L'acqua ultrapura è l'acqua dalla quale sono stati completamente rimossi ioni conduttivi, colloidi, materia organica e altre impurità, con una resistività dell'acqua di prodotto superiore a 18 MΩ·cm (a 25°C).I sistemi di acqua ultrapura utilizzano in genere tecnologie di pretrattamento, osmosi inversa (RO), elettrodeionizzazione (EDI) e processi di post-trattamento, spesso integrati da trattamenti ausiliari come lampade UV e unità di rimozione TOC (Total Organic Carbon).
Flusso di processo di produzione di acqua ultrapura:
Il flusso di processo standard è: acqua del rubinetto → sistema di pretrattamento → sistema RO ad alta pressione a più fasi → sistema EDI → unità di rimozione TOC → sistema a letto misto di lucidatura → punto di utilizzo (POU).Durante la produzione, le pompe fungono da fonte di energia e i serbatoi di stoccaggio in varie fasi assicurano un funzionamento sicuro e stabile della pompa.
Inoltre, durante il funzionamento del filtro, possono essere aggiunte varie sostanze chimiche per regolare il pH dell'acqua, ridurre il cloro residuo e rallentare la scalabilità della membrana RO, ecc. Nelle regioni settentrionali più fredde durante l'inverno,Gli scambiatori di calore possono essere aggiunti all'ingresso del sistema di pretrattamento per aumentare la temperatura dell'acqua del rubinetto per soddisfare i requisiti del processo..
Inoltre, per isolare l'acqua dall'atmosfera ed evitare una contaminazione secondaria, è fondamentale depurare il serbatoio per l'acqua ultrapura con gas azoto.
Importanza del pretrattamento:
1. Richieste di acqua di alimentazione per membrana RO:
Il sistema RO è il componente più critico nella produzione di acqua ultrapura, il cui corretto funzionamento garantisce la sicurezza di tutto il sistema di acqua pura e la qualità dell'acqua prodotta.I sistemi RO hanno esigenze specifiche di acqua di alimentazione:
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Indice di densità di sedimento (SDI) < 4.0
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Turbidità (NTU) < 1.0
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Contenuto di sostanze organiche (COD) < 1,5 mg/l
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Contenuto residuo di cloro < 0,1 mg/l (idealmente controllato a 0 mg/l)
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Contenuto di ferro < 0,05 mg/l quando l'ossigeno disciolto > 5 mg/l
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Silice (SiO2) in concentrato < 100 mg/l
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Indice di saturazione di Langelier (LSI): pHb - pH < 0
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Ioni inclini alla formazione di sali insolubili (ad esempio, Sr, Ba): Prodotto ionico (Ipb) < 0,8 Ksp
2. Ruolo del sistema di pretrattamento:
Il sistema di pretrattamento rimuove dall'acqua cloro residuo, grandi solidi sospesi, colloidi flocculati, sostanze organiche, ossidi, composti organici e metalli pesantiprimaentra nel sistema RO, riducendo così i valori di COD e SDI.
Inoltre, ioni come calcio, magnesio, bario, solfati, silicati e carbonati possono essere complessi aggiungendo inibitori di scala per formare particelle più grandi,che vengono poi scaricati come concentrato dall'unità di controllo.
(1) Impatto dei malfunzionamenti del sistema sulle membrane RO:
Come indicato nella sezione sul pretrattamento, la stragrande maggioranza delle macromolecole nocive viene rimossa dal sistema di pretrattamento prima di raggiungere le membrane RO.Se il sistema di pretrattamento è insufficiente e non sono conformi più parametri dell'acqua di alimentazione RO, possono verificarsi danni fisici e chimici irreversibili agli elementi della membrana RO, riducendo significativamente la loro durata di vita.
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Scalazione della membrana RO
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Inquinamento della membrana RO da ossidi metallici
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Blocco della membrana RO da solidi sospesi
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Inquinamento da colloidi, sostanze organiche e microrganismi, con conseguente aumento della COD dell'acqua del prodotto.
(2) Impatto dei malfunzionamenti del sistema sul sistema di acqua ultrapura della RO:
I malfunzionamenti del sistema di pretrattamento influenzano l'intero sistema di acqua ultrapura della RO in tre modi principali:
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Riduce la resa e la qualità dell'acqua prodotta dal sistema.
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Aumenta il consumo di acqua e energia delle apparecchiature di rotazione.
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Aumenta i costi operativi, comprese le spese per gli inibitori della scala e altri prodotti chimici per il trattamento delle acque.
Principi di funzionamento dei sistemi di UF e di carbone attivo:
I sistemi di pretrattamento più comuni in pratica sono i sistemi di ultrafiltrazione (UF) e i sistemi a carbone attivo.Un sistema a carbone attivo comprende solitamente un filtro multimediale (MMF) e un filtro a carbone attivo (ACF).
1Principio di funzionamento del sistema UF:
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Filtro del disco:Funziona mediante filtrazione superficiale e profonda utilizzando dischi di plastica strettamente imballati, rimuovendo principalmente particelle di grandi dimensioni come sabbia e fango.
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Ultrafiltrazione (UF):Una tecnologia di separazione a membrana pressurizzata. Sotto pressione, piccole molecole di soluti e solvente passano attraverso una membrana con dimensioni specifiche dei pori, mentre le molecole di soluti più grandi (peso molecolare 10,000 - 30Le soluzioni di UF sono in grado di essere utilizzate per la produzione di UF, in particolare per la produzione di UF.
2Principio di funzionamento del sistema a carbone attivo:
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Filtro multimediale (MMF):Utilizzando uno o più filtri (es. sabbia di quarzo, antracita, sabbia di manganese) sotto pressione, l'acqua ad alta turbidità passa attraverso un letto di materiale granulare,eliminazione efficace dei solidi in sospensione e chiarificazione dell'acquaRiduce la SDI al di sotto di 3 e viene utilizzato per la rimozione della turbidità e come pretrattamento per l'acqua ammorbidita/pura.
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Filtro al carbone attivo (ACF):L'acqua del MMF entra nell'ACF, che contiene un letto di sabbia di quarzo che sostiene il carbone attivo.e le impurità sospese principalmente attraverso l'assorbimento fisico (forze di van der Waals) all'interno della sua vasta rete di pori.
Pro e contro di UF e sistemi a carbone attivo:
Ogni tipo di sistema di pretrattamento ha i suoi vantaggi e svantaggi durante il funzionamento.
Sistema di ultrafiltrazione (UF):
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Pro:
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Fattore di concentrazione elevato, tasso di recupero dell'acqua del prodotto può superare il 90%.
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Eccellente chiarezza e qualità dell'acqua.
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In quanto pretrattamento dell'ORI, l'UF riduce significativamente i costi di investimento dell'ORI e prolunga la durata della membrana dell'ORI (a oltre 3 anni).
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Alto livello di automazione, struttura semplice, bassi costi di funzionamento/manutenzione; in grado di effettuare il retrolavaggio e la pulizia chimica (CIP) online.
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Piccola impronta.
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Svantaggi:
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Le dimensioni dei pori della membrana UF (0,002 - 0,1 μm) coprono un ampio intervallo di filtrazione (colloidi ≥ 0,1 μm, lattice ≥ 0,5 μm, batteri ≥ 0,2 μm, particelle ≥ 5 μm).che influenzano la portata e la durata della membrana.
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Un costo di investimento iniziale più elevato (in genere 2-3 volte il costo di un sistema MMF+ACF per la stessa capacità).
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Requisiti rigorosi per la pressione dell'acqua di alimentazione.
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Non può essere disattivato per lunghi periodi; le membrane richiedono una conservazione chimica per l'inattività a lungo termine.
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Sistema di carbone attivo:
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Pro:
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Bassi costi di investimento iniziale.
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Prodotto d'acqua stabile; meno sensibile alle variazioni della pressione dell'acqua di alimentazione.
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Svantaggi:
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Grande impronta.
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Durante il funzionamento, il carbone attivo e l'antracite subiscono reazioni fisiche/chimiche che portano a un consumo naturale, all'esaurimento della capacità di assorbimento e al deterioramento della qualità dell'acqua del prodotto,che hanno un impatto negativo sul sistema RO a valle.
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Il ciclo di retrolavaggio per l'ACF è difficile da controllare e spesso breve.Il retrolavaggio non frequente provoca un'elevata pressione differenziale attraverso il filtro, che comportano rischi operativi e riducono il flusso.
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Alti costi di funzionamento e manutenzione a lungo termine, carico di lavoro significativo; i filtri hanno una durata di vita breve (richiede la sostituzione annuale).
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