El agua ultrapura es el agua de la que se han eliminado completamente los iones conductores, los coloides, la materia orgánica y otras impurezas, con una resistividad del producto superior a 18 MΩ·cm (a 25°C).Los sistemas de agua ultrapura suelen emplear tecnologías de pretratamiento, ósmosis inversa (RO), electrodeionización (EDI) y procesos de postratamiento, a menudo complementados con tratamientos auxiliares como lámparas UV y unidades de eliminación de COT (Carbono Orgánico Total).
Flujo del proceso de producción de agua ultrapura:
El flujo de proceso estándar es el siguiente: agua del grifo → sistema de pretratamiento → sistema RO de alta presión de múltiples etapas → sistema EDI → unidad de eliminación de TOC → sistema de lecho mixto de pulido → punto de uso (POU).Durante la producciónEn el caso de las bombas, las bombas sirven como fuente de energía y los tanques de almacenamiento en varias etapas aseguran un funcionamiento seguro y estable de la bomba.
Además, durante el funcionamiento del filtro, se pueden añadir varios productos químicos para ajustar el pH del agua, reducir el cloro residual y ralentizar la escamación de la membrana RO, etc. En las regiones del norte más frías durante el invierno,Se pueden añadir intercambiadores de calor en la entrada del sistema de pretratamiento para aumentar la temperatura del agua del grifo para satisfacer los requisitos del proceso..
Además, es crucial limpiar el tanque de almacenamiento de agua ultrapura con gas nitrógeno para aislar el agua de la atmósfera y evitar la contaminación secundaria.
Importancia del pretratamiento:
1Requisitos de agua de alimentación de la membrana RO:
El sistema RO es el componente más crítico en la producción de agua ultrapura, su correcto funcionamiento garantiza la seguridad de todo el sistema de agua pura y la calidad del agua producida.Los sistemas RO tienen requisitos específicos de agua de alimentación:
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Indice de densidad de sedimento (SDI) < 4.0
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La turbidez (NTU) < 1.0
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Contenido de materia orgánica (COD) < 1,5 mg/l
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Contenido residual de cloro < 0,1 mg/l (idealmente controlado a 0 mg/l)
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Contenido de hierro < 0,05 mg/l cuando el oxígeno disuelto > 5 mg/l
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Silica (SiO2) en concentrado < 100 mg/l
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Indice de saturación de Langelier (LSI): pHb - pHs < 0
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Iones propensos a formar sales insolubles (por ejemplo, Sr, Ba): Producto iónico (Ipb) < 0,8 Ksp
2- Función del sistema de pretratamiento:
El sistema de pretratamiento elimina el cloro residual, los sólidos grandes en suspensión, coloides floculados, materia orgánica, óxidos, compuestos orgánicos y metales pesados del aguaantes de esoentra en el sistema RO, reduciendo así los valores de COD y SDI.
Además, los iones como calcio, magnesio, bario, sulfatos, silicatos y carbonatos pueden ser complejos mediante la adición de inhibidores de escala para formar partículas más grandes,que luego se descargan en forma de concentrado de la unidad RO.
(1) Impacto de los fallos en el funcionamiento del sistema en las membranas de la RO:
Como se indica en la sección de pretratamiento, la gran mayoría de las macromoléculas dañinas son eliminadas por el sistema de pretratamiento antes de llegar a las membranas de RO.Si el sistema de pretratamiento es defectuoso y varios parámetros del agua de alimentación del RO no cumplenLos factores que afectan a la vida útil de la membrana RO incluyen:
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Escalamiento de membrana RO
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Ensuciamiento por óxidos de metal de la membrana de la RO
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Obstrucción de la membrana de la RO por sólidos en suspensión
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Contaminación por coloides, organismos orgánicos y microorganismos, lo que aumenta la DCO del agua del producto.
(2) Impacto de los fallos de funcionamiento del sistema en el sistema de agua ultrapura de la RO:
Los fallos en el sistema de pretratamiento afectan a todo el sistema de agua ultrapura de la RO de tres maneras principales:
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Reduce el rendimiento y la calidad del agua del sistema.
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Aumenta el consumo de agua y energía del equipo de RO.
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Aumenta los costes operativos, incluidos los gastos de inhibidores de la escala y otros productos químicos para el tratamiento del agua.
Principios de funcionamiento de los sistemas de UF y carbón activado:
Los sistemas de pretratamiento comunes en la práctica incluyen sistemas de ultrafiltración (UF) y sistemas de carbón activado.Un sistema de carbón activado generalmente comprende un filtro multimedial (MMF) y un filtro de carbón activado (ACF).
1Principio de funcionamiento del sistema UF:
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Filtro de disco:Funciona mediante filtración superficial y de profundidad utilizando discos de plástico bien empaquetados, eliminando principalmente partículas grandes como arena y limo.
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El valor de las emisiones de gases de efecto invernadero es el valor de las emisiones de gases de efecto invernadero.Una tecnología de separación por membrana presurizada. Bajo presión, pequeñas moléculas de soluto y solvente pasan a través de una membrana con poros específicos, mientras que las moléculas de soluto más grandes (peso molecular 10,000 - 30En el caso de las moléculas de UF, la solución se purifica parcialmente mediante la eliminación de macromoléculas.
2Principio de funcionamiento del sistema de carbón activado:
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Filtro multimedial (MMF):Utiliza uno o varios medios de filtración (por ejemplo, arena de cuarzo, antracita, arena de manganeso) bajo presión.eliminación eficaz de los sólidos en suspensión y clarificación del aguaReduce la IDS a menos de 3 y se utiliza para la eliminación de turbidez y como pretratamiento de agua suavizada/pura.
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Filtro de carbón activado (ACF):El agua del MMF entra en el ACF, que contiene un lecho de arena de cuarzo que sostiene los medios de carbón activado.y impurezas en suspensión principalmente a través de la adsorción física (fuerzas de van der Waals) dentro de su vasta red de poros.
Ventajas y desventajas de los sistemas de UF y carbón activado:
Cada tipo de sistema de pretratamiento tiene sus ventajas y desventajas durante el funcionamiento.
Sistema de ultrafiltración (UF):
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Ventajas:
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Factor de concentración alto, la tasa de recuperación de agua del producto puede superar el 90%.
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Excelente calidad y claridad del agua.
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Como pretratamiento de la RE, la UF reduce significativamente los costes de inversión de la RE y prolonga la vida útil de la membrana de la RE (hasta más de 3 años).
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Alto nivel de automatización, estructura sencilla, bajos costes de operación y mantenimiento; capacidad de lavado en línea y limpieza química (CIP).
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Una huella pequeña.
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Desventajas:
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El tamaño de los poros de la membrana de UF (0,002 - 0,1 μm) cubre un amplio rango de filtración (coloides ≥ 0,1 μm, látex ≥ 0,5 μm, bacterias ≥ 0,2 μm, partículas ≥ 5 μm).afectando la velocidad de flujo y la vida útil de la membrana.
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Costo de inversión inicial más alto (normalmente dos o tres veces el coste de un sistema de FMM+FCA para la misma capacidad).
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Requisitos estrictos para la presión del agua de alimentación.
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No se puede apagar por períodos prolongados; las membranas requieren preservación química para el ocio a largo plazo.
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Sistema de carbón activado:
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Ventajas:
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Costo de inversión inicial más bajo.
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Producción de agua estable; menos sensible a las variaciones de presión del agua de alimentación.
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Desventajas:
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Una huella grande.
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Durante el funcionamiento, el carbón activado y la antracita experimentan reacciones físico-químicas que conducen al consumo natural, al agotamiento de la capacidad de adsorción y al deterioro de la calidad del agua del producto,que inciden negativamente en el sistema RO aguas abajo.
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El ciclo de retrolavado para el ACF es difícil de controlar y a menudo corto.El lavado inverso infrecuente provoca una alta presión diferencial a través del filtro, que plantea riesgos operativos y reduce el caudal.
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Altos costos de operación y mantenimiento a largo plazo, carga de trabajo significativa; los medios de filtrado tienen una vida útil corta (requieren reemplazo anual).
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