول می تواند 60ppm یا بیشتر باشد.
مانند سایر گازها، CO2 بدون تغییر از فیلترها و عملیات اشعه ماوراء بنفش عبور می کند، اما به دلیل تعادل آن با یون های بی کربنات و کربنات، در واقع می تواند در رزین های تبادل آنیونی حفظ شود. همانطور که یون های بی کربنات و کربنات روی رزین حذف می شوند، CO2 بیشتری به بی کربنات تبدیل می شود تا زمانی که هیچ کدام باقی نماند.
تاثیر تصفیه آب بر CO2 محلول
1) CO2 به طور کامل از آبی که توسط تبادل یونی یا تا حد زیادی توسط EDI خالص شده است، حذف می شود.
2) سطوح بالای CO2 مقدار قابل توجهی از ظرفیت بستر رزین تبادل یونی را مصرف می کند یا می تواند EDI را اضافه بار کند. با 25ppm CO2 در آب تغذیه بیش از دو سوم ظرفیت رزین های بستر مخلوط می تواند توسط CO2 مصرف شود.
3) با استفاده از آب تغذیه با CO2 بالا، حذف CO2 قبل از تبادل یونی می تواند طول عمر بسته را تا ضریب سه یا بیشتر افزایش دهد.
پس از حذف گازهای محلول
پس از حذف گازهای محلول برای تصفیه آب، آب فوق خالص درون دستگاه تصفیه دارای مقاومت 18.15 MΩ.cm است و دارای سطوح زیر ppb از تمام ناخالصی ها به جز اکسیژن و نیتروژن محلول است.
مقاومت آب خالص در تماس با هوا
به محض اینکه این آب در یک ظرف در آزمایشگاه توزیع می شود با هوا تماس پیدا می کند. محتوای اکسیژن و نیتروژن به طور قابل توجهی تغییر نمی کند، اما CO2 به سرعت از هوا جذب می شود. یون های هیدروژن، بی کربنات و کربنات تولید می شوند و مقاومت به حدود 1.3 MΩ.cm همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است کاهش می یابد. در عمل عادی آزمایشگاهی این امر اجتناب ناپذیر است. رسانایی بالای یون های هیدروژن به این معنی است که این تغییر تنها با غلظت 0.5 میلی گرم در لیتر CO2 در محلول مطابقت دارد. این روی بیشتر آزمایش‌ها تأثیر نمی‌گذارد و با تمرین خوب آزمایشگاهی، خلوص آب در غیر این صورت بی‌تأثیر است.
گاز زدایی اکسیژن و نیتروژن و دی اکسید کربن
گاز زدایی برای کاهش غلظت CO2 محلول قبل از تبادل یونی یا EDI برای افزایش عمر بسته رزین و اطمینان از اثربخشی EDI بسیار مطلوب است.
گاز زدایی چیست؟
گاززدایی به حذف گازهای محلول برای مایعات، معمولاً آب یا محلول های آبی اشاره دارد. گاز زدایی آب به بهترین وجه در تراوش از اسمز معکوس (RO) انجام می شود. در آن مرحله، بیشتر یون ها حذف شده اند و pH آب کمی اسیدی است. غلظت تعادل C02 کاهش می یابد.
برای واحدهای مقیاس آزمایشگاهی از فیلترهای آبگریز استفاده می شود. نفوذ RO از طریق دسته ای از الیاف توخالی ریز متخلخل (معمولاً پلی پروپیلن) و گاز جاروب هوا با فشار کاهش یافته از خارج الیاف عبور می کند. فشار جزئی CO2 در هوای خارج از الیاف بسیار کمتر از آب است و بنابراین CO2 از آب به جریان گاز خارج می شود. تلاطم در داخل گاز جارو باعث کارآمدتر شدن فرآیند می شود اما با واحدهای کوچک حذف کامل گازهای محلول امکان پذیر نیست. با این حال، در شرایط مناسب، بیش از 80 درصد از CO2 را می توان با یک گاز جاروب هوا حذف کرد.
چرا گاز زدایی در آب تصفیه شده مهم است؟
حذف اکسیژن/نیتروژن از آب خالص در مقیاس آزمایشگاهی معمولاً در جایی انجام می‌شود که نگرانی از انتشار حباب‌های گاز در اثر تغییر فشار یا دمای آب وجود دارد. این می تواند باعث مسدود شدن لوله های ریز شود یا به دلیل وجود حباب در سلول ها در اندازه گیری های اسپکتروفتومتری اختلال ایجاد کند.
اگر آب برای کاهش سطح اکسیژن و/یا نیتروژن گاز زدایی می شود، می توان از همان نوع ماژول گاز زدایی با خلاء اعمال شده در محفظه بیرونی استفاده کرد. بهتر است در حلقه تصفیه نهایی روی آب انجام شود. در صورت تماس با هوا، اکسیژن و نیتروژن دوباره جذب می شوند، بنابراین هر گونه آب گاز زدایی شده باید از طریق اتصال مستقیم به دستگاه استفاده شود. برای HPLC و IC این اغلب پس از تصفیه آب با پر کردن یک مخزن با هلیوم برای حذف گازهای محلول به راحتی به دست می آید.