Traitement de l'eau ultra pure
Le traitement de l'eau ultra-pure (UPW) est un processus sophistiqué conçu pour produire de l'eau avec des niveaux d'impuretés extrêmement bas, ce qui la rend adaptée aux applications industrielles, scientifiques et médicales les plus sensibles. Les systèmes UPW atteignent une pureté d'eau inégalée en éliminant les solides dissous, les composés organiques, les microbes et même les contaminants ioniques à l'état de traces. Des industries telles que les semi-conducteurs, les produits pharmaceutiques et la production d'énergie s'appuient sur l'UPW pour garantir l'excellence opérationnelle et répondre à des normes de qualité rigoureuses.
Les systèmes de traitement de l'eau ultra-pure continuent d'évoluer, intégrant des techniques de purification avancées et l'automatisation, à mesure que la demande de technologies plus précises et plus propres s'accroît. Ces systèmes ne se contentent pas de respecter les normes internationales en matière de pureté de l'eau, mais les dépassent souvent, ce qui favorise l'innovation et l'efficacité dans les processus critiques.
Applications du traitement de l'eau ultra-pure
- Fabrication de semi-conducteurs: Garantit une eau ultra-propre pour le lavage des plaquettes, la gravure et d'autres processus de précision.
- Industrie pharmaceutique: Fournit de l'eau stérile et non contaminée pour la formulation des médicaments et les solutions injectables.
- Production d'énergie: Production d'eau de haute pureté pour l'alimentation des chaudières afin de minimiser l'entartrage et la corrosion.
- Laboratoires: Fournit de l'eau pour les instruments d'analyse et les expériences de recherche, en garantissant la précision et la fiabilité.
- Applications médicales: Utilisé dans les machines de dialyse, les processus de stérilisation et le nettoyage des appareils médicaux.
- Aliments et boissons: Fournit de l'eau de haute pureté pour les processus de production sensibles, y compris la fabrication d'eau en bouteille et de lait maternisé.
Systèmes et technologies clés utilisés dans le traitement de l'eau ultra-pure

Osmose inverse
Élimine les sels dissous, les matières organiques et les contaminants particulaires en tant qu'étape principale de prétraitement.

Déionisation (DI)
Les résines échangeuses d'ions permettent d'éliminer les impuretés ioniques et d'atteindre des normes de conductivité élevées.

Électrodéionisation (EDI)
Combine l'échange d'ions et le courant électrique pour éliminer en continu les ions et régénérer les résines.

Ultrafiltration
Filtre les particules, les bactéries et les virus pour un meilleur contrôle microbien.
Avantages du traitement de l'eau ultra-pure
- Pureté inégalée: Fournit de l'eau avec des niveaux de conductivité aussi bas que 0,055 µS/cm, répondant ainsi aux normes les plus strictes.
- Fiabilité opérationnelle: Prévient l'entartrage, la corrosion et la contamination des systèmes sensibles.
- Conformité: Garantir le respect des normes de qualité internationales telles que ASTM, ISO et USP.
- Efficacité: Réduit les temps d'arrêt et améliore la productivité dans les environnements industriels et de recherche.
- Responsabilité environnementale: Des systèmes avancés minimisent le gaspillage d'eau et d'énergie, favorisant ainsi les pratiques durables.
Avancées technologiques dans le traitement de l'eau ultra-pure
- Systèmes intégrés: Les conceptions modulaires combinent plusieurs étapes de traitement, optimisant les performances et réduisant l'encombrement.
- Surveillance intelligente: Les capteurs en temps réel et l'intégration IoT permettent de suivre la qualité de l'eau et la performance du système.
- Technologies économes en énergie: Les membranes à faible consommation d'énergie et les processus de régénération réduisent les coûts d'exploitation.
- Automatisation et contrôle: Des systèmes de contrôle avancés garantissent une qualité constante et simplifient les opérations.
Défis et solutions dans le traitement de l'eau ultra-pure
- Entartrage et encrassement: Le prétraitement et l'entretien régulier permettent d'éviter les problèmes de dépôt dans les membranes et les résines.
- Croissance microbienne: La désinfection par UV et le nettoyage périodique réduisent les risques de biofilm.
- Coûts initiaux élevés: Les systèmes modulaires et évolutifs réduisent l'investissement initial pour les petites installations.
FAQ sur le traitement de l'eau ultra pure
Qu'est-ce que l'eau ultra-pure ?
Eau dont la contamination ionique, organique et particulaire est extrêmement faible et dont la résistivité est souvent supérieure à 18 MΩ-cm.
Comment l'eau ultra-pure est-elle utilisée dans les semi-conducteurs ?
Il nettoie les plaquettes et les outils, en veillant à ce qu'aucune impureté ne vienne perturber la précision de la fabrication.
Quelle est la maintenance requise pour les systèmes UPW ?
Le nettoyage régulier des membranes, la régénération des résines et les inspections du système sont essentiels pour maintenir les performances.
L'eau ultra-pure peut-elle être recyclée ?
Oui, les technologies de recyclage avancées permettent la réutilisation des eaux usées, réduisant ainsi la consommation d'eau et les déchets.
Quelles sont les normes de qualité des eaux usées urbaines ?
L'UPW doit répondre à des normes telles que ASTM D5127, ISO 3696 et USP pour des industries spécifiques.
À propos du traitement de l'eau Ultra Pure
L'eau ultra-pure L'eau ultra-pure (UPW) est une eau presque totalement exempte d'impuretés et qui ne contient théoriquement que des ions H+ et OH- en équilibre avec l'eau. et ne contient théoriquement que des ions H+ et OH- en équilibre avec des molécules de H2O. C'est pourquoi la conductivité électrique de l'eau ultrapure à 25°C est d'environ environ 0,055 µS/cm (résistance de 18,2 MΩ cm). Elle ne contient pas d'anions ou de cations, de matières organiques ou de micro-organismes. microorganismes. Grâce à ce niveau de pureté extrême, l'eau ultrapure ultrapure est indispensable dans de nombreuses applications sensibles, de l'analyse en l'analyse en laboratoire à la production de semi-conducteurs. Cependant, pour la même la même raison, puisqu'elle ne contient pas de minéraux dissous, c'est une eau extrêmement "gourmande". extrêmement "gourmand" solvant et dissout activement les ions des surfaces avec lesquelles il entre en contact ; il peut même extraire les électrolytes du corps humain. Elle peut même extraire les électrolytes du corps humain, ce qui la rend impropre à la consommation comme eau de boisson. Elle peut même extraire les électrolytes du corps humain, ce qui la rend dangereuse à consommer en tant qu'eau potable.
L'eau ultra-pure a une grande importance pour l'industrie. En particulier dans l'industrie de l'électronique et des semi-conducteurs , l'eau ultrapure est indispensable au fonctionnement irréprochable des circuits circuits dans la production de puces électroniques. Étant donné que la moindre contamination ionique ou peut entraîner des dysfonctionnements dans les circuits électroniques, les eaux de rinçage utilisées dans les processus de production doivent être de qualité supérieure, les eaux de rinçage utilisées dans les processus de production doivent être ultrapures. Dans les les secteurspharmaceutique et biotechnologique , Dans les secteurs pharmaceutique et biotechnologique, l'eau ultrapure est également requise pour la préparation des solutions d'injection et le nettoyage des équipements. d'injection et le nettoyage des équipements, et ne doit pas contenir de pyrogènes (endotoxines) ni de micro-organismes. (endotoxines) et de micro-organismes. Dans les centrales et les l'énergie secteur de l'énergie , il est essentiel que l'eau alimentant les chaudières à vapeur à haute pression soit extrêmement pure afin d'éviter la corrosion et la formation de dépôts. En outre, l'eau ultrapure est utilisée dans des domaines tels que l'industrie alimentaire. l 'eau ultrapure est utilisée dans des secteurs tels que la production la production d'aliments et de boissons et les laboratoires laboratoires de recherche pour garantir la qualité des produits et la sensibilité des analyses. Dans ce rapport, les processus de production d'eau ultrapure et les étapes de contrôle de qualité de contrôle de la qualité qui s'y rapportent ; les méthodes de mesure et les valeurs de mesure et les valeurs idéales des paramètres. dans différents secteurs et les tendances futures seront évaluées.
Processus de production d'eau Processus de production d'eau
Étant donné qu'il n'est pas possible d'obtenir de l'eau ultrapure avec un seul il n'est pas possible d'obtenir de l'eau ultrapure avec une seule technique de purification, l'eau brute est purifiée de toutes les impuretés impuretés indésirables en la faisant passer par une série d'étapes de purification consécutives. consécutives. En général, l'eau de source est d'abord soumise à une pré-filtration et à des étapes de conditionnement, puis déionisée à l'aide d'unités de filtration et de déionisation à membrane pressurisée. de filtration et de déionisation à membrane pressurisée. Dans les étapes finales, des processus avancés sont appliqués pour éliminer les substances organiques et microbiennes. procédés avancés sont appliqués pour éliminer les impuretés microbiologiques. Un système d'eau ultrapure typique comprend un processus en plusieurs étapes, tel que la filtration et la désionisation. comme la filtration , l'osmose osmose inverse , l'échange l'échange d'ions ou l'électrodéionisation , l'oxydation/désinfection (UV), oxydation/désinfection , dégazage , et l'ultrafiltration . Les principales étapes de ce processus et la fonction de chacune d'entre elles sont expliquées ci-dessous :
Prétraitement
L'eau brute L'eau brute (eau du réseau ou source similaire) est d'abord purifiée des des matières en suspension, des sédiments et du chlore libre. À cette fin, les particules présentes dans l'eau sont généralement retenues à l'aide de sable, les particules présentes dans l'eau sont généralement retenues à l'aide ou des filtres multimédias . Ensuite, le chlore, les désinfectants oxydants tels que la chloramine et les précurseurs de matières organiques présents dans l'eau sont éliminés. les précurseurs de matières organiques dans l'eau sont adsorbés en passant à travers un filtre à charbon actif. L'élimination du chlore est essentielle pour d'éviter que les étapes suivantes de la membrane (en particulier l'osmose inverse) ne soient endommagées par le chlore. d'être endommagées par le chlore. En fonction de la dureté de l'eau brute l'eau brute, l'adoucissement (adoucissement de l'eau avec des résines échangeuses d'ions) peut également être ajouté à l'étape de prétraitement pour réduire le risque d'entartrage (accumulation de calcaire) dans l'osmose inverse. (accumulation de calcaire) dans les membranes d'osmose inverse. En effet, dans la section de prétraitement section de prétraitement d'une usine d'eau ultrapure à grande échelle, l'eau est l'eau passe généralement à travers un filtre à double couche (multimédia), puis à travers un filtre à charbon actif et enfin à travers une membrane d'osmose inverse. à travers un filtre à charbon actif et enfin à travers une unité d'adoucissement cationique. cationique ; de cette manière, les sédiments et la dureté qui peuvent obstruer les membranes d'osmose inverse. Bien que le prétraitement puisse peut comprendre différentes étapes en fonction de la qualité de l'eau de source, l'objectif principal est de réduire la charge et de prolonger la durée de vie des des unités de traitement avancé.
Osmose inversée Osmose inverse (RO)
L'eau prétraitée L'eau prétraitée est acheminée vers les membranes d'osmose inverse sous haute pression. les membranes d'osmose inverse sous haute pression . L'osmose inverse est un processus qui élimine la plupart des sels dissous, des matières organiques et des particules en faisant passer l'eau à travers une membrane. dissous, les matières organiques et les particules en faisant passer l'eau à travers une membrane semi-perméable. Au cours de cette étape, les molécules d'eau traversent la membrane tandis que les ions dissous et les autres impuretés sont éliminés sous forme de flux concentré. sont éliminés sous la forme d'un flux concentré. Alors qu'un système d'osmose inverse à un seul stade élimine généralement 95 à 99 % des ions dissous, les systèmes d'OI à deux étapes (double passage) sont souvent utilisés pour obtenir de l'eau ultrapure. ultrapure. Avec l'unité d'osmose inverse à deux étapes, presque tous les ions, le carbone organique et les matières colloïdales présents dans l'eau peuvent être éliminés, et les matières colloïdales présentes dans l'eau peuvent être éliminés de l'eau de 99-99.99%. Par exemple, dans une application, la conductivité de l'eau après l'OI à deux étapes peut être inférieure à celle de l'eau à deux niveaux. l'eau après une OI à deux étapes peut être réduite à moins de 1 µS/cm, souvent même à 0,1 µS/cm. L'effluent de l'OI est généralement acheminé vers un réservoir intermédiaire où l'eau est stockée pour fournir à la fois une d'alimentation continue et un flux équilibré pour les processus en aval.
Déionisation (échange d'ions)
Bien que Bien que la conductivité de l'eau sortant de l'osmose inverse soit fortement réduite, afin d'atteindre les niveaux définis comme de l'eau (18 MΩ cm), les traces d'ions dans l'eau doivent également être éliminées. La méthode classique consiste à utiliser des colonnes de résine à lit mixte fonctionnant selon le principe de l principe de l'échange d'ions sont utilisées. Ce procédé consiste en des colonnes où une résine échangeuse de cations fortement acide et une résine échangeuse de cations fortement basique sont utilisées. une résine échangeuse de cations fortement acide et une résine échangeuse d'anions fortement basique. basique forte. Alors que l'eau à faible conductivité provenant de l'unité RO passe à travers la résineéchangeuse d'ions à litmixte d'échange d'ions les ions positifs résiduels dans l'eau (par ex. Na+, Ca2+) sont retenus par la résine cationique et remplacés par des ions anioniques, Ca2+) sont retenus par la résine cationique et remplacés par des ions H+ ; tandis que les ions négatifs (par exemple Cl-, SO42-) sont retenus par la résine anionique et remplacés par des OH-. De cette manière, H+ et OH- se combinent pour former de l'eau et les impuretés ioniques de l'eau restent dans les résines. Pour d'obtenir une grande pureté, plusieurs colonnes à lits mixtes sont généralement plusieurs colonnes à lit mixte sont généralement utilisées en série, ou une régénération externe périodique permet d'obtenir une performance totale. périodiques. Avec la méthode d'échange d'ions, la conductivité est très proche de la limite théorique de conductivité de l'eau. de la limite théorique de conductivité de l'eau, ~0,055 µS/cm, peut être peut être atteinte. Toutefois, cette méthode exige que les résines soient régénérées à l'aide de produits chimiques tels que l'acide et la soude caustique. avec des produits chimiques tels que l'acide et la soude caustique lorsque leur capacité est pleine. Le processus de régénération chimique est laborieux et désavantageux pour l'environnement, car il nécessite à la fois de l'acide et de la soude caustique. désavantageux pour l'environnement, car il nécessite à la fois de la main-d'œuvre et la neutralisation des déchets. C'est pourquoi les unités d'échange d'ions classiques sont aujourd'hui largement remplacées par des unités d'électro-ionisation fonctionnant en continu. largement remplacées par des unités d'électrodéionisation fonctionnant en continu (ou dans certains systèmes, les deux techniques sont utilisées conjointement). dans certains systèmes, les deux techniques sont utilisées conjointement pour obtenir une pureté et une flexibilité opérationnelle maximales).
Électrodéionisation (EDI)
Électrodéionisation L'électrodéionisation, l'une L'électrodéionisation, l'une des étapes du traitement avancé, est un processus qui combine les techniques d'échange d'échange d'ions et d'électrodialyse pour éliminer en continu les ions de l'eau à l'aide d'un champ électrique. de l'eau à l'aide d'un champ électrique. Les unités d'EDI sont constituées de de cellules remplies de résine échangeuse d'ions en lit mixte et de membranes sélectives d'échange d'ions et de membranes sélectives perméables aux ions adjacentes à ces cellules. Un courant continu est L'eau qui traverse le lit de résine est soumise à un courant continu qui attire les anions vers l'anode et les cations vers la cathode. vers l'anode et les cations vers la cathode. Lorsque les ions quittent le lit de résine, ils traversent la membrane jusqu'à la chambre d'écoulement concentré adjacente et sont ainsi éliminés de l'eau. adjacente et sont ainsi éliminés de l'eau produite. de l'eau. Comme la résine est continuellement renouvelée par l'électricité dans ce processus, aucun régénérateur chimique n'est nécessaire. ce processus, aucun régénérateur chimique n'est nécessaire comme dans les systèmes classiques. classiques. L'EDI est généralement intégré à la sortie de l'osmose inverse et produit une eau de qualité équivalente à la déionisation en lit mixte. déionisation à lit mélangé. Un système EDI bien conçu peut réduire les impuretés ioniques à des niveaux de conductivité <0,1 µS/cm et même les espèces faiblement ionisées telles que la silice sont réduites à des niveaux de l'ordre du ppb. silice sont réduites à des niveaux de l'ordre du ppb. Un autre avantage des unités EDI est qu'elles peuvent fonctionner en continu et qu'il n'y a pas de fluctuation de la qualité de l'eau lors d'un arrêt ou d'une régénération. qualité de l'eau pendant les périodes d'arrêt-démarrage ou de régénération. Cela permet de garantir de l'eau de haute pureté, tout en éliminant la consommation répétitive de produits chimiques et la production de déchets. la consommation répétitive de produits chimiques et la production de déchets. La technologie EDI est largement répandue dans la production d'eau de grande pureté depuis les années 1980 et a remplacé les échangeurs d'ions traditionnels dans de nombreuses dans de nombreuses applications aujourd'hui.
Un système intégré de traitement de l'eau ultrapure Système intégré de traitement de l'eau ultrapure composé d'unités d'osmose d'osmose inverse et d'unités EDI. Membranes d'osmose inverse dans des corps cylindriques cylindriques en acier inoxydable à gauche, et modules d'électrodéionisation continue et et le panneau de commande à droite. Ces types de systèmes compacts peuvent produire en continu de l'eau avec une résistance de 18 MΩ cm en en faisant passer séquentiellement l'eau d'alimentation à travers l'OI et l'EDI sans avoir besoin de de régénération chimique.
UV Oxydation et désinfection
Les rayons ultraviolets (UV) sont utilisés pour purifier l'eau des micro-organismes et des contaminants organiques résiduels. organiques résiduels. Les lampes UV d'une longueur d'onde de 254 nm sont généralement utilisées à des fins de désinfection dans les systèmes d'eau ultrapure ; Cette lumière UV perturbe les structures de l'ADN des bactéries et autres microorganismes et empêche leur reproduction. En outre, les lampes UV de 185 nm 185 nm sont également couramment utilisées pour réduire les niveaux de carbone organique total (COT). organique total (COT) . Les photons UV à haute énergie d'une longueur d'onde de 185 nm créent de l'ozone dans l'eau. dans l'eau, produisent des radicaux hydroxyles, oxydent les molécules organiques dans l'eau et les transforment en CO2 et en eau. dans l'eau et les convertissent en CO2 et en eau. Ainsi, la teneur en COT dans l'eau peut être réduite à des niveaux de l'ordre du ppb. Dans de nombreux systèmes d'eau ultrapure, l'eau l'eau est soumise à l'ozonation ou à l'oxydation avec des UV de 185 nm, puis à la désinfection et à l'élimination de l'ozone avec un suivie d'une désinfection et d'une élimination de l'ozone avec des UV de 254 nm. Par exemple, en l'ajout d'un réservoir de réaction pour l'ozonation et les UV après l'osmose inverse à deux étapes, une étape où la matière organique résiduelle dans l'eau est oxydée et où les organique résiduelle dans l'eau est oxydée et les micro-organismes sont tués. Après cette étape, l'excès d'ozone dans l'eau est décomposé. l'ozone en excès dans l'eau est décomposé par un second UV et les ions en excès sont retenus dans la résine/ED suivante. sont retenus dans l'étape suivante de la résine/EDI. Grâce à ces étapes UV, la valeur du COT de l'eau ultrapure est réduite à des niveaux très bas de 5-10 ppb et le risque de contamination biologique est minimisé.
Degasification
Les gaz dissous Les gaz dissous dans l'eau peuvent affecter la valeur de la conductivité dans les systèmes d'eau ultrapure et sont indésirables en termes de corrosion et d'usure. et sont indésirables en termes de corrosion et de croissance microbiologique. de corrosion et de croissance microbiologique. Le dioxyde de carbone (CO2) et l'oxygène (O2) sont deux gaz importants à cet égard. sont deux gaz importants à cet égard. Lorsque le CO2 se dissout dans l'eau, il forme de l'acide carbonique, ce qui augmente la conductivité de l'eau et diminue son pH. Il peut également réduire la capacité des résines anioniques. L'O2 peut accélérer la formation de biofilms dans les systèmes d'eau pure et déclencher la corrosion dans certains systèmes à haute température. corrosion dans certains systèmes à haute température (par exemple dans les centrales électriques). C'est pourquoi une unité de dégazage de dégazage se trouve généralement après l'OI et l'EDI dans la production d'eau ultrapure. La méthode la plus courante est le dégazeur sous vide. La méthode la plus courante est le dégazeur sous vide : L'eau s'écoule dans un film mince sous faible pression, tandis que les gaz situés au-dessus sont retirés de l'environnement l'environnement par le vide. Les dégazeurs à membrane dégazeurs à membrane dans ces contacteurs à membrane hydrophobe, l'eau s'écoule d'un côté d'une d'un côté d'une membrane en fibres microporeuses, tandis que le vide ou un gaz de balayage (gaz inerte tel que l'azote) passe à travers la membrane. (gaz inerte tel que l'azote) passe de l'autre côté. Tandis que la membrane retient l'eau, le gaz dissous passe de l'autre côté. membrane retient l'eau, les gaz dissous passent du côté du vide et sont séparés de l'eau. et sont séparés de l'eau. Grâce à cette technique, les niveaux de CO2 et d'O2 dans l'eau peuvent être réduits à des valeurs très faibles (ppb). En fait, dans une usine d'eau ultrapure industrielle, un désaérateur sous vide peut être utilisé après l'osmose inverse pour réduire les concentrations de CO2 et d'O2 dans l'eau. après l'OI pour réduire les concentrations de CO2 et d'O2 à <10 ppb chacune. Ensuite, dans l'anneau de distribution, les derniers gaz à l'état de traces sont éliminés à l'aide de désaérateurs à membrane, afin que l'eau reste aussi exempte de gaz que possible. l'eau reste aussi exempte de gaz que possible. L'élimination des gaz est une étape critique qui permet à l'eau ultrapure de conserver une résistance élevée et de prévenir la corrosion dans les installations. à maintenir une résistance élevée et à prévenir la corrosion dans le système.
Ultrafiltration et filtration finale
La sortie finale d'un système d'eau ultrapure La sortie finale d'un système d'eau ultrapure contient généralement des filtres d'ultrafiltration. unités d'ultrafiltration (UF) ou des filtres finaux pour capturer les plus petites particules et les micro-organismes susceptibles d'être piégés dans l'eau. être piégés dans l'eau . L'ultrafiltration est généralement constituée de membranes en fibres dont le diamètre des pores est compris entre 0,01 et 0,1 µm. de 0,01 à 0,1 µm et peut piéger la silice colloïdale, les endotoxines (pyrogènes) et les bactéries susceptibles d'être piégées dans l'eau. (pyrogènes) et les bactéries qui peuvent être piégées dans l'eau. Puisque l'élimination des particules supérieures à 50 nm (0,05 µm) est critique, l'industrie des semi-conducteurs, le nombre de particules de l'eau est contrôlé par l'eau est contrôlée par l'utilisation d'ultrafiltres d'un diamètre de coupure de 0,05 µm avant la sortie finale. avant la sortie finale. Dans un système bien conçu, l'eau Dans un système bien conçu, l'eau après l'UF sera exempte de particules d'une taille >0,05 µm, avec moins de 1 par millilitre. De même, les membranes d'UF peuvent être utilisées pour éliminer les endotoxines dans les systèmes d'eau ultrapure pharmaceutiques (tels que l'eau pour injection). l'eau pour injection). Des filtres absolus de 0,2 µm sont également souvent utilisés après l'unité d'ultrafiltration et au point d'utilisation. Dans cette étape finale, l'eau est circulée en continu. étape, l'eau circule en continu dans la boucle de distribution , de distribution, ce qui permet d'éviter les zones stagnantes dans les canalisations, de maintenir la qualité de l'eau et d'empêcher la formation de biofilms. qualité de l'eau et empêche la formation de biofilms. Dans la boucle de distribution finale de distribution, une petite cartouche de résine à lit mixte de faible perméabilité (polisseur non régénérable) et, si nécessaire, une lampe UV finale peuvent être positionnées pour maintenir la qualité de l'eau. pour maintenir la qualité de l'eau. À la sortie finale du système, l'eau résiduelle est surveillée en permanence. système, l'eau résiduelle est contrôlée en permanence pour des paramètres tels que la résistivité (conductivité) et la résistance à l'eau. tels que la résistivité (conductivité), le COT, le nombre de particules, la concentration en silice et est acheminée vers les points d'utilisation.
Généralités Vue de l'électrodéionisation (EDI) et des unités de purification connexes dans une usine d'eau ultrapure à grande échelle. station d'eau ultrapure à grande échelle. Dans ces systèmes, les modules EDI (unités au premier plan) déionisent en continu l'eau qui a subi une osmose inverse. À l'arrière-plan, on peut voir des unités modulaires EDI avec des tuyaux et des pompes. pompes. L'EDI est largement utilisé dans des domaines tels que l'industrie des semi-conducteurs et de l'énergie en raison de son fonctionnement continu et de l'absence de régénérateurs chimiques. et de l'absence de régénérateurs chimiques.
Paramètres à mesurer à mesurer
Les Les principaux paramètres qui définissent la qualité de l'eau ultrapure et les méthodes de contrôle sont énumérées ci-dessous. Le contrôle continu de ces de ces paramètres est essentiel pour vérifier que l'eau conserve la pureté la pureté souhaitée et pour intervenir rapidement en cas de contamination. contamination :
Conductivité (Résistance) : Il s'agit de l'indicateur le plus fondamental du niveau d'impuretés ioniques dans l'eau ultrapure. l'eau ultrapure. L'eau pure ayant une très faible conductivité (résistance électrique élevée), des sondes de conductivité spéciales à haute sensibilité peuvent être utilisées pour mesurer la conductivité. résistance électrique élevée), des sondes de conductivité spéciales à haute sensibilité sont utilisées pour effectuer les mesures. Les conductimètres sont généralement des capteurs à 2 électrodes ou inductifs. inductives qui peuvent mesurer 0,1 µS/cm et moins. Comme la température de l'eau la température de l'eau influe sur la conductivité, les appareils des relevés compensés en fonction de la température sur la base de 25°C. La conductivité conductivité idéale de l'eau ultrapure est ~0,055 µS/cm (18,2 MΩ cm), qui est la limite théorique de l'eau pure. pure. La mesure de la conductivité est utilisée en permanence pour contrôler la qualité de l'eau entrant et sortant du système. la qualité de l'eau entrant et sortant du système en temps réel et pour surveiller la performance des résines/RO.
Substance dissoute totale (TDS) Dissolved Substance (TDS) : Il exprime la quantité totale de substance ionique contenue dans l'eau en mg/L (ppm). La valeur du TDS dans l'eau ultra-pure est négligeable (généralement <0,1 ppm). Bien que sa mesure directe soit effectuée par la méthode de séchage gravimétrique , dans la pratique, le TDS est en le calculant à partir de la valeur de la conductivité. Par exemple, dans les appareils de laboratoire, une conductivité de 0,055 µS/cm correspond à ~0 ppm de TDS. La valeur TDS pour l'eau ultra-pure devrait idéalement être de 0 ppm ; une augmentation de la conductivité de l'eau indique que le TDS augmente. Par conséquent, le TDS n'est pas contrôlé en tant que paramètre séparé, mais en tant que dérivé du TDS. comme un paramètre distinct, mais comme un dérivé de la conductivité.
pH : Bien que la valeur du pH de l'eau ultrapure soit théoriquement neutre à 7,0, c'est l'un des paramètres les plus difficiles à mesurer en laboratoire. 7,0, c'est l'un des paramètres les plus difficiles à mesurer en pratique. difficile à mesurer en pratique. L'eau n'ayant pas de pouvoir tampon, elle absorbe immédiatement le CO2 de l'atmosphère, formant de l'acide carbonique et abaissant le pH. CO2 de l'atmosphère, formant de l'acide carbonique et abaissant le pH. C'est pourquoi le pH de l'eau ultrapure fraîchement distribuée peut présenter une valeur comprise entre 5 et 8. n'importe quelle valeur entre 5 et 8. Les appareils de mesure du pH peuvent donner des résultats instables dans l'eau ultrapure ; c'est pourquoi le pH n'est généralement pas considéré un indicateur critique pour le contrôle de la qualité de l'eau ultrapure. Toutefois, lorsque la mesure du pH est nécessaire, des appareils plus stables peuvent être utilisés, lorsque la mesure du pH est nécessaire, des valeurs plus stables peuvent être obtenues en utilisant une électrode pH spéciale pour eau pure (adaptée à une faible force ionique) et en ajoutant un sel neutre tel qu'une solution d'eau de mer. ionique faible) et en ajoutant un sel neutre tel que le chlorure de potassium à la cellule de mesure. cellule de mesure. Étant donné que le pH de l'eau ultrapure chute à environ 5,6 au contact de l'air, la mesure d'un pH légèrement plus acide que neutre ne signifie pas que l'eau est sale ; ce qui est important, ce sont les indicateurs tels que la conductivité et le COT. indicateurs tels que la conductivité et le COT.
Carbone organique total Carbone organique total (COT ) : Il s'agit d'une mesure totale de la pollution de l'eau par les matières organiques. La quantité de carbone organique dans l'eau ultrapure doit être très faible (de l'ordre de La quantité de carbone organique dans l'eau ultrapure doit être très faible (à des niveaux de ppb) car les résidus organiques peuvent causer des problèmes, en particulier dans les industries des semi-conducteurs et des produits pharmaceutiques, et peuvent être une source de pollution pour l'environnement. dans les industries des semi-conducteurs et des produits pharmaceutiques, et peuvent être une source de nutriments pour les bactéries. source de nutriments pour les bactéries. La mesure du COT est effectuée avec d'analyseurs spéciaux : En général, le carbone organique de l'échantillon est converti en CO2 à l'aide de rayons UV et/ou d'oxydants chimiques et calculé en fonction de la quantité de CO2 libérée. et calculé en fonction de la quantité de CO2 libérée. À cette fin, l'analyseur NDIR (infrarouge) ou des méthodes de mesure de la différence de conductivité. Les analyseurs de COT Les analyseurs de COT pour l'eau ultra-pure sont suffisamment sensibles pour effectuer des mesures dans des gammes très basses, telles que 1-5 ppb. très faibles, tels que 1-5 ppb. Par exemple, dans les systèmes d'eau pharmaceutiques, le COT doit être inférieur à 500 ppb selon l'USP. production de semi-conducteurs, le COT < 5-10 ppb . La surveillance continue des niveaux de COT est importante pour maintenir la contamination organique sous contrôle. organique sous contrôle. Grâce aux analyseurs de COT modernes en ligne, ces faibles niveaux sont contrôlés en temps réel, ces faibles niveaux sont contrôlés en temps réel et la performance des des composants tels que l'unité d'oxydation UV est examinée lorsqu'une augmentation est détectée.
Température : La température de l'eau est importante pour l'efficacité des processus d'épuration et la mesure d'autres paramètres de qualité. Comme les valeurs telles que la conductivité et le pH sont sensibles à la température, la température de l'eau est surveillée à l'aide d'un thermomètre. température, la température de l'eau est contrôlée à l'aide de des capteurs de température dans les systèmes d'eau ultrapure et une La correction de la température est appliquée aux mesures. L'eau ultra-pure est généralement distribuée à ~20-25°C ; des températures plus élevées ne sont pas préférables Les températures plus élevées ne sont pas préférables car elles peuvent accélérer la croissance biologique. Les capteurs de température sont également utilisées pour contrôler les réacteurs UV ou les processus de désinfection chauffés. Bien que la plage idéale puisse varier en fonction de la conception du système, il est courant de maintenir la température de l'eau constante autour d'un point de rosée. la conception du système, il est courant de maintenir la température de l'eau constante autour de la température ambiante. température ambiante.
Microbiologique Contamination (nombre de bactéries) : Étant donné que l'eau ultrapure ne contient pas de nutriments et qu'elle est exempte de désinfectants, les micro-organismes peuvent se reproduire lorsqu'ils trouvent des conditions adéquates. Par conséquent, la pureté microbiologique de l'eau est un paramètre critique. Traditionnellement, un échantillon est prélevé pour mesurer le niveau de bactéries. de bactéries, incubé dans le milieu, et un comptage des colonies (UFC/ml) est effectué. est effectuée. En outre, des méthodes rapides telles que les tests de bioluminescence ATP ou la microscopie à épifluorescence microscopie à épifluorescence peuvent être utilisées. Dans les installations modernes d'eau ultrapure, l'objectif est de garantir qu'aucune bactérie formant une colonie ne soit détectée dans l'eau. aucune bactérie formant une colonie n'est détectée dans l'eau pendant grâce à la conception du système et à la désinfection . Par exemple, dans les eaux pharmaceutiques, la limite est généralement <10 CFU/100 ml ; dans l'industrie des semi-conducteurs, des objectifs beaucoup plus stricts, tels que <1 CFU/1000 ml, sont fixés. dans l'industrie des semi-conducteurs, des objectifs beaucoup plus stricts tels que <1 CFU/1000 ml sont en question. Désinfection par UV, ozonisation l'ozonisation et la désinfection régulière à l'eau chaude/chimique sont appliquées pour la croissance bactérienne sous contrôle. La qualité microbienne de l'eau de l'eau doit être surveillée en permanence et le système doit être désinfecté immédiatement si une augmentation est observée.
Silice (SiO₂) : La teneur en silice de l'eau est un paramètre important, en particulier pour les secteurs de l'électronique et de l'énergie. dans l'eau est un paramètre important. La silice peut être entraînée avec la dans les circuits de vapeur et se déposer sur les pales des turbines ou laisser des sur les pales des turbines ou laisser des résidus indésirables sur les surfaces des puces semi-conductrices. Par conséquent, la la concentration de silice dissoute dans l'eau ultrapure est généralement maintenue à <1-2 ppb. La mesure de la silice se fait par analyse colorimétrique sensible (méthode au molybdate) ou par des techniques instrumentales telles que l'ICP-MS. ICP-MS. Les unités EDI sont également efficaces pour l'élimination de la silice. éliminent en continu les ions silicates à l'aide de résines anioniques fortement basiques et de champs électriques, réduisant ainsi le taux de silice dans l'eau. résines anioniques basiques et de champs électriques, réduisant ainsi le niveau de silice dans l'eau à des traces. à l'état de traces. Dans les systèmes d'eau ultrapure de qualité électronique, ce paramètre est également contrôlé en temps réel par le biais d'un système de gestion de l'eau. ce paramètre est également contrôlé en temps réel par des mesures en ligne avec des capteurs de silice.
Particules Nombre et taille des particules : Les particules submicroniques dans l'eau sont un facteur critique, en particulier dans la fabrication de semi-conducteurs. fabrication de semi-conducteurs, car même une particule nanoscopique nanoscopique se déposant sur la surface de la plaquette peut provoquer un défaut dans le circuit. C'est pourquoi l'eau ultrapure doit avoir une très faible charge en particules. Les compteurs de particules au laser sont utilisés pour contrôler les niveaux de particules, par exemple, les compteurs en ligne mesurent le nombre de particules par millilitre d'eau pour des particules de 0,05 µm. d'eau pour les particules de 0,05 µm et plus. Dans une installation de semi-conducteurs de semi-conducteurs, le nombre de particules est <1 particule/mL pour les particules >0,05 µm . Si le nombre de particules commence à augmenter, l'intégrité des filtres ou une éventuelle contamination dans le système (p. ex. l'intégrité des filtres ou une éventuelle contamination du système (par exemple, rupture de la résine, rupture du biofilm) est vérifiée, rupture de la résine, rupture du biofilm) est vérifiée. La numération des particules est donc utilisée comme indicateur de performance des unités de filtration et de vérification de la propreté de l'eau.
pour pour tous les paramètres ci-dessus sont résumés dans le tableau 1. Dans les Dans les systèmes d'eau ultrapure, ces valeurs sont ciblées et tout écart par rapport à ces valeurs est immédiatement examiné, car il peut indiquer un problème. tout écart par rapport à ces valeurs fait l'objet d'une enquête immédiate, car il peut indiquer un problème problème de performance du système.
Paramètres |
Idéal Valeur |
Notes |
Conductivité (25°C) |
~0.055 µS/cm (18,2 MΩ cm) |
Limite théorique limite de l'eau pure
|
Carbone organique total Carbone organique (COT) |
< 5 ppb |
Pour semi-conducteurs ; eau pharmaceutique : <500 ppb |
Nombre de de bactéries |
< 1 UFC/100 ml (idéal 0) |
En continu Une désinfection continue aux UV et à l'ozone est nécessaire |
Silice (SiO₂) |
< 1 ppb |
Critique pour les semi-conducteurs et l'énergie (turbine) |
Particules (>0,05 µm) |
< 1 unité/mL |
Typique cible pour la fabrication de semi-conducteurs
|
pH |
7.0 ± 1 (mesuré) |
Observable entre 5 et 8 en raison de l'absorption du CO₂ |
Chaleur |
~20-25 °C |
La température La température augmente la croissance microbienne |
TDS |
~0mg/L |
Calculé à partir de la conductivité (absence d'ions) |
Tableau 1. Principaux paramètres de qualité et valeurs idéales typiques pour l'eau ultrapure ultrapure.
La qualité Processus de contrôle
Les systèmes d'eau Les systèmes d'eau ultra-pure disposent d'une infrastructure et de contrôle de la qualité pour assurer la continuité de la qualité de l'eau et intervenir en cas de problème. pour assurer la continuité de la qualité de l'eau et intervenir en cas de d'écart. La plupart des paramètres susmentionnés de l'eau produite sont contrôlés en temps réel à l'aide de capteurs en ligne et de systèmes intégrés de contrôle de la qualité. sont surveillés en temps réel par des capteurs en ligne et intégrés au dans le système de contrôle du processus. Les principales méthodes de contrôle de la qualité appliquées dans ces systèmes sont expliquées ci-dessous :
Continu Surveillance continue et capteurs : Instruments tels que la conductivité, la température, le pH, la pression, le débit et le niveau du réservoir sont placés à différents endroits dans les systèmes d'eau ultrapure. En particulier, il y a un capteur de conductivité à la sortie de chaque En particulier, un capteur de conductivité est placé à la sortie de chaque étape critique du traitement : Par exemple, la conductivité est mesurée à la sortie de l'osmoseur et de l'échangeur d'ions. par exemple, la conductivité est mesurée à la sortie de l'OI et à la sortie de l'EDI/échangeur d'ions afin de surveiller les performances de ces unités. de ces unités. De même, des contrôleurs d'intensité lumineuse de la lampe UV peuvent être placés pour surveiller l'efficacité de la lampe UV. de la lampe UV peuvent être placés pour contrôler l'efficacité de l'unité de désinfection UV ou des points d'échantillonnage peuvent être placés immédiatement après l'eau pour la microbiens. Les analyseurs de COT effectuent généralement des mesures en continu à l'étape finale ou dans les conduites de distribution afin de vérifier les niveaux de matières organiques. finale ou dans les conduites de distribution pour vérifier les niveaux de matière organique. Des compteurs de particules sont également intégrés à la ligne de distribution dans les usines de semi-conducteurs afin de compter en continu les particules de matière organique. dans les usines de semi-conducteurs pour compter en continu les particules de 50 nm et plus dans l'eau. dans l'eau. Les analyseurs en ligne peuvent également être utilisés pour des paramètres spécifiques tels que la silice et l'eau dissoute. paramètres spécifiques tels que la silice et l'oxygène dissous. Les données de tous ces capteurs sont transmises à un système de contrôlecentral SCADA/DCS central. central.
Données Analyse et retour d'information : Les données données collectées en temps réel sont constamment comparées aux valeurs limites spécifiées. Si l'un des paramètres de qualité commence à sortir de la fourchette cible, le système émet une alarme et des mesures automatiques/manuelles sont prises. de la fourchette cible, le système émet une alarme et les mécanismes d'intervention automatiques/manuels sont activés. Par exemple, si la conductivité à la sortie de l'EDI commence à augmenter, cela peut indiquer que la résine est saturée ou qu'il y a un problème avec la membrane. Le système avertit l'opérateur de l'alarme et, le cas échéant, cette partie de l'eau est l'opérateur et, si nécessaire, cette partie de l'eau sera renvoyée dans le système et pas livrée au point d'utilisation. De même, si le COT ou le nombre de particules augmente, le système de contrôle avertit l'opérateur d'une possible contamination organique ou d'une défaillance du filtre. l'opérateur d'une possible contamination organique ou d'une défaillance du filtre. Dans les Dans les systèmes avancés, ces données sont examinées sous forme de tendances dans des rapports quotidiens et hebdomadaires, et une planification proactive de la maintenance est effectuée. rapports quotidiens et hebdomadaires et une planification proactive de la maintenance est effectuée. Par exemple, si le capteur de pression différentielle Par exemple, si le capteur de pression différentielle d'un pré-filtre montre une un blocage croissant au fil du temps, on comprend que l'élément l'élément filtrant est sur le point d'être remplacé. De cette manière, l'approche de maintenance préventive est soutenue.
Automatique Mécanismes de contrôle et de rétroaction : Les systèmes d'eau ultra-pure fonctionnent généralement de manière entièrement automatisée. Les unités de contrôle PLC/DCS Les unités de contrôle PLC/DCS ajustent les actionneurs des pompes et des vannes en fonction de la qualité de l'eau et du niveau des réservoirs. de l'eau et du niveau du réservoir. Par exemple, si le niveau du réservoir de stockage est bas, les unités RO et EDI démarrent et produisent automatiquement, les unités d'osmose inverse et d'EDI démarrent et produisent automatiquement, et si le niveau est élevé, elles s'arrêtent. niveau est élevé, elles s'arrêtent. En cas d'écarts de qualité, le système peut prendre certaines mesures en retour : Si la conductivité augmente à Si la conductivité augmente à la sortie de l'osmose inverse (en cas de défaillance de l'intégrité de la membrane ou d'une qualité de l'alimentation), l'unité d'OI de deuxième passage est activée ou l'eau est dirigée vers la ligne d'évacuation. l'eau est dirigée vers la conduite d'évacuation. Si une contamination bactérienne est bactérienne est détectée dans la ligne de distribution (par exemple, lors d'une mesure de l'ozone ou d'une analyse périodique d'un échantillon), le système peut démarrer automatiquement le générateur d'ozone et faire circuler l'eau, démarrer un cycle de désinfection. Grâce à ces mécanismes de contrôle en boucle fermée en boucle fermée, la qualité de l'eau est maintenue dans la plage souhaitée.
Continu Contrôle de la circulation et de la stagnation : Un élément Un élément important du maintien de la qualité dans les systèmes de distribution d'eau ultrapure est la circulation continue de l'eau. est la circulation continue de l'eau. L'eau est dans une canalisation en forme d'anneau, depuis le réservoir de stockage jusqu'aux points d'utilisation, avant d'être renvoyée dans le réservoir. de stockage jusqu'aux points d'utilisation, avant d'être renvoyée dans le réservoir. Cette recirculation garantit qu'il n'y a pas de points morts ou d'eau stagnante dans la canalisation. Dans un Dans un système où le flux est continu, la capacité des bactéries à adhérer à la surface et à se multiplier, ainsi que l'accumulation de particules, sont réduites. d'adhérer à la surface et de se multiplier, ainsi que l'accumulation de particules. sont minimisées. Les canalisations sont conçues de manière à ce qu'il n'y ait pas d'impasses les vannes et les raccordements sont disposés de manière à ce que l'eau ne puisse pas stagner et former des biofilms. l'eau ne puisse pas stagner et former un biofilm. Un fonctionnementininterrompu est extrêmement important dans les systèmes d'eau de haute pureté, car les les fluctuations de la qualité de l'eau et la croissance microbienne peuvent être observées lorsque le système est arrêté et redémarré, le débit doit être assuré 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans la mesure du possible. chaque fois que cela est possible. À cette fin, des installations redondantes sont mises en place dans les équipements critiques (tels que les pompes, les membranes, les modules EDI). pendant qu'une unité est en maintenance, l'autre reste en service et la production d'eau continue. la production d'eau se poursuit.
Registre et l'assurance qualité : L'eau ultrapure étant l'eau ultrapure est souvent utilisée dans des applications très réglementées, il est d'enregistrer et de communiquer régulièrement les données relatives à la qualité. Dans un système d'eau système d'eau pharmaceutique, par exemple, les données horaires de conductivité et de COT sont enregistrées électroniquement pour assurer la traçabilité. sont enregistrées électroniquement pour assurer la traçabilité. Les écarts et les mesures prises sont documentées. Ces enregistrements sont nécessaires pour Ces enregistrements sont nécessaires pour l'amélioration des processus et les audits de conformité (par exemple, les audits de la FDA). En outre, des échantillons sont prélevés dans le système à intervalles réguliers. En outre, des échantillons sont prélevés à intervalles réguliers dans le système et des analyses de laboratoire (microbiologie, endotoxines, analyse des métaux traces) sont effectuées. analyses de laboratoire (microbiologie, endotoxine, analyse des traces de métaux avec ICP-MS, etc.) sont effectuées pour vérifier les relevés des capteurs en ligne et ) sont effectuées pour vérifier les relevés des capteurs en ligne et confirmer la conformité de l'eau aux normes.
Grâce aux Grâce aux pratiques de contrôle de la qualité susmentionnées, les systèmes d'eau ultrapure peuvent être exploités avec une grande fiabilité. peuvent être exploités avec une grande fiabilité. Par conséquent, plus les de mesure, de surveillance et de retour d'information de mesure, de surveillance et de retour d'information, plus la continuité de la qualité de l'eau sera assurée. qualité de l'eau.
Application Zones et utilisation industrielle
L'eau ultra-pure est utilisée pour des processus critiques dans différentes industries. Les principaux domaines d'application et leurs utilisations prévues sont résumés ci-dessous :
Industrie de l'électronique et l'industrie des semi-conducteurs : L'une des l'une des utilisations les plus courantes et les plus critiques de l'eau ultrapure est la fabrication de puces (plaquettes) semi-conductrices. Les plaquettes de silicium doivent être rincées à plusieurs reprises avec de l'eau pure pendant les étapes de photolithographie, de gravure et de nettoyage, et les étapes de nettoyage. Étant donné que le moindre ion ou particule métallique présent dans l'eau peut entraîner des défauts dans les circuits intégrés, l'eau doit être utilisée pour le nettoyage des circuits. dans l'eau peut entraîner des défauts dans les circuits intégrés, il est impératif que l'eau utilisée dans ce processus soit d'une qualité irréprochable. que l'eau utilisée dans ce processus soit d'une qualité ultrapure. Une usine moderne de moderne peut consommer des milliers de mètres cubes d'eau ultrapure par jour. d'eau ultrapure par jour ; par exemple, une usine de taille moyenne qui traite des plaquettes de 200 mm de diamètre consomme environ 1,5 million de litres d'eau par jour. 200 mm de diamètre utilise ~3000 m3 d'eau ultrapure par jour, ce qui équivaut aux besoins quotidiens en eau d'une ville de 20 000 habitants. habitants. C'est pourquoi des installations de traitement de l'eau sont installées dans l'industrie des semi-conducteurs et sont constamment surveillées. l'industrie des semi-conducteurs et font l'objet d'une surveillance constante. L'eau ultrapure est utilisée dans une grande variété d'étapes, y compris le nettoyage de la surface des wafers, la préparation des bains chimiques, la préparation de la gravure, etc. la surface des plaquettes, la préparation des bains chimiques, la préparation des dans les processus de CMP (Chemical Mechanical Planarization) et le rinçage final. le rinçage final. Par conséquent, la qualité de l'eau ultrapure dans la production microélectronique a un impact direct sur la qualité de l'eau. production microélectronique a un impact direct sur le rendement du produit et la la fiabilité des appareils.
Secteur pharmaceutique et biotechnologique : L'industrie pharmaceutique a besoin d'une eau d'une très grande pureté l'industrie pharmaceutique dans des catégories telles que l'eau pour injection (WFI) et l'eau l'eau purifiée. Dans les processus de fabrication pharmaceutique, l'eau est utilisée à la fois comme composant dans la formulation des produits et pour le nettoyage des installations de production. dans la formulation des produits et pour le nettoyage des équipements de production. de production. Les pharmacopées exigent que l'eau utilisée dans ces domaines ne contienne pas de pyrogènes (endotoxines), ait une charge microbienne très faible et qu'elle soit inférieure à certaines limites de conductivité/TOC. Par exemple, il existe des limites de COT < 500 ppb et une conductivité <1,3 µS/cm (à 25°C) pour la WFI. L'eau ultra-pure est également essentielle dans les processus de fermentation biotechnologique. biotechnologiques ; lors de la préparation des milieux de culture cellulaire, l'eau ne doit pas Lors de la préparation des milieux de culture cellulaire, l'eau ne doit pas contenir de substances inhibitrices. L'eau ultra-pure est également dans la fabrication d'appareils médicaux et les laboratoires d'analyse pour d'analyse afin d'obtenir des résultats sans erreur. Dans le secteur pharmaceutique, les systèmes d'eau sont sont généralement soumis à des cycles de stérilisation réguliers à l'ozone ou à l'eau chaude. d'ozone ou d'eau chaude, et un contrôle continu de la qualité (par ex. analyseurs de COT en ligne) est effectué. en ligne). De cette manière, la qualité de l'eau pure est maintenue sous contrôle à tout moment dans la production pharmaceutique et dans l'industrie pharmaceutique. la qualité de l'eau pure est contrôlée à tout moment dans la production pharmaceutique et la sécurité du produit est assurée. est assurée.
L'industrie et des boissons : Bien que l'utilisation de l'eau ultrapure dans le secteur alimentaire est plus limitée l'eau pure est préférée aux points critiques. En particulier dans la production de boissons boissons (bière, boissons non alcoolisées, produits laitiers), le goût et la pureté de l'eau la pureté de l'eau affectent directement la qualité du produit. L'eau ultra-pure peut être utilisée à des fins de contrôle des formulations, car elle est exempte de substances substances étrangères susceptibles de provoquer des goûts et des odeurs. Par exemple, dans la production d'une boisson non alcoolisée, l'eau est d'abord purifiée. l'eau est d'abord purifiée par osmose inverse et échange d'ions, puis reminéralisée de manière contrôlée. échange d'ions, puis reminéralisée de manière contrôlée afin d'obtenir le profil minéral souhaité. profil minéral souhaité. De cette manière, on obtient une eau microbiologiquement stable et neutre. microbiologiquement stable et neutre et le goût du produit est normalisé. Vapeur chaudières à vapeur et échangeurs échangeurs de chaleur également nécessiter de l'eau pure dans les installations alimentaires ; l'utilisation d'eau ultrapure ou l'eau ultrapure ou déionisée comme eau d'alimentation de la chaudière empêche l'accumulation de calcaire dans l'équipement et augmente l'efficacité énergétique. l'accumulation de calcaire dans l'équipement et augmente l'efficacité énergétique. L'eau très pure peut également être utilisée dans des étapes telles que le lavage des produits et le rinçage des bouteilles, ce qui permet de prolonger la durée de conservation. Dans l'industrie alimentaire, les systèmes d'eau sont régulièrement nettoyés et contrôlés sur le plan de l'hygiène. L'utilisation d'eau ultrapure apporte une valeur ajoutée, en particulier dans les groupes de produits raffinés (par exemple, la production d'aliments pour bébés, les boissons distillées, etc. production d'aliments pour bébés, boissons distillées).
Énergie et les centrales électriques : Chaudière l'eau d'alimentation et l'eau utilisée dans les turbines des centrales thermiques, centrales nucléaires et autres installations de production d'énergie doivent être ultrapure. Plus la conductivité de l'eau dans les circuits de vapeur à haute pression est faible, plus le risque de corrosion et de dépôts dans le système est réduit. à haute pression, plus le risque de corrosion et de dépôts dans le système est faible. C'est pourquoi, dans les centrales électriques, l'eau brute passe par de puissants systèmes de déminéralisation pour préparer une eau d'alimentation à très faible conductivité. de déminéralisation pour préparer une eau d'alimentation à très faible conductivité . Dans une centrale électrique typique, la combinaison OI + résine à lit mélangé ou OI + EDI est utilisée pour obtenir une eau dont la conductivité est <0,1 µS/cm et <20 ppb de silice. Cette eau ne provoque pas d'accumulation de silice sur les pales des turbines à vapeur dans le circuit de vapeur et ne laisse pas d'ions corrosifs dans les canalisations. ions corrosifs dans les canalisations. Par conséquent, la durée de vie des chaudières est prolongée et leur efficacité est maintenue. En outre, l'eau ultrapure l'eau ultrapure peut être utilisée dans les systèmes de refroidissement des générateurs et de sécurité de sécuritédans les centrales électriques (l'eau dans les réacteurs nucléaires afin d'éviter les impuretés qui absorbent les neutrons et qui réagissent). les impuretés absorbant les neutrons qui réagissent). La qualité de l'eau dans les La qualité de l'eau dans les centrales électriques est surveillée en permanence par des mesures de conductivité et de pH ; Si une augmentation est observée, des mesures correctives telles que la régénération ou le dosage chimique de l'eau d'alimentation sont immédiatement mises en œuvre. ou le dosage chimique de l'eau d'alimentation sont immédiatement mises en œuvre.
Laboratoires de recherche et d'analyse : L'eau ultra-pure est un outil de base pour des méthodes d'analyse fiables dans les laboratoires universitaires et industriels. laboratoires universitaires et industriels. Le solvant et l'eau réactive utilisés dans les appareils d'analyse tels que HPLC, GC-MS , ICP-MS, AAS, GC-MS, ICP-MS, AAS doivent être le plus pur possible afin d'éviter que des pics ou des bruits indésirables n'apparaissent dans les mesures. ne se produisent pas dans les mesures. Par exemple, l'eau utilisée pour la préparation de la phase mobile de la CLHP doit avoir un COT < 10 ppb et une conductivité de ~0,06 µm. et une conductivité de ~0,06 µS/cm pour améliorer les limites de détection. Dans les Dans les laboratoires de biologie moléculaire, afin d'éviter les activités enzymatiques RNase/DNase dans les études sur l'ADN et l'ARN, l'eau doit être ultrapure et exempte de ces enzymes. ultrapure et exempte de ces enzymes. Dans les études de culture cellulaire, les milieux de culture sont préparés avec de l'eau ultrapure et exempte de ces enzymes. les milieux de culture sont préparés avec de l'eau ultrapure afin d'éliminer les ions métalliques et les substances organiques qui peuvent être toxiques. et les substances organiques qui peuvent être toxiques pour les cellules. Les systèmes d'eau ultrapure d'eau ultrapure de type laboratoire (par exemple, les dispositifs d'eau de type I de l'ASTM) comprennent généralement comprennent généralement des étapes d'osmose inverse, d'échange d'ions, d'UV et d'ultrafiltration à petite échelle dans une unité compacte. UV et d'ultrafiltration dans une unité compacte et produisent de l'eau d'une pureté pureté souhaitée sur le banc d'essai. L'eau fournie par ces dispositifs est L'eau fournie par ces appareils est essentielle à la répétabilité et à la précision des expériences. C'est pourquoi l'eau ultra-pure est utilisée comme matériau de référence de référence dans les laboratoires de recherche et est l'un des éléments clés de la réussite d'une expérience.
Défis et développements futurs
Il y a La production et la distribution d'eau ultrapure doivent relever plusieurs défis techniques. distribution de l'eau ultrapure. Dans le même temps, de nouvelles technologies sont mises au point pour répondre aux besoins croissants et aux objectifs de durabilité. Cette section aborde d'abord les défis actuels les défis actuels, puis les développements futurs.
Technique Défis et limites techniques :
Contamination microbienne contamination microbienne : L'un des l'un des problèmes les plus persistants dans les systèmes d'eau ultrapure est la la croissance des micro-organismes. Bien que l'absence de nutriments dans l'eau ralentit la croissance des microbes, si les bactéries adhèrent à n'importe quel endroit du système (par exemple, dans les volumes morts), elles peuvent rapidement former un groupe de microorganismes. système (par exemple, dans les volumes morts), elles peuvent rapidement former des colonies. rapidement des colonies. Non seulement la qualité de l'eau s'en trouve détériorée, mais les performances de l'équipement s'en trouvent réduites. l'équipement en formant un biofilm sur les surfaces des membranes et des résines. sur les surfaces des membranes et des résines. Un nettoyage chimique périodique ou une désinfection à l'eau chaude et à la vapeur est nécessaire pour empêcher les micro-organismes de se multiplier. et à la vapeur sont nécessaires pour maîtriser les micro-organismes. Tandis que le nettoyage du biofilm biofilm est effectué régulièrement avec une circulation d'eau chaude (~80-90°C) dans les systèmes d'eau pharmaceutique, une désinfection continue est nécessaire. (~80-90°C) dans les systèmes d'eau pharmaceutique, la désinfection continue avec l'ozonisation et les UV est préférée dans le secteur des semi-conducteurs. Néanmoins, il est difficile de maintenir des conditions totalement stériles et cet équilibre est délicat. et cet équilibre est délicat. Dans les systèmes modernes, grâce au flux ininterrompu des lignes de distribution et aux filtres de 0,2 µm, les bactéries sont généralement indétectables aux points d'utilisation. Mais pour parvenir à ce résultat, il faut une grande discipline de conception et d'exploitation. de conception et d'exploitation.
Particules et les contaminants colloïdaux : Les particules de taille nanométrique nanométriques qui peuvent être présentes dans l'eau ultrapure peuvent être une source de défauts, en particulier dans la fabrication de semi-conducteurs. Chaque surface à travers laquelle l'eau passe (réservoir, tuyau, vanne, etc.) peut libérer des particules, bien que très faibles, de la surface du matériau. ) peut libérer des particules, bien que très faibles, de la surface du matériau. En outre, les résidus cellulaires En outre, les résidus cellulaires résultant de la mort des micro-organismes dans le système contribuent également aux particules. dans le système contribuent également à la charge en particules. C'est pourquoi Pour cette raison, l'objectif est de ne pas avoir de particules de plus de 0,05 µm dans l'eau. Pour y parvenir, on utilise des barrières graduelles telles que la filtration multimédia, les filtres à cartouche et l'ultrafiltration, filtres à cartouches et l'ultrafiltration. Cependant, en raison des des limites de la technologie de mesure des particules, il n'est pas toujours de détecter les colloïdes, par exemple, inférieurs à 10 nm, et les particules Les particules de cette taille peuvent ne pas être complètement évitées, même avec les technologies en développement. technologie. En outre, des facteurs tels que la qualité des processus de soudage sur les tuyaux en usine (soudures lisses et sans particules) et un bon sans particules) et un bon nettoyage du système lors de l'assemblage sont des facteurs qui qui augmentent ou réduisent le risque de contamination par les particules. On s'attend à ce que ce problème soit encore minimisé. que ce problème sera encore réduit à l'avenir grâce à des compteurs de grâce à des compteurs de particules plus sensibles et à des techniques de techniques de filtration avancées.
Contrôle de la matière organique et du COT Contrôle de la matière organique et du COT : Les impuretés organiques Les impuretés organiques posent un double problème dans les systèmes d'eau ultra-pure : Alors qu'elles Si elles nourrissent les bactéries, elles peuvent également provoquer des réactions indésirables dans les processus de fabrication des semi-conducteurs. processus de fabrication des semi-conducteurs. Maintenir la teneur en matières organiques de l'eau à des niveaux à des niveaux incroyablement bas de 1 à 5 ppb est un défi, même avec la technologie actuelle. technologie actuelle. Bien que les membranes d'osmose inverse éliminent de nombreuses substances organiques, certains composés carbonés de faible poids moléculaire (par ex. composés de carbone de faible poids moléculaire (par exemple, le méthane, le carbone dans l'acétone) peuvent traverser la membrane. peuvent traverser la membrane. Les résines échangeuses d'ions peuvent aussi parfois parfois libérer des matières organiques de leurs propres structures (par exemple, fuite de COT des nouvelles résines lors de la première prise d'eau). Bien que les matières organiques soient Bien que les matières organiques soient oxydées par les UV de 185 nm et l'ozonation, les sous-produits de la réaction (par exemple le formaldéhyde, l'acétate) ne sont pas éliminés. formaldéhyde, acétate) peuvent se former et doivent être capturés. LES ANALYSEURS DE COT ont également une limite de détection de seulement ~0,5 ppb, ce qui signifie que même si la valeur du COT de l'eau est inférieure à la sensibilité de la mesure, les molécules organiques peuvent ne pas être capturées. de la mesure, les molécules organiques peuvent ne pas être complètement éliminées. Le défi consiste donc à maintenir la teneur en matières organiques de l'eau à un niveau acceptable. Le défi consiste à maintenir la teneur en matières organiques de l'eau stable à des niveaux indétectables par l'appareil de mesure. Le défi consiste à maintenir la teneur organique de l'eau stable à des niveaux indétectables par les technologies de mesure actuelles. Des études sur les technologies UV-LED avancées, les processus photocatalytiques ou les nouveaux matériaux adsorbants sont en cours. de nouveaux matériaux adsorbants sont en cours afin d'améliorer l'efficacité de l'élimination plus efficace à l'avenir.
Impuretés ioniques et limites de mesure : Les concentrations d'ions de l'eau ultrapure sont si faibles que des méthodes spéciales peuvent être utilisées. Les concentrations ioniques de l'eau ultrapure sont si faibles que des méthodes spéciales peuvent être nécessaires même pour mesurer certains ions critiques (par exemple, les ions de l'eau de mer). que des méthodes spéciales peuvent être nécessaires même pour la mesure de certains ions critiques (par exemple le bore, le sodium, le potassium). bore, sodium, potassium). Les normes de pureté fixées pour l'eau dans l'industrie des semi-conducteurs dépassent parfois les limites de détection. l'industrie des semi-conducteurs dépassent parfois les limites de détection des les limites de détection des analyseurs existants. Par exemple, il existe des objectifs d'impuretés métalliques de l'ordre de dans la gamme des ppq (parties par billion), mais il n'existe pas de technologie qui puisse les mesurer de manière routinière. Cela crée une incertitude en matière d'assurance qualité : l'eau est théoriquement considérée comme propre. l'assurance qualité : l'eau est théoriquement considérée comme propre, mais comme elle ne peut pas être mesurée, elle ne peut pas être définitivement contrôlée. mais comme on ne peut pas la mesurer, on ne peut pas vérifier définitivement si elle est si elle est vraiment aussi pure. En outre, il est difficile de mesurer avec précision l'eau dont la conductivité est faible. faible conductivité ; le moindre mélange de CO2 ou le moindre effet parasite de l'environnement dans le système de mesure de la conductivité est difficile à mesurer avec précision. de l'environnement dans le capteur de conductivité peut perturber la mesure. perturber la mesure. C'est pourquoi la plus grande attention est requise dans des domaines tels que l'étalonnage des appareils de mesure et l'échantillonnage. l'étalonnage des appareils de mesure et les techniques d'échantillonnage. À l'avenir, la mise au point de limites de Dans l'avenir, le développement des limites de détection de techniques telles que l'imagerie par chromatographie chromatographie ionique et ICP-MS et de surveillance en ligne réduiront ce problème. ce problème.
Equipement Durée de vie et entretien : Dans l'exploitation des systèmes d'eau ultrapure, l'usure des membranes et des résines au fil du temps des membranes et des résines au fil du temps et la diminution de l'efficacité sont des des difficultés importantes. Les membranes d'OI s'encrassent (colmatage) de la dureté et des contaminants colloïdaux présents dans l'eau d'alimentation ; si les membranes ne sont pas nettoyées, il est possible d'obtenir des résultats positifs. Si les membranes ne sont pas nettoyées périodiquement par des procédés de chimiques périodiques (CIP), la conductivité de sortie augmente et le débit diminue. débit diminue. Les résines échangeuses d'ions, même si elles sont renouvelées par des régénérations, ont une durée de vie limitée et doivent être remplacées après un certain nombre de cycles. après un certain nombre de cycles. En cas d'entartrage ou d'accumulation organique dans les unités EDI, les performances de l'unité peuvent se détériorer et la qualité de l'eau produite peut diminuer. qualité de l'eau produite. Les lampes UV perdent leur efficacité après après un certain nombre d'heures d'utilisation et doivent être remplacées. Tous ces doivent être bien planifiés afin de ne pas perturber la production d'eau. la production d'eau. Les grandes installations maintiennent généralement la qualité de l'eau pendant la maintenance en conservant une pièce de rechange pour chaque unité critique. Les pannes d'équipement ou les erreurs humaines sont également des situations qui mettent la qualité en danger. la qualité ; par exemple, une vanne laissée dans la mauvaise position peut entraîner une dérivation de l'eau. par exemple, une vanne laissée dans une mauvaise position peut entraîner une dérivation de l'eau. C'est pourquoi les points clés du système sont sont protégés par des vannes à double contrôle et les opérateurs sont régulièrement formés. régulièrement.
L'avenir Développements et tendances :
Technologies de purification de la prochaine génération Génération de technologies de purification : Des technologies continuent d'être développées dans le domaine du traitement de l'eau ultrapure. L 'une d'entre elles est le procédé membranes avancées, qui sont apparues comme une alternative ou un complément à l'osmose inverse. complément de l'osmose inverse . Par exemple, des méthodes telles que * l'osmose directe * et la distillation membranaire distillation membranaire offrent offrent la possibilité d'une plus grande pureté et d'une meilleure efficacité énergétique que l'osmose inverse classique. CLASSIQUE. Cependant, ces technologies ne sont pas encore totalement établies dans la production d'eau ultrapure à l'échelle industrielle. production d'eau ultrapure à l'échelle industrielle. Des améliorations constantes sont également apportées dans le domaine de l'électrodéionisation : Des modules EDI plus efficaces et des systèmes EDI pharmaceutiques résistants à la désinfection à chaud (jusqu'à 80°C) sont apparus sur le marché. sur le marché. Les méthodes de traitement électrique de l'eau, telles que la déionisation capacitive (CDI), ont également progressé. de la désionisation capacitive (CDI) sont également développées et étudiées pour obtenir une qualité d'eau proche de l'ultrafiltration. afin d'obtenir une eau d'une qualité proche de l'eau ultrapure. À l'avenir, systèmes capables de séparer les sels et les matières organiques en une seule étape grâce à des technologies à base de graphène. à base de graphène à base de graphène à base de graphène. Une autre tendance dans le traitement de l'eau est d'utiliser des d 'oxydation avancés (AOP) pour pour détruire plus efficacement les polluants organiques, non seulement avec les UV mais aussi avec des combinaisons telles que UV/H2O2, ozone/H2O2, etc. mais aussi avec des combinaisons telles que UV/H2O2, ozone/H2O2, etc. Ainsi, il sera possible d'atteindre les objectifs actuellement difficiles à atteindre. Ainsi, il sera possible d'atteindre les objectifs actuellement difficiles à atteindre, tels que des valeurs de COT <1 ppb.
Mieux des matériaux et des conceptions : La technologie matériaux des composants des systèmes d'eau ultrapure évolue également. évolue également. Outre l'acier inoxydable, les dérivés du PVDF et du PFA téflon de haute pureté ont commencé à être utilisés pour les tuyauteries et les réservoirs. réservoirs. Ces matériaux minimisent la libération d'ions métalliques et augmentent la résistance à la formation de biofilms. résistance à la formation de biofilms. En outre, la conception modulaire modulaire et compacte est une une tendance importante : Au lieu de procéder à un assemblage sur le terrain, les fabricants proposent Au lieu de procéder à un assemblage sur le terrain, les fabricants proposent des skids de traitement de l'eau emballés et testés en usine sous forme modulaire. Cela permet à la fois de raccourcir les délais de mise en service et de faciliter l'expansion en cas d'augmentation future de la capacité. lorsque des augmentations de capacité sont nécessaires à l'avenir. La conception modulaire permet également modulaire permet également d'isoler, de nettoyer et de remplacer facilement chaque module si nécessaire. Des modifications de surface sont également mises au point pour prolonger la durée de vie et réduire la tendance à l'encrassement des membranes et des filtres. pour prolonger la durée de vie et réduire la tendance à l'encrassement des membranes et des filtres (par exemple, revêtements hydrophiles, surfaces antimicrobiennes). revêtements hydrophiles, surfaces antimicrobiennes). À l'avenir, on s'attend également à ce que les équipements de traitement de l'eau surveillent la qualité de l'eau. de traitement de l'eau surveillera et signalera son propre état à l'aide de systèmes son propre état à l'aide de capteurs intelligents (maintenance (maintenance prédictive).
Durabilité et les incidences sur l'environnement : Lors de la production d'eau ultrapure, une grande quantité d'eaux usées est utilisée. la production d'eau ultrapure, une grande quantité d'eaux usées (concentré) est généralement générée et de l'énergie est consommée pour produire de l'eau ultrapure. (concentrés) est généralement générée et de l'énergie est consommée pour pour obtenir une pureté élevée. Les nouvelles tendances visent des taux de taux de récupération et moins consommation d'énergie . Par exemple, alors qu'un système d'OI classique fonctionne avec une efficacité de 75 %, les nouvelles conceptions d'OI à plusieurs étages ou à rétroaction peuvent fournir jusqu'à 90 % de de l'eau. L'accent est mis sur la réévaluation de l'eau concentrée qui est rejetée comme déchet (par ex. concentrée qui est rejetée comme un déchet (par exemple, en l'utilisant pour les besoins en eau de refroidissement de l'installation). l'installation). La réduction de la consommation de produits chimiques est également essentielle pour l'environnement. l'environnement : L'utilisation de l'EDI se généralise, ce qui élimine régénération à l'aide d'acide ou de soude caustique, et minimise également la production de déchets chimiques grâce à des désinfectants autodégradables. grâce à des désinfectants autodégradables tels que l'ozone. Pour ce qui est de l'efficacité énergétique l'efficacité énergétique, des méthodes telles que les pompes à vitesse variable, les de récupération de l'énergie (en particulier dans les conduites à haute pression de l'OI), et la contribution de la pression résiduelle à la production d'électricité avec des la contribution de la pression résiduelle à la production d'électricité à l'aide de turbines. Afin de réduire l'empreinte carbone, projets tels que l'utilisation d'énergie renouvelable pour les systèmes d'eau ultrapure d'eau ultrapure (par exemple, des pompes d'OI alimentées par l'énergie solaire) sont également en cours d'évaluation. En résumé, la production d'eau En résumé, rendre la production d'eau ultrapure plus verte et plus efficace à l'avenir est une priorité. et plus efficace à l'avenir est un un objectif important.
Augmentation Normes et traçabilité numérique : Avec la réduction de la taille des dans l'industrie des semi-conducteurs, les normes de qualité de l'eau sont de plus en plus strictes. qualité de l'eau sont de plus en plus strictes. Lorsque le concept d'"eau ultrapure" a été introduit pour la première fois dans les années dans les années 1980, il y avait des limites à ce qui était compatible avec les technologies existantes. compatible avec les technologies existantes. Aujourd'hui, dans la production de puces avec des transistors de 3 nm, on s'attend à ce que l'eau soit presque théoriquement pure. théoriquement pure. Cette tendance se poursuivra : à l'avenir, de nouvelles définitions telles que "l'eau ultrapure" ou "l'eau de qualité supérieure" seront utilisées. définitions telles que "eau ultrapure ultrapure " et et des méthodes appropriées pourraient voir le jour. En outre, dans le cadre de l'industrie 4.0, l'optimisation des systèmes et la de l'industrie 4.0, l'optimisation des systèmes et le contrôle autonome sont rendus possibles par la création de jumeaux numériques des processus de traitement de l'eau. Les systèmes de contrôle soutenus par l'intelligence artificielle peuvent analyser instantanément les données des capteurs et exécuter des processus tels que le traitement de l'eau. instantanément et exécuter des processus tels que le dosage et le lavage sans nécessiter d'intervention humaine. Cela permet d'éliminer les fluctuations de la qualité de l'eau dues à l'erreur humaine.
En résumé, les études de R&D dans le domaine de l'eau En résumé, les études de R&D dans le domaine de l'eau ultrapure visent à les limites de la pureté et la réduction des coûts et de l'impact sur l'environnement. l'impact sur l'environnement. Avec l'intégration de nouvelles technologies dans l'industrie, nous verrons à l'avenir des systèmes d'eau ultrapure encore plus fiables, efficaces et durables. fiables, efficaces et durables.
Conclusion et recommandations et recommandations
La production d'eau La production d'eau ultra pure est une tâche complexe qui combine des des procédés de purification complémentaires en plusieurs étapes, des systèmes de de mesure et de contrôle. Comme le détaille le présent rapport, le processus d'acheminement de l'eau de sa source au produit final ultrapur nécessite une série d'étapes étapes telles que la préfiltration, l'osmose inverse, la déionisation, l'électrodéionisation, l'oxydation UV, le dégazage et l'ultrafiltration. Chaque processus cible un groupe spécifique d'impuretés dans l'eau et toutes ces étapes doivent fonctionner dans une séquence parfaite. toutes ces étapes doivent se dérouler dans un ordre parfait pour obtenir de l'eau pure. H2O PURE. La continuité de la qualité de l'eau obtenue est possible grâce à la surveillance instantanée de paramètres tels que la conductivité, le COT, le nombre de particules et le contrôle automatique du système.
L'eau ultra-pure joue un rôle essentiel dans de nombreux domaines, de la fabrication haute technologie au secteur des soins de santé. C'est pourquoi l'optimisation l 'optimisation des processus et l'assurance qualité l'assurance qualité sont d'une grande importance en termes d'efficacité économique et de qualité des produits. Lors de la conception des systèmes, il convient de trouver des solutions qui permettront d'atteindre les valeurs cibles en limitant au maximum les déchets et en réduisant au minimum les coûts. d'atteindre les valeurs cibles avec le moins de déchets possible et la consommation d'énergie la plus faible possible. consommation d'énergie. Par exemple, l'eau d'alimentation d'alimentation doit être bien fait pour prolonger la durée de vie de la membrane et de la résine. de la membrane et de la résine ; la quantité d'eau usée doit être minimisée grâce à des avec des unités de récupération.
En outre, les En outre, une maintenance régulier et un personnel qualifié sont sont indispensables pour les installations d'eau ultrapure. Dans le cadre des plans de Dans le cadre des plans de maintenance préventive, il ne faut pas négliger le nettoyage CIP des membranes, le changement des résines et le contrôle des lampes UV. ne doivent pas être négligés ; l'étalonnage des capteurs doit être vérifié à Les étalonnages des capteurs doivent être vérifiés à certains intervalles. L'opérateur et l'équipe d'ingénieurs L'opérateur et l'équipe d'ingénieurs doivent être formés pour interpréter le moindre changement dans la qualité de l'eau et pour faire fonctionner le système en toute sécurité. qualité de l'eau et à faire fonctionner le système en toute sécurité. Procédures pour les scénarios d'urgence d'urgence (comme la détection soudaine d'une contamination) doivent être doivent être déterminées à l'avance, et des sources d'eau de secours ou des lignes de dérivation doivent être planifiées.
de l'optimisation des processus , les cycles d'amélioration continue peuvent être réalisés en analysant les données collectées à partir des systèmes existants. Par exemple, les données de tendance peuvent être utilisées pour déterminer les périodes idéales de fréquence de nettoyage chimique en révélant le taux d'encrassement des membranes. De même, les possibilités de recyclage (par exemple, la récupération de certaines eaux usées) peuvent être identifiées en analysant les points de consommation d'eau. en analysant les points de consommation d'eau. Ces approches permettent à la fois de réaliser des économies et de contribuer à la durabilité environnementale. et contribuent à la durabilité de l'environnement.
En conséquence, le succès des systèmes d'eau ultrapure dépend de leur efficacité. Par conséquent, le succès des systèmes d'eau ultrapure dépend de leur conception et de leur fonctionnement dans une perspective d'ingénierie holistique. conception et de l'exploitation dans une perspective d'ingénierie holistique. Lorsque technologies adéquates sont combinées à une automatisation et à un efficaces, il est possible d'obtenir de l'eau d'une qualité fiable de 18 MΩ cm pendant longtemps. Étant donné qu'à l'avenir, les exigences de pureté et les objectifs d'efficacité seront encore plus élevés de pureté et d'efficacité encore plus élevés, il est recommandé que les les systèmes existants soient adaptables et évolutifs. Les nouvelles technologies de purification technologies de purification et les solutions de capteurs doivent être suivies de près, et les systèmes doivent être maintenus à jour en intégrant les nouvelles technologies de purification. et les systèmes doivent être maintenus à jour en intégrant les solutions appropriées dans les infrastructures existantes. dans les infrastructures existantes.
En tant que une recommandation , les principes suivants devraient être pris en considération lors de l'installation et de l'exploitation d'installations d'eau ultrapure l'installation et l'exploitation d'installations d'eau ultrapure :
Correct Conception et intégration : A séquence de prétraitement adaptée aux caractéristiques de l'eau brute l'eau brute ; l'élimination des solides et des matières organiques doit être L'élimination des solides et des matières organiques doit être assurée de manière à ce que les composants tels que les membranes et les résines ne soient pas surchargés. Le résultat de chaque étape du processus doit être d'une qualité qui répondra aux conditions d'entrée de l'étape suivante. les conditions d'entrée de l'étape suivante. Toutes les unités doivent être connectées doivent être reliées entre elles par un système d'automatisation intégré afin d'assurer un fonctionnement ininterrompu.
Redondance et fonctionnement ininterrompu : Les installations redondantes doivent être installées dans les équipements critiques (pompe, système d'OI, module EDI, lampe UV, etc.) pour garantir que la production d'eau ne soit pas interrompue, module EDI, lampe UV, etc.) afin de garantir que la production d'eau n'est pas interrompue en cas d'entretien planifié ou de panne. ) afin que la production d'eau ne soit pas interrompue en cas de maintenance planifiée ou de panne. Le système doit être maintenu en flux continu pendant 24 heures dans la mesure du possible et les arrêts doivent être réduits au minimum.
Régulier Assainissement : L'ensemble du système ou des sections (réservoir, conduite de distribution, etc.) L'ensemble du système ou des sections (réservoir, conduite de distribution, etc.) doit être désinfecté à intervalles réguliers afin d'empêcher la croissance biologique. ) doivent être désinfectés à intervalles réguliers afin d'empêcher la croissance biologique. La formation de biofilms doit être évitée de manière proactive en choisissant la méthode appropriée, telle que l'ozonisation, la vapeur d'eau chaude ou les produits chimiques. méthode appropriée telle que l'ozonisation, l'eau chaude-vapeur ou la désinfection chimique (p. ex. peracétique). (par exemple, l'acide peracétique).
Étalonnage et la vérification : Étalonnage des instruments en ligne (conductimètre, analyseur de COT, pH-mètre, etc.) doit être effectué conformément aux recommandations du fabricant, etc.) doit être effectué conformément aux recommandations du fabricant, ) doit être effectué conformément aux recommandations du fabricant et les écarts doivent être corrigés immédiatement. En outre, la qualité de l'eau la qualité de l'eau doit être vérifiée périodiquement par des analyses indépendante afin de vérifier la fiabilité des mesures en ligne.
Données Gestion et traçabilité des données : Les données du système doivent être collectées dans une base de données centrale et conservées pour au moins les paramètres critiques. Grâce à ces enregistrements, il est possible de suivre les tendances à long terme, d'améliorer le processus et d'améliorer la qualité des produits. à long terme peuvent être surveillées, utilisées pour améliorer les processus et une analyse rétrospective peut être effectuée en cas de problème de qualité. l'analyse rétrospective peut être effectuée en cas de problème de qualité. qualité.
Durabilité : Les possibilités de récupération de l'eau de l'eau et d'efficacité énergétique doivent être évaluées en permanence et mises en œuvre par des investissements appropriés. Par exemple, des approches intégrées telles que l'utilisation de concentrés d'osmose inverse pour un processus nécessitant de l'eau de deuxième qualité ou l'utilisation de chaleur résiduelle processus nécessitant de l'eau de deuxième qualité ou l'utilisation de la chaleur perdue. être envisagées.
La mise en œuvre La mise en œuvre de ces recommandations permettra d'optimiser les performances techniques et économiques des procédés de production d'eau ultrapure. technique et économique des procédés de production d'eau ultrapure. En conséquence, le maintien des qualités supérieures de l'eau Ainsi, le maintien des qualités supérieures de l'eau ultrapure est est possible grâce à une approche technique disciplinée et à des pratiques pratiques opérationnelles méticuleuses. De cette manière, l'eau de la plus haute pureté requise dans les environnements de production industrielle et de laboratoire de laboratoire peut être fournie de manière fiable.