II. Terminologia di processo e attrezzatura (l'attrezzatura è il supporto del processo e il processo è il nucleo dell'attrezzatura)
1. Bioreattore a membrana (MBR): un nuovo tipo di apparecchiatura per il trattamento dell'acqua che combina la tecnologia di separazione a membrana e il trattamento biologico, utilizzato principalmente nelle acque reflue municipali, nel trattamento delle acque reflue industriali e nel riutilizzo dell'acqua recuperata. Esistono molti tipi di bioreattori a membrana, ma nel campo del trattamento dell'acqua, generalmente si riferisce specificamente al tipo di separazione solido-liquido. La sua caratteristica tecnologica principale è l'uso di moduli a membrana per sostituire la vasca di sedimentazione secondaria. Le membrane MBR sono classificate in membrane di microfiltrazione MBR e membrane di ultrafiltrazione MBR in base alla loro precisione di separazione.
2. Filtro medio superficiale: un dispositivo che filtra le impurità in un liquido attraverso uno strato mediale. Il suo principio di funzionamento utilizza principalmente gli effetti di adsorbimento, ritenzione e sedimentazione dello strato mediale (come sabbia di quarzo, granato, ecc.) per rimuovere solidi sospesi, colloidi, materia organica, batteri e altre impurità dal liquido, raggiungendo così lo scopo di purificare la qualità dell'acqua.
Nota: essenzialmente un tipo di filtro a sabbia, i filtri a media superficiale hanno un'altezza di riempimento del media inferiore e una velocità di filtrazione più elevata, ma la loro precisione di filtrazione è generalmente inferiore a quella dei filtri a sabbia di quarzo. Sono adatti anche per una gamma più ampia di condizioni di qualità dell'acqua.
3. Filtro a sabbia di quarzo: noto anche come filtro a sabbia (SF), utilizza sabbia di quarzo come mezzo filtrante. Sotto una certa pressione, l'acqua con elevata torbidità viene fatta passare attraverso un certo spessore di sabbia di quarzo granulare o non-granulare. Rimuove sedimenti, colloidi, ioni metallici e materia organica, riducendo così la torbidità e purificando l'acqua.
4. Filtro multimediale (MMF): utilizza due o più mezzi di filtraggio. Sotto una certa pressione, l'acqua con elevata torbidità viene fatta passare attraverso un certo spessore di materiale granulare o non-granulare, rimuovendo efficacemente le impurità sospese e chiarendo l'acqua. I media filtranti comunemente utilizzati includono sabbia di quarzo, antracite e sabbia di manganese. Viene utilizzato principalmente per il trattamento dell'acqua, la rimozione della torbidità, l'addolcimento dell'acqua e il pre-trattamento dell'acqua pura, ottenendo una torbidità dell'effluente inferiore a 3 gradi. Nota: nel campo del trattamento dell'acqua, i filtri a sabbia di quarzo e i filtri multimediali-vengono spesso utilizzati in modo intercambiabile. La chiave della loro applicazione principale risiede nella selezione (tipo e modello) del mezzo filtrante e nel corretto riempimento.
5. Filtro a carbone attivo (ACF): un tipo di filtro riempito con carbone attivo per filtrare la materia libera, i microrganismi e alcuni ioni di metalli pesanti dall'acqua e ridurre efficacemente il colore dell'acqua. Il carbone attivo può essere classificato principalmente in base al materiale, ad esempio a base di carbone-, a base di legno- e a base di guscio di noce-.
Nota: Nel campo del trattamento dell'acqua, la scelta appropriata della sua capacità di adsorbimento (indice di iodio) è fondamentale. In genere, 600-800 mg/g sono sufficienti per il pretrattamento industriale dell'acqua pura; gli standard per l'acqua potabile richiedono generalmente 800-1000 mg/g; e per l'acqua purificata, l'acqua per preparazioni iniettabili e l'acqua ultrapura per uso elettronico, sono generalmente necessari 1.000-1.200 mg/g.
6. Addolcitore d'acqua (SF): noto anche come addolcitore, utilizza resina a scambio cationico di tipo sodio- per rimuovere gli ioni di calcio e magnesio dall'acqua, riducendone la durezza.
Nota: Gli addolcitori si basano essenzialmente sullo scambio ionico, a differenza di altri filtri meccanici in fase di pretrattamento che funzionano principalmente per intercettazione e adsorbimento. Pertanto, la scelta del serbatoio richiede la considerazione della portata e della velocità, la relazione del diametro [φ=√(4Q/π/v)] e, cosa ancora più importante, la determinazione della quantità appropriata di carico di resina e il calcolo di un ciclo di rigenerazione ragionevole in base alla durezza dell'acqua non depurata.
Quando l'acqua grezza è acqua di rubinetto comunale, la sua durezza è generalmente bassa (<<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. Filtro auto-pulente (SCF): si tratta di un dispositivo di controllo intelligente completamente automatico che utilizza uno schermo filtrante per intercettare direttamente le impurità nell'acqua, rimuovendo i solidi sospesi e il particolato, riducendo la torbidità, purificando la qualità dell'acqua e riducendo le incrostazioni del sistema, le alghe e la corrosione. Purifica l'acqua e protegge le apparecchiature del sistema per il normale funzionamento.
8. Filtro a dischi impilati: noto anche come filtro a dischi o filtro a piastre impilate, è un tipo di filtro auto-pulente che utilizza un design modulare (le unità possono essere combinate liberamente) per intrappolare i solidi sospesi attraverso i canali formati tra i dischi del filtro. Durante il controlavaggio, l'acqua scorre nella direzione opposta per rimuovere i contaminanti. L'unità filtrante di un filtro a disco è costituita da dischi filtranti in plastica rinforzata anulare impilati, scanalati o nervati, spesso etichettati "2", "3" o "4". La sua precisione di filtrazione è tipicamente di 5-200μm.
Nota: nel trattamento dell'acqua, i filtri a disco vengono spesso utilizzati come pre-filtri nei sistemi di ultrafiltrazione, con una precisione di 50-100 μm, funzionando in modo simile a un filtro di sicurezza.
9. Filtro di precisione: utilizza generalmente un guscio esterno in acciaio inossidabile. Internamente utilizza elementi filtranti tubolari come filtri in PP fuso-soffiato, a filo-filato, pieghettati, in titanio o a carbone attivo. Diversi elementi filtranti vengono selezionati in base al mezzo di filtrazione e al processo di progettazione per ottenere la qualità dell'acqua effluente richiesta.
Nota: la distinzione tra filtrazione fine e microfiltrazione non è del tutto chiara. La microfiltrazione, definita in senso ampio, ha una precisione di filtrazione di circa 0,1-50 μm; la filtrazione ristretta (in particolare la filtrazione su membrana microporosa) ha una precisione di circa 0,1-10 μm; mentre la filtrazione fine ha un range di precisione di circa 0,1-100/200 μm.
10. Filtro di sicurezza: come suggerisce il nome, quando un dispositivo di filtraggio a livello di filtro di precisione- viene utilizzato per proteggere altre apparecchiature in un sistema come RO, la sua funzione principale è la protezione, da qui il nome "filtro di sicurezza".
11. Filtro a maniche: noto anche come filtro a maniche per il trattamento dell'acqua, è costituito da un sacchetto filtrante supportato da un cestello in rete metallica. Il liquido entra attraverso l'ingresso, viene filtrato dal sacchetto filtro e fuoriesce attraverso l'uscita. Le impurità vengono intrappolate nel sacchetto filtro e il filtro può essere riutilizzato dopo la sostituzione del sacchetto filtro. La precisione di filtrazione comune è 1-100 μm, rientra nella categoria di precisione e viene spesso utilizzata come filtro di sicurezza.
12. Filtro a cartuccia soffiato-in PP: un tipo di filtro a cartuccia. L'elemento filtrante principale è una cartuccia in PP melt-soffiato, un materiale filtrante tubolare realizzato in polipropilene (PP) attraverso un processo melt-soffiato. La precisione di filtrazione comune è 0,5-100μm, rientra nella categoria della filtrazione fine e viene spesso utilizzata come filtro di sicurezza.
13. Filtro meccanico: un filtro che utilizza principalmente l'intercettazione e l'adsorbimento fisico-meccanico. Pertanto, nella sostanza, i filtri di pretrattamento ed i filtri di sicurezza sopra citati, ad eccezione dei filtri addolcitori, appartengono tutti alla categoria dei filtri meccanici. Tuttavia, nel campo del trattamento dell'acqua, il termine "filtro meccanico" viene talvolta utilizzato per riferirsi specificamente ai filtri a sabbia o ai filtri multimediali-(questa è un'espressione meno precisa).
14. Filtro per tubazioni: composto principalmente da tubi di collegamento, un cilindro, un cestello del filtro, flange, coperchi delle flange e dispositivi di fissaggio, installati su tubazioni per rimuovere le impurità solide più grandi dai fluidi, proteggendo le apparecchiature a valle (pompe, strumenti, ecc.) e garantendo un funzionamento stabile. Esempi comuni includono i filtri a tubo di tipo Y-e i filtri a cestello.
15. Miscelatore a canale: dispositivo che consente di ottenere una miscelazione uniforme dei fluidi mentre scorrono attraverso un tubo utilizzando un componente specifico o elemento di miscelazione. Nei sistemi di trattamento dell'acqua, viene comunemente utilizzato per il collegamento alle tubazioni quando si aggiungono vari agenti come coagulanti, agenti riducenti e inibitori del calcare.
16. Microfiltrazione (MF): nota anche come filtrazione su membrana microporosa, è un processo a membrana che utilizza la differenza di pressione statica come forza motrice e l'azione di setacciatura di una membrana filtrante simile a un setaccio-per la separazione. La precisione di filtrazione è di circa 0,1-10 μm. Trattiene principalmente colloidi, solidi sospesi e batteri nel soluto attraverso la setacciatura. La pressione operativa è di circa 0,07-0,2 MPa.
17. Ultrafiltrazione (UF): processo di separazione a membrana con precisione di filtrazione tra microfiltrazione e nanofiltrazione, guidato dalla pressione e basato sul principio della setacciatura. La sua precisione di filtrazione è di circa 0,002-0,1 μm (2-100 nm) e il limite del peso molecolare (MWCO) è di circa 1.000-200.000 Dalton (Da). Può rimuovere efficacemente particelle, colloidi, batteri, pirogeni e materia organica ad alto peso molecolare dall'acqua. La pressione operativa è di circa 0,1-0,3 MPa.
Nota: la dimensione dei pori delle membrane di ultrafiltrazione utilizzate nei sistemi di acqua ultrapura dell'industria dei semiconduttori è di circa 0,005 μm e il MWCO è di circa 6000 Da.
18. Nanofiltrazione (NF): la precisione della filtrazione è compresa tra l'ultrafiltrazione e l'osmosi inversa. È guidato dalla pressione-e ottiene principalmente la separazione attraverso principi come la setacciatura, la diffusione della dissoluzione, la repulsione di carica e l'effetto Donnan. La sua precisione di filtrazione è di circa 1-2 nm e il limite del peso molecolare è di circa 200-1000 Dalton. Può rimuovere efficacemente ioni secondari e multivalenti, varie sostanze con peso molecolare superiore a 200 e rimuovere parzialmente ioni monovalenti e sostanze con peso molecolare inferiore a 200. Raggiunge in una certa misura la separazione selettiva tra ioni di valenze diverse. La pressione operativa è 0,3-0,6 MPa.
19. Osmosi inversa (RO): Guidata dalla differenza di pressione, la pressione viene applicata alla soluzione di alimentazione sul lato di alimentazione. Quando la pressione supera la sua pressione osmotica, il solvente permea contro la direzione osmotica naturale, ottenendo così permeato sul lato di bassa-pressione della membrana e concentrato sul lato di alta-pressione. Il principio di funzionamento delle membrane ad osmosi inversa è spiegato principalmente da teorie come la dissoluzione-diffusione, l'adsorbimento preferenziale-flusso capillare e il legame idrogeno. La sua precisione di filtrazione è di circa 0,1-1 nm e il limite del peso molecolare è di circa 100 Da. Rimuove efficacemente vari ioni di sali inorganici e varie sostanze con pesi molecolari superiori a 100. La pressione operativa è di circa 0,7-7 MPa.
20. Membrana ceramica: una membrana asimmetrica formata da materiali ceramici inorganici utilizzando un processo speciale. Il suo principio di separazione principale è la setacciatura, con una precisione di filtrazione di circa 0,001-1 μm (1-1000 nm). Rimuove efficacemente solidi sospesi, colloidi, microrganismi e macromolecole dall'acqua, mentre l'acqua, piccole molecole e ioni salini inorganici possono passare normalmente.
Nota: come la nanofiltrazione, l'applicazione di mercato delle membrane ceramiche non è ancora completamente matura, ma la ricerca è molto attiva e le applicazioni pratiche sono ancora relativamente limitate.
21. Elettrodialisi (ED): una combinazione di processi di diffusione elettrochimici e dialitici. Spinto da un campo elettrico CC esterno, utilizza la permeabilità selettiva delle membrane a scambio ionico (membrane semi-permeabili) (vale a dire, i cationi possono passare attraverso le membrane a scambio cationico e gli anioni possono passare attraverso le membrane a scambio anionico), provocando lo spostamento di cationi e anioni rispettivamente verso l'anodo e il catodo.
22. Elettrodeionizzazione (EDI): noto anche come elettro-deionizzazione o elettrodialisi a letto impaccato-, questo processo di trattamento dell'acqua combina le tecnologie di elettrodialisi e scambio ionico. Attraverso la permeazione selettiva delle membrane a scambio anionico e cationico e l'effetto di scambio ionico della resina, raggiunge la migrazione ionica direzionale e la desalinizzazione profonda sotto un campo elettrico CC, producendo acqua con una resistività superiore a 15 MΩ*cm.
Il suo principio prevede il riempimento dello spazio della membrana dell'unità di elettrodialisi con resina a scambio ionico. Gli ioni H+ e OH- generati dalla ionizzazione dell'idrolisi, insieme al campo elettrico, ottengono contemporaneamente la migrazione ionica e la rigenerazione della resina. Ciò elimina la necessità di rigenerazione chimica acida-base, rendendola più rispettosa dell'ambiente e altamente automatizzata.
23. Elettrodeionizzazione continua (CEDI): simile nella struttura di base e nel principio di funzionamento all'EDI, la differenza più grande sta nel fatto che la camera di concentrazione sia riempita anche con resina a scambio ionico e se avvenga uno scarico separato dell'acqua dall'elettrodo.
24. Letto anionico: uno scambiatore anionico, il suo principio di funzionamento principale è l'utilizzo di ioni idrossido nella resina scambiatrice di anioni per scambiare altri anioni nell'acqua.
25. Letto cationico: uno scambiatore cationico, il suo principio di funzionamento principale è quello di utilizzare idrogeno o ioni sodio nella resina a scambio cationico per scambiare altri cationi nell'acqua. A seconda delle sostanze chimiche utilizzate per la rigenerazione della resina, questa può essere divisa in tipo idrogeno-e tipo sodio-; quest'ultimo è il tipo comune di addolcitore d'acqua.
26. Degasatore: noto anche come torre di degasaggio/rimozione del carbonio, è un dispositivo che rimuove l'anidride carbonica libera dall'acqua utilizzando il degasaggio ad aria forzata-.
Nota: nel campo del trattamento dell'acqua, viene generalmente posizionato dopo lo scambio cationico (scenario 2B3T) o l'attrezzatura per l'osmosi inversa di primo-stadio (più accurata della normale regolazione del pH). Quando la concentrazione di HCO3 nell'acqua grezza è inferiore o uguale a 50 mg/l, la CO2 residua ideale nell'acqua prodotta dopo il degasaggio mediante il degasatore è inferiore o uguale a 5 mg/l.
27. Due-letto, tre-torri (2B3T) / SC+DG+ (WA/SA): si tratta di un processo combinato che integra scambio cationico, degasaggio e scambio anionico per rimuovere efficacemente sia cationi che anioni dall'acqua.. 2B rappresenta due letti (letto cationico e letto anionico) e 3T rappresenta tre torri (due letti + torre di decarbonatazione).
Il suo principio di funzionamento principale è il seguente: Letto cationico: utilizza resina a scambio cationico per adsorbire i cationi nell'acqua. Il tipo di resina è SC (catione acido forte, abbreviato in catione forte). Torre di decarbonizzazione: utilizzata per rimuovere CO2 (anidride carbonica) dall'acqua, riducendo l'alcalinità (HCO3-) attraverso questo processo. Letto anionico: utilizza resina a scambio anionico per adsorbire gli anioni nell'acqua. Il tipo di resina è WA+SA (una miscela di anioni deboli e forti).
2B3T è un processo di desalinizzazione efficace che precede l'RO ed è ampiamente utilizzato in vari campi. La sua qualità/capacità di desalinizzazione dell'acqua prodotta è paragonabile a quella dell'RO a stadio singolo- e presenta una gamma più ampia di condizioni di qualità dell'acqua influente rispetto ai sistemi RO. Nei processi di preparazione dell'acqua ultrapura nell'industria elettronica, il 2B3T viene mantenuto perché il suo letto anionico mostra un'efficienza di rimozione superiore per specifici anioni debolmente basici (silicio, boro) rispetto all'RO convenzionale.
28. Resina cationica forte (SC): è una resina a scambio ionico con gruppi di acido solfonico (-SO3H) come gruppi di scambio. La sua sequenza di scambio ionico è Fe3H.
+> Al3+> Pb2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>H+. Le comuni resine ammorbidenti (resine a scambio cationico di tipo sodio-) appartengono a questa 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: nei sistemi ad acqua ultrapura, poiché i processi di desalinizzazione tradizionali hanno tassi di rimozione del boro relativamente limitati, sono spesso necessari ulteriori processi di rimozione del boro a scambio ionico. Vengono comunemente utilizzate resine a scambio anionico a base forte lucida o resine speciali per la rimozione del boro (UP7530# 760 RMB/L, CH-99# 450 RMB/L, ecc.). Queste ultime sono per lo più resine chelanti a scambio ionico macroporose, appartenenti alle resine speciali, ed i loro prezzi sono generalmente molto più alti, ma gli effetti sono spesso più significativi.
30. Resina cationica debole (WC): si tratta di una resina a scambio ionico che utilizza gruppi di acido carbossilico (-COOH), gruppi fosfato (-PO2H2) e gruppi fenolici (-C6H5OH) come gruppi di scambio. L'ordine di scambio ionico è H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+, K+ > Na+.
Nota: la selettività ionica delle resine acido/basiche deboli dipende principalmente dallo stato di valenza ionica e dal raggio degli ioni idratati, nell'ordine: ioni di valenza superiore > ioni di valenza inferiore, ioni con raggio più piccolo > ioni con raggio più grande. Tuttavia, gli ioni H+ e OH- formano sistemi acido/base coniugati con i loro corrispondenti gruppi funzionali acido debole e base debole, rispettivamente, e sono quindi preferenzialmente adsorbiti. L'ordine di scambio degli altri ioni è coerente con quello delle resine acido/basiche forti.
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 ->citrato 3- > SO42- > tartrato 2- > ossalato 2- > PO43- > NO3- > Cl- > CH3COO- > HCO3-.
32. Letto misto (MB): questo tipo di resina a scambio ionico mescola resine a scambio cationico e anionico in un rapporto specifico all'interno dello stesso scambiatore ionico. Poiché gli ioni H+ e OH- che entrano nell'acqua formano immediatamente molecole d'acqua con una ionizzazione molto bassa dopo lo scambio ionico misto, la reazione di scambio procede in modo molto approfondito.
Nota: a differenza della lucidatura dei letti misti, i normali letti misti possono essere rigenerati continuamente. Pertanto, anche se in genere non è necessario che la salinità dell'affluente in un letto misto sia troppo elevata (una salinità eccessiva porterà a una rigenerazione eccessivamente frequente), può essere utilizzato da solo quando i requisiti di qualità dell'acqua prodotta non sono elevati.
33. Letto mobile simulato (SMB): utilizza una serie di letti a colonna di impaccamento fissi-, attraverso i quali il liquido di alimentazione circola continuamente. In questo processo, la resina adsorbente o la resina a scambio ionico nel letto fisso viene utilizzata per rimuovere le sostanze bersaglio, come impurità, ioni e pigmenti.
Nota: SMB e PMB presentano differenze significative nella definizione. Tuttavia, quando viene utilizzata la lucidatura multi-fase (tandem), il sistema di circolazione PMB multi-fase forma di fatto un sistema SMB. Pertanto, nei sistemi ad acqua ultrapura, i termini SMB e PMB sono spesso usati in modo intercambiabile.
34. Letto misto lucidante (PMB): noto anche come letto misto usa e getta, si tratta di un dispositivo di purificazione profonda al termine di un processo di trattamento dell'acqua. Utilizza una resina a scambio ionico mista non-rinnovabile (resina a scambio cationico di tipo H- e resina a scambio ionico di tipo OH-) per migliorare ulteriormente la qualità dell'acqua prodotta, raggiungendo una resistività di 18,2 MΩ*cm e controllando indicatori come TOC e SiO2.
35. Degassamento a membrana (MDG): si tratta di un dispositivo di separazione gas-liquido basato sulla tecnologia di separazione a membrana. Utilizza il principio di diffusione per rimuovere i gas disciolti (come anidride carbonica, ossigeno e azoto ammoniacale) dai liquidi. La sua tecnologia principale consiste nell'utilizzare una struttura a membrana a fibra cava per aumentare l'area di contatto del gas-liquido. La migrazione del gas verso l'esterno della membrana è guidata dal vuoto o dalla differenza di pressione, ottenendo un degasaggio altamente efficiente.
36. Sterilizzatore a raggi ultravioletti (UV): un metodo fisico che utilizza la luce ultravioletta per distruggere la struttura molecolare del DNA/RNA dei microrganismi per ottenere la sterilizzazione. È dotato di luce ultravioletta istantanea ad alta-energia e di un forte potere penetrante. Il suo principio di sterilizzazione prevede principalmente che gli acidi nucleici assorbano la luce ultravioletta con lunghezza d'onda di 253,7 nm, causando una funzione genetica anormale e un'inattivazione permanente.
37. Dispositivo di rimozione TOC (TOC-UV): un dispositivo che utilizza luce ultravioletta ad alta- intensità (luce ultravioletta da 185 nm e 253,7 nm che lavora in sinergia) per distruggere la struttura molecolare del carbonio organico totale (TOC) nell'acqua, provocandone la decomposizione in CO2 e H2O. Ciò riduce efficacemente il contenuto di materia organica nell'acqua, migliora la purezza dell'acqua ed è adatto per la preparazione di acqua ultrapura e scenari di trattamento dell'acqua con requisiti elevati-.
38. Appendice:
Intervalli di velocità di filtrazione consigliati per le comuni apparecchiature di filtraggio:
Filtro a media superficiale: 10-40 m3/h;
Filtro a-strato singolo: 8-10 m/h;
Filtro a doppio-strato: 10-14 m/h;
Filtro a triplo-strato: 18-20 m/h;
Filtro a carboni attivi: 8-20 m/h;
Addolcitore: 15-30 m3/h;
Letto anionico-cationico: 20-30 m/h;
Letto misto ordinario: 30-40 mc/h oppure 20-30 BV/h;
Letto misto di lucidatura: 40-60 m/h oppure 30-40 BV/h.