II. Terminología de procesos y equipos (el equipo es el portador del proceso y el proceso es el núcleo del equipo)
1. Biorreactor de membrana (MBR): un nuevo tipo de equipo de tratamiento de agua que combina tecnología de separación por membrana y tratamiento biológico, utilizado principalmente en aguas residuales municipales, tratamiento de aguas residuales industriales y reutilización de agua recuperada. Existen muchos tipos de biorreactores de membrana, pero en el campo del tratamiento de agua, generalmente se refiere específicamente al tipo de separación sólido-líquido. Su principal característica tecnológica es el uso de módulos de membrana en sustitución del tanque de sedimentación secundario. Las membranas MBR se clasifican en membranas de microfiltración MBR y membranas de ultrafiltración MBR según su precisión de separación.
2. Filtro de medio poco profundo: dispositivo que filtra las impurezas de un líquido a través de una capa de medio. Su principio de funcionamiento utiliza principalmente los efectos de adsorción, retención y sedimentación de la capa media (como arena de cuarzo, granate, etc.) para eliminar sólidos suspendidos, coloides, materia orgánica, bacterias y otras impurezas del líquido, logrando así el propósito de purificar la calidad del agua.
Nota: Esencialmente un tipo de filtro de arena, los filtros de medios poco profundos tienen una altura de empaquetamiento de medios más baja y una tasa de filtración más alta, pero su precisión de filtración es generalmente menor que la de los filtros de arena de cuarzo. También son adecuados para una gama más amplia de condiciones de calidad del agua.
3. Filtro de arena de cuarzo: También conocido como filtro de arena (SF), utiliza arena de cuarzo como medio filtrante. Bajo cierta presión, el agua con alta turbidez pasa a través de un cierto espesor de arena de cuarzo granular o no-granular. Elimina sedimentos, coloides, iones metálicos y materia orgánica, reduciendo así la turbidez y purificando el agua.
4. Filtro multimedia (MMF): utiliza dos o más medios filtrantes. Bajo cierta presión, el agua con alta turbidez pasa a través de un cierto espesor de material granular o no-granular, eliminando eficazmente las impurezas suspendidas y clarificando el agua. Los medios filtrantes de uso común incluyen arena de cuarzo, antracita y arena de manganeso. Se utiliza principalmente para el tratamiento de agua, eliminación de turbidez, ablandamiento de agua y pre-tratamiento de agua pura, logrando una turbidez del efluente inferior a 3 grados. Nota: En el campo del tratamiento de agua, los filtros de arena de cuarzo y los filtros multimedia a menudo se usan indistintamente. La clave para su aplicación principal radica en la selección (tipo y modelo) del medio filtrante y el llenado adecuado.
5. Filtro de carbón activado (ACF): un tipo de filtro lleno de carbón activado para filtrar la materia libre, los microorganismos y algunos iones de metales pesados del agua y reducir eficazmente el color del agua. El carbón activado se puede clasificar principalmente por material, como a base de carbón-, a base de madera- y a base de cáscara de nuez-.
Nota: En el campo del tratamiento de agua, la selección adecuada de su capacidad de adsorción (valor de yodo) es crucial. Generalmente, 600-800 mg/g son suficientes para el pretratamiento de agua pura industrial; los estándares para el agua potable generalmente requieren 800-1000 mg/g; y para agua purificada, agua para inyección y agua ultrapura de calidad electrónica, generalmente se requieren 1000-1200 mg/g.
6. Ablandador de agua (SF): También conocido como suavizante, utiliza resina de intercambio catiónico de tipo sodio-para eliminar los iones de calcio y magnesio del agua, reduciendo su dureza.
Nota: Los ablandadores de agua se basan esencialmente en el intercambio iónico, a diferencia de otros filtros mecánicos en la etapa de pretratamiento que funcionan principalmente mediante interceptación y adsorción. Por lo tanto, la selección del tanque requiere considerar el caudal y la velocidad, la relación del diámetro [φ=√(4Q/π/v)] y, lo que es más importante, determinar la cantidad de carga de resina adecuada y calcular un ciclo de regeneración razonable basado en la dureza del agua cruda.
Cuando el agua cruda es agua del grifo municipal, su dureza es generalmente baja (<<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-limpiador (SCF): Este es un dispositivo de control inteligente completamente automático que utiliza una pantalla de filtro para interceptar directamente las impurezas en el agua, eliminando sólidos suspendidos y partículas, reduciendo la turbidez, purificando la calidad del agua y reduciendo la contaminación, las algas y la corrosión del sistema. Purifica el agua y protege los equipos del sistema para su funcionamiento normal.
8. Filtro de discos apilados: también conocido como filtro de discos o filtro de placas apiladas, es un tipo de filtro auto-limpiador que utiliza un diseño modular (las unidades se pueden combinar libremente) para atrapar sólidos suspendidos a través de canales formados entre los discos del filtro. Durante el retrolavado, el agua fluye en dirección opuesta para eliminar los contaminantes. La unidad de filtrado de un filtro de discos consta de discos filtrantes de plástico reforzado anulares apilados, ranurados o acanalados, a menudo etiquetados como "2", "3" o "4". Su precisión de filtración suele ser de 5 a 200 μm.
Nota: En el tratamiento del agua, los filtros de disco se utilizan a menudo como pre-filtros en sistemas de ultrafiltración, con una precisión de 50-100 μm y funcionan de manera similar a un filtro de seguridad.
9. Filtro de precisión: Generalmente utiliza una carcasa exterior de acero inoxidable. Internamente, utiliza elementos filtrantes tubulares como filtros de PP fundido-soplado, alambre-hilado, plisado, de titanio o de carbón activado. Se seleccionan diferentes elementos filtrantes en función del medio de filtración y el proceso de diseño para lograr la calidad del agua efluente requerida.
Nota: La distinción entre filtración fina y microfiltración no está del todo clara. La microfiltración, definida en términos generales, tiene una precisión de filtración de aproximadamente 0,1 a 50 µm; la filtración estrictamente definida (específicamente la filtración por membrana microporosa) tiene una precisión de aproximadamente 0,1-10 µm; mientras que la filtración fina tiene un rango de precisión de aproximadamente 0,1-100/200 μm.
10. Filtro de seguridad: como sugiere el nombre, cuando se utiliza un dispositivo de filtración de nivel de filtro de precisión- para proteger otros equipos en un sistema como RO, su función principal es la protección, de ahí el nombre "filtro de seguridad".
11. Filtro de Bolsa: También conocido como filtro de bolsa para tratamiento de agua, consta de una bolsa filtrante sostenida por una canasta de malla metálica. El líquido entra por la entrada, es filtrado por la bolsa filtrante y sale por la salida. Las impurezas quedan atrapadas en la bolsa del filtro y el filtro se puede reutilizar después de reemplazar la bolsa del filtro. La precisión de filtración común es de 1 a 100 μm, pertenece a la categoría de precisión y se utiliza a menudo como filtro de seguridad.
12. Filtro de cartucho soplado de PP fundido-: un tipo de filtro de cartucho. Su elemento filtrante principal es un cartucho de PP fundido-soplado, un material de filtro tubular hecho de polipropileno (PP) mediante un proceso de fundido-soplado. La precisión de filtración común es de 0,5 a 100 μm, pertenece a la categoría de filtración fina y se utiliza a menudo como filtro de seguridad.
13. Filtro mecánico: Un filtro que utiliza principalmente interceptación física mecánica y adsorción. Por tanto, esencialmente, los filtros de pretratamiento y los filtros de seguridad mencionados anteriormente, excepto los filtros descalcificadores, pertenecen todos a la categoría de filtros mecánicos. Sin embargo, en el campo del tratamiento de agua, "filtro mecánico" a veces se utiliza para referirse específicamente a filtros de arena o filtros multimedia (-(ésta es una expresión menos precisa).
14. Filtro de tubería: compuesto principalmente por tuberías de conexión, un cilindro, una canasta de filtro, bridas, cubiertas de bridas y sujetadores, instalados en tuberías para eliminar impurezas sólidas más grandes de los fluidos, protegiendo los equipos posteriores (bombas, instrumentos, etc.) y asegurando un funcionamiento estable. Los ejemplos comunes incluyen filtros de tubo tipo Y-y filtros de cesta.
15. Mezclador de canal: Dispositivo que logra una mezcla uniforme de fluidos a medida que fluyen a través de una tubería utilizando un componente o elemento mezclador específico. En los sistemas de tratamiento de agua, se usa comúnmente para conectarse a tuberías cuando se agregan diversos agentes, como coagulantes, agentes reductores e inhibidores de incrustaciones.
16. Microfiltración (MF): también conocida como filtración por membrana microporosa, es un proceso de membrana que utiliza la diferencia de presión estática como fuerza impulsora y la acción de tamizado de una membrana de medio filtrante similar a un tamiz-para la separación. La precisión de la filtración es de aproximadamente 0,1-10 μm. Retiene principalmente coloides, sólidos suspendidos y bacterias en el soluto mediante tamizado. La presión de funcionamiento es de aproximadamente 0,07-0,2 MPa.
17. Ultrafiltración (UF): Proceso de separación por membranas con precisión de filtración entre microfiltración y nanofiltración, impulsado por presión y basado en el principio de tamizado. Su precisión de filtración es de aproximadamente 0,002-0,1 μm (2-100 nm) y el límite de peso molecular (MWCO) es de aproximadamente 1000-200000 Daltons (Da). Puede eliminar eficazmente del agua partículas, coloides, bacterias, pirógenos y materia orgánica de alto peso molecular. La presión de funcionamiento es de aproximadamente 0,1-0,3 MPa.
Nota: El tamaño de los poros de las membranas de ultrafiltración utilizadas en los sistemas de agua ultrapura de la industria de semiconductores es de aproximadamente 0,005 μm y el MWCO es de aproximadamente 6000 Da.
18. Nanofiltración (NF): La precisión de la filtración se encuentra entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa. Está impulsado-por la presión y logra principalmente la separación a través de principios como el tamizado, la difusión por disolución, la repulsión de carga y el efecto Donnan. Su precisión de filtración es de aproximadamente 1 a 2 nm y el límite de peso molecular es de aproximadamente 200 a 1000 Dalton. Puede eliminar eficazmente iones secundarios y multivalentes, diversas sustancias con pesos moleculares superiores a 200 y eliminar parcialmente iones monovalentes y sustancias con pesos moleculares inferiores a 200. Logra una separación selectiva entre iones de diferentes valencias hasta cierto punto. La presión de funcionamiento es de 0,3 a 0,6 MPa.
19. Ósmosis inversa (RO): impulsada por la diferencia de presión, se aplica presión a la solución de alimentación en el lado de alimentación. Cuando la presión excede su presión osmótica, el solvente permeará contra la dirección osmótica natural, obteniendo así permeado en el lado de baja-presión de la membrana y concentrado en el lado de alta-presión. El principio de funcionamiento de las membranas de ósmosis inversa se explica principalmente mediante teorías como la disolución-difusión, la adsorción preferencial-flujo capilar y los enlaces de hidrógeno. Su precisión de filtración es de aproximadamente 0,1-1 nm y el límite de peso molecular es de aproximadamente 100 Da. Elimina eficazmente varios iones de sales inorgánicas y diversas sustancias con pesos moleculares superiores a 100. La presión de funcionamiento es de aproximadamente 0,7 a 7 MPa.
20. Membrana cerámica: Membrana asimétrica formada a partir de materiales cerámicos inorgánicos mediante un proceso especial. Su principal principio de separación es el tamizado, con una precisión de filtración de aproximadamente 0,001-1 μm (1-1000 nm). Elimina eficazmente sólidos suspendidos, coloides, microorganismos y macromoléculas del agua, mientras que el agua, las moléculas pequeñas y los iones de sal inorgánica pueden pasar normalmente.
Nota: Al igual que la nanofiltración, la aplicación comercial de las membranas cerámicas aún no está completamente madura, pero la investigación es muy activa y las aplicaciones prácticas aún son relativamente limitadas.
21. Electrodiálisis (ED): combinación de procesos electroquímicos y de difusión de diálisis. Impulsado por un campo eléctrico de CC externo, utiliza la permeabilidad selectiva de las membranas de intercambio iónico (membranas semi-permeables) (es decir, los cationes pueden pasar a través de las membranas de intercambio catiónico y los aniones pueden pasar a través de las membranas de intercambio aniónico), lo que hace que los cationes y los aniones se muevan hacia el ánodo y el cátodo, respectivamente.
22. Electrodesionización (EDI): también conocida como electro-desionización o electrodiálisis de lecho empaquetado-, este proceso de tratamiento de agua combina tecnologías de electrodiálisis e intercambio iónico. A través de la permeación selectiva de membranas de intercambio aniónico y catiónico y el efecto de intercambio iónico de la resina, logra una migración iónica direccional y una desalinización profunda bajo un campo eléctrico de CC, produciendo agua con una resistividad superior a 15 MΩ*cm.
Su principio consiste en llenar el espacio de la membrana de la unidad de electrodiálisis con resina de intercambio iónico. Los iones H+ y OH- generados por ionización por hidrólisis, junto con el campo eléctrico, logran simultáneamente la migración de iones y la regeneración de la resina. Esto elimina la necesidad de regeneración química de base ácida-, lo que la hace más respetuosa con el medio ambiente y altamente automatizada.
23. Electrodesionización continua (CEDI): similar en estructura básica y principio de funcionamiento a la EDI, la mayor diferencia radica en si la cámara de concentrado también está llena con resina de intercambio iónico y si se produce una descarga de agua del electrodo por separado.
24. Lecho aniónico: un intercambiador aniónico, su principal principio de funcionamiento es utilizar iones de hidróxido en una resina de intercambio aniónico para intercambiar otros aniones en el agua.
25. Lecho catiónico: un intercambiador de cationes, su principal principio de funcionamiento es utilizar iones de hidrógeno o sodio en una resina de intercambio catiónico para intercambiar otros cationes en el agua. Dependiendo de los productos químicos utilizados para la regeneración de la resina, se puede dividir en tipo hidrógeno-y sodio-tipo; este último es el tipo común de ablandador de agua.
26. Desgasificador: También conocido como torre de desgasificación/removedor de carbón, es un dispositivo que elimina el dióxido de carbono libre del agua mediante el uso de-desgasificación por aire forzado.
Nota: En el campo del tratamiento de agua, generalmente se coloca después del intercambio catiónico (escenario 2B3T) o del equipo de ósmosis inversa de primera-etapa (más completo que el ajuste de pH normal). Cuando la concentración de HCO3 en el agua cruda es menor o igual a 50 mg/L, el CO2 residual ideal en el agua producto después de la desgasificación por el desgasificador es menor o igual a 5 mg/L.
27. Dos-camas, tres-torres (2B3T)/SC+DG+ (WA/SA): este es un proceso combinado que integra el intercambio catiónico, la desgasificación y el intercambio aniónico para eliminar eficazmente cationes y aniones del agua.. 2B representa dos camas (lecho catiónico y lecho aniónico) y 3T representa tres torres (dos camas + torre de descarbonatación).
Su principal principio de funcionamiento es el siguiente: Lecho catiónico: utiliza resina de intercambio catiónico para adsorber cationes en el agua. El tipo de resina es SC (catión ácido fuerte, abreviado como catión fuerte). Torre de descarbonatación: Se utiliza para eliminar CO2 (dióxido de carbono) del agua, reduciendo la alcalinidad (HCO3-) mediante este proceso. Lecho aniónico: utiliza resina de intercambio aniónico para adsorber aniones en el agua. El tipo de resina es WA+SA (una mezcla de aniones fuertes y débiles).
2B3T es un proceso de desalinización eficaz que es anterior a la ósmosis inversa y se utiliza ampliamente en diversos campos. La calidad del agua producida y su capacidad de desalinización son comparables a las de la ósmosis inversa de una sola-etapa y tiene una gama más amplia de condiciones de calidad del agua afluente en comparación con los sistemas de ósmosis inversa. En los procesos de preparación de agua ultrapura en la industria electrónica, el 2B3T se conserva porque su lecho aniónico muestra una eficiencia de eliminación superior para aniones débiles específicos (silicio, boro) en comparación con la OI convencional.
28. Resina catiónica de ácido fuerte (SC): Es una resina de intercambio iónico con grupos de ácido sulfónico (-SO3H) como grupos de intercambio. Su secuencia de intercambio iónico es Fe3H.
+> Al3+> Pb2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>H+. Las resinas suavizantes comunes (resinas de intercambio catiónico tipo sodio-) pertenecen a esta categoría.
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 los sistemas de agua ultrapura, debido a que los principales procesos de desalinización tienen tasas de eliminación de boro relativamente limitadas, a menudo se requieren procesos adicionales de eliminación de boro por intercambio iónico. Comúnmente se utilizan resinas de intercambio aniónico de base fuerte pulidas o resinas especiales de eliminación de boro (UP7530# 760 RMB/L, CH-99# 450 RMB/L, etc.). Estas últimas son en su mayoría resinas de intercambio iónico quelantes macroporosas, pertenecientes a resinas especiales, y sus precios son generalmente mucho más elevados, pero los efectos suelen ser más significativos.
30. Resina catiónica de ácido débil (WC): Esta es una resina de intercambio iónico que utiliza grupos de ácido carboxílico (-COOH), grupos fosfato (-PO2H2) y grupos fenólicos (-C6H5OH) como grupos de intercambio. El orden de intercambio iónico es H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+, K+ > Na+.
Nota: La selectividad iónica de las resinas ácidas/básicas débiles depende principalmente del estado de valencia del ión y del radio del ión hidratado, en el orden de: iones de mayor valencia > iones de menor valencia, iones de menor radio > iones de mayor radio. Sin embargo, los iones H+ y OH- forman sistemas ácido/base conjugados con sus correspondientes grupos funcionales ácido débil y base débil, respectivamente, y por lo tanto se adsorben preferentemente. El orden de intercambio de otros iones es consistente con el de las resinas ácidas/básicas fuertes.
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- > oxalato 2- > PO43- > NO3- > Cl- > CH3COO- > HCO3-.
32. Lecho mixto (MB): este tipo de resina de intercambio iónico mezcla resinas de intercambio catiónico y aniónico en una proporción específica dentro del mismo intercambiador de iones. Debido a que los iones H+ y OH- que ingresan al agua forman inmediatamente moléculas de agua con muy baja ionización después del intercambio iónico mixto, la reacción de intercambio se desarrolla de manera muy completa.
Nota: A diferencia de los lechos mixtos de pulido, los lechos mixtos ordinarios se pueden regenerar continuamente. Por lo tanto, aunque generalmente no se requiere que la salinidad del afluente a un lecho mixto sea demasiado alta (una salinidad excesiva conducirá a una regeneración demasiado frecuente), se puede utilizar solo cuando los requisitos de calidad del agua del producto no son altos.
33. Lecho móvil simulado (SMB): utiliza una serie de lechos de columnas de relleno fijos-, a través de los cuales el líquido de alimentación circula continuamente. En este proceso, la resina de adsorción o la resina de intercambio iónico en el lecho fijo se utiliza para eliminar sustancias objetivo, como impurezas, iones y pigmentos.
Nota: SMB y PMB tienen diferencias significativas en su definición. Sin embargo, cuando se utiliza el pulido de etapas múltiples (tándem), el sistema de circulación de PMB de etapas múltiples forma un sistema SMB de facto. Por lo tanto, en los sistemas de agua ultrapura, los términos SMB y PMB suelen utilizarse indistintamente.
34. Lecho mixto de pulido (PMB): también conocido como lecho mixto desechable, es un dispositivo de purificación profunda al final de un proceso de tratamiento de agua. Utiliza una resina de intercambio iónico mixta no-renovable (resina de intercambio catiónico tipo H-y resina de intercambio aniónico tipo OH-) para mejorar aún más la calidad del agua producida, logrando una resistividad de 18,2 MΩ*cm y controlando indicadores como TOC y SiO2.
35. Desgasificación por membrana (MDG): Este es un dispositivo de separación de gas-líquido basado en tecnología de separación de membrana. Utiliza el principio de difusión para eliminar gases disueltos (como dióxido de carbono, oxígeno y nitrógeno amoniacal) de los líquidos. Su tecnología principal radica en el uso de una estructura de membrana de fibra hueca para aumentar el área de contacto gas-líquido. La migración de gas hacia el exterior de la membrana es impulsada por el vacío o la diferencia de presión, logrando una desgasificación altamente eficiente.
36. Esterilizador ultravioleta (UV): método físico que utiliza luz ultravioleta para destruir la estructura molecular de ADN/ARN de los microorganismos para lograr la esterilización. Cuenta con luz ultravioleta instantánea de alta-energía y un fuerte poder de penetración. Su principio de esterilización implica principalmente que los ácidos nucleicos absorban luz ultravioleta de longitud de onda de 253,7 nm, lo que provoca una función genética anormal y una inactivación permanente.
37. Eliminador de TOC (TOC-UV): un dispositivo que utiliza luz ultravioleta de alta-intensidad (luz ultravioleta de 185 nm y 253,7 nm que funcionan sinérgicamente) para destruir la estructura molecular del carbono orgánico total (TOC) en el agua, lo que hace que se descomponga en CO2 y H2O. Esto reduce eficazmente el contenido de materia orgánica en el agua, mejora la pureza del agua y es adecuado para la preparación de agua ultrapura y escenarios de tratamiento de agua con altos-requisitos.
38. Apéndice:
Rangos de tasa de filtración recomendados para equipos de filtración comunes:
Filtro de medios poco profundos: 10-40 m/h;
Filtro de una sola-capa: 8-10 m/h;
Filtro{0}}de doble capa: 10-14 m/h;
Filtro-triple capa: 18-20 m/h;
Filtro de carbón activado: 8-20 m/h;
Descalcificador: 15-30 m/h;
Lecho de aniones-catión: 20-30 m3/h;
Lecho mixto ordinario: 30-40 m/h o 20-30 BV/h;
Pulido en lecho mixto: 40-60 m/h o 30-40 BV/h.