Água ultrapura é a água da qual os íons condutores, os colóides, a matéria orgânica e outras impurezas foram completamente removidos, com uma resistividade da água do produto superior a 18 MΩ·cm (a 25°C).Os sistemas de água ultrapura utilizam tipicamente tecnologias de pré-tratamento, osmose reversa (RO), eletrodeionização (EDI) e processos de pós-tratamento, muitas vezes complementados por tratamentos auxiliares como lâmpadas UV e unidades de remoção de COT (Carbono Orgânico Total).
Fluxo do processo de produção de água ultrapura:
O fluxo de processo padrão é: água da torneira → sistema de pré-tratamento → sistema RO de alta pressão em vários estágios → sistema EDI → unidade de remoção de TOC → sistema de poluição de leito misto → ponto de utilização (POU).Durante a produçãoA adição de filtros de diferentes graus em pontos específicos garante a qualidade da água do produto.
Além disso, durante a operação do filtro, vários produtos químicos podem ser adicionados para ajustar o pH da água, reduzir o cloro residual e retardar a descamação da membrana RO, etc.Os trocadores de calor podem ser adicionados na entrada do sistema de pré-tratamento para aumentar a temperatura da água da torneira para satisfazer os requisitos do processo..
Além disso, é crucial limpar o tanque de armazenamento de água ultrapura com gás nitrogênio para isolar a água da atmosfera e evitar a contaminação secundária.
Importância do pré- tratamento:
1. Requisitos de água de alimentação para membrana RO:
O sistema RO é o componente mais crítico na produção de água ultrapura, cujo bom funcionamento garante a segurança de todo o sistema de água pura e a qualidade da água produzida.Os sistemas RO têm requisitos específicos de água de alimentação:
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Índice de densidade de sedimento (SDI) < 4.0
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Turbidez (NTU) < 1.0
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Teor de matéria orgânica (COD) < 1,5 mg/l
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Teor residual de cloro < 0,1 mg/l (idealmente controlado a 0 mg/l)
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Teor de ferro < 0,05 mg/l quando o oxigénio dissolvido > 5 mg/l
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Silício (SiO2) em concentrado < 100 mg/l
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Índice de saturação de Langelier (LSI): pHb - pHs < 0
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Íons propensos a formar sais insolúveis (por exemplo, Sr, Ba): Produto iónico (Ipb) < 0,8 Ksp
2Função do sistema de pré-tratamento:
O sistema de pré-tratamento remove o cloro residual, grandes sólidos em suspensão, coloides floculados, matéria orgânica, óxidos, compostos orgânicos e metais pesados da águaantesEntrar no sistema RO, reduzindo assim os valores COD e SDI.
Além disso, íons como cálcio, magnésio, bário, sulfatos, silicatos e carbonatos podem ser complexos adicionando inibidores de escala para formar partículas maiores,que são depois descarregados como concentrado da unidade de controlo de reação.
(1) Impacto de falhas de funcionamento do sistema nas membranas de rotação:
Conforme descrito na secção de pré-tratamento, a grande maioria das macromoléculas nocivas é removida pelo sistema de pré-tratamento antes de atingirem as membranas de RE.Se o sistema de pré-tratamento for defeituoso e se vários parâmetros da água de alimentação do RO não estiverem em conformidade, podem ocorrer danos físicos e químicos irreversíveis aos elementos da membrana RO, reduzindo significativamente sua vida útil.
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Escalagem de membrana de RO
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Empolhamento da membrana RO por óxidos metálicos
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Bloqueio da membrana do RO por sólidos em suspensão
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Contaminação por coloides, organismos orgânicos e microorganismos, levando ao aumento da DCO da água do produto.
(2) Impacto de avarias no sistema de água ultrapura da RO:
Os defeitos no sistema de pré-tratamento afectam o sistema de água ultrapura da RO de três formas principais:
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Reduz o rendimento e a qualidade da água do produto do sistema.
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Aumenta o consumo de água e de energia do equipamento RO.
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Aumentam os custos operacionais, incluindo as despesas com inibidores da escala e outros produtos químicos para tratamento de água.
Princípios de funcionamento dos sistemas de UF e carbono ativado:
Os sistemas de pré-tratamento comuns na prática incluem sistemas de ultrafiltração (UF) e sistemas de carbono ativado.Um sistema de Carvão Ativado consiste normalmente num filtro multimédia (MMF) e num filtro de Carvão Ativado (ACF).
1Princípio de funcionamento do sistema UF:
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Filtro de disco:Funciona por filtragem de superfície e de profundidade utilizando discos de plástico bem embalados.
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Ultrafiltração (UF):Uma tecnologia de separação por membrana pressurizada. Sob pressão, pequenas moléculas de soluto e solvente passam através de uma membrana com poros específicos, enquanto moléculas de soluto maiores (peso molecular 10,000 - 30A solução é parcialmente purificada através da remoção de macromoléculas (ver figura 1 do esquema para o princípio do UF).
2Princípio de funcionamento do sistema de carbono ativado:
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Filtro multimédia (MMF):Utiliza um ou vários meios de filtragem (por exemplo, areia de quartzo, antracita, areia de manganês) sob pressão.Remover eficazmente os sólidos em suspensão e clarificar a águaReduz o IDS para menos de 3 e é utilizado para remoção de turbidez e como pré-tratamento de água amolecida/pura.
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Filtro de Carvão Ativado (ACF):A água do MMF entra no ACF, que contém um leito de areia de quartzo que suporta meios de carbono ativado.e impurezas em suspensão principalmente através da adsorção física (forças de van der Waals) dentro de sua vasta rede de poros.
Vantagens e desvantagens dos sistemas de UF e carbono ativado:
Cada tipo de sistema de pré-tratamento tem as suas vantagens e desvantagens durante o funcionamento.
Sistema de ultrafiltração (UF):
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Vantagens:
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Fator de concentração elevado, taxa de recuperação da água do produto pode exceder 90%.
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Excelente qualidade e clareza da água.
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Como pré-tratamento de RE, o UF reduz significativamente os custos de investimento de RE e prolonga a vida útil da membrana de RE (a mais de 3 anos).
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Alto nível de automação, estrutura simples, baixos custos de operação/manutenção; capaz de lavagem em linha e limpeza química (CIP).
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Pequena pegada.
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Desvantagens:
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Os poros das membranas de UF (0,002 - 0,1 μm) cobrem uma ampla gama de filtragem (coloides ≥ 0,1 μm, látex ≥ 0,5 μm, bactérias ≥ 0,2 μm, partículas ≥ 5 μm).afetando a taxa de fluxo e a vida útil da membrana.
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Custo de investimento inicial mais elevado (normalmente 2 a 3 vezes o custo de um sistema de FMM+FCA para a mesma capacidade).
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Requisitos rigorosos para a pressão da água de alimentação.
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Não pode ser desligado por períodos prolongados; as membranas requerem preservação química para o desligamento a longo prazo.
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Sistema de Carvão Ativado:
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Vantagens:
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Menor custo de investimento inicial.
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A saída de água estável; menos sensível às variações da pressão da água de alimentação.
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Desvantagens:
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Grande pegada.
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Durante o funcionamento, o carbono ativado e a antracita sofrem reações físico-químicas, que conduzem ao consumo natural, ao esgotamento da capacidade de adsorção e à deterioração da qualidade da água do produto,que tenha um impacto negativo no sistema de RO a jusante.
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O ciclo de lavagem por retrocesso para o ACF é difícil de controlar e muitas vezes curto.A lavagem de volta infrequente provoca uma pressão diferencial elevada no filtro, que representam riscos operacionais e reduzem a taxa de fluxo.
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Altos custos de operação e manutenção a longo prazo, carga de trabalho significativa; os meios de filtragem têm uma vida útil curta (necessitam de substituição anual).
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