Diwater หรือน้ำปราศจากไอออน (Deionized Water หรือ DI Water) คือน้ำบริสุทธิ์สูงที่ผ่านกระบวนการแยกไอออนของสารละลายแร่ธาตุต่างๆ ออกจนหมด สารส้ม หินปูน แคลเซียม แมกนีเซียม โซเดียม และคลอไรด์ จะถูกดักจับออกจากโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้น้ำชนิดนี้มีความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงมากและไม่นำไฟฟ้า
1. ข้อมูลพื้นฐานทั่วไปของ Diwater
- ความหมายทางเคมี: คือน้ำที่นำสารละลายประจุไอออนบวก (Cations) และประจุไอออนลบ (Anions) ออกทั้งหมดด้วยกระบวนการแลกเปลี่ยนประจุ (Ion Exchange)
- กระบวนการผลิตหลัก:
● การเตรียมน้ำดิบขั้นต้น (Pre-treatment): นำน้ำประปาหรือน้ำบาดาลมาผ่านการกรองสารแขวนลอยด้วยถังกรองทราย (Sand Filter) ถังกรองคาร์บอน (Carbon Filter) เพื่อดูดซับกลิ่น สี คลอรีน และใช้สารกรองเรซินลดความกระด้าง (Softener) เพื่อดักจับหินปูนก่อนเข้าสู่ระบบหลัก
● การกรองผ่านเยื่อเมมเบรน (Reverse Osmosis – RO): น้ำที่ผ่านการบำบัดขั้นต้นจะถูกปั๊มแรงดันสูงดันผ่านเยื่อเมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดเล็กมากถึง 0.0001 ไมครอน เพื่อคัดแยกเกลือแร่ สารอินทรีย์ และเชื้อโรคออกไปก่อนประมาณ 95-99% ช่วยลดภาระการทำงานของถังเรซินในขั้นตอนถัดไป
● การแลกเปลี่ยนไอออนแยกถัง (Deionization by Separate Beds): ส่งน้ำผ่านถังเรซินประจุบวก (Cation Bed) เพื่อเปลี่ยนแร่ธาตุประจุบวก เช่น โซเดียม แคลเซียม ให้เป็นไฮโดรเจนไอออน (H+) จากนั้นส่งต่อไปยังถังเรซินประจุลบ (Anion Bed) เพื่อเปลี่ยนแร่ธาตุประจุลบ เช่น คลอไรด์ ซัลเฟต ให้เป็นไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ซึ่ง H+ และ OH- จะรวมตัวกันเป็นโมเลกุลน้ำบริสุทธิ์
● การขัดผิวเซรามิคขั้นสุดท้าย (Mixed Bed Polisher): น้ำจะไหลผ่านถังที่ผสมทั้งเรซินประจุบวกและประจุลบเข้าด้วยกันในถังเดียว เพื่อเก็บตกไอออนแร่ธาตุที่ยังหลงเหลืออยู่จากขั้นตอนก่อนหน้า ทำให้น้ำมีความบริสุทธิ์สูงที่สุดและมีค่าความต้านทานไฟฟ้าใกล้เคียง 18.2 เมกะโอห์ม-เซนติเมตร
● การฆ่าเชื้อและการกรองละเอียด (Post-treatment): นำน้ำ DI บริสุทธิ์มาผ่านหลอดฉายรังสีอัลตราไวโอเลต (UV Sterilizer) ที่ความยาวคลื่น 185 และ 254 นาโนเมตร เพื่อทำลายเชื้อจุลินทรีย์และสลายสารอินทรีย์คาร์บอน (TOC) จากนั้นกรองผ่านแผ่นกรองละเอียดขนาด 0.2 ไมครอน (Sub-micron Filter) เป็นขั้นตอนสุดท้ายก่อนนำไปใช้งาน - การกรองร่วมขั้นสูง: ในระบบอุตสาหกรรมมักใช้ร่วมกับระบบกรองอาร์โอ (Reverse Osmosis) และการฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (UV Carbon Filtration) เพื่อขจัดสารอินทรีย์และเชื้อโรคควบคู่ไปด้วย
- ความแตกต่างจากน้ำกลั่น (Distilled Water): น้ำกลั่นผลิตด้วยการต้มให้เดือดแล้วควบแน่นเป็นหยดน้ำ ซึ่งขจัดสารแขวนลอยและเชื้อโรคได้ดีกว่า แต่น้ำ DI จะขจัดสารละลายแร่ธาตุและประจุไฟฟ้าได้เกลี้ยงเกลากว่าด้วยต้นทุนการผลิตต่อลิตรที่ต่ำกว่าในเชิงอุตสาหกรรม
- ข้อจำกัดสำคัญ: กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนปกติไม่สามารถกรองเชื้อแบคทีเรีย ไวรัส หรือสารอินทรีย์ที่ไม่แตกตัวเป็นประจุได้ จึงต้องมีระบบกรองอื่นเสริมหากต้องการความสะอาดปราศจากเชื้อ
2. คุณสมบัติทางกายภาพและข้อกำหนดทางเทคนิค
- ค่าความนำไฟฟ้า (Electrical Conductivity): มีค่าต่ำมากจนใกล้เคียงศูนย์ โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.056 ถึง 0.1 ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร (uS/cm) ที่อุณหภูมิ 25ºC
- ค่าความต้านทานไฟฟ้า (Electrical Resistivity): มีค่าสูงมากเนื่องจากไม่มีไอออนนำไฟฟ้า โดยน้ำ DI บริสุทธิ์สูงสุด (Ultrapure Water) สามารถมีค่าความต้านทานสูงถึง 18.2 เมกะโอห์ม-เซนติเมตร (M-ohm.cm)
- ค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH Value): ตามทฤษฎีน้ำ DI ควรมีค่า pH เป็นกลางคือ 7.0 แต่ในความเป็นจริงเมื่อสัมผัสกับอากาศ น้ำ DI จะดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) อย่างรวดเร็ว เกิดเป็นกรดคาร์บอนิกอ่อนๆ ทำให้ค่า pH ตกลงมาอยู่ที่ประมาณ 5.5 – 6.5
- ปริมาณสารแขวนลอยรวม (Total Dissolved Solids – TDS): มีค่าเท่ากับ 0 ppm (Parts Per Million) หรือไม่มีสารละลายแร่ธาตุหลงเหลืออยู่เลย
- ข้อกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรม: อ้างอิงตามมาตรฐานสากล เช่น ASTM D1193 (Type I, II, III, IV), มาตรฐาน ISO 3696 หรือมาตรฐานน้ำสำหรับอุตสาหกรรมยา (USP/EP) ซึ่งกำหนดระดับสารปนเปื้อนและค่าความนำไฟฟ้าแยกตามประเภทการใช้งาน
3. สรุปคุณสมบัติเด่น (Summary)
- ความบริสุทธิ์ทางเคมีสูงสุด: ไม่มีแร่ธาตุหลงเหลือปนเปื้อนในระบบ ทำให้น้ำมีความเป็นกลางสูงและไม่ทำปฏิกิริยาเคมีแทรกซ้อนกับสารตั้งต้นอื่นๆ
- เป็นฉนวนไฟฟ้า: เนื่องจากไม่มีประจุไอออนอิสระสำหรับนำกระแสไฟฟ้า จึงสามารถใช้ในกระบวนการที่เสี่ยงต่อการลัดวงจรหรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ได้
- ไม่ทิ้งคราบตะกรัน: เมื่อน้ำ DI ระเหยแห้งไป จะไม่มีแร่ธาตุ เช่น หินปูนหรือเกลือหลงเหลืออยู่ ผิววัสดุจึงสะอาด ไม่มีจุดด่าง หรือคราบขาว
- สารทำละลายประสิทธิภาพสูง: โดดเด่นในการดึงสารเคมีและสารละลายต่างๆ ให้รวมตัวกันได้ดีเยี่ยม เหมาะแก่การผสมสูตรเคมีภัณฑ์
- มีความกัดกร่อนสูงต่อโลหะบางชนิด: เนื่องจากตัวน้ำไม่มีแร่ธาตุเลย มันจึงพยายามดึงไอออนจากสิ่งแวดล้อมรอบตัว ทำให้สามารถกัดกร่อนท่อเหล็ก คาร์บอน หรือทองแดงได้ง่าย จึงต้องจัดเก็บในภาชนะพลาสติกพิเศษ เช่น PE, PP หรือ PVC เท่านั้น
4. ประโยชน์ใช้สอยในภาคอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการ
- ห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ (Laboratory): ใช้ในการเตรียมสารละลายเคมี มาตรฐานตัวเร่งปฏิกิริยา ล้างอุปกรณ์แก้วในห้องแล็บเพื่อป้องกันสารเคมีตกค้าง และใช้ในเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูง เช่น HPLC และความเข้มข้นสาร (Spectrophotometry)
- อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์และเซมิคอนดักเตอร์: ใช้ในการล้างแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนในกระบวนการผลิตไมโครชิป เพื่อป้องกันไม่ให้ฝุ่นแร่ธาตุขนาดเล็กทำลายระบบวงจรไฟฟ้า
- อุตสาหกรรมยานยนต์: ใช้ผสมในระบบหล่อเย็นเครื่องยนต์ (หม้อน้ำ) ร่วมกับน้ำยา Coolant เพื่อป้องกันการเกิดคราบตะกรันอุดตันในท่อ และใช้ในขั้นตอนการเตรียมผิวโลหะก่อนพ่นสีเนื้อรถยนต์
- อุตสาหกรรมยาและเครื่องสำอาง: เป็นส่วนผสมหลักในสูตรผลิตภัณฑ์ ครีม โลชั่น แชมพู และยาฉีด ยาทาน เพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีสารแปลกปลอมไปทำปฏิกิริยากับตัวยาหรือส่วนผสมหลักจนทำให้ผลิตภัณฑ์เสื่อมสภาพหรือเปลี่ยนสี
- อุตสาหกรรมพลังงานและระบบบอยเลอร์: ใช้เป็นน้ำเติมในระบบหม้อต้มแรงดันสูง (High-Pressure Boiler) และระบบหล่อเย็นของโรงไฟฟ้า เพื่อลดการเกาะตัวของตะกรันหินปูนบนผนังท่อ ซึ่งช่วยยืดอายุการใช้งานและประหยัดพลังงาน
5. ข้อควรระวังและการบำรุงรักษาระบบ Diwater
- ห้ามนำมาดื่มกิน: น้ำ DI ไม่เหมาะสำหรับการบริโภค เนื่องจากไม่มีแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย และด้วยคุณสมบัติหิวไอออนของมัน อาจเข้าไปดึงแร่ธาตุและแคลเซียมออกจากเซลล์และกระดูกของร่างกายมนุษย์ได้
- การปนเปื้อนซ้ำจากการจัดเก็บ: น้ำ DI ที่ผลิตเสร็จแล้วห้ามเปิดฝาทิ้งไว้ในอากาศเปิด เพราะจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และฝุ่นละอองกลับเข้าไปอย่างรวดเร็ว ทำให้ค่าความบริสุทธิ์ลดลงทันที
- การเสื่อมสภาพของสารกรอง: เม็ดเรซินมีอายุการใช้งานและมีจุดอิ่มตัว จำเป็นต้องมีการฟื้นฟูสภาพ (Regeneration) ด้วยสารเคมี เช่น กรดไฮโดรคลอริก (HCl) และโซดาไฟ (NaOH) อย่างสม่ำเสมอตามรอบ
- การตรวจสอบคุณภาพต่อเนื่อง: ต้องติดตั้งเครื่องวัดค่าความนำไฟฟ้าแบบ Online (Conductivity Meter) ไว้ที่ปลายท่อจ่ายน้ำตลอดเวลา เพื่อตรวจจับทันทีหากระบบกรองเกิดการรั่วไหลหรือเรซินหมดสภาพ