A filtragem de água ultrapura utiliza uma série de métodos físicos e químicos para remover impurezas como partículas em suspensão, colóides, iões dissolvidos, matéria orgânica e microorganismos da água, atingindo padrões de pureza extremamente elevados. A água pura resultante satisfaz os requisitos do fabrico de precisão, da engenharia química de ponta, da biomedicina e de outras aplicações que exigem níveis de impureza extremamente baixos.
Que nível de filtragem de água ultrapura é necessário?
Resistividade:
A água ultrapura requer tipicamente uma resistividade de 18,2 MΩ-cm (25°C). A esta temperatura, a concentração de iões na água é extremamente baixa. Assim, aproxima-se do nível da água teoricamente pura.
Carbono orgânico total (TOC):
A água ultrapura requer geralmente um valor de TOC inferior a 5 ppb (inferior a 1 ppb em algumas aplicações de semicondutores).
Conteúdo de partículas:
Temos de controlar o número de partículas ≥0,1 μm para menos de 10 por mililitro. A fim de evitar que partículas minúsculas adiram às superfícies dos componentes de precisão e afetem o desempenho.
Conteúdo microbiano:
A água ultrapura deve ser estéril (contagem total de colónias <1 CFU/mL).
Como funciona a filtragem de água ultrapura?
Podemos dividir o processo de purificação de Sistema EDI em cinco fases. Inclui o pré-tratamento, o tratamento primário por osmose inversa, o tratamento secundário por osmose inversa, o tratamento EDI profundo e a garantia da qualidade da água do terminal.
1. Fase de pré-processamento
Em primeiro lugar, a água bruta é tratada sequencialmente através de um filtro multi-média, de carvão ativado e de segurança. De seguida, é adicionado um inibidor de incrustações (dureza 8,5) ou demasiado baixo (<5,5), é necessário ajustar o pH para 6,5-7,5 para corresponder ao intervalo de pH de funcionamento ideal da membrana RO.
Este processo remove sólidos suspensos, colóides, cloro residual, dureza (Ca²⁺, Mg²⁺) e alguma matéria orgânica da água bruta. Isto evita danos subsequentes de incrustação, contaminação ou oxidação na membrana RO, assegurando um funcionamento estável do sistema RO.
2. Fase primária de tratamento por osmose inversa
Em segundo lugar, uma bomba de alta pressão pressuriza a água pré-tratada para 1,5-2,5 MPa. Utilizando uma membrana RO de alta densidade e resistente a incrustações, a pressão força as moléculas de água através da membrana para formar a “água do produto”. Os iões dissolvidos e a matéria orgânica são retidos como água concentrada (20%-30%, que pode ser descarregada ou reciclada).
A água do produto entra num tanque tampão. Entretanto, é necessária a monitorização online da resistividade (100-500 kΩ・cm), da condutividade e de uma taxa de dessalinização ≥97%. Os indicadores anormais (como a redução da taxa de dessalinização devido a incrustações na membrana) accionam um alarme.
Isto remove 97% iões dissolvidos, grandes moléculas orgânicas e alguns microorganismos da água pré-tratada, reduzindo significativamente a carga de impurezas na água.
3. Fase secundária de tratamento por osmose inversa
Em terceiro lugar, porque a salinidade da água de permeação primária diminuiu significativamente. Uma bomba secundária de alta pressão aumenta a pressão para 1,0-1,8 MPa (inferior a
a água permeada primária para evitar danos na membrana). Podemos selecionar uma membrana RO com maior eficiência de dessalinização (como um tipo de baixa incrustação). A água permeada deve ter uma resistividade de ≥150 kΩ・cm, TOC <50 ppb e sílica <0,1 mg / L (para evitar a escala de EDI). Se o TOC exceder os limites especificados, podemos adicionar uma unidade de oxidação UV 185nm antes do RO secundário.
O concentrado secundário de OR (com uma salinidade superior à da água permeada primária, mas inferior à da água bruta) pode ser devolvido à alimentação primária de OR para novo tratamento. Deste modo, consegue-se uma taxa global de recuperação de água de 70%-80%.
Após este tratamento, a água tratada atende totalmente aos requisitos de qualidade da água de alimentação para EDI. A taxa total de remoção de íons é ≥99,5% (em comparação com a água bruta), e a resistividade da água permeada é 150-1000 kΩ ・ cm, com TOC ＜ 50 ppb.
4. Dessalinização profunda por EDI
Após o tratamento secundário por osmose inversa, a água passa por um módulo EDI (que contém uma membrana de ligação de iões, resina e eléctrodos), através do qual passamos uma corrente contínua (1-5 A). Os iões migram para a câmara de concentrado para serem descarregados. Em seguida, o caudal de água doce é controlado (1-3 L/min por módulo) e a resistividade da água do produto é monitorizada.
Este tratamento atinge as especificações essenciais para a água ultrapura industrial. Tais como as exigidas pelas indústrias de semicondutores e biofarmacêutica. Eficiência de remoção de iões ≥99,9%, resistividade da água do produto 15-18 MΩ cm, TOC <10 ppb e teor de sílica <0,01 mg/L.
5. Garantir a qualidade da água do terminal
No terminal, é necessário utilizar uma membrana de microfiltração de 0,02-0,1μm ou uma membrana de ultrafiltração para intercetar os fragmentos de resina e os microrganismos que podem cair do módulo EDI.
Temos de adaptar a esterilização por ultravioleta (UV) à aplicação. Por exemplo, nas indústrias biofarmacêutica e alimentar, são utilizadas lâmpadas UV de 254 nm de comprimento de onda para destruir o ADN microbiano. Nalgumas aplicações, pode ser adicionado UV de 185 nm para reduzir o TOC para ＜5 ppb. Os tanques de armazenamento de água ultrapura na indústria de semicondutores podem ser enchidos com azoto de alta pureza com uma pureza de ≥99,999% para isolar o ar.
Finalmente, fazemos circular a água ultrapura através de tubos de aço inoxidável 316L. De modo a evitar que a água estagnada crie microrganismos e reduza a adsorção de impurezas.
Este tratamento atende aos requisitos extremos de água de aplicações industriais de ponta. A água do produto terminal tem uma resistividade de 18,2 MΩ・cm (25°C), TOC <5 ppb, um teor de partículas de ≥0,1 μm <1 partícula/mL, e é estéril.
Onde se pode utilizar a filtração de água ultrapura?
①Indústria de semicondutores e eletrónica
Durante os processos de fabrico de pastilhas semicondutoras (como a limpeza de bolachas, a fotolitografia e a gravação), os iões, as partículas e a matéria orgânica presentes na água podem causar curto-circuitos nas pastilhas e distorcer os padrões fotolitográficos.
O nosso sistema de filtragem de água ultrapura utiliza um processo combinado de “RO + EDI + UV + ultrafiltração terminal” para fornecer água estável e de elevada pureza para a produção de aparas.
②Indústria biofarmacêutica
A água ultrapura utilizada na produção farmacêutica e na limpeza de dispositivos médicos tem de cumprir os requisitos das Boas Práticas de Fabrico (BPF): esterilidade, ausência de pirogénios (endotoxinas < 0,25 EU/mL) e TOC ＜ 5 ppb.
O sistema de filtragem utiliza um processo “UF + RO + EDI + filtragem de esterilização terminal” para remover microrganismos e pirogénios, evitando a contaminação farmacêutica.
③Indústria energética
As impurezas iónicas na água da caldeira utilizada em centrais térmicas ou nucleares podem provocar a formação de incrustações nas paredes da caldeira, levando a uma redução da eficiência térmica, à corrosão dos tubos e até a explosões.
A filtragem de água ultrapura utiliza um processo de “RO + troca iónica” para reduzir a resistividade da água de alimentação da caldeira para 5-10 MΩ・cm e uma dureza (medida como CaCO₃) inferior a 0,1 mg/L, reduzindo a formação de incrustações e prolongando a vida útil do equipamento.
④Nova indústria energética
Na produção de materiais de cátodo de baterias de lítio e bolachas de silício fotovoltaico, os iões metálicos (como Na⁺ e K⁺) na água podem afetar a capacidade da bateria e a eficiência de conversão do módulo fotovoltaico.
Os sistemas de filtragem de água ultrapura devem controlar o teor de iões metálicos para menos de 0,1 ppb. Utilizando um processo “RO+EDI+resina quelante”, fornecem água de baixa pureza para a síntese de novos materiais energéticos.
Quais são os problemas com a utilização de equipamento de água ultrapura?
Elevado consumo de energia
As principais tecnologias, como a osmose inversa e o EDI, consomem quantidades significativas de eletricidade (por exemplo, a RO requer uma pressão de funcionamento de 1-4 MPa). Alguns processos tradicionais de permuta iónica exigem a utilização frequente de agentes de regeneração ácidos e alcalinos, o que resulta em custos de funcionamento elevados e em pressões ambientais significativas.
Fraca adaptabilidade à qualidade complexa da água
Algumas águas industriais brutas (por exemplo, águas residuais com elevado teor de sal e águas residuais que contêm metais pesados) têm uma composição complexa, tornando os sistemas de filtração susceptíveis de incrustações nas membranas e de envenenamento das resinas, exigindo a substituição frequente dos consumíveis.
Que actualizações existem na filtração de água ultrapura?
Actualizações de tecnologias de poupança de energia
Utilizando membranas RO de baixo consumo de energia e novos módulos EDI (reduzindo o consumo de energia em mais de 30%), combinados com sistemas de recuperação de calor residual, reduzimos o consumo de energia.
Equipamento integrado
Visando as necessidades dos clientes de pequena e média dimensão, utilizamos equipamento modular de água ultrapura (como unidades integradas de “pré-tratamento + RO + EDI”) para encurtar os ciclos de instalação e reduzir a complexidade operacional.
Conclusão
A filtragem de água ultrapura utiliza um processo de purificação em camadas que combina osmose inversa de duas fases e EDI para transformar água bruta normal em água ultrapura da mais elevada pureza. Isto proporciona uma garantia de água essencial para o desenvolvimento de alta qualidade de indústrias-chave como a dos semicondutores, a biofarmacêutica e a das novas energias.
Atualmente, confrontada com desafios como o elevado consumo de energia e a fraca adaptabilidade à complexa qualidade da água. A indústria de tratamento de água está a inovar e a atualizar-se para soluções mais eficientes e amigas do ambiente. Ajudar a indústria transformadora global na transição para uma produção de precisão e com baixo teor de carbono.
Se tiver outros Sistema de água EDI questões, pode sempre consultar-nos.
