II. Terminologia de procés i equip (l'equip és el portador del procés i el procés és el nucli de l'equip)
1. Bioreactor de membrana (MBR): un nou tipus d'equip de tractament d'aigua que combina tecnologia de separació de membranes i tractament biològic, utilitzat principalment en aigües residuals municipals, tractament d'aigües residuals industrials i reutilització d'aigües recuperades. Hi ha molts tipus de bioreactors de membrana, però en el camp del tractament d'aigües, generalment es refereix específicament al tipus de separació de sòlids-líquids. La seva característica tecnològica bàsica és l'ús de mòduls de membrana per substituir el dipòsit de sedimentació secundari. Les membranes MBR es classifiquen en membranes de microfiltració MBR i membranes d'ultrafiltració MBR segons la seva precisió de separació.
2. Filtre mitjà superficial: dispositiu que filtra les impureses d'un líquid a través d'una capa de medi. El seu principi de funcionament utilitza principalment els efectes d'adsorció, retenció i sedimentació de la capa de mitjans (com ara sorra de quars, granat, etc.) per eliminar sòlids en suspensió, col·loides, matèria orgànica, bacteris i altres impureses del líquid, aconseguint així el propòsit de purificar la qualitat de l'aigua.
Nota: bàsicament un tipus de filtre de sorra, els filtres de mitjans poc profunds tenen una alçada d'empaquetament més baixa i una taxa de filtració més alta, però la seva precisió de filtració és generalment inferior a la dels filtres de sorra de quars. També són adequats per a una gamma més àmplia de condicions de qualitat de l'aigua.
3. Filtre de sorra de quars: també conegut com a filtre de sorra (SF), utilitza sorra de quars com a mitjà filtrant. Sota una determinada pressió, l'aigua amb una terbolesa elevada passa per un determinat gruix de sorra de quars granular o no-granular. Elimina sediments, col·loides, ions metàl·lics i matèria orgànica, reduint així la terbolesa i purificant l'aigua.
4. Filtre multimèdia (MMF): utilitza dos o més mitjans de filtre. Sota una determinada pressió, l'aigua amb una terbolesa elevada passa a través d'un determinat gruix de material granular o no-granular, eliminant eficaçment les impureses en suspensió i clarificant l'aigua. Els mitjans de filtre utilitzats habitualment inclouen sorra de quars, antracita i sorra de manganès. S'utilitza principalment per al tractament de l'aigua, l'eliminació de la terbolesa, la suavització de l'aigua i el pre-tractament d'aigua pura, aconseguint una terbolesa de l'efluent inferior a 3 graus. Nota: en el camp del tractament d'aigües, els filtres de sorra de quars i els filtres multi-multimèdia s'utilitzen sovint de manera intercanviable. La clau de la seva aplicació principal rau en la selecció (tipus i model) del medi de filtre i l'ompliment adequat.
5. Filtre de carbó activat (ACF): un tipus de filtre ple de carbó activat per filtrar matèria lliure, microorganismes i alguns ions de metalls pesants de l'aigua i reduir eficaçment el color de l'aigua. El carbó actiu es pot classificar principalment per materials, com ara carbó-, fusta- i closca de nou-.
Nota: En el camp del tractament d'aigües, la selecció adequada de la seva capacitat d'adsorció (valor de iode) és crucial. En general, 600-800 mg/g són suficients per al pretractament industrial d'aigua pura; Els estàndards d'aigua potable generalment requereixen 800-1000 mg/g; i per a aigua purificada, aigua per injecció i aigua ultrapura de grau electrònic, generalment es requereix 1000-1200 mg/g.
6. Suavitzador d'aigua (SF): també conegut com a suavitzant, utilitza resina d'intercanvi catiònic de tipus-sodi per eliminar els ions de calci i magnesi de l'aigua, reduint la duresa de l'aigua.
Nota: Els suavitzadors d'aigua es basen essencialment en l'intercanvi iònic, a diferència d'altres filtres mecànics en l'etapa de pretractament que funcionen principalment mitjançant la intercepció i l'adsorció. Per tant, la selecció del tanc requereix tenir en compte el cabal i la velocitat, la relació del diàmetre [φ=√(4Q/π/v)] i, el que és més important, determinar la quantitat adequada de càrrega de resina i calcular un cicle de regeneració raonable basat en la duresa de l'aigua bruta.
Quan l'aigua bruta és aigua de l'aixeta municipal, la seva duresa és generalment baixa (<<50mg/L), and softening is usually unnecessary (scale inhibitors can be used as a substitute). Alternatively, tank selection and resin loading can be simply calculated based on flow rate.
7. Filtre d'auto-neteja (SCF): aquest és un dispositiu de control intel·ligent totalment automàtic que utilitza una pantalla de filtre per interceptar directament les impureses de l'aigua, eliminant sòlids en suspensió i partícules, reduint la terbolesa, purificant la qualitat de l'aigua i reduint la contaminació del sistema, les algues i la corrosió. Purifica l'aigua i protegeix l'equip del sistema per al funcionament normal.
8. Filtre de disc apilat: també conegut com a filtre de disc o filtre de placa apilada, és un tipus de filtre auto-netejador que utilitza un disseny modular (les unitats es poden combinar lliurement) per atrapar sòlids en suspensió a través dels canals formats entre els discs de filtre. Durant el rentat a contracor, l'aigua flueix en sentit contrari per eliminar els contaminants. La unitat de filtre d'un filtre de disc consta de discs de filtre de plàstic reforçat anulars apilats, estriats o acanalats, sovint etiquetats com "2", "3" o "4". La seva precisió de filtració sol ser de 5-200 μm.
Nota: en el tractament de l'aigua, els filtres de disc s'utilitzen sovint com a pre-filtres en sistemes d'ultrafiltració, amb una precisió de 50-100 μm, que funcionen de manera similar a un filtre de seguretat.
9. Filtre de precisió: generalment utilitza una carcassa exterior d'acer inoxidable. Internament, utilitza elements de filtre tubulars com ara filtres de PP fos-bufat, filat-filat, plisats, titani o carbó actiu. Es seleccionen diferents elements filtrants en funció del medi de filtració i del procés de disseny per aconseguir la qualitat de l'aigua efluent requerida.
Nota: la distinció entre filtració fina i microfiltració no està del tot clara. La microfiltració, definida àmpliament, té una precisió de filtració d'aproximadament 0,1-50 μm; la filtració molt definida (específicament la filtració de membrana microporosa) té una precisió d'aproximadament 0,1-10 μm; mentre que la filtració fina té un rang de precisió d'aproximadament 0,1-100/200 μm.
10. Filtre de seguretat: com el seu nom indica, quan s'utilitza un dispositiu de filtració de nivell de filtre de precisió-per protegir altres equips d'un sistema com ara RO, la seva funció principal és la protecció, d'aquí el nom de "filtre de seguretat".
11. Filtre de bossa: També conegut com a filtre de bossa de tractament d'aigua, consisteix en una bossa de filtre sostinguda per una cistella de malla metàl·lica. El líquid entra per l'entrada, es filtra per la bossa del filtre i surt per la sortida. Les impureses queden atrapades a la bossa del filtre i el filtre es pot reutilitzar després de substituir la bossa del filtre. La precisió de filtració comuna és d'1 a 100 μm, que pertany a la categoria de precisió, i sovint s'utilitza com a filtre de seguretat.
12. Filtre de cartutx bufat-PP Melt: un tipus de filtre de cartutx. El seu element filtrant principal és un cartutx bufat-de fusió de PP, un material de filtre tubular fet de polipropilè (PP) mitjançant un procés de bufat-de fusió. La precisió de filtració comuna és de 0,5-100 μm, entrant a la categoria de filtració fina i sovint s'utilitza com a filtre de seguretat.
13. Filtre mecànic: un filtre que utilitza principalment la intercepció física mecànica i l'adsorció. Per tant, essencialment, els filtres de pretractament i els filtres de seguretat esmentats anteriorment, excepte els filtres suavitzants, pertanyen tots a la categoria de filtres mecànics. Tanmateix, en el camp del tractament d'aigües, de vegades s'utilitza "filtre mecànic" per referir-se específicament als filtres de sorra o als filtres multi-(aquesta és una expressió menys precisa).
14. Filtre de canonades: compost principalment per canonades de connexió, un cilindre, una cistella de filtre, brides, cobertes de brides i elements de subjecció, instal·lats a les canonades per eliminar les impureses sòlides més grans dels fluids, protegint els equips aigües avall (bombes, instruments, etc.) i assegurant un funcionament estable. Els exemples habituals inclouen filtres de tub tipus Y-i filtres de cistella.
15. Mesclador de canals: Dispositiu que aconsegueix una mescla uniforme de fluids a mesura que flueixen per una canonada mitjançant un component o element de mescla específic. En els sistemes de tractament d'aigua, s'utilitza habitualment per connectar-se a canonades quan s'afegeixen diversos agents com ara coagulants, agents reductors i inhibidors d'escala.
16. Microfiltració (MF): També coneguda com a filtració de membrana microporosa, és un procés de membrana que utilitza la diferència de pressió estàtica com a força motriu i l'acció de tamisatge d'una membrana de filtre-com a tamís per a la separació. La precisió de filtració és d'aproximadament 0,1-10 μm. Principalment reté col·loides, sòlids en suspensió i bacteris en el solut mitjançant el tamisat. La pressió de funcionament és d'aproximadament 0,07-0,2 MPa.
17. Ultrafiltració (UF): Procés de separació de membrana amb precisió de filtració entre microfiltració i nanofiltració, impulsat per pressió i basat en el principi del tamisat. La seva precisió de filtració és d'aproximadament 0,002-0,1 μm (2-100 nm) i el tall de pes molecular (MWCO) és d'aproximadament 1000-200000 Daltons (Da). Pot eliminar eficaçment partícules, col·loides, bacteris, pirògens i matèria orgànica d'alt pes molecular de l'aigua. La pressió de funcionament és d'aproximadament 0,1-0,3 MPa.
Nota: La mida dels porus de les membranes d'ultrafiltració utilitzades als sistemes d'aigua ultrapura de la indústria de semiconductors és d'aproximadament 0,005 μm i el MWCO és d'aproximadament 6000 Da.
18. Nanofiltració (NF): la precisió de la filtració està entre la ultrafiltració i l'osmosi inversa. Està impulsat per pressió-i principalment aconsegueix la separació mitjançant principis com ara el tamisat, la difusió de la dissolució, la repulsió de càrrega i l'efecte Donnan. La seva precisió de filtració és d'aproximadament 1-2 nm i el tall de pes molecular és d'aproximadament 200-1000 Daltons. Pot eliminar eficaçment ions secundaris i multivalents, diverses substàncies amb pesos moleculars superiors a 200, i eliminar parcialment ions monovalents i substàncies amb pesos moleculars inferiors a 200. Aconsegueix una separació selectiva entre ions de diferents valències fins a cert punt. La pressió de funcionament és de 0,3-0,6 MPa.
19. Osmosi inversa (RO): impulsada per la diferència de pressió, s'aplica pressió a la solució d'alimentació al costat d'alimentació. Quan la pressió supera la seva pressió osmòtica, el dissolvent penetrarà en contra de la direcció osmòtica natural, obtenint així un permeat al costat de baixa-pressió de la membrana i es concentrarà al costat d'alta-pressió. El principi de funcionament de les membranes d'osmosi inversa s'explica principalment per teories com ara la dissolució-difusió, el flux capil·lar d'adsorció preferencial- i els enllaços d'hidrogen. La seva precisió de filtració és d'aproximadament 0,1-1 nm i el tall de pes molecular és d'aproximadament 100 Da. Elimina eficaçment diversos ions de sal inorgànica i diverses substàncies amb pesos moleculars superiors a 100. La pressió de funcionament és d'aproximadament 0,7-7 MPa.
20. Membrana ceràmica: membrana asimètrica formada a partir de materials ceràmics inorgànics mitjançant un procés especial. El seu principal principi de separació és el tamisat, amb una precisió de filtració d'aproximadament 0,001-1 μm (1-1000 nm). Elimina de manera efectiva els sòlids en suspensió, els col·loides, els microorganismes i les macromolècules de l'aigua, mentre que l'aigua, les molècules petites i els ions de sal inorgànica poden passar amb normalitat.
Nota: Igual que la nanofiltració, l'aplicació al mercat de les membranes ceràmiques encara no està totalment madura, però la investigació és molt activa i les aplicacions pràctiques encara són relativament limitades.
21. Electrodiàlisi (ED): una combinació de processos de difusió electroquímics i de diàlisi. Impulsat per un camp elèctric extern de corrent continu, utilitza la permeabilitat selectiva de les membranes d'intercanvi iònic (membranes semi-permeables) (és a dir, els cations poden passar a través de les membranes d'intercanvi catiònic i els anions poden passar per les membranes d'intercanvi aniònic), fent que els cations i els anions es moguin cap a l'ànode i el càtode, respectivament.
22. Electrodeionització (EDI): també conegut com a electro-desionització o electrodiàlisi de llit-empaquetat, aquest procés de tractament d'aigua combina tecnologies d'electrodiàlisi i d'intercanvi iònic. Mitjançant la permeació selectiva de les membranes d'intercanvi d'anions i cations i l'efecte d'intercanvi d'ions de la resina, aconsegueix una migració direccional d'ions i una dessalinització profunda sota un camp elèctric de corrent continu, produint aigua amb una resistivitat superior a 15 MΩ * cm.
El seu principi consisteix a omplir l'espai de membrana de la unitat d'electrodiàlisi amb resina d'intercanvi iònic. Els ions H+ i OH- generats per la ionització per hidròlisi, juntament amb el camp elèctric, aconsegueixen simultàniament la migració d'ions i la regeneració de la resina. Això elimina la necessitat de regeneració química àcid-base, la qual cosa la fa més respectuosa amb el medi ambient i altament automatitzada.
23. Electrodeionització contínua (CEDI): similar en estructura bàsica i principi de funcionament a l'EDI, la diferència més gran rau en si la cambra de concentrat també s'omple de resina d'intercanvi iònic i si es produeix una descàrrega d'aigua de l'elèctrode independent.
24. Llit aniònic: un intercanviador d'anions, el seu principal principi de funcionament és utilitzar ions hidròxid en la resina d'intercanvi d'anions per intercanviar altres anions a l'aigua.
25. Llit de cations: un intercanviador de cations, el seu principal principi de funcionament és utilitzar ions d'hidrogen o sodi en la resina d'intercanvi catiònic per intercanviar altres cations a l'aigua. Segons els productes químics utilitzats per a la regeneració de la resina, es pot dividir en tipus-hidrogen i tipus-sodi; aquest últim és el tipus comú de descalcificador d'aigua.
26. Desgasificador: també conegut com a torre de desgasificació/eliminador de carboni, és un dispositiu que elimina el diòxid de carboni lliure de l'aigua mitjançant la desgasificació d'-aire forçat.
Nota: en el camp del tractament d'aigua, generalment es col·loca després d'un intercanvi catiònic (escenari 2B3T) o d'un equip d'osmosi inversa de primera-etapa (més exhaustiu que l'ajust del pH normal). Quan la concentració de HCO3 a l'aigua bruta és inferior o igual a 50 mg/L, el CO2 residual ideal a l'aigua del producte després de la desgasificació pel desgasificador és inferior o igual a 5 mg/L.
27. Torre de dos-llits, tres- (2B3T) / SC+DG+ (WA/SA): aquest és un procés combinat que integra l'intercanvi de cations, la desgasificació i l'intercanvi d'anions per eliminar de manera efectiva tant cations com anions de l'aigua. 2B representa dos llits (llit de cations i llit aniònic) i 3T representa torres de tres llits + descarbonats.
El seu principi de funcionament principal és el següent: Llit catiònic: utilitza resina d'intercanvi catiònic per adsorbir cations a l'aigua. El tipus de resina és SC (cat àcid fort, abreujat com a catió fort). Torre de descarbonatació: S'utilitza per eliminar el CO2 (diòxid de carboni) de l'aigua, reduint l'alcalinitat (HCO3-) mitjançant aquest procés. Llit aniònic: utilitza resina d'intercanvi d'anions per adsorbir anions a l'aigua. El tipus de resina és WA+SA (una barreja d'anions febles i forts).
2B3T és un procés de dessalinització eficaç que és anterior a la RO i s'utilitza àmpliament en diversos camps. La seva qualitat de l'aigua/capacitat de dessalinització del producte és comparable a l'OI d'una-etapa, i té un ventall més ampli de condicions de qualitat de l'aigua d'afluència en comparació amb els sistemes d'OI. En els processos de preparació d'aigua ultrapura a la indústria electrònica, el 2B3T es manté perquè el seu llit aniònic presenta una eficiència d'eliminació superior per a anions específics poc bàsics (silici, bor) en comparació amb el RO convencional.
28. Resina de catió àcid fort (SC): és una resina d'intercanvi iònic amb grups d'àcid sulfònic (-SO3H) com a grups d'intercanvi. La seva seqüència d'intercanvi iònic és Fe3H.
+> Al3+> Pb2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>H+. Les resines suavitzants comunes (resines d'intercanvi catiònic de tipus-sòdic) pertanyen a aquesta categoria.
29. Strong Base Anion Exchange Resin (SA): This is an ion exchange resin with quaternary ammonium groups (such as -N(CH3)3OH) as its core functional groups. Its basicity depends on the type of amine group and its spatial structure. The ion exchange order is SO42--> NO3-> Cl-> HCO3->OH-.
Nota: En els sistemes d'aigua ultrapura, com que els processos de dessalinització convencionals tenen taxes d'eliminació de bor relativament limitades, sovint es requereixen processos addicionals d'eliminació de bor d'intercanvi iònic. S'utilitzen habitualment resines d'intercanvi d'anions de base forta polida o resines especials d'eliminació de bor (UP7530# 760 RMB/L, CH-99# 450 RMB/L, etc.). Aquestes últimes són majoritàriament resines d'intercanvi iònic quelants macroporoses, pertanyents a resines especials, i els seus preus són generalment molt més alts, però els efectes solen ser més significatius.
30. Resina de cations àcids febles (WC): és una resina d'intercanvi iònic que utilitza com a grups d'intercanvi grups àcids carboxílics (-COOH), grups fosfat (-PO2H2) i grups fenòlics (-C6H5OH). L'ordre d'intercanvi iònic és H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca{2+ > Mg2+, K+ > Na+.
Nota: La selectivitat iònica de les resines àcids/bàsiques febles depèn principalment de l'estat de valència iònica i del radi dels ions hidratats, en l'ordre de: ions de major valència > ions de menor valència, ions de radi més petit > ions de radi més gran. Tanmateix, els ions H+ i OH- formen sistemes àcid/base conjugats amb els seus corresponents grups funcionals àcids febles i bases febles, respectivament, i per tant s'adsorbeixen preferentment. L'ordre d'intercanvi d'altres ions és coherent amb el de les resines àcids/bàsiques fortes.
31. Weak-Base Anion Exchange Resin (WA): This type of ion exchange resin uses primary amine groups (-NH2), secondary amine groups (-NHR), or tertiary amine groups (-NR2) as its core functional groups. Its basicity depends on the type and spatial structure of the amine groups. The ion exchange sequence is: OH ->citrat 3- > SO42- > tartrat 2- > oxalat 2- > PO43- > NO3- > Cl- > CH3COO- > HCO3-.
32. Llit mixt (MB): Aquest tipus de resina d'intercanvi iònic barreja resines d'intercanvi d'ions i cations en una proporció específica dins del mateix intercanviador d'ions. Com que els ions H+ i OH- que entren a l'aigua formen immediatament molècules d'aigua amb una ionització molt baixa després d'un intercanvi iònic mixt, la reacció d'intercanvi transcorre molt a fons.
Nota: A diferència del poliment de llits mixtes, els llits mixtes normals es poden regenerar contínuament. Per tant, tot i que generalment no es requereix que la salinitat de l'afluent a un llit mixt sigui massa alta (una salinitat excessiva comportarà una regeneració massa freqüent), es pot utilitzar sol quan els requisits de qualitat de l'aigua del producte no són alts.
33. Llit mòbil simulat (SMB): utilitza una sèrie de llits de columnes d'embalatge fixes-, a través dels quals el líquid d'alimentació circula contínuament. En aquest procés, la resina d'adsorció o la resina d'intercanvi iònic del llit fix s'utilitza per eliminar substàncies diana, com ara impureses, ions i pigments.
Nota: SMB i PMB tenen diferències significatives en la definició. Tanmateix, quan s'utilitza polit multi-etapa (tàndem), el sistema de circulació PMB multi-etapa forma un sistema SMB de facto. Per tant, en sistemes d'aigua ultrapura, els termes SMB i PMB s'utilitzen sovint de manera intercanviable.
34. Llit mixt de poliment (PMB): També conegut com a llit mixt d'un sol ús, aquest és un dispositiu de purificació profunda al final d'un procés de tractament d'aigua. Utilitza una resina d'intercanvi d'ions mixta no {-renovable (resina d'intercanvi d'ions tipus H- i resina d'intercanvi d'anions de tipus OH-) per millorar encara més la qualitat de l'aigua produïda, aconseguint una resistivitat de 18,2 MΩ*cm i controlant indicadors com el TOC i SiO2.
35. Desgasificació de membrana (MDG): aquest és un dispositiu de separació de líquids-gasos basat en la tecnologia de separació de membrana. Utilitza el principi de difusió per eliminar els gasos dissolts (com el diòxid de carboni, l'oxigen i el nitrogen amoníac) dels líquids. La seva tecnologia bàsica consisteix a utilitzar una estructura de membrana de fibra buida per augmentar l'àrea de contacte gas-líquid. La migració del gas cap a l'exterior de la membrana és impulsada pel buit o la diferència de pressió, aconseguint una desgasificació altament eficient.
36. Esterilitzador ultraviolat (UV): mètode físic que utilitza llum ultraviolada per destruir l'estructura molecular d'ADN/ARN dels microorganismes per aconseguir l'esterilització. Compta amb una llum ultraviolada d'alta-energia instantània i un fort poder de penetració. El seu principi d'esterilització consisteix principalment en àcids nucleics que absorbeixen la llum ultraviolada de 253,7 nm de longitud d'ona, provocant una funció genètica anormal i una inactivació permanent.
37. Eliminador de TOC (TOC-UV): dispositiu que utilitza llum ultraviolada d'alta-intensitat (llum ultraviolada de 185 nm i 253,7 nm que treballa de manera sinèrgica) per destruir l'estructura molecular del carboni orgànic total (TOC) a l'aigua, fent que es descomposi en CO2 i H2O. Això redueix eficaçment el contingut de matèria orgànica a l'aigua, millora la puresa de l'aigua i és adequat per a la preparació d'aigua ultrapura i els escenaris de tractament d'aigua d'alt-exigència.
38. Apèndix:
Intervals de velocitat de filtració recomanats per a equips de filtració habituals:
Filtre de mitjans poc profunds: 10-40 m/h;
Filtre d'una-capa: 8-10 m/h;
Filtre de doble-capa: 10-14 m/h;
Filtre-triple: 18-20 m/h;
Filtre de carbó actiu: 8-20 m/h;
Suavitzant: 15-30 m/h;
Llit aniònic-catió: 20-30 m/h;
Llit mixt ordinari: 30-40 m/h o 20-30 BV/h;
Llit mixt de poliment: 40-60 m/h o 30-40 BV/h.