II. Terminologia de Processos e Equipamentos (O equipamento é o transportador do processo e o processo é o núcleo do equipamento)
1. Biorreator de membrana (MBR): Um novo tipo de equipamento de tratamento de água que combina tecnologia de separação por membrana e tratamento biológico, usado principalmente em esgoto municipal, tratamento de águas residuais industriais e reutilização de água recuperada. Existem muitos tipos de biorreatores de membrana, mas no campo de tratamento de água, geralmente se refere especificamente ao tipo de separação sólido-líquido. Sua principal característica tecnológica é a utilização de módulos de membranas em substituição ao tanque de sedimentação secundário. As membranas MBR são classificadas em membranas de microfiltração MBR e membranas de ultrafiltração MBR de acordo com sua precisão de separação.
2. Filtro Médio Raso: Um dispositivo que filtra impurezas em um líquido através de uma camada de meio. Seu princípio de funcionamento utiliza principalmente os efeitos de adsorção, retenção e sedimentação da camada de mídia (como areia de quartzo, granada, etc.) para remover sólidos suspensos, colóides, matéria orgânica, bactérias e outras impurezas do líquido, atingindo assim o objetivo de purificar a qualidade da água.
Observação: Essencialmente um tipo de filtro de areia, os filtros de mídia rasa têm uma altura de empacotamento de mídia mais baixa e uma taxa de filtração mais alta, mas sua precisão de filtração é geralmente menor do que a dos filtros de areia de quartzo. Eles também são adequados para uma ampla gama de condições de qualidade da água.
3. Filtro de areia de quartzo: Também conhecido como filtro de areia (SF), ele usa areia de quartzo como meio filtrante. Sob certa pressão, a água com alta turbidez passa por uma certa espessura de areia de quartzo granular ou não-granular. Remove sedimentos, colóides, íons metálicos e matéria orgânica, reduzindo assim a turbidez e purificando a água.
4. Filtro Multimídia (MMF): Utiliza dois ou mais meios filtrantes. Sob certa pressão, a água com alta turbidez passa através de uma certa espessura de material granular ou não{2}}granular, removendo efetivamente as impurezas suspensas e clarificando a água. Os meios filtrantes comumente usados incluem areia de quartzo, antracite e areia de manganês. É usado principalmente para tratamento de água, remoção de turbidez, amaciamento de água e pré-tratamento de água pura, alcançando uma turbidez de efluente abaixo de 3 graus. Observação: no campo de tratamento de água, filtros de areia de quartzo e filtros multimídia são frequentemente usados de forma intercambiável. A chave para sua aplicação principal está na seleção (tipo e modelo) do meio filtrante e no enchimento adequado.
5. Filtro de carvão ativado (ACF): Um tipo de filtro preenchido com carvão ativado para filtrar matéria livre, microorganismos e alguns íons de metais pesados da água e reduzir efetivamente a cor da água. O carvão ativado pode ser classificado principalmente por material, como à base de carvão-, à base de madeira-e à base de casca de noz-.
Nota: No domínio do tratamento de água, a seleção adequada da sua capacidade de adsorção (valor de iodo) é crucial. Geralmente, 600-800 mg/g são suficientes para o pré-tratamento de água pura industrial; os padrões de água potável geralmente exigem 800-1000 mg/g; e para água purificada, água para injeção e água ultrapura de grau eletrônico, geralmente é necessário 1000-1200 mg/g.
6. Amaciante de Água (SF): Também conhecido como amaciante, usa resina de troca catiônica do tipo sódio- para remover íons de cálcio e magnésio da água, reduzindo a dureza da água.
Nota: Os amaciadores de água baseiam-se essencialmente na troca iónica, ao contrário de outros filtros mecânicos na fase de pré-tratamento que funcionam principalmente através de intercepção e adsorção. Portanto, a seleção do tanque requer consideração da vazão e velocidade, da relação de diâmetro [φ=√(4Q/π/v)] e, mais importante, determinar a quantidade apropriada de carga de resina e calcular um ciclo de regeneração razoável com base na dureza da água bruta.
Quando a água bruta é água da torneira municipal, a sua dureza é geralmente 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. Filtro-autolimpante (SCF): Este é um dispositivo de controle inteligente totalmente automático que usa uma tela de filtro para interceptar diretamente as impurezas na água, removendo sólidos suspensos e partículas, reduzindo a turbidez, purificando a qualidade da água e reduzindo incrustações, algas e corrosão do sistema. Purifica a água e protege o equipamento do sistema para operação normal.
8. Filtro de discos empilhados: também conhecido como filtro de disco ou filtro de placas empilhadas, é um tipo de filtro-autolimpante que usa um design modular (as unidades podem ser combinadas livremente) para reter sólidos suspensos através de canais formados entre os discos de filtro. Durante a retrolavagem, a água flui na direção oposta para remover os contaminantes. A unidade de filtro de um filtro de disco consiste em discos de filtro de plástico reforçado anulares empilhados, ranhurados ou com nervuras, geralmente rotulados como "2", "3" ou "4". Sua precisão de filtração é normalmente de 5-200μm.
Observação: no tratamento de água, os filtros de disco são frequentemente usados como pré-filtros em sistemas de ultrafiltração, com precisão de 50-100μm, funcionando de forma semelhante a um filtro de segurança.
9. Filtro de precisão: Geralmente usa um revestimento externo de aço inoxidável. Internamente, ele usa elementos filtrantes tubulares, como filtros PP derretidos-soprados, de fio-fiados, plissados, de titânio ou de carvão ativado. Diferentes elementos filtrantes são selecionados com base no meio de filtração e no processo de design para atingir a qualidade necessária da água do efluente.
Nota: A distinção entre filtração fina e microfiltração não é totalmente clara. A microfiltração, amplamente definida, tem uma precisão de filtração de aproximadamente 0,1-50 μm; a filtração estritamente definida (especificamente a filtração por membrana microporosa) tem uma precisão de aproximadamente 0,1-10 μm; enquanto a filtração fina tem uma faixa de precisão de aproximadamente 0,1-100/200 μm.
10. Filtro de segurança: como o nome sugere, quando um dispositivo de filtragem de nível de filtro de precisão-é usado para proteger outros equipamentos em um sistema como RO, sua função principal é a proteção, daí o nome "filtro de segurança".
11. Filtro de mangas: Também conhecido como filtro de mangas para tratamento de água, consiste em uma bolsa filtrante apoiada em uma cesta de malha metálica. O líquido entra pela entrada, é filtrado pela bolsa de filtro e sai pela saída. As impurezas ficam presas no saco do filtro e o filtro pode ser reutilizado após a substituição do saco do filtro. A precisão de filtração comum é de 1-100 μm, caindo na categoria de precisão, e é frequentemente usada como filtro de segurança.
12. Filtro de cartucho soprado-PP Melt: Um tipo de filtro de cartucho. Seu elemento filtrante principal é um cartucho fundido-de PP, um material de filtro tubular feito de polipropileno (PP) por meio de um processo fundido-de fusão. A precisão de filtração comum é de 0,5-100 μm, caindo na categoria de filtração fina e é frequentemente usada como filtro de segurança.
13. Filtro Mecânico: Um filtro que utiliza principalmente interceptação física mecânica e adsorção. Portanto, essencialmente, os filtros de pré-tratamento e os filtros de segurança mencionados acima, exceto os filtros amaciadores, pertencem todos à categoria de filtros mecânicos. No entanto, no campo do tratamento de água, "filtro mecânico" às vezes é usado para se referir especificamente a filtros de areia ou filtros multimídia (esta é uma expressão menos precisa).
14. Filtro de tubulação: composto principalmente por tubos de conexão, um cilindro, uma cesta de filtro, flanges, tampas de flange e fixadores, instalados em tubulações para remover impurezas sólidas maiores dos fluidos, protegendo equipamentos a jusante (bombas, instrumentos, etc.) e garantindo operação estável. Exemplos comuns incluem filtros de tubo tipo Y e filtros de cesta.
15. Misturador de canal: Um dispositivo que consegue a mistura uniforme de fluidos à medida que fluem através de um tubo usando um componente ou elemento de mistura específico. Em sistemas de tratamento de água, é comumente usado para conectar a tubulações ao adicionar vários agentes, como coagulantes, agentes redutores e inibidores de incrustações.
16. Microfiltração (MF): Também conhecida como filtração por membrana microporosa, é um processo de membrana que usa a diferença de pressão estática como força motriz e a ação de peneiramento de uma membrana de meio filtrante semelhante a uma peneira para separação. A precisão da filtração é de aproximadamente 0,1-10 μm. Retém principalmente colóides, sólidos suspensos e bactérias no soluto por meio de peneiramento. A pressão operacional é de aproximadamente 0,07-0,2 MPa.
17. Ultrafiltração (UF): Processo de separação por membrana com precisão de filtração entre microfiltração e nanofiltração, conduzido por pressão e baseado no princípio da peneiração. Sua precisão de filtração é de aproximadamente 0,002-0,1 μm (2-100 nm) e o ponto de corte de peso molecular (MWCO) é de aproximadamente 1.000-200.000 Daltons (Da). Ele pode remover com eficácia partículas, colóides, bactérias, pirogênios e matéria orgânica de alto peso molecular da água. A pressão operacional é de aproximadamente 0,1-0,3 MPa.
Nota: O tamanho dos poros das membranas de ultrafiltração usadas em sistemas de água ultrapura da indústria de semicondutores é de aproximadamente 0,005 μm e o MWCO é de aproximadamente 6.000 Da.
18. Nanofiltração (NF): A precisão da filtração está entre a ultrafiltração e a osmose reversa. É impulsionado-pela pressão e alcança principalmente a separação por meio de princípios como peneiramento, difusão de dissolução, repulsão de carga e efeito Donnan. Sua precisão de filtração é de aproximadamente 1-2 nm e o limite de peso molecular é de aproximadamente 200-1000 Daltons. Pode remover com eficácia íons secundários e multivalentes, várias substâncias com pesos moleculares superiores a 200 e remover parcialmente íons monovalentes e substâncias com pesos moleculares inferiores a 200. Consegue a separação seletiva entre íons de diferentes valências até certo ponto. A pressão operacional é de 0,3-0,6 MPa.
19. Osmose Reversa (RO): Impulsionada pela diferença de pressão, a pressão é aplicada à solução de alimentação no lado da alimentação. Quando a pressão excede sua pressão osmótica, o solvente permeará contra a direção osmótica natural, obtendo assim permeado no lado de baixa-pressão da membrana e concentrado no lado de alta-pressão. O princípio de funcionamento das membranas de osmose reversa é explicado principalmente por teorias como dissolução-difusão, adsorção preferencial-fluxo capilar e ligações de hidrogênio. Sua precisão de filtração é de aproximadamente 0,1-1 nm e o limite de peso molecular é de aproximadamente 100 Da. Ele remove com eficácia vários íons de sal inorgânicos e várias substâncias com pesos moleculares superiores a 100. A pressão operacional é de aproximadamente 0,7-7 MPa.
20. Membrana Cerâmica: Uma membrana assimétrica formada a partir de materiais cerâmicos inorgânicos por meio de um processo especial. Seu principal princípio de separação é a peneiração, com precisão de filtração de aproximadamente 0,001-1 μm (1-1000 nm). Ele remove efetivamente sólidos suspensos, colóides, microorganismos e macromoléculas da água, enquanto água, pequenas moléculas e íons de sal inorgânico podem passar normalmente.
Nota: Assim como a nanofiltração, a aplicação mercadológica de membranas cerâmicas ainda não está totalmente madura, mas a pesquisa é muito ativa e as aplicações práticas ainda são relativamente limitadas.
21. Eletrodiálise (ED): Uma combinação de processos eletroquímicos e de difusão de diálise. Impulsionado por um campo elétrico CC externo, ele utiliza a permeabilidade seletiva de membranas de troca iônica (membranas semi-permeáveis) (ou seja, cátions podem passar através de membranas de troca catiônica e ânions podem passar através de membranas de troca aniônica), fazendo com que cátions e ânions se movam em direção ao ânodo e ao cátodo, respectivamente.
22. Eletrodeionização (EDI): também conhecida como eletro-deionização ou eletrodiálise-em leito compactado, esse processo de tratamento de água combina eletrodiálise e tecnologias de troca iônica. Através da permeação seletiva de membranas de troca aniônica e catiônica e do efeito de troca iônica da resina, consegue-se migração iônica direcional e dessalinização profunda sob um campo elétrico DC, produzindo água com resistividade superior a 15 MΩ*cm.
Seu princípio envolve preencher o espaço da membrana da unidade de eletrodiálise com resina de troca iônica. Os íons H+ e OH- gerados pela ionização por hidrólise, juntamente com o campo elétrico, alcançam simultaneamente a migração iônica e a regeneração da resina. Isso elimina a necessidade de regeneração química ácido{4}}base, tornando-a mais ecologicamente correta e altamente automatizada.
23. Eletrodeionização Contínua (CEDI): Semelhante em estrutura básica e princípio de funcionamento ao EDI, a maior diferença reside no fato de a câmara de concentrado também ser preenchida com resina de troca iônica e se ocorrer uma descarga de água do eletrodo separada.
24. Leito aniônico: Um trocador de ânions, seu principal princípio de funcionamento é usar íons hidróxido em resina de troca aniônica para trocar outros ânions na água.
25. Leito catiônico: Um trocador de cátions, seu principal princípio de funcionamento é usar íons de hidrogênio ou sódio em resina de troca catiônica para trocar outros cátions na água. Dependendo dos produtos químicos utilizados para a regeneração da resina, ela pode ser dividida em tipo-de hidrogênio e tipo-de sódio; o último é o tipo comum de amaciante de água.
26. Desgaseificador: Também conhecido como torre de desgaseificação/removedor de carbono, é um dispositivo que remove dióxido de carbono livre da água usando desgaseificação de ar-forçado.
Nota: No campo de tratamento de água, geralmente é colocado após a troca catiônica (cenário 2B3T) ou equipamento de osmose reversa de primeiro-estágio (mais completo do que o ajuste de pH comum). Quando a concentração de HCO3 na água bruta é menor ou igual a 50mg/L, o CO2 residual ideal na água do produto após a desgaseificação pelo desgaseificador é menor ou igual a 5mg/L.
27. Dois-leitos, três{2}}torres (2B3T) / SC+DG+ (WA/SA): Este é um processo combinado que integra troca de cátions, desgaseificação e troca de ânions para remover efetivamente cátions e ânions da água. 2B representa dois leitos (leito de cátions e leito de ânions) e 3T representa três torres (dois leitos + torre de descarbonização).
Seu principal princípio de funcionamento é o seguinte: Leito catiônico: Utiliza resina de troca catiônica para adsorver cátions na água. O tipo de resina é SC (cátion de ácido forte, abreviado como cátion forte). Torre de descarbonatação: Utilizada para retirar CO2 (dióxido de carbono) da água, reduzindo a alcalinidade (HCO3-) através deste processo. Leito aniônico: Utiliza resina de troca aniônica para adsorver ânions na água. O tipo de resina é WA+SA (uma mistura de ânions fracos e fortes).
2B3T é um processo de dessalinização eficaz que antecede o RO e é amplamente utilizado em vários campos. Sua capacidade de dessalinização/qualidade da água do produto é comparável à de RO de{3}}estágio único e tem uma gama mais ampla de condições influentes de qualidade da água em comparação com sistemas de RO. Em processos de preparação de água ultrapura na indústria eletrônica, o 2B3T é retido porque seu leito de ânions apresenta eficiência de remoção superior para ânions específicos fracamente básicos (silício, boro) em comparação com o RO convencional.
28. Resina catiônica de ácido forte (SC): Esta é uma resina de troca iônica com grupos de ácido sulfônico (-SO3H) como grupos de troca. Sua sequência de troca iônica é Fe3H.
+> Al3+> Pb2+> Ca2+> Mg2+> K+> Na+>H+. Resinas amaciantes comuns (resinas de troca catiônica do tipo-de sódio) pertencem a esta 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: Em sistemas de água ultrapura, como os processos de dessalinização convencionais têm taxas de remoção de boro relativamente limitadas, muitas vezes são necessários processos adicionais de remoção de boro por troca iônica. Resinas de troca aniônica de base forte polidas ou resinas especiais de remoção de boro (UP7530# 760 RMB/L, CH-99# 450 RMB/L, etc.) são comumente usadas. Estas últimas são na sua maioria resinas quelantes de troca iónica macroporosas, pertencentes a resinas especiais, e os seus preços são geralmente muito mais elevados, mas os efeitos são muitas vezes mais significativos.
30. Resina catiônica de ácido fraco (WC): Esta é uma resina de troca iônica que usa grupos ácido carboxílico (-COOH), grupos fosfato (-PO2H2) e grupos fenólicos (-C6H5OH) como grupos de troca. A ordem de troca iônica é H+ > Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > Mg2+, K+ > Na+.
Nota: A seletividade iônica de resinas ácidas/básicas fracas depende principalmente do estado de valência do íon e do raio do íon hidratado, na ordem de: íons de valência mais alta > íons de valência mais baixa, íons de raio menor > íons de raio maior. No entanto, os íons H+ e OH- formam sistemas ácido/base conjugados com seus correspondentes grupos funcionais ácido fraco e base fraca, respectivamente, e são, portanto, preferencialmente adsorvidos. A ordem de troca de outros íons é consistente com a das resinas ácidas/básicas 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 ->citrato 3- > SO42- > tartarato 2- > oxalato 2- > PO43- > NO3- > Cl- > CH3COO- > HCO3-.
32. Leito Misto (MB): Este tipo de resina de troca iônica mistura resinas de troca catiônica e aniônica em uma proporção específica dentro do mesmo trocador iônico. Como os íons H+ e OH- que entram na água formam imediatamente moléculas de água com ionização muito baixa após a troca iônica mista, a reação de troca prossegue de forma muito completa.
Nota: Ao contrário do polimento de leitos mistos, os leitos mistos comuns podem ser regenerados continuamente. Portanto, embora geralmente não seja necessário que a salinidade do influente para um leito misto seja muito alta (a salinidade excessiva levará a uma regeneração excessivamente frequente), ele pode ser usado sozinho quando os requisitos de qualidade da água do produto não são elevados.
33. Leito móvel simulado (SMB): utiliza uma série de leitos de colunas de empacotamento-fixos, através dos quais o líquido de alimentação circula continuamente. Nesse processo, a resina de adsorção ou resina de troca iônica no leito fixo é utilizada para remover substâncias alvo, como impurezas, íons e pigmentos.
Nota: SMB e PMB apresentam diferenças significativas na definição. No entanto, quando o polimento de vários-estágios (tandem) é usado, o sistema de circulação PMB de vários-estágios forma um sistema SMB de fato. Portanto, em sistemas de água ultrapura, os termos SMB e PMB são frequentemente usados de forma intercambiável.
34. Leito Misto de Polimento (PMB): Também conhecido como leito misto descartável, é um dispositivo de purificação profunda ao final de um processo de tratamento de água. Ele usa uma resina de troca iônica mista não{2}}renovável (resina de troca catiônica do tipo H-e resina de troca aniônica do tipo OH-) para melhorar ainda mais a qualidade da água produzida, alcançando uma resistividade de 18,2 MΩ*cm e controlando indicadores como TOC e SiO2.
35. Desgaseificação por membrana (MDG): este é um dispositivo de separação de gás-líquido baseado na tecnologia de separação por membrana. Ele utiliza o princípio de difusão para remover gases dissolvidos (como dióxido de carbono, oxigênio e nitrogênio amoniacal) de líquidos. Sua tecnologia principal consiste no uso de uma estrutura de membrana de fibra oca para aumentar a área de contato do gás-líquido. A migração do gás para o exterior da membrana é impulsionada pelo vácuo ou pela diferença de pressão, alcançando uma desgaseificação altamente eficiente.
36. Esterilizador ultravioleta (UV): Um método físico que usa luz ultravioleta para destruir a estrutura molecular de DNA/RNA de microrganismos para obter a esterilização. Possui luz ultravioleta instantânea de alta-energia e forte poder de penetração. Seu princípio de esterilização envolve principalmente ácidos nucléicos que absorvem luz ultravioleta de comprimento de onda de 253,7 nm, causando função genética anormal e inativação permanente.
37. Removedor de TOC (TOC-UV): Um dispositivo que usa luz ultravioleta de alta-intensidade (luz ultravioleta de 185nm e 253,7nm trabalhando sinergicamente) para destruir a estrutura molecular do carbono orgânico total (TOC) na água, fazendo com que ele se decomponha em CO2 e H2O. Isso reduz efetivamente o conteúdo de matéria orgânica na água, melhora a pureza da água e é adequado para preparação de água ultrapura e cenários de tratamento de água de alta-exigência.
38. Apêndice:
Faixas de taxas de filtração recomendadas para equipamentos de filtração comuns:
Filtro de mídia raso: 10-40 m/h;
Filtro de-camada única: 8-10 m/h;
Filtro de-camada dupla: 10-14 m/h;
Filtro de-camada tripla: 18-20 m/h;
Filtro de carvão ativado: 8-20 m/h;
Amaciante: 15-30 m/h;
Cama-de ânions: 20-30 m/h;
Leito misto comum: 30-40 m/h ou 20-30 BV/h;
Polimento de leito misto: 40-60 m/h ou 30-40 BV/h.