آب فوق خالص چیست؟
آب از ترکیبات و آلایندههای مختلفی تشکیل شده که در کنار مولکولهای H2O به عنوان ناخالصی آن شناخته میشوند. با توجه به نوع کاربرد آب، اقدام به حذف بخشی از عناصر اضافی آن میکنیم که به عنوان فرایند تصفیه آب تعریف میشود. میزان دقت تصفیه به خلوص مورد نیاز در انتهای کار بستگی دارد. فوق خالص عبارتی است که برای توصیف آبی استفاده میکنیم که تقریبا هیچ ماده و ترکیبی غیر از آب ندارد. آب فوق خالص که با نام Ultra Pure Water شناخته شده و به اختصار UPW نامیده میشود، محدودیتهای سخت گیرانهای برای مقادیر ناخالصی مانند میکروارگانیسمها، کربن آلی، مواد جامد محلول یا معلق، گازها و ... دارد. اگرچه رسیدن به خلوص 100 % شاید ممکن نباشد، اما تلاش میشود تا حد ممکن اجزاء اضافی را از آب خارج کرده و مقدار آنها را به صفر نزدیک کنیم. به بیان دیگر، آبی است که شاخصهای کیفیت و خلوص آب در آن، در بالاترین حد ممکن قرار گرفته است.
آب فوق خالص یا آب فراخالص را با نام آب بسیار تصفیه شده Highly Purified Water و با نام اختصاری HPW هم میشناسند. آب فوق خالص اصطلاحی است که معمولاً در صنعت تصفیه آب برای تأکید بر این واقعیت استفاده میشود که آب به بالاترین سطح خلوص رسیده و تمام ناخالصیها نظیر: ترکیبات آلی و معدنی، مواد حل شده و ذرات معلق، مواد فرار و غیر فرار، مواد واکنشی و بیاثر، مواد آب دوست و آبگریز و هر نوع گاز محلول در آب با دقت نزدیک به 100% حذف شدهاند. به عبارت دیگر آب فوق خالص تقریبا تنها حاوی مولکولهای آب است.
استانداردهای آب فوق خالص
استانداردهای آب فوق خالص توسط چندین سازمان تنظیم کننده استاندارد تنظیم میشوند که مهمترن آنها عبارتند از: AAMI ،USP ،ASTM ،ANSI ،CAP ،ISO 3696 و NCCLS
پرکاربردترین استاندارد برای کیفیت آب فراخالص توسط موسسه ASTM D5127 و با نام «راهنمای استاندارد برای آب فوق العاده خالص مورد استفاده در صنایع الکترونیک و نیمه هادی» و استاندارد SEMI F63 با نام «راهنمای آب فوق خالص مورد استفاده در پردازش نیمه هادی» مستند شده است.
استانداردهای ASTM ،NCCLS و ISO 3696 آب تصفیه شده را از لحاظ میزان آلایندهها و خلوص به 3 دسته تقسیم میکنند که با عناوین نوع I، نوع II یا نوع III طبقهبندی میشوند. نوع III کمترین و نوع I بالاترین خلوص را دارد.
کیفیت و شاخصهای آب فوق خالص:
از آنجایی که مقدار مواد محلول در آب تا حد بسیار پایینی کاهش پیدا میکند، نمیتوان مقدار TDS را ملاک اصلی تشخیص قرار داد. آب فوق خالص آزمایشگاهی دارای مقاومتی تا 18.2 میکرو اُهم بر سانتیمتر میباشد. از آنجا که آب خالص رسانا نیست، هرچه میزان مقاومت بالاتر باشد، نشان دهنده پایین بودن آلودگیهای آنیونی است. همچنین مقدار کربن آلی در آب فوق خالص را به کمتر از 50 ppb ( 50 واحد در میلیارد) کاهش میدهیم که واقعا عدد ناچیزی است.
- آب فرا خالص تنها باید حاوی مولکولهای آب H2O باشد.
- تعداد یونهای H+ و OH- باید در وضعیت تعادل قرار داشته باشند.
- آب فوق خالص باید دارای هدایت الکتریکی نزدیک به 0.5 میکروزیمنس بر سانتیمتر باشد.
- باید مقاومت الکتریکی آن در دمای 25 درجه سانتیگراد، کمتر از 18.2 مگا اهم در سانتیمتر MΩ.cm باشد.
- قابل ذکر است که در آب فوق خالص به دلیل وجود یونهای نزدیک به صفر، شاخص هدایت الکتریکی آب (ec) معمولا ملاک تصمیم نیست. رسانایی و مقاومت به صورت ریاضی متقابل یکدیگر هستند. رسانایی بر حسب MicroSiemens/Cm (µS/cm) بیان میشود و برای طبقهبندی آب با تعداد زیادی یون استفاده میشود. در حالی که مقاومت در مگا اهم بر سانتیمتر (MΩ-cm) بیان میشود. یک مگا اهم معادل یک میلیون اهم مقاومت است.
- در دمای 25 درجه سانتیگراد، آب فوق خالص دارای رسانایی بسیار کم و معادل µS/cm 0.055 خواهد بود.
- شاخص TOC آب باید کمتر از 10 ppb باشد. (TOC < 10 ppb)
- همچنین تعداد باکتریها باید کمتر از 10 CFU/ml باشد.
- فاقد اندوتوکسین Endotoxins بوده و دارای حداکثر 0.03 EU در میلیلیتر نوکلئازها non-Detectable و پروتئازها Proteases بوده که تقریبا در سطوح غیرقابل تشخیص است.
دقت داشته باشید که آب دیونیزه DI با آب فوق خالص یکسان نیست و کیفیت آب DI پایینتر از آب UPW است.
تفاوت آب خالص و فوق خالص
آب خالص برای مصارف عمومی در آزمایشگاهها، بیمارستانها و صنایع حساس بکار میرود. عموما برای شستشوی ظرفها و تجهیزات از آب خالص بهره گرفته میشود که هزینه تولید پایینتری نسبت به آب فوق خالص دارد. میزان آلایندهها در آب خالص زیر 1 ppm و هدایت الکتریکی آب زیر 2 میکروزیمنس بر سانتی متر است. اما آب فوق خالص دارای حداکثر هدایت الکتریکی 0.5 میکروزیمنس بر سانتی متر است و مقاومت الکتریکی آن نیز 18.2 مگا اهم بر سانتی متر میباشد.
قابل درک است که تولید و نگهداری آبی با این اندازه خلوص، هم بسیار مشکل و هم خیلی پر هزینه است. به همین دلیل آب فوق خالص تنها برای مصارف خاص آزمایشگاهی مورد استفاده قرار میگیرد.
کاربردهای آب فوق خالص عبارتند از:
آب فوق خالص به عنوان ماده اولیه در آزمایشگاهها، محصولات دارویی و صنایع با تولیدات حساس مانند تولید نیمه هادیها کاربرد دارد.
- صنایع داروسازی: آب فوق خالص به عنوان ماده اولیه در ساخت انواع داروی خوراکی و قطره استفاده میشود. در صنعت داروسازی استانداردهای سخت گیرانهای وجود دارد که بر اساس آن باید مقدار مواد جامد محلول در آب به حداقل مقدار ممکن برسد. کیفیت آب استفاده شده در صنعت دارویی عموما ده هزار برابر بیشتر از آب آشامیدنی است. دقت کنید که آب فوق خالص نمیتواند به عنوان آب تزریقی استفاده شود. زیرا آب تزریقی پزشکی استانداردهای سختگیرانهتری دارد!
- ساخت داروهای پزشکی مانند شربت و قرص
- ساخت قطرههای چشمی
- آزمایشگاهها: برای تولید محلولهای شیمیایی، رقیق کردن ترکیبات بدون ایجاد تغییر در ترکیبات آن، تهیه بافرها و شستشوی نهایی تجهیزات آزمایشگاهی دقیق، از آب فوق خالص استفاده میشود. همچنین به دلیل اینکه آب فوق خالص مقاومت بالایی دارد، در آزمایشات علمی کاربرد زیادی پیدا میکند.
- آزمایشهای پزشکی و صنعتی دقیق
-
کروماتوگرافی Chromatography مایع با کارایی بالا (HPLC)
-
کروماتوگرافی مایع - طیف سنجی جرمی (LC-MS)
-
کروماتوگرافی گازی - طیف سنجی جرمی (GC-MS)
-
طیف سنجی جذب اتمی کوره گرافیت (GFAAS)
-
واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR)
-
ایمونوشیمی (ICC)
- موسسات تحقیقات پزشکی و کشاورزی: در تحقیقات پزشکی، کشاورزی و بررسی تاثیر دارو، مواد شیمیایی و ترکیبات مختلف، لازم است از آب فوق خالص برای تغذیه گیاهان و جانوران استفاده شود تا تاثیر عناصر ناخواسته به حداقل ممکن برسد.
-
کشت سلولی پستانداران
-
آنالایزرهای بالینی
- صنایع پزشکی: در برخی از فرایندهای پزشکی مانند دیالیز و تصفیه خون، آب فوق خالص استفاده زیادی دارد.
- صنایع حساس: از آب فوق خالص برای تولید محصولات دقیق استفاده میشود. یکی از رایجترین موارد، صنعت نیمه رسانا مانند تولید وایفرهای wafer الکترونیکی است. ویفر یک ماده نیمه رسانا است که در ساخت تراشههای الکترونیک کاربرد وسیعی دارد. همچنین در تولید سلولهای خورشیدی استفاده میشود. برای تولید یک پنل ویفر الکترونیکی حدودا به 3،000 لیتر آب فوق خالص نیاز است.
- فُتوولتائیک Photovoltaics خورشیدی (پنلهای خورشیدی)
- تولید بافرهای اندازهگیری با دقت بالا
- تولید برق توسط دیگهای بخار فرعی و فوق بحرانی
مراحل تولید آب فوق خالص در دستگاه تصفیه آب صنعتی:
برای دستیابی به بالاترین میزان خلوص، عموما از چندین روش تصفیه به صورت همزمان استفاده میشود تا ترکیب پیچیدهای از واکنشهای شیمیایی و فرآیندهای فیزیکی ایجاد و مدیریت شوند. ممکن است یک فرآیند را در چند مرحله و با دقتهای مختلف روی آب بکار بریم تا از بدست آمدن خواص مورد نظر اطمینان حاصل نماییم. انواع دستگاه تصفیه آب فوق خالص طراحی شده در شرکت بهاب، عموما دارای بخشهای مهمی به شرح زیر هستند. هر دستگاه به شکلی طراحی میشود که تولید آب خالص را در 4 گام اصلی انجام دهد:
- پیش تصفیه: اگرچه آب ورودی برای دستگاههای UPW عموما از لوله کشی آب شهری تامین شده و ناخالصیهای معین و استانداردی دارد، اما باز هم برای حفظ سلامت فیلترهای گران قیمت استفاده شده در دستگاه تولید آب فوق خالص UPW و کاهش هزینههای نگهداری سیستم، از پیش تصفیه ـ البته با دقت بالاتر نسبت به سایر دستگاههای صنعتی ـ استفاده میکنیم. مهمترین روشهای بکار رفته در این فاز عبارتند از:
- تصفیه فیزیکی: با کمک فیلترهای با دقت میکرونی، برای حذف ذرات معلق غیر محلول مانند گل و لای، شن و ماسه، جلبک و خزه.
- تصفیه شیمیایی: با کمک کربن فعال یا تزریق مواد شیمیایی مانند بی سولفیت سدیم برای حذف کلر آب، ترکیبات شیمیایی، سموم وارد شده به آب، رنگ، طعم و بو. این روش برای حذف ترکیبات آلی مانند اسید هیومیک و فولویک بسیار موثر است. همچنین به راحتی میتواند کلر آزاد را خارج نماید. باقی ماندن ترکیبات آلی سبب ایجاد واکنش آنها با کلر یا سایر مواد شیمیایی آب شده و مواد جدیدی مانند تری هالومتانها ایجاد میشوند که خود عامل آلودگی آب و ایجاد بیماریهایی مانند سرطان هستند.
- استریلسازی مقدماتی: با توجه به حساسیت قطعات و فیلترهای استفاده شده در دستگاههای UPW، ترجیح داده میشود آب ورودی به سیستم را با کمک اشعه ماوراء بنفش UV به صورت کامل استریل نماییم.
- تصفیه مرحله اول: در این گام با کمک چندین روش، تلاش میشود تا 99 % ناخالصیها حذف شوند. در دستگاههای UPW کیفیت آب خارج شده از مرحله اول بسیار بالاتر از تصفیه نهایی در سیستمهای RO معمولی است! روشهای استفاده شده عبارتند از:
- مینرال زدایی: گاهی لازم است از فرآیند دمینرالیزاسیون Demineralization برای حذف مواد معدنی و کانیهای موجود در آب استفاده نمود. این فرآیند معمولا با طراحی چندین ستون رزین کاتیون و آنیون انجام میپذیرد. وظیفه این بخش، کاهش دادن قابل توجه عناصر معدنی موجود در آب است.
- اسمز معکوس: با کمک فیلترهای غشائی در مرحله اول کلیه ناخالصیهای محلول و غیر محلول را تا 97 % حذف میکنیم. نمک و شوری، رسوبات، آلایندههای شیمیایی، باکتری، ویروس و هر نوع ماده ناخالصی، در این گام از آب خارج میشود.
- اسمز معکوس مرحله دوم: با طراحی واحد DPRO و با کمک فیلترهای غشاء ثانویه، مقدار باقیمانده از ناخالصیها را نیز خارج کرده و خلوص آب را به 99 % میرسانیم. این بخش همچنین آبی با پایداری بالا در میزان ناخالصیها ارائه میکند که میتواند هزینههای نگهداری سایر بخشها را کم کرده و میزان خطا را به حداقل مقدار ممکن کاهش دهد.
- اسمز معکوس با کارایی بالا: برای افزایش میزان خلوص میتوان از سیستمهای High Efficiency Reverse Osmosis که به اختصار HERO نامیده میشوند استفاده نمود. این سیستمها بهرهوری بالایی داشته و میتوانند میزان پساب را تا حد زیادی کاهش دهند.
- تصفیه مرحله دوم: آب بدست آمده از مراحل قبل را با استفاده از چندین روش دیگر مورد تصفیه قرار میدهیم:
- سیستم استریل سازی: با کمک تابش اشعه ماوراء بنفشUV، تمامی میکروارگانیسمها مانند باکتری، ویروس، کیست، قارچ، انگل و ... از آب حذف میشوند.
- الکترودیونیزاسیون Electrodeionization : با کمک بسترهای متعدد رزین تبادل یونی، مقدار اندک ناخالصیهای باقیمانده را از آب خارج میکنیم و تلاش میشود TDS به زیر 1 کاهش پیدا کرده و تا حد ممکن به صفر نزدیک شود.
- فرآیند گاز زدایی: برای خارج نمودن گازهای محلول مانند اکسیژن از فیلترهای غشائیِ مخصوص گاز زدایی یا سیستمهای ایجاد خلاء استفاده میکنیم.
- تصفیه نهایی و پرداخت آب: در آخرین مرحله مجددا از چندین سیستم تصفیه ولی با دقت بالاتر، برای اطمینان از ایجاد خلوص مورد نظر استفاده میکنیم:
- سیستم دیونیزاسیون: با استفاده از ستونهای رزین میکس بد که توانایی بالاتری نسبت به رزینهای کاتیون و آنیون دارند، خلوص آب را افزایش میدهیم.
- سیستم تصفیه فیزیکی با دقت UF و NF: اشعه UV تنها با تخریب بافت میکروارگانیسمها، اندوتوکسینها، DNase و Rnase، آنها را از تولید مثل و تکثیر باز میدارد، اما لاشه آنها همچنان درون آب وجود دارد. این اجساد سبب افزایش کربن آلی آب و مقدار TOC میشوند. با کمک سیستمهای تصفیه آب با دقت اولترافیلتراسیون و نانوفیلتراسیون، ضمن خارج نمودن بقایای گفته شده، ذرات بسیار ریز احتمالی موجود در آب را نیز خارج میکنیم.
- سیستم استریل: آب در مرحله آخر و هنگام خروج از دستگاه UPW مجددا استریل شده تا هیچ میکروارگانیسمی در آن باقی نماند.
- سیستم امن ذخیره آب: از آنجایی که راکد بودن آب سبب افزایش مقادیر ناخالصی آن میشود، از سیستمهای تولید حرارت و ایجاد گردش مناسب آب استفاده کرده تا اطمینان حاصل گردد که آب حداکثر خلوص خود را حفظ میکند.
منابع آب ورودی برای دستگاه تولید آب فوق خالص
با توجه به دقت بالای مورد نیاز در آب خروجی، تلاش میشود آب ورودی دارای حداقل مقدار آلودگیهای فیزیکی، شیمیایی و میکروبی باشد. از این رو دستگاههای تولید آب فوق خالص صنعتی اغلب به شکلی طراحی شدهاند که آب لوله کشی شهری را مورد استفاده قرار دهند. زیرا منابع آب خام مانند رودخانه و چاه یا منابع دارای آلودگی بالا مانند آب دریا، هزینه اولیهی تصفیه و آمادهسازی آب را بالا برده و همچنین باعث بزرگ شدن ابعاد و وزن دستگاه میشوند. این موضوع تاثیر زیادی در هزینههای تولید و ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص دارد. با این حال شرکت بهاب این توانایی را دارد که متناسب با نوع منبع آب ورودی و کیفیت آن، نسبت به طراحی و ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص اقدام نماید. در این موارد، سیستمهای موثر پیش تصفیه فیزیکی و شیمیایی، سختی گیرهای اولیه، ماژولهای گندزدایی، سیستم RO اولیه و ثانویه و سایر بخشها، متناسب با میزان و نوع آلایندههای آب خام ورودی طراحی میشوند.
سایر بخشهای دستگاه تولید آب فوق خالص صنعتی:
با توجه به نوع و کیفیت آب ورودی، ممکن است بخشهای جدیدی برای اصلاح کیفیت یا بهبود آن بکار گرفته شوند.
- فیلتر شنی برای حذف ذرات معلق درشت
- فیلتر کارتریجی برای حذف ذرات معلق غیر محلول تا یک میکرون
- سیستم تزریق کلر یا ازن برای استریل نمودن آب ورودی و جلوگیری از رشد میکروبی در فیلترهای ممبران
- فیلتر کربنی جهت حذف آلایندههای شیمیایی مانند کلر
- فیلتر UV جهت حذف گاز ازن تزریق شده (در صورت نیاز)
- سیستم سختی گیر رزینی برای حذف آهک، کربنات کلسیم و منیزیم جهت نرمتر نمودن آب
- سیستم تزریق مواد ضدرسوب برای حفظ کیفیت فیلتر ممبران
- بخش RO با استفاده از چندین فیلتر ممبران به صورت موازی و سری برای تولید آب با ظرفیت مورد نظر
- سیستم تصفیه آب دبل Double RO) RO) جهت رسیدن به خلوص آب بیشتر (TDS کمتر از 10ppm)
- سیستم دیونیزاسیون DI برای حذف تمام یونهای ناخالصی و رساندن TDS آب به کمتر از 0.5PPM
- سیستمهای بخار تمیز در صورت نیاز برای کاهش آلایندههای احتمالی باقیمانده و دستیابی به حداکثر خلوص مورد نظر برای آب
- سیستم استریل نمودن آب با کمک بخار تمیز
- انتقال به مخازن ویژه نگهداری: طراحی تمام تاسیسات، سیستم لولهکشی، مخازن، شیرآلات و حسگرها باید از جنس استیل خاصی بوده تا اطمینان دهد هیچ نوع ناخالصی حتی در اندازه ppb وارد آب نخواهد شد. بخش انتهایی سیستم باید به صورت کاملا بسته طراحی شود و اجازه ورود هیچ نوع ماده اضافی را ندهد.
- سیستم کنترل عملکرد دستگاه با قابلیت برنامهریزی
- کیتهای سنجش کیفیت آب برای کنترل فرآیند تصفیه و اطمینان از عملکرد صحیح هر بخش
- تابلو برق صنعتی برای توزیع درست و امن برق
- سیستمهای شستشوی خودکار فیلتر ممبران CIP
مراحل تولید و ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص صنعتی:
تولید آب خالص هزینه بالایی داشته و مصارف آن نیز محدود به شرکتها و موسسات خاصی میباشد. از این رو طراحی و ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص، به صورت سفارشی و پس از دریافت نیازِ بهرهبردار صورت می پذیرد. به صورت کلی، فرآیند زیر برای تولید یک دستگاه تصفیه آب فوق خالص در نظر گرفته شده است:
- دریافت درخواست: همه چیز با دریافت سفارش از کاربر شروع میشود. ثبت سفارش نیز به آسانی و با تکمیل یک فرم ساده در بخش ساخت تصفیه آب صنعتی امکان پذیر است. همچنین میتوانید از طریق تلفن، شبکههای اجتماعی یا ایمیل بهاب با کارشناسان تماس گرفته و درخواست خود را ثبت نمایید.
- دریافت دادهها: کارشناسان بهاب با بهرهبردار تماس گرفته و اطلاعات اولیه لازم را دریافت میکنند. همچنین بازدید رایگان از محل برای بررسی منبع آب ورودی، میزان و رفتار مصرف، نوع کاربرد و ... انجام میپذیرد. به عنوان یک ضرورت باید آنالیز آب خام ورودی نیز دریافت گردد. همچنین استاندارد مورد نظر بهرهبردار برای خلوص آب نهایی نیز به عنوان یک عامل مهم در طراحی دستگاه، دریافت خواهد شد.
- پردازش اطلاعات: تیم کارشناسی بهاب، مجموعه اطلاعات دریافتی را بررسی نموده و بر اساس آن ماژولها، فیلترها و تجهیزات مورد نیاز را برآورد میکند.
- طراحی: بر اساس دادهها، طراحی دستگاه صورت میپذیرد. جانمایی تجهیزات و سوئیچها، چیدمان فیلترهای ممبران، سیستم CIP، محل نصب کیتهای تشخیص کیفیت، شیرهای برداشت نمونه و ... همگی در این مرحله تعیین و نهایی خواهند شد.
- ساخت: پس از تایید طرح و امضاء قرارداد، ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص شروع میشود. این بخش شامل مرحله تست عملکرد نیز میباشد.
- نصب و راهاندازی: دستگاه به محل بهرهبردار حمل و نصب میگردد. آب خروجی بر اساس استانداردهای تعیین شده تحویل کارفرما داده خواهد شد.
- سرویس و گارانتی: برنامه سرویس و نگهداری دستگاه به بهرهبردار ارائه میشود. همچنین آموزش لازم اپراتوری نیز ارائه خواهد شد. تیم فنی بهاب، در تمام دوره گارانتی و حتی پس از آن، آماده ارائه خدمات فنی و مهندسی میباشد.
شمارههای تماس جهت مشاوره و خرید 02186027905 - 02634606148 ، واتس اپ و تلگرام 09359103243. ایمیل [email protected] نیز از دیگر راههای برقراری ارتباط و اعلام نیاز است.
قیمت دستگاه تولید آب فوق خالص صنعتی:
با توجه به عوامل بسیار متنوع که در ساخت دستگاه تولید آب فوق خالص دخیل هستند، ارائه قیمت واحد برای آن ممکن نیست. موارد زیر نقش مهمی در هزینه نهایی تولید دستگاه دارند:
- ظرفیت نهایی تولید آب فوق خالص در هر شبانه روز
- رفتار مصرف (میزان برداشت آب در ساعات مختلف شبانه روز)
- نوع منبع آب خام ورودی
- کیفیت آب ورودی
- دقت مورد نظر برای آب فوق خالص
- سیستمهای کنترل عملکرد
- ماژولهای سنجش کیفیت آب
شرکت تصفیه آب بهاب با دارا بودن متخصصان ویژه در زمینه آب، امکان نیاز سنجی، بازدید رایگان، طراحی سفارشی، تولید، نصب، راهاندازی، سرویس و نگهداری دستگاه تولید آب فوق خالص (دیونیزه) را در اختیار دارد. در صورت تمایل جهت دریافت مشاوره، پرسش در مورد محصولات و یا خرید، میتوانید از طریق شماره تلفنهای 02186027905 - 02634606148 ، واتس اپ و تلگرام 09359103243 ، آدرس ایمیل [email protected] و یا چت آنلاین با کارشناسان تصفیه آب بهاب،در ارتباط باشید.
***/**ن