Συστήματα Υπερόλυσης και Ενεργοποιημένου Άνθρακα: Πλεονεκτήματα και Μειονεκτήματα στην Προετοιμασία Υπερακαθαρμένου Νερού

Το υπερκαθαρό νερό είναι νερό από το οποίο έχουν απομακρυνθεί πλήρως οι αγωγοί ιόντα, τα κολοειδή, η οργανική ύλη και άλλες προσμείξεις, με αντίσταση νερού προϊόντος που υπερβαίνει τα 18 MΩ·cm (σε 25 °C).Τα συστήματα υπεκαθαρμένου νερού χρησιμοποιούν συνήθως τεχνολογίες προεπεξεργασίας, αντίστροφη όσμωση (RO), ηλεκτροδειονισμός (EDI) και διαδικασίες μετα-επεξεργασίας, συχνά συμπληρωμένες με βοηθητικές επεξεργασίες όπως λαμπτήρες υπεριώδους ακτινοβολίας και μονάδες αφαίρεσης TOC (συνολικού οργανικού άνθρακα).

Η ροή της διαδικασίας παραγωγής υπερκαθαρού νερού:
Η τυποποιημένη ροή της διαδικασίας είναι: νερό από τη βρύση → σύστημα προεπεξεργασίας → σύστημα RO υψηλής πίεσης πολλαπλών σταδίων → σύστημα EDI → μονάδα αφαίρεσης TOC → σύστημα μικτού στρώματος γυάλωσης → σημείο χρήσης (POU).Κατά τη διάρκεια της παραγωγήςΗ προσθήκη φίλτρων διαφορετικών βαθμών σε συγκεκριμένα σημεία εξασφαλίζει την ποιότητα του νερού του προϊόντος.

Επιπλέον, κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του φίλτρου, μπορούν να προστεθούν διάφορα χημικά για να ρυθμιστεί το pH του νερού, να μειωθεί το υπολειπόμενο χλώριο και να επιβραδυνθεί η απορρόφηση της μεμβράνης RO κλπ.μπορούν να προστίθενται ανταλλακτές θερμότητας στην είσοδο του συστήματος προεπεξεργασίας για την αύξηση της θερμοκρασίας του νερού της βρύσης ώστε να πληρούνται οι απαιτήσεις της διαδικασίας.

Επιπλέον, το καθαρισμό της δεξαμενής αποθήκευσης υπερκαθαρού νερού με αέριο αζώτου είναι ζωτικής σημασίας για την απομόνωση του νερού από την ατμόσφαιρα και την πρόληψη δευτερογενούς μόλυνσης.

Σημασία της προεπεξεργασίας:
1. RO Απαιτήσεις νερού τροφοδοσίας μεμβράνης:
Το σύστημα RO είναι το πιο κρίσιμο συστατικό στην παραγωγή υπερκαθαρού νερού.Η ορθή λειτουργία του εξασφαλίζει την ασφάλεια ολόκληρου του συστήματος καθαρού νερού και την ποιότητα του νερού προϊόντος.Τα συστήματα RO έχουν ειδικές απαιτήσεις ύδατος τροφοδοσίας:

• Δείκτης πυκνότητας βρόχου (SDI) < 4.0

• Αμβλύνεια (NTU) < 1.0

• Περιεκτικότητα σε οργανική ύλη (COD) < 1,5 mg/l

• Περιεκτικότητα σε υπολειμματικό χλώριο < 0,1 mg/l (ιδανικά ελεγχόμενη σε 0 mg/l)

• Περιεκτικότητα σε σίδηρο < 0,05 mg/l όταν το διάλυτο οξυγόνο > 5 mg/l

• Σιλικόξυλο (SiO2) σε συμπυκνωμένο < 100 mg/l

• Δείκτης κορεσμού Langelier (LSI): pHb - pHs < 0

• Ιόντα που είναι επιρρεπείς στη δημιουργία αδιάλυτων αλάτων (π.χ. Sr, Ba): Ιονικό προϊόν (Ipb) < 0,8 Ksp

2Ο ρόλος του συστήματος προεπεξεργασίας
Το σύστημα προεπεξεργασίας απομακρύνει από το νερό υπολειμματικό χλώριο, μεγάλα αιωρούμενα στερεά στοιχεία, κολοειδή που έχουν κολλήσει, οργανική ύλη, οξείδια, οργανικές ενώσεις και βαρέα μέταλλαπρινεισέρχεται στο σύστημα RO, μειώνοντας έτσι τις τιμές COD και SDI.

Επιπλέον, ιόντα όπως ασβέστιο, μαγνήσιο, βάριο, θειικά άλατα, πυριτικά και ανθρακικά άλατα μπορούν να περισυνθέσουν με την προσθήκη αναστολέων κλίμακας για να σχηματίσουν μεγαλύτερα σωματίδια,τα οποία απορρίπτονται στη συνέχεια ως συμπυκνώματα από την μονάδα RO.

(1) Επιπτώσεις των δυσλειτουργιών του συστήματος στις μεμβράνες RO:
Όπως περιγράφεται στο τμήμα προεπεξεργασίας, η συντριπτική πλειοψηφία των επιβλαβών μακρομορίων απομακρύνεται από το σύστημα προεπεξεργασίας πριν φτάσει στις μεμβράνες της ΟΡ.Εάν το σύστημα προεπεξεργασίας είναι ανεπαρκές και πολλαπλές παραμέτρους τροφοδοτικού νερού RO δεν συμμορφώνονταιΟι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης RO περιλαμβάνουν:

• Σκάλωση μεμβράνης RO

• Σκατάσταση της μεμβράνης RO από οξείδια μετάλλων

• Αποφρακτισμός της μεμβράνης RO από αιωρούμενα στερεά

• Καθαρισμός από κολοειδή, οργανικά και μικροοργανισμούς, με αποτέλεσμα την αύξηση της COD του νερού του προϊόντος.

(2) Επιπτώσεις των δυσλειτουργιών του συστήματος στο σύστημα υπερυπνού νερού της RO:
Οι δυσλειτουργίες στο σύστημα προεπεξεργασίας επηρεάζουν ολόκληρο το σύστημα υπερακαθαρμένων υδάτων RO με τρεις κύριους τρόπους:

• Μειώνει την απόδοση και την ποιότητα του νερού του συστήματος.

• Αυξάνει την κατανάλωση νερού και ενέργειας του εξοπλισμού RO.

• Αυξάνει τα λειτουργικά έξοδα, συμπεριλαμβανομένων των δαπανών για αναστολείς κλίμακας και άλλα χημικά για την επεξεργασία νερού.

Αρχές λειτουργίας των συστημάτων UF και ενεργού άνθρακα:
Συνήθως τα συστήματα προεπεξεργασίας στην πράξη περιλαμβάνουν συστήματα υπερυσοκόλλησης (UF) και συστήματα ενεργού άνθρακα.Ένα σύστημα ενεργού άνθρακα περιλαμβάνει συνήθως ένα φίλτρο πολυμέσων (MMF) και ένα φίλτρο ενεργού άνθρακα (ACF).

1Αρχή λειτουργίας του συστήματος UF:

• Φίλτρο δίσκου:Εργάζεται με επιφανειακό και βαθύ φίλτρο χρησιμοποιώντας σφιχτά συσκευασμένους πλαστικούς δίσκους.

• Υπερίγραμμα (UF):Τεχνολογία διαχωρισμού μεμβράνης υπό πίεση. Υπό πίεση, μικρά μόρια διαλυτών και διαλύτης περνάνε μέσα από μια μεμβράνη με συγκεκριμένα μεγέθη πόρων, ενώ μεγαλύτερα μόρια διαλυτών (μοριακό βάρος 10,0 μm) περνάνε μέσα από μια μεμβράνη με συγκεκριμένα μεγέθη πόρων.000 - 30Η ατμόσφαιρα της ουσίας διατηρείται, καθαρίζοντας εν μέρει το διάλυμα με την αφαίρεση των μακρομορίων (βλέπε σχήμα 1 για την αρχή UF).

2Αρχή λειτουργίας του συστήματος ενεργού άνθρακα:

• Φίλτρο πολυμέσων (MMF):Χρησιμοποιεί ένα ή περισσότερα μέσα φίλτρου (π.χ. άμμο κουάρτς, ανθρακίτη, άμμο μαγγανίου) υπό πίεση.απομακρύνοντας αποτελεσματικά τα αιωρούμενα στερεά στοιχεία και καθαρίζοντας το νερόΜειώνει το SDI κάτω από 3 και χρησιμοποιείται για την αφαίρεση θολού νερού και ως προεπεξεργασία μαλακωμένου/καθαρού νερού.

• Φίλτρο ενεργού άνθρακα (ACF):Το νερό από το MMF εισέρχεται στο ACF, το οποίο περιέχει ένα στρώμα άμμου από χαλαζία που υποστηρίζει το μέσο ενεργού άνθρακα.και αιωρούμενες ακαθαρσίες κυρίως μέσω φυσικής προσρόφησης (δύναμες του Van der Waals) μέσα στο τεράστιο δίκτυο των πόρων του.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των συστημάτων UF και ενεργού άνθρακα:
Κάθε είδος συστήματος προεπεξεργασίας έχει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα του κατά τη διάρκεια της λειτουργίας.

Συστήματα υπερυσοκόλλησης (UF):

1. Πλεονεκτήματα:

   • Υψηλός συντελεστής συγκέντρωσης, ποσοστό ανάκτησης νερού του προϊόντος μπορεί να υπερβαίνει το 90%.

   • Εξαιρετική καθαρότητα και ποιότητα νερού.

   • Ως προεπεξεργασία του ΡΟ, το UF μειώνει σημαντικά το επενδυτικό κόστος του ΡΟ και επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης του ΡΟ (περισσότερα από 3 έτη).

   • Υψηλό επίπεδο αυτοματισμού, απλή δομή, χαμηλά κόστη λειτουργίας/εξυπηρέτησης, ικανή για ηλεκτρονικό αντιπλύσιμο και χημικό καθαρισμό (CIP).

   • Μικρό αποτύπωμα.

2. Μειονεκτήματα:

   • Τα μεγέθη των πόρων της μεμβράνης UF (0,002 - 0,1 μm) καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα διήθησης (κολλοειδή ≥0,1 μm, λάτεξ ≥0,5 μm, βακτήρια ≥0,2 μm, σωματίδια ≥5 μm).που επηρεάζουν την ροή και τη διάρκεια ζωής της μεμβράνης.

   • υψηλότερο αρχικό κόστος επένδυσης (συνήθως 2-3 φορές το κόστος ενός συστήματος ΑΚΧΑ+ΑΚΧΑ για την ίδια δυναμικότητα).

   • Αυστηρές απαιτήσεις για την πίεση του νερού τροφοδοσίας.

   • Δεν μπορεί να κλείσει για παρατεταμένες περιόδους. Οι μεμβράνες απαιτούν χημική διατήρηση για μακροχρόνια αδράνεια.

Σύστημα ενεργού άνθρακα:

1. Πλεονεκτήματα:

   • Λιγότερο κόστος αρχικής επένδυσης.

   • Σταθερή απόδοση νερού· λιγότερο ευαίσθητη στις μεταβολές της πίεσης νερού τροφοδότησης.

2. Μειονεκτήματα:

   • Μεγάλο αποτύπωμα.

   • Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας, ο ενεργός άνθρακας και ο ανθρακίτης υποβάλλονται σε φυσικές/χημικές αντιδράσεις, οι οποίες οδηγούν σε φυσική κατανάλωση, εξάντληση της ικανότητας απορρόφησης και επιδείνωση της ποιότητας του νερού του προϊόντος,που επηρεάζουν αρνητικά το σύστημα RO κατάντη.

   • Ο κύκλος αντιπλύσης για το ACF είναι δύσκολο να ελεγχθεί και συχνά σύντομος.Η σπάνια αντιπλύση προκαλεί υψηλή διαφορική πίεση στο φίλτρο, δημιουργώντας επιχειρησιακούς κινδύνους και μειώνοντας την ροή.

   • Υψηλά μακροπρόθεσμα έξοδα λειτουργίας και συντήρησης, σημαντικό φόρτο εργασίας· τα φίλτρα έχουν σύντομη διάρκεια ζωής (απαιτούν ετήσια αντικατάσταση).