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

ประเภท	ลักษณะระบบ	คุณภาพน้ำที่ได้	หมายเหตุ
Two-bed DI	Cation Resin + Anion Resin แยกถัง	Conductivity ~10–30 µS/cm	ใช้งานทั่วไป, regeneration แยก
Mixed-bed DI (MBDI)	เรซินผสมในถังเดียว (H⁺ + OH⁻)	Conductivity < 1 µS/cm (Resistivity > 1 MΩ·cm)	ใช้เป็น Polishing Step
EDI (Electrodeionization)	ใช้ไฟฟ้าแยกไอออนต่อเนื่อง	Resistivity 10–18 MΩ·cm	ไม่ต้อง Regen, ใช้หลัง RO

ข้อมูลออกแบบทั่วไป (Design Criteria)

รายการ	ค่ามาตรฐานทั่วไป
อัตราการไหล (Service Flow Rate)	20–40 BV/h (Bed Volume/h)
ความลึกของเรซิน (Bed Depth)	0.8–1.2 m
Empty Bed Contact Time (EBCT)	3–6 นาที
ความเร็วล้างย้อน (Backwash Rate)	50–70% bed expansion
ความเข้มข้นสาร Regen (HCl, NaOH)	HCl 4–6%, NaOH 4%
ปริมาณสารเคมีต่อรอบ Regen	60–120 g/L resin
เวลา Regen	30–60 นาที
Conductivity เป้าหมาย	< 1 µS/cm (สำหรับ Mixed Bed)
ความดันออกแบบถัง	3–5 bar

การออกแบบระบบแบบ 2-bed DI

ขั้นตอนหลัก:

Cation Unit (H⁺ form)
- กำจัดไอออนบวก (Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺)
- ปล่อย H⁺ ลงในน้ำ → น้ำมีลักษณะเป็นกรด (pH 2–4)
Anion Unit (OH⁻ form)
- กำจัดไอออนลบ (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻)
- ปล่อย OH⁻ ลงในน้ำ → น้ำกลับเป็นกลาง
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

คำนวณโหลดไอออน (as CaCO₃):

Exchange capacity ของเรซิน (Cation + Anion):

ปริมาตรเรซินที่ต้องการ:

เลือกขนาดถังมาตรฐาน:

Cation: 300 mm Ø, resin 50 L
Anion: 300 mm Ø, resin 70 L

เพื่อเผื่อ safety factor 2–3 เท่า

การบำรุงรักษาและปัญหาที่พบบ่อย

อาการ	สาเหตุ	แนวทางแก้ไข
Conductivity สูงขึ้น	Resin เสื่อม / regen ไม่สมบูรณ์	ตรวจ acid/alkali dose และเวลา regen
pH ต่ำหลัง DI	Cation overload	Regen ไม่สมบูรณ์, acid มากเกิน
pH สูงหลัง DI	Anion overload	Regen ไม่ครบ, rinse ไม่พอ
ความดันตกคร่อมสูง	Resin อุดตัน	Backwash หรือเปลี่ยน resin
น้ำมีสี / กลิ่น	Organic fouling	Carbon filter ก่อน DI เสื่อม, เปลี่ยน media
Conductivity แกว่ง	Resin ปนเปื้อน / Mixing ratio ผิด	ตรวจอัตราส่วนเรซินใน mixed bed

การเชื่อมต่อกับหน่วยอื่น (System Integration)

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

อายุการใช้งานเรซินและการเก็บรักษา

ประเภทเรซิน	อายุการใช้งาน (Service life)	อายุเก็บ (Shelf life)	หมายเหตุ
Cation Resin	3–5 ปี	5 ปี	Regen ด้วยกรด
Anion Resin	3–5 ปี	5 ปี	Regen ด้วยด่าง
Mixed Bed Resin	1–3 ปี	5 ปี	ใช้เป็น Polishing
Specialty Resin (Silica removal)	2–3 ปี	5 ปี	ใช้ในระบบอิเล็กทรอนิกส์

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