Woda Destylowana: Stężenie Substancji, Właściwości i Zastosowania
- Szczegóły
TDS to skrót od słów „total dissolved solids” - pojęcie po polsku najczęściej tłumaczone jako całkowite stężenie substancji rozpuszczonych. TDS obejmuje sole nieorganiczne, jak również niewielką ilość substancji organicznych.
Typowe sole nieorganiczne, które można znaleźć w wodzie, to sole wapnia, magnezu, potasu i sodu (kationy), oraz węglany, azotany, wodorowęglany, chlorki i siarczany (aniony). Sole te mogą pochodzić z różnych źródeł naturalnych, mogą także trafiać do wody w wyniku działalności człowieka. Źródła mineralne zawierają wodę o wysokim poziomie rozpuszczonych substancji stałych, ponieważ woda przepłynęła przez skały zawierające dużą ilość rozpuszczalnych soli.
Substancje rozpuszczone w wodzie mogą do niej trafiać także na skutek działalności człowieka. Samo wysokie stężenie rozpuszczonych substancji zazwyczaj nie stanowi zagrożenia dla zdrowia. Wiele osób kupuje wodę mineralną, która ma naturalnie podwyższony poziom rozpuszczonych substancji stałych.
Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska (Environmental Protection Agency, EPA), która jest odpowiedzialna za regulacje dotyczące wody pitnej w Stanach Zjednoczonych, uwzględnia TDS jako standard wtórny, co oznacza, że na terenie USA uwzględnianie tych danych jest dobrowolne. Większość ludzi myśli o TDS jako o czynniku estetycznym.
Zwiększone stężenie rozpuszczonych substancji stałych może mieć również skutki techniczne. Woda z wysokim TDS to woda „twarda”, która pozostawia osady na armaturze, a także na wewnętrznej stronie rur z gorącą wodą i bojlerów. Mydła i detergenty w twardej wodzie nie wytwarzają tyle piany, co w wodzie miękkiej.
Przeczytaj także: Porady dotyczące wyboru filtra do oczyszczacza
Duża ilość rozpuszczonych substancji stałych może również powodować plamy na armaturze, korozję rur i metaliczny posmak wody. Twarda woda powoduje, że filtry do wody zużywają się szybciej - bo zawiera więcej substancji mineralnych.
W kanadyjskich wytycznych dotyczących jakości wody pitnej podane są najwyższe dopuszczalne stężenia (NDS) substancji, które uważane są za niebezpieczne, jeśli występują w dużych ilościach. Jednak substancje, które w swoim najwyższym dopuszczalnym stężeniu nie są uważane za niebezpieczne - a więc te, których dotyczy TDS - mają w tych wytycznych cel jedynie estetyczny.
Kanadyjskie wytyczne mówią, że TDS powinno być mniejsze niż 500 miligramów na litr (co jest równoznaczne z 500 częściami na milion, ppm). Jednak kanadyjskie wytyczne nie są egzekwowane na terenie całego kraju: każda prowincja ma swobodę wyboru, czy będzie ich przestrzegać, czy nie.
W Stanach Zjednoczonych dla substancji, które mają znaczenie dla zdrowia, wyznaczone są najwyższe dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń (Maximum Contaminant Levels, MCL), które są egzekwowane przez prawo. Jednakże TDS i te substancje, których znaczenie uznawane jest za jedynie estetyczne, mają ustalone tak zwane drugorzędne najwyższe poziomy zanieczyszczeń (Secondary Maximum Contaminant Levels, SMCL), które nie są egzekwowane przez prawo, ponieważ nie stanowią tak dużego zagrożenia dla zdrowia jak zanieczyszczenia podstawowe.
Stacje uzdatniania wody mogą używać odwróconej osmozy do usuwania substancji rozpuszczonych w wodzie, odpowiedzialnych za zbyt wysokie TDS. Odwrócona osmoza usuwa z wody praktycznie wszystkie rozpuszczone substancje, w tym wiele szkodliwych, takich jak sód i ołów.
Przeczytaj także: Woda gazowana: wpływ na organizm
Niestety w ten sposób usuwa się również substancje mineralne korzystne dla zdrowia, takie jak wapń czy magnez, dlatego taka woda powinna być przepuszczana przez związki magnezu i wapnia, aby zawierała te potrzebne minerały. W ten sposób zwiększa się również pH i zmniejsza potencjał korozyjności wody.
Jeżeli zanurzony w wodnym roztworze substancji uniwersalny papierek wskaźnikowy zabarwi się na różowo, można wnioskować, że w tym roztworze jest więcej jonów H+ niż OH-. Jednak niewielka liczba cząsteczek wody ulega dysocjacji. Czyli zawsze w roztworze wodnym występuje pewna liczba (choć bardzo niewielka) jonów wodorowych H+ i wodorotlenkowych OH¯. Np. jeżeli w roztworze pH wynosi 10, oznacza to, że jest więcej jonów wodorotlenkowych OH¯ niż jonów wodorowych H+.
Celem określenia pH roztworu stosuje się tzw. wskaźniki pH (indykatory), czyli substancje, których barwa zmienia się na odpowiedniki kolor w zależności od odczynu roztworu. Wskaźniki uniwersalne, które obejmują szeroki zakres pH (około 10 jednostek pH), pozwalają tylko na oszacowanie wartości pH (z dokładnością do 0,5 ). Jeżeli wymagany jest dokładniejszy pomiar pH roztworu można zmierzyć pH za pomocą urządzenia zwanego pehametrem.
Wykładnikiem stężenia jonów wodorowych jest skala pH. np. pH Coca Coli to ok. 2,pH wody z ogórków to ok 1,pH suchej skóry to ok.
Woda Destylowana, Dejonizowana i Demineralizowana
Trudne jest znalezienie jasnej definicji i standardów dla destylowanej, demineralizowanej i dejonizowanej wody. Aby zapoznać się z tym tematem produkcji wody ultra czystej najłatwiej jest zacząć od starej i bardzo znanej metody: destylacji.
Przeczytaj także: Jak nawilżać skórę po retinoidach?
Woda destylowana to woda, która była doprowadzona do wrzenia w aparacie zwanym "still" (destylator), a następnie ponownie skondensowana w chłodnicy kondensującej ponownie do postaci ciekłej. Destylacja służy oczyszczaniu wody. Rozpuszczone zanieczyszczenia takie jak sole pozostają w naczyniu gdzie zachodzi wrzenie, a woda "ucieka" w postaci pary wodnej.
Destylacja może nie dać pozytywnych rezultatów jeśli zanieczyszczenia są lotne (np. alkohole), ponieważ one również wrą, a następnie ponownie się zagęszczają (do postaci cieczy). Niektóre destylatory mogą selektywnie doprowadzić jedynie wodę do zagęszczenia, jednak większość z nich umożliwia przechodzenie części lotnych zanieczyszczeń i niewielkiej ilości nielotnych elementów wraz z wodą do kondensatora (przechodzą one do pary wodnej z pęcherzykami powstającymi na powierzchni wrzącej wody).
Maksymalnie wysoka jakość wody osiągana w tych systemach to zwykle 1.0 MWcm; a skoro nie istnieje zabezpieczenie przed dostawaniem się rozpuszczonego CO2 do destylatu, pH wynosi zwykle 4.5-5.0. Dodatkowo, trzeba bardzo uważać, aby nie zanieczyścić wody po jej destylacji.
Dejonizacja
Dejonizacja zachodzi przy użyciu żywic jonowymiennych (jonitów), które usuwają zjonizowane sole z wody. Teoretycznie można doprowadzić do 100% usunięcia soli. W procesie tym zwykle nie są usuwane zanieczyszczenia organiczne, wirusy czy bakterie, z wyjątkiem przypadkowego "uwięzienia" w żywicy lub przy zastosowaniu specjalnie stworzonych żywic anionowych do usuwania bakterii Gram-ujemnych.
Demineralizacja
Demineralizacja to każdy proces służący usuwaniu minerałów w wody, chociaż zwykle termin ten jest ograniczony do pojęcia procesu wymiany jonowej.
Woda ultra-czysta
Woda ultra-czysta to woda oczyszczona w dużym stopniu, o wysokiej oporności i braku związku organicznych; zwykle używana w produkcji półprzewodników i w przemyśle farmaceutycznym.
Dejonizacja opiera się na usuwaniu elektrycznie naładowanych (zjonizowanych) substancji rozpuszczonych, poprzez wiązanie ich na dodatnio lub ujemnie naładowanej żywicy w czasie przepływu wody przez kolumnę wypełnioną żywicą. Proces ten nazywa się wymianą jonową i może być wykorzystany na wiele sposobów do produkcji wody o różnej jakości.
Systemy te składają się z dwóch zbiorników: jeden z nich zawiera żywicę kationowo-wymienną (kationit) w formie wodorowej (H+), a drugi żywicę anionową (anionit) w formie hydroksylowej (OH-). Woda przepływa przez kolumnę kationową gdzie wszystkie kationy są wymieniane na jony wodoru. Woda z usuniętymi kationami przepływa dalej przez kolumnę anionową. Tym razem, wszystkie ujemnie naładowane jony są wymieniane na jony hydroksylowe, które następnie łącza się z jonami wodorowymi tworząc wodę (H2O).
Systemy te usuwają wszystkie jony, łącznie z krzemionką. Zwykle jest zalecane zmniejszenie strumienia jonów przechodzącego przez wymieniacz anionowy (jonit anionowy) poprzez instalowanie jednostki do usuwania CO2 pomiędzy zbiornikami. Redukuje to stężenie dwutlenku węgla do kilku mg/l oraz redukuje to objętość anionowej silnej zasady oraz wymagania reagentów podczas regeneracji. Ogólnie system żywicy typu kationit silnego kwasu plus anionit silnej zasady jest najprostszym zastosowaniem, a woda dejonizowana w tym systemie ma wiele zastosowań.
Ta kombinacja jest wariacją powyżej opisanej. Zapewnia tą samą jakość wody dejonizowanej, dając dodatkowo korzyści ekonomiczne podczas oczyszczania wody zawierającej wysokie stężenia silnych anionów (chlorków i siarczanów). System jest wyposażony w dodatkowy wymieniacz anionowy słabej zasady przed ostateczną żywicą anionu silnej zasady. Dodatkowa (do wyboru) jednostka usuwania dwutlenku węgla może być zainstalowana albo zaraz po wymieniaczu kationowym lub pomiędzy dwoma wymieniaczami anionowymi. Regeneracja wymieniaczy anionowych zachodzi przy użyciu roztworu wodorotlenku sodu (NaOH) przechodzącego najpierw przez wymieniacz silnej zasady, a potem słabej zasady. Metoda ta wymaga mniej wodorotlenku sodu niż metoda opisana powyżej, ponieważ pozostający roztwór do regeneracji po przejściu przez wymieniacz silnej zasady jest zwykle wystarczający do całkowitej regeneracji żywicy słabej zasady. Ponadto, kiedy woda zawiera wysokie stężenie substancji organicznej, żywica słabej zasady zabezpiecza wymieniacz silnej zasady.
Dejonizacja ze złożem mieszanym (mixed-bed deionisation)
W dejonizatorach o mieszanym złożu żywice wymiany kationowej i anionowej są połączone w jednej obudowie ciśnieniowej. Obie żywice są zmieszane dzięki działaniu skompresowanego powietrza; całe złoże może być traktowane jako nieskończona liczba wymieniaczy kationowych i anionowych ułożonych seriami (żywica mieszana). Do przeprowadzenia regeneracji, obie żywice hydraulicznie (w wodzie) rozdzielane są w czasie fazy zluźnienia. Ponieważ wymieniacz anionowy jest lżejszy od żywicy kationowej, unosi się on na powierzchni, podczas gdy żywica kationowa opada na dno. Po odseparowaniu żywic prowadzona jest regeneracja z użyciem wodorotlenku sodu i silnego kwasu. Nadmiar jakiegokolwiek środka zregenerowanego jest usuwany poprzez przemywanie każdej żywicy oddzielnie.
Zaletami tego systemu są:
- woda uzyskana w procesie jest wysoce oczyszczona a jej jakość pozostaje stała przez cały cykl,
- pH jest prawie neutralne,
- wymagania co do wody użytej w przemywaniu nie są wysokie.
Wadą tego systemu jest niższa pojemność/zdolność wymiany i bardziej skomplikowane procedury podczas obsługi ze względu na etap oddzielania i ponownego łączenia żywic.
Oprócz systemów wymiany jonowej, dejonizowana woda może być produkowana przy pomocy procesu odwróconej osmozy. Odwrócona osmoza (RO) jest najlepszą znaną metodą filtracji wody. Proces ten pozwala na usunięcie z roztworu tak małych cząsteczek jak jony.
Odwrócona osmoza jest używana do oczyszczania wody i usuwania soli i innych zanieczyszczeń w celu poprawy barwy, smaku i innych właściwości cieczy. Proces ten pozwala na usunięcie bakterii, soli, cukrów, białek, innych cząsteczek, farb oraz innych komponentów o wadze cząsteczkowej większej niż 150-250 Daltons. To pozwala na osiągniecie większości standardów jakości wody po pojedynczym przejściu oraz najwyższe standardy w systemach podwójnego przejścia wody.
Proces ten usuwa 99.9+% wirusów, bakterii i elementów gorączkotwórczych. Ciśnienie w zakresie 50 do 1000 psi (3.4 do 69 bar) jest siłą sprawczą w procesie RO. Proces ten jest znacznie bardziej wydajny energetycznie w porównaniu do procesów zmian faz (destylacji) i bardziej efektywny niż silne związki chemiczne wymagane w procesie regeneracji wymiany jonowej.
Separacja jonów podczas RO zachodzi dzięki naładowanym cząstkom. Oznacza to że rozpuszczone jony niosące ładunek, takie jak sole, są bardziej odrzucane przez membranę niż te nienaładowane, takie jak związki organiczne. Im większy ładunek i większa cząsteczka, bardziej prawdopodobne jest, że zostanie ona usunięta.
Pomiar czystości wody/oczyszczenia
Czystość wody może być mierzona na różny sposób. Jedna z metod określa wagę wszystkich elementów rozpuszczonych ("solute"): jest to najłatwiejsze do wykonania w przypadku rozpuszczonej substancji stałej w przeciwieństwie do rozpuszczonego gazu lub innej cieczy. Dodatkowo do pomiaru wagi zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie, można określić ich poziom poprzez stopień do którego podnoszą temperaturę wrzenia lub obniżają temperaturę zamarzania wody.
Na index refrakcji (załamywania) ( miara jak przejżyste materiały powodują zagięcie wiązki światła) wpływają również substancje rozpuszczone w wodzie. Czystość wody może być również określana na podstawie elektrycznej przewodności lub oporności; bardzo czysta woda słabo przewodzi elektryczność, więc jej oporność jest wysoka.
Wartość pH Woda czysta jest lekko kwaśna a woda destylowana ma pH około 5.8. Wynika to z faktu, że w wodzie destylowanej jest rozpuszczany dwutlenek węgla z powietrza. Jest on rozpuszczany do momentu aż jego stężenie osiągnie równowagę (equilibrum) z jego zawartością w powietrzu. Oznacza to, że ilość rozpuszczona równoważy ilość przechodzącą do roztworu. Całkowita zawartość w wodzie zależy od stężenia w powietrzu atmosferycznym.
Rozpuszczony dwutlenek węgla reaguje z wodą tworząc kwas węglowy.
2 H2O + CO2 --> H2O + H2CO3 (kwas węglowy) --> (H30+) (naładowana woda zakwaszona) + (HCO3-) (naładowany jon wodoro-węglanowy)
Jedynie niedawno zdestylowana woda ma wartość pH około 7, ale pod wpływem rozpuszczanego dwutlenku węgla osiąga ona lekko kwaśne pH w przeciągu kilku godzin. Dodatkowo, warto wspomnieć, że pH wody ultra czystej jest trudne do pomiaru. Wynika to z faktu, że woda ta szybko wyłapuje zanieczyszczenia, np. takie jak CO2, co wpływa na zmianę pH; ale również ma on niską przewodność, co może wpływać na dokładność pomiaru pH.
Na przykład, absorpcja tylko kilku ppm dwutlenku węgla może spowodować spadek pH ultra czystej wody do 4.5, chociaż woda ta ma nadal wysoka jakość. Najbardziej dokładny pomiar pH wody ultra czystej jest osiągany poprzez mierzenie jej oporności. Dla danej oporności, wartość pH musi się mieścić w pewnym zakresie. Na przykład, jeśli oporność wody wynosi 10.0 MWcm, pH musi być pomiędzy wartościami 6.6 i 7.6.
Zależność pomiędzy opornością a wartością pH wody o wysokiej czystości jest przedstawione na wykresie poniżej [2].
Oporność elektryczna versus pH wody dejonizowanej [2]
| Rodzaj cieczy | pH |
|---|---|
| Mleko | 6.5 |
| Woda destylowana | 5.8 |
| Piwo | 4.0-5.0 |
| Kawa | 2.5-3.5 |
| Sok pomarańczowy | 3.5 |
| Napoje gazowane | 2.0-4.0 |
| Coca Cola | 2.5 |
| Wino | 2.3-3.8 |
| (kwas żołądkowy) | 1.0-2.0 |
| (kwas baterii) | 1.0 |
W porównaniu z innymi typami cieczy woda dejonizowana ma wyraźnie lekko kwaśny odczyn (pH). Zgodnie z Merck Manual ludzkie ciało używa substancji buforujących, aby zrównoważyć pH. Jeśli człowiek skonsumuje coś kwaśnego, więcej wodorowęglanów a mniej dwutlenku węgla jest produkowanych we krwi w celu zneutralizowania kwaśnego odczynu. I odwrotnie, więcej dwutlenku węgla a mniej wodorowęglanów jest produkowanych we krwi jeśli substancja zasadowa jest spożywana. A wiec spożywanie wody destylowanej, nie spowoduje kwaśnego odczynu w ludzkim ciele.
Jeżeli kiedykolwiek zastanawiałeś się, do czego może przydać się destylowana woda w domu czy w pracy, to świetnie trafiłeś. Poniżej wyjaśnię, jak powstaje woda destylowana, gdzie możesz ją kupić i w jakich sytuacjach warto z niej korzystać. Woda destylowana to ciecz otrzymywana w procesie oddzielania czystej wody od wszelkich rozpuszczonych w niej zanieczyszczeń i soli mineralnych. Destylowanie wody to metoda oczyszczania, w której rozgrzewa się ciecz do punktu wrzenia, a następnie skrapla parę wodną, oddzielając ją od pierwotnych zanieczyszczeń. Proces destylacji polega na podgrzaniu wody do momentu wrzenia, przez co wytwarza się para. Ta para trafia do skraplacza (chłodnicy), gdzie ulega kondensacji i zamienia się ponownie w ciecz.
Choć wzór chemiczny wody destylowanej to wciąż dobrze znane H2O, kluczowe znaczenie ma tutaj niemal całkowity brak jonów innych pierwiastków. W codziennym użyciu często spotykamy się z produktami opisanymi jako woda demineralizowana a destylowana. Demineralizacja wody - opiera się na wymianie jonowej i innych procesach (np.
Warto zapamiętać: Zastosowanie wody demineralizowanej i destylowanej bywa zbliżone, choć w niektórych branżach (np.
Woda destylowana służy w bardzo różnych dziedzinach, zapewniając brak szkodliwych osadów czy reakcji chemicznych. Korzystanie z wody destylowanej do żelazek to sposób na uniknięcie powstawania kamienia i osadów, które mogą zatkać kanały parowe. We wnętrzu akumulatorów samochodowych znajduje się elektrolit, który wymaga uzupełniania jedynie najczystszą wodą. Dlatego woda destylowana w akumulatorze to konieczność - wszelkie mineralne zanieczyszczenia mogłyby skrócić żywotność baterii. Woda destylowana do akwarium może kusić akwarystów ze względu na niemal zerową zawartość minerałów. Jednak używana woda destylowana w akwarium powinna być wcześniej odpowiednio zbilansowana o niezbędne mikroelementy.
Czy można pić wodę destylowaną?
Wokół pytania „czy wodę destylowaną można pić?” narosło wiele nieporozumień. Eksperci są zgodni, że picie wody destylowanej nie stanowi bezpośredniego zagrożenia zdrowotnego w niewielkich ilościach, ponieważ destylowana woda do picia to wciąż H2O - nie jest toksyczna ani skażona.
Kluczowa myśl: Większość dietetyków rekomenduje wybór wody mineralnej albo filtrowanej wody z kranu, bogatszej w składniki odżywcze. Czysta woda destylowana przewodzi prąd bardzo słabo. Przewodnictwo elektryczne zależy głównie od rozpuszczonych w wodzie jonów, a w przypadku wody destylowanej jest ich znikoma ilość. Jednak w praktyce każda interakcja z otoczeniem (np.
Czy woda z suszarki jest destylowana?
Wiele osób sądzi, że woda pochodząca z suszarki kondensacyjnej to woda destylowana. Niestety, to mit. Choć jest stosunkowo miękka, wciąż może zawierać pozostałości po proszkach czy płynach do płukania.
Destylarki do wody to urządzenia przeznaczone do domowej lub profesjonalnej produkcji wody destylowanej. Proces zachodzi w zautomatyzowany sposób: nalewasz wodę kranową, a urządzenie samo ją podgrzewa, skrapla i gromadzi. Ich ceny wahają się w granicach kilkuset złotych do nawet kilku tysięcy - w zależności od wydajności i dodatkowych funkcji.
Gdzie kupić wodę destylowaną?
Zastanawiasz się, „gdzie kupie wodę destylowaną?” Opcji jest sporo - od marketów budowlanych, przez supermarkety, aż po apteki czy stacje benzynowe. W drogeriach Rossmann nierzadko znajdziesz niewielkie butelki z wodą destylowaną w cenie kilku złotych za litr. Duże sieci handlowe mają w ofercie między innymi wodę destylowaną w 5-litrowych baniakach. Woda destylowana w aptece to często produkt najwyższej jakości. Jednak woda destylowana z apteki bywa droższa ze względu na gwarancję czystości i sterylne opakowania. Internetowy marketplace umożliwia kupno dowolnej ilości wody destylowanej z dostawą do domu. Na stacjach paliw kupisz zazwyczaj 1-litrowe lub 5-litrowe baniaki wody destylowanej. Najkorzystniej bywa w supermarketach i marketach budowlanych.
tags: #woda #destylowana #stezenie #substancji
