Ultrafiltratie- en actieve koolsystemen: voor- en nadelen bij de bereiding van ultrapuur water

Ultrazuiver water is water waaruit geleidende ionen, colloïden, organische stoffen en andere onzuiverheden volledig zijn verwijderd, met een productwaterweerstand van meer dan 18 MΩ·cm (bij 25°C).In ultrazuivere watersystemen wordt doorgaans gebruikgemaakt van voorbehandelingstechnologieën, omgekeerde osmose (RO), elektrodeionisatie (EDI) en nabehandelingsprocessen, vaak aangevuld met hulpbehandelingen zoals UV-lampen en TOC (Total Organic Carbon) verwijderingseenheden.

Ultrazuivere waterproductieproces:
De standaardprocesstroom is: kraanwater → Voorbehandeling → Meerstadium hoogdruk RO-systeem → EDI-systeem → TOC-verwijderingsunit → Poetsysteem met gemengd bed → Gebruikspunt (POU).Tijdens de productieHet gebruik van filters van verschillende kwaliteiten op specifieke plaatsen zorgt voor de kwaliteit van het productwater.

Bovendien kunnen tijdens de filterwerking verschillende chemicaliën worden toegevoegd om de pH van het water aan te passen, residuele chloor te verminderen en het afschalen van het RO-membraan te vertragen, enz.warmtewisselaars kunnen worden toegevoegd aan de inlaat van het voorbehandelingssysteem om de temperatuur van het kraanwater te verhogen om aan de vereisten van het proces te voldoen.

Bovendien is het zuiveren van de ultrazuivere waterreservoir met stikstofgas van cruciaal belang om het water van de atmosfeer te isoleren en secundaire verontreiniging te voorkomen.

Belang van de voorbehandeling:
1. RO Membraanvoedingswaterbehoeften:
Het RO-systeem is het meest cruciale onderdeel van de productie van ultrazuiver water.RO-systemen hebben specifieke voedingswatervereisten:

• Silt Density Index (SDI) < 4.0

• Vervaagbaarheid (NTU) < 1.0

• Organische stof (COD) < 1,5 mg/l

• Restchloorinhoud < 0,1 mg/l (idealiter gereguleerd bij 0 mg/l)

• IJzergehalte < 0,05 mg/l bij opgeloste zuurstof > 5 mg/l

• Silica (SiO2) in geconcentreerd < 100 mg/l

• Langelier verzadigingsindex (LSI): pHb - pHs < 0

• Ionen die gevoelig zijn voor de vorming van onoplosbare zouten (bijv. Sr, Ba): Ionisch product (Ipb) < 0,8 Ksp

2. Rol van het voorbehandelingssysteem:
Het voorbehandelingssysteem verwijdert restchloor, grote vaste stoffen in suspensie, gevlokkelde colloïden, organische stoffen, oxiden, organische verbindingen en zware metalen uit het watervoorheenhet wordt ingevoerd in het RO-systeem, waardoor de COD- en SDI-waarden worden verlaagd.

Bovendien kunnen ionen zoals calcium, magnesium, barium, sulfaten, silicaten en carbonaten worden gecomplexiseerd door de toevoeging van schaalremmers om grotere deeltjes te vormen,die vervolgens als geconcentreerd uit de RO-eenheid worden afgevoerd.

(1) Invloed van systeemfouten op RO-membranen:
Zoals beschreven in het onderdeel voorbehandeling, worden de overgrote meerderheid van de schadelijke macromoleculen door het voorbehandelingssysteem verwijderd voordat ze de RO-membranen bereiken.Indien het voorbehandelingssysteem onvoldoende is en meerdere parameters van het RO-voedingswater niet voldoenIn het geval van een onherroepelijke fysieke en chemische schade aan de RO-membranelementen kan dit hun levensduur aanzienlijk verkorten.

• RO-membraan schaalvorming

• Vervuiling van RO-membranen door metaaloxiden

• Blocage van het RO-membraan door gesuspendeerde vaste stoffen

• Vervuiling door colloïden, organische stoffen en micro-organismen, wat leidt tot een verhoogde COD van het productwater.

(2) Gevolgen van storingen in het systeem op het RO Ultrapure water systeem:
Fouten in het voorbehandelingssysteem hebben op drie belangrijke manieren gevolgen voor het gehele ultrazuivere waterstelsel van de RO:

• Vermindert de wateropbrengst en -kwaliteit van het systeem.

• Verhoogt het water- en energieverbruik van de RO-apparatuur.

• Verhoogt de operationele kosten, met inbegrip van de uitgaven voor schaalremmers en andere chemische stoffen voor waterbehandeling.

Werkingsbeginselen van UF- en actiefkoolsystemen:
Een UF-systeem bestaat meestal uit een schijffilter en een UF-eenheid.Een systeem met geactiveerde koolstof bestaat gewoonlijk uit een multimediafilter (MMF) en een geactiveerde koolstoffilter (ACF).

1Werkingsbeginsel van UF-systeem:

• Discfilter:Het werkt door oppervlakte- en dieptefiltratie met behulp van dicht ingepakte plastic schijven.

• Ultrafiltratie (UF):Onder druk gaan kleine moleculen van opgeloste stoffen en oplosmiddel door een membraan met specifieke poriën, terwijl grotere moleculen van opgeloste stoffen (moleculair gewicht 10,0 g/cm3) door een membraan met specifieke poriën gaan.000 - 30In het geval van UF wordt de oplossing gedeeltelijk gezuiverd door het verwijderen van de macromoleculen.

2Werkingsbeginsel van het actieve koolstofsysteem:

• Multimediafilter (MMF):Het gebruik van een of meerdere filters (bijv. kwartszand, anthracyt, mangaansand) onder druk.effectief verwijderen van gesuspendeerde vaste stoffen en het water helderenHet vermindert de SDI tot minder dan 3 en wordt gebruikt voor het verwijderen van troebelheid en als voorbehandeling van verzacht/zuiver water.

• Actieve koolstoffilter (ACF):Het water van de MMF komt in de ACF, die een laag quartzzand bevat die het milieu van geactiveerde koolstof ondersteunt.en opgeschortte onzuiverheden voornamelijk door fysieke adsorptie (van der Waals krachten) in het uitgestrekte netwerk van poriën.

Voordelen en nadelen van UF- en actieve koolsystemen:
Elk type voorbehandelingssysteem heeft tijdens de werking zijn voordelen en nadelen.

Ultrafiltratiesysteem (UF):

1. Voordelen:

   • Hoge concentratiefactor, waterterugwinningsgraad van het product kan hoger zijn dan 90%.

   • Uitstekende productkwaliteit en waterhelderheid.

   • Als RO-voorbehandeling vermindert UF de investeringskosten van RO aanzienlijk en verlengt het de levensduur van het RO-membraan (tot meer dan 3 jaar).

   • Hoge mate van automatisering, eenvoudige structuur, lage exploitatiekosten/onderhoudskosten; in staat tot online terugspoelen en chemische reiniging (CIP).

   • Kleine voetafdruk.

2. Nadelen:

   • UF-membraanporen (0,002 - 0,1 μm) hebben een breed filterbereik (colloïden ≥0,1 μm, latex ≥0,5 μm, bacteriën ≥0,2 μm, deeltjes ≥5 μm).invloed hebben op de doorstroming en de levensduur van het membraan.

   • Hoger initiële investeringskosten (meestal 2-3 keer de kosten van een MMF+ACF-systeem voor dezelfde capaciteit).

   • Strenge eisen aan de voedingswaterdruk.

   • De membranen moeten chemisch worden bewaard om langdurig te kunnen werken.

Actief koolstofsysteem:

1. Voordelen:

   • Lagere initiële investeringskosten.

   • Stabiel wateropbrengst; minder gevoelig voor veranderingen in voedingswaterdruk.

2. Nadelen:

   • Grote voetafdruk.

   • Tijdens de werking ondergaan de geactiveerde koolstof en het anthracite fysisch-chemische reacties die leiden tot natuurlijk verbruik, uitputting van de adsorptiecapaciteit en verslechtering van de productwaterkwaliteit,een negatieve invloed hebben op het downstream RO-systeem.

   • De terugwascyclus voor de ACF is moeilijk te beheersen en vaak kort.Het terugwassen veroorzaakt een hoge verschil in druk over het filter, die operationele risico's met zich meebrengt en de doorstroming vermindert.

   • Hoge kosten voor exploitatie en onderhoud op lange termijn, aanzienlijke werkdruk; filtermedia hebben een korte levensduur (verplicht jaarlijks te vervangen).