Samenvatting
- Veel voorkomende waterverontreinigingen
- Distillatie
- Omgekeerde osmose
- Deïonisatie
- Electrodeïonisatie (EDI)
Onderstaande tabel toont welke onzuiverheid door welke technologie wordt geëlimineerd.
Veel voorkomende waterverontreinigingen
Laat onzuiverheden je gevoelige toepassingen niet besmetten. Waterzuiveringssystemen zijn ontworpen om onzuiverheden die je onderzoek bedreigen te elimineren. Zo kun jij je concentreren op wat belangrijk is: je volgende ontdekking.
Zwevende deeltjes
Zand, slib, klei en andere zwevende deeltjes vertroebelen het water. Deze zwevende deeltjes kunnen de werking van de instrumenten beïnvloeden, kleppen en andere nauwe vloeistofdoorgangen blokkeren, en omgekeerde RO-membranen vervuilen. Hun grootte schommelt over het algemeen tussen 1 en 10 μm.
Colloïden
Colloïdale deeltjes hebben doorgaans een licht negatieve lading en een grootte die schommelt tussen 0,01 en 1 μm. Ze kunnen organisch of anorganisch zijn. In tegenstelling tot zwevende deeltjes, slaan colloïden niet neer door de zwaartekracht, maar blijven zweven in de vloeistof waarin ze zich bevinden. Ze verstoppen filters, verstoren de werking van apparaten, vervuilen RO-membranen en kunnen door ionenutiwisselingsharsen heen, waardoor de weerstand van het water kan verminderen.
Anorganische ionen
Onzuiverheden zoals silicaten, chloriden, fluorides, bicarbonaten, sulfaten, fosfaten, nitraten en ijzerverbindingen zijn aanwezig in de vorm van kationen (positief geladen ionen) en anionen (negatief geladen ionen). Water met een hoge ionenconcentratie geleidt elektriciteit beter en heeft een hoge geleidbaarheid en een lage weerstand, waarbij deze twee waarden omgekeerd evenredig zijn. Ionen beïnvloeden de resultaten van anorganische analyses (IC, AA, ICP/MS) en kunnen de groei van cellen en weefsels in onderzoek vertragen. Ook kunnen ze de levensduur van de filterelementen in systemen voor gedemineraliseerd water verkorten.
Opgelost organisch materiaal
Vaste organische stoffen komen voort uit de ontbinding van planten en dieren, maar ook uit menselijke activiteiten. Hier vallen onder andere eiwitten, alcohol, chlooramines en overblijfselen van bestrijdingsmiddelen, onkruidverdelgers en schoonmaakmiddelen onder. Ze vervuilen ionenuitwisselingsharsen en verstoren organische analyses (HPLC, gaschromatografie en fluoroscopie). Ook belemmeren ze elektroforese en cel- en weefselkweek.
Opgelost gas
Water bevat van nature opgeloste gassen, zoals kooldioxide, stikstof en zuurstof. De koolstofdioxide lost op en vormt licht zuur koolzuurgas (H2CO3) dat de pH van het water kan veranderen. Bovendien kan zuurstof, het meest voorkomende niet-geïoniseerde gas, corrosie van metalen oppervlakken veroorzaken.
Micro-organismen
Alle natuurlijke waterbronnen bevatten bacteriën, schimmels en algen. Behandeling met chloor doodt schadelijke bacteriën, maar kraanwater bevat altijd levende micro-organismen die steriele toepassingen zoals cel- en weefselkweek verstoren.
Pyrogenen en virussen
Pyrogenen of endogiffen zijn lipopolysaccharidemoleculen die aanwezig zijn in het celweefsel van gramnegatieve bacteriën. Virussen worden als inerte nucleïnezuren beschouwd. Zowel pyrogenen als virussen kunnen laboratoriumexperimenten beïnvloeden, en brengen vaak de groei van cel- of weefselculturen in gevaar.
Nucleasen
RNase en DNase zijn enzymen die van nature in organismen aanwezig zijn en die de functies daarvan reguleren. Hoewel deze enzymen belangrijk zijn voor het levensproces, kunnen ze een verwoestend effect hebben op experimenten met nucleïnezuren. Als deze verontreinigingen aanwezig zijn in het gebruikte pure water, verkleinen ze de kans op versterking van DNA-moleculen aanzienlijk. Ook experimenten met RNA kunnen mislukken.
Distillatie
Destillatie is de meest complete vorm van waterzuivering in één stap.
Tijdens het destillatieproces wordt het water aan de kook gebracht en gaat het van de ene fase naar de andere: het begint als vloeistof, gaat naar gasvorm en wordt weer vloeibaar. Tijdens de overgang van de vloeistoffase naar de gasfase wordt het water (in verschillende maten) gescheiden van een groot aantal opgeloste onzuiverheden (ionen, organische verontreinigingen met een laag kookpunt van <100 °C) zoals bacteriën, pyrogenen en zwevende deeltjes. Destillatie alleen is niet voldoende om anorganische ionen, geïoniseerde gassen, organisch materiaal met een kookpunt boven 100 °C of opgeloste niet-geïoniseerde gassen te elimineren.
Voordelen
- Het is de meest complete zuiveringsmethode in één stap.
- Geen verbruiksartikelen nodig
Grenzen
- Periodiek onderhoud en handmatige reiniging van het systeem zijn essentieel om de waterzuiverheid te behouden
- Je hebt water nodig om te koelen
Systemen die deze technologie gebruiken
- Distilleerders
- Mega-Pure Distilleerders
Omgekeerde osmose
Omgekeerde osmose is de voordeligste methode om tot 99% van de verontreinigingen uit voedingswater te elimineren.
Om omgekeerde osmose te begrijpen, moet je eerst begrijpen wat osmose is. Tijdens natuurlijke osmose stroomt water van een minder geconcentreerde oplossing door een half doorlaatbaar membraan naar een sterker geconcentreerde oplossing totdat de concentratie en druk aan beide zijden van het membraan gelijk zijn.
Waterzuiveringssystemen oefenen externe druk uit op de sterker geconcentreerde zijde (het voedingswater) van het membraan om de natuurlijke osmotische stroming om te keren. Het voedingswater wordt gedwongen door het half doorlaatbare membraan te stromen. De onzuiverheden blijven op het oppervlak van het membraan achter en worden afgevoerd. Het door het membraan geproduceerde water bevat nauwelijks onzuiverheden meer.
Een omgekeerde osmosemembraan heeft een zeer fijn microporeus oppervlak dat de onzuiverheden afstoot, maar het water doorlaat. Het membraan elimineert de bacteriën, de pyrogenen en 90-95% van de anorganische vaste stoffen. De meerwaardige ionen worden gemakkelijker afgestoten dan de eenwaardige ionen. Organische vaste stoffen met een molecuulgewicht van meer dan 200 Dalton worden door het membraan geëlimineerd, maar de effectiviteit op opgeloste gassen is lager.
Omgekeerde osmose is een technologie met procentafwijzing. De zuiverheid van het geproduceerde water is afhankelijk van de zuiverheid van het voedingswater. Het product is normaal gesproken 95-99% zuiverder dan het voedingswater.
Door de restrictieve aard van het membraan is de doorvoer veel langzamer dan bij andere zuiveringstechnieken. Deze langzame stroming betekent dat alle RO-systemen (systemen voor omgekeerde osmose) een opslagtank nodig hebben om te voorzien in een continue toevoer van RO-water wanneer dat nodig is.
Voordelen
- Elimineert, in verschillende maten, de meeste verontreinigingen, bacteriën, pyrogenen en 90-95% van de anorganische ionen
- Onderhoudsarm
Grenzen
- De lage doorvoer van het membraan vereist een tussentijdse opslag om aan de behoeften van de gebruiker te voldoen
- Elimineert geen opgeloste gassen
- Voorbehandeling nodig om beschadiging van het membraan te voorkomen
- Oxidatie: chloor
- Kalkaanslag: CaCO3
- Bodemverstopping: organisch materiaal en colloïden
- Gaatjes: harde deeltjes
Deïonisatie
Deïonisatie wordt ook wel demineralisatie of ionenwisseling genoemd.
Deïnosatie elimineert ionen uit het voedingswater met behulp van synthetische harsen. Deze harsen zijn chemisch gemodificeerd om affiniteit voor de opgeloste anorganische ionen te vertonen en vallen in twee categorieën: kationische harsen en anionische harsen.
De kationen hebben een positieve lading: natrium (Na +), calcium (Ca + 2) en magnesium (Mg + 2). De anionen hebben een negatieve lading: chloride (Cl-), sulfide (SO4 -2) en bicarbonaat (HCO-3). Een reeks chemische reacties elimineert de ionen die in het water aanwezig zijn. Deze reacties vinden plaats terwijl het water door de bedden van ionenuitwisselingsharsen stroomt. Het oppervlak van kationische harsen bevat waterstofionen (H+) die worden uitgewisseld tegen positief geladen ionen. De uitwisselingsplaatsen van anionische harsen bevatten hydroxide-ionen (OH-) die worden uitgewisseld tegen negatief geladen ionen. Deze twee uitwisselingen produceren uiteindelijk de H+ en OH- moleculen, die in combinatie water (H2O) vormen.
Demineralisatie is de enige technologie die de benodigde weerstand kan genereren voor water van reagenskwaliteit (type 1). In laboratoriumwaterzuiveringssystemen worden kationische en anionische harsen vaak gemengd om een optimale ionische zuiverheid te bereiken.
Demineralisatie met kationen- en anionenwisselaars: de kationische en anionische harsen bevinden zich in twee afzonderlijke helften van een filterelement. Over het algemeen is deze methode minder efficiënt dan demineralisatie met een mixed bed, maar ze laat andere soorten onzuiverheden beter toe.
Demineralisatie met mixed-bed ionenwisselaar: we gebruiken een halfgeleidende demineralisatiehars met mixed-bed ionenwisselaar om een optimale weerstand en een lage TOC-waarde te bereiken. Het mengsel van kationische en anionische harsen maakt volledige demineralisatie en efficiëntere eliminatie van ionen mogelijk.
Voordelen
- Verwijdert opgeloste anorganische ionen met grote efficiëntie
- Produceert water met een weerstand van meer dan 1,18 MΩ.cm
Grenzen
- Beperkte capaciteit: zodra alle bindingsplaatsen bezet zijn, worden de ionen niet meer opgevangen en moet de cartridge worden vervangen (geregenereerd).
- Elimineert geen organische stof, deeltjes, pyrogenen of bacteriën
Electrodeïonisatie (EDI)
In tegenstelling tot traditionele ionenwisseling, waarbij de harsen uitgeput worden en ofwel moeten worden weggegooid ofwel chemisch geregenereerd, gebruikt het EDI-proces een elektrische stroom die de harsen continue regenereert.
Hoe het EDI-proces werkt
Tussen een anode en een kathode worden meerdere lagen ionselectieve membranen geplaatst. Tussen deze membranen liggen afwisselend concentratiecompartimenten en ionenwisselingsharsen.
Na inschakeling scheidt het water (H20) zich in de cel in H+ en OH. De H+ en Na+ -kationen kunnen migreren door de membranen die kationen doorlaten, en de anionen kunnen migreren door de membranen die anionen doorlaten.
De ionen migreren in de richting van de aangelegde spanning, dat wil zeggen dat de anionen richting de positieve pool (anode) bewegen, en de kationen naar de negatieve pool (kathode). De H+ en OH-waterionen die door de ionenwisselingskamer migreren, verdringen de zoutionen die worden vastgehouden door de ionenwisselingsharsen en regenereren zo continu de harsen. De zoutionen migreren door de juiste ionselectieve membranen naar de concentratiecompartimenten en worden afgevoerd. Omdat de concentratiecompartimenten een voor een worden geleegd, kunnen de overtollige H+ en OH-ionen weer samenvoegen om H20 te vormen.
Voordelen
- Efficiënte eliminatie van ionen
- Continue en automatische regeneratie
Grenzen
- Beperkte capaciteit: het voedingswater moet van zeer goede kwaliteit zijn
- Verwijdert geen organische stoffen, deeltjes, pyrogenen of bacteriën
