Deionization (DI) System

ระบบแลกเปลี่ยนไอออนเพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์ (Demineralized Water)

วัตถุประสงค์ของระบบ

ระบบ DI (Deionization) ทำหน้าที่กำจัดไอออนทั้งหมด ทั้งประจุบวกและประจุลบ ที่ละลายในน้ำ เพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์ (Pure Water) สำหรับงานอุตสาหกรรม เช่น

• น้ำป้อนหม้อไอน้ำ (Boiler Feed Water)

• ระบบหล่อเย็นแบบปิด (Cooling System Closed Loop)

• น้ำกระบวนการในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ / เซมิคอนดักเตอร์ / ฟาร์มา

• ห้องปฏิบัติการ (Laboratory Grade Water)

หลักการทำงาน

ระบบ Deionization ใช้ เรซินแลกเปลี่ยนไอออน (Ion Exchange Resin) ในการกำจัดไอออนในน้ำ โดยใช้หลักการแลกเปลี่ยนระหว่างไอออนในน้ำกับไอออนบนผิวเรซิน

1 Cation Exchange Resin (เรซินประจุบวก)

• สภาพพร้อมใช้งาน: H⁺ form

• แทนที่ไอออนบวก เช่น Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, Fe²⁺

2 Anion Exchange Resin (เรซินประจุลบ)

• สภาพพร้อมใช้งาน: OH⁻ form

• แทนที่ไอออนลบ เช่น Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, HCO₃⁻

ผลลัพธ์สุดท้าย:
เมื่อ H⁺ จาก Cation และ OH⁻ จาก Anion รวมกัน → H₂O
ดังนั้นน้ำที่ผ่านระบบ DI จะมี ค่าการนำไฟฟ้าต่ำมาก (Low Conductivity) หรือ ความต้านทานสูง (High Resistivity)

ประเภทของระบบ DI

ข้อมูลออกแบบทั่วไป (Design Criteria)

การออกแบบระบบแบบ 2-bed DI

ขั้นตอนหลัก:

1. Cation Unit (H⁺ form)

   • กำจัดไอออนบวก (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺)

   • ปล่อย H⁺ ลงในน้ำ → น้ำมีลักษณะเป็นกรด (pH 2–4)

2. Anion Unit (OH⁻ form)

   • กำจัดไอออนลบ (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻)

   • ปล่อย OH⁻ ลงในน้ำ → น้ำกลับเป็นกลาง

3. Polishing Unit (Optional)

   • Mixed Bed หรือ EDI สำหรับขั้นสุดท้าย เพื่อให้ Conductivity ต่ำมาก

ตัวอย่างสมการการแลกเปลี่ยน

Cation Unit:

Anion Unit:

ขั้นตอน Regeneration

Cation Resin:
ใช้กรด (HCl หรือ H₂SO₄) ฟื้นสภาพเป็น H⁺ form

• HCl 4–6% หรือ H₂SO₄ 4%

• ปริมาณ 60–100 g/L resin

• ระยะเวลา 30–60 นาที

Anion Resin:
ใช้ด่าง NaOH ฟื้นสภาพเป็น OH⁻ form

• NaOH 4%

• ปริมาณ 60–120 g/L resin

• ระยะเวลา 30–60 นาที

หลังจาก regen แล้ว ต้องล้าง Rinse ด้วยน้ำ DI จน Conductivity < 10 µS/cm ก่อนนำกลับเข้าสู่ระบบ

ตัวอย่างการคำนวณขนาดถังเรซิน

เงื่อนไข:

• Flow = 10 m³/h

• TDS feed = 50 ppm

• ต้องการรอบ regeneration ทุก 8 ชั่วโมง

1. คำนวณโหลดไอออน (as CaCO₃):

2. Exchange capacity ของเรซิน (Cation + Anion):

3. ปริมาตรเรซินที่ต้องการ:

เลือกขนาดถังมาตรฐาน:

• Cation: 300 mm Ø, resin 50 L

• Anion: 300 mm Ø, resin 70 L

เพื่อเผื่อ safety factor 2–3 เท่า

การบำรุงรักษาและปัญหาที่พบบ่อย

การเชื่อมต่อกับหน่วยอื่น (System Integration)

หมายเหตุ:
ระบบ DI ต้องติดตั้ง หลัง RO หรือหลัง Softener เพื่อป้องกันไม่ให้ Hardness, Fe, Mn ทำลายเรซิน

อายุการใช้งานเรซินและการเก็บรักษา

การเก็บรักษา:
เก็บในที่ร่ม ปิดฝาให้สนิท ไม่ให้แห้งหรือโดนแสงแดดโดยตรง
ถ้าเก็บเกิน 6 เดือน ควรเติมน้ำสะอาดลงในถังเก็บเพื่อรักษาความชุ่มชื้นของเรซิน

คำแนะนำทางเทคนิค

• ติดตั้ง Conductivity meter ที่ขาออกของแต่ละถัง เพื่อ monitor performance

• ตรวจสอบรอบ regeneration ด้วย volume counter หรือ timer

• ถ้าเป็นระบบอัตโนมัติ (Auto DI Unit) ควรมี interlock ระหว่าง acid/alkali dosing เพื่อความปลอดภัย

• อย่าใช้สาร oxidant (เช่น คลอรีน) เข้าระบบ DI เพราะจะทำลายเรซิน

• น้ำที่มี CO₂ สูงควรผ่าน degasser หรือ RO ก่อน DI

สรุป

• ระบบ DI เป็นหัวใจของการผลิตน้ำบริสุทธิ์ระดับสูง

• ใช้หลักการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างน้ำกับเรซิน (Cation / Anion)

• ต้องการการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ โดยเฉพาะขั้นตอน regeneration

• คุณภาพน้ำขึ้นกับการเตรียมน้ำดิบ (Pre-treatment) และสภาพเรซิน

• หากออกแบบและควบคุมดี ระบบสามารถให้ Conductivity < 1 µS/cm ได้อย่างต่อเนื่อง