Nella produzione industriale, l'acqua grezza (acqua di rubinetto o acque sotterranee) contiene spesso grandi quantità di ioni disciolti (come calcio, magnesio, sodio e cloruro). Questi ioni possono causare problemi significativi:
Per evitare questi problemi, molte industrie richiedono acqua deionizzata. L'acqua deionizzata rimuove gli ioni disciolti (ad esempio, sodio, calcio, magnesio, ferro) e altre impurità, portando a una maggiore purezza dell'acqua.
Esistono tre metodi principali per produrre acqua deionizzata: scambio ionico, osmosi inversa ed elettrodeionizzazione (EDI). Ogni metodo ha i suoi vantaggi ed è adatto a diverse applicazioni.
Metodo di scambio ionico
Il metodo di scambio ionico utilizza resine a scambio ionico per rimuovere gli ioni disciolti dall'acqua. La resina è composta da materiali a scambio cationico e anionico. Quando l'acqua passa attraverso il letto di resina, i cationi (ad esempio, sodio, calcio) vengono scambiati con ioni idrogeno e gli anioni (ad esempio, cloruro, solfato) vengono scambiati con ioni idrossido, producendo acqua deionizzata.
Metodo dell'osmosi inversa (RO)
L'osmosi inversa utilizza una membrana semipermeabile che consente alle molecole d'acqua di passare pur mantenendo ioni disciolti, microbi e particolati. Sotto pressione, l'acqua viene forzata attraverso la membrana e gli ioni e altri contaminanti vengono trattenuti dall'altra parte, producendo acqua deionizzata ad alta purezza.
Metodo di elettrodeionizzazione (EDI)
EDI combina osmosi inversa e scambio ionico, utilizzando campi elettrici per rimuovere gli ioni tramite membrane a scambio ionico. La resina viene continuamente rigenerata dalla corrente elettrica, eliminando la necessità di rigenerazione chimica. L'EDI viene tipicamente utilizzato in combinazione con l'osmosi inversa per produrre acqua ultrapura.
Ecco il confronto dei tre metodi di produzione di acqua deionizzata —Ion Exchange (IX), Reverse Osmosis (RO) ed Elettrodeionization (EDI)— in base a fattori come principio di funzionamento, sostanze rimosse, purezza dell'acqua, rigenerazione e manutenzione, consumo di energia e funzionamento, scenari applicativi e tasso di recupero dell'acqua.
| Criteri di confronto | Scambio ionico (IX) | Osmosi inversa (RO) | Elettrodeionizzazione (EDI) |
|---|---|---|---|
| Principio di funzionamento | Resine a scambio anionico e di Catione Scambio di ioni disciolti con H+ E OH- |
Membrane semipermeabili L'acqua viene spinta attraverso la pressione, separando ioni e contaminanti |
Combina lo scambio ionico con l'elettrodialisi Rigenera continuamente le resine sotto elettronica senza agenti chimici |
| Sostanze rimosse | Rimuove i cationi (ad esempio Na+, Ca2 +) E anioni (ad esempio Cl-, COSÌ42-). | Rimuove ioni, particelle, microrganismi e materia organica. | Rimuove quasi tutti gli ioni, con elevata purezza, può anche gestire tracce organiche e CO2. |
| Purezza dell'acqua | 1-10 μ S/cm, Adatto per esigenze di acqua di purezza inferiore. |
1-10 μ S/cm Limitato con RO monostadio. |
0, 1-0, 055 μS/cm Ideale per applicazioni di acqua ultra-pura. |
| Rigenerazione e manutenzione | Richiede una frequente rigenerazione chimica con acidi e basi, alto consumo chimico. | Richiede una pulizia periodica della membrana per prevenire incrostazioni e intasamenti. | Nessuna rigenerazione chimica necessaria; la resina viene continuamente rigenerata dal campo elettrico, bassa manutenzione. |
| Consumo energetico e funzionamento | Basso consumo energetico Operazione semplice, ma è richiesta la gestione chimica. |
Elevato consumo di energia dovuto ai requisiti di alta pressione Operazione più complessa. |
Consumo energetico moderato Altamente automatizzato Adatto per il funzionamento continuo. |
| Scenari di applicazione | Laboratori, industrie alimentari e delle bevande, prodotti farmaceutici, acqua industriale generale. | Trattamento delle acque su larga scala, applicazioni industriali (ad esempio, acqua di alimentazione della caldaia), acqua potabile. | Produzione di semiconduttori, prodotti farmaceutici, biotecnologie, acqua ultra-pura per i laboratori. |
| Tasso di recupero dell'acqua | Alto tasso di recupero In genere oltre 90% Uscita stabile. |
Tasso di recupero più basso Di solito 50%-75% |
Alto tasso di recupero, Spesso oltre 90% Combinato con RO, l'efficienza può superare 95%. |
L'acqua deionizzata è classificata in base alla sua conduttività e purezza, con diversi gradi adatti ad applicazioni specifiche. I livelli di qualità dell'acqua comunemente riconosciuti includono:
| Qualità dell'acqua | Conduttività | Aree di applicazione |
|---|---|---|
| Acqua deionizzata a bassa purezza | 1-10 μ S/cm | Operazioni di laboratorio, raffreddamento industriale, produzione di alimenti e bevande e processi in cui è necessaria una purezza moderata |
| Acqua deionizzata a media purezza | 0, 1-1 μ S/cm | Utilizzato nelle operazioni di laboratorio, nel raffreddamento industriale, nella produzione di alimenti e bevande e nei processi in cui è necessaria una purezza moderata |
| Acqua deionizzata ad alta purezza | Sotto 0,1 μ S/cm | Richiesto per la produzione di semiconduttori, la produzione farmaceutica (ad esempio, per iniezioni) e la pulizia del dispositivo ottico, dove è necessaria una qualità dell'acqua estremamente elevata. |
| Acqua ultrapura | 0,055 μ S/cm o inferiore, con resistività di 18,2 Ms· cm a 25°C | Essenziale per la fabbricazione di semiconduttori, industrie di energia nucleare, nanotecnologia, ingegneria genetica e analisi di laboratorio ad alta precisione. |
L'acqua deionizzata svolge un ruolo fondamentale in vari settori, che vanno dagli usi a bassa purezza come la pulizia industriale alle applicazioni ultrapure nella produzione di semiconduttori. Selezionando il metodo di produzione appropriato (come lo scambio ionico, l'osmosi inversa o l'elettrodeionizzazione), le industrie possono produrre il grado richiesto di acqua deionizzata per soddisfare esigenze specifiche. Con i progressi tecnologici, la produzione di acqua deionizzata continuerà a diventare più efficiente e rispettosa dell'ambiente, soddisfacendo le esigenze di diversi settori per l'acqua ad alta purezza.
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