Reducción del Carbono Orgánico Total (TOC) en el Agua

TOC es la abreviatura de Carbono Orgánico Total, que en el tratamiento de agua se refiere a la cantidad total de carbono orgánico encontrado en el agua.

La reducción de Carbono Orgánico Total (TOC) en el agua es crítica en aplicaciones como microelectrónica y semiconductores, farmacéutica, alimentos y bebidas, y tratamiento de aguas residuales, para asegurar agua ultrapura.

Los riesgos de no reducir el TOC en agua purificada

No cumplir con los altos estándares de pureza constante del agua en las aplicaciones mencionadas anteriormente puede tener consecuencias significativas. Para cumplir con estas altas demandas de calidad del agua, una parte importante del proceso es investigar la cantidad total de carbono orgánico encontrado en el agua.

Esto es, por ejemplo, actual en los procesos de producción de alimentos y bebidas, donde el agua ultra pura tiene un impacto vital en la vida útil y calidad general de los productos. En estos entornos, incluso los contaminantes más pequeños pueden tener un impacto negativo importante, llevando a pérdidas económicas significativas. Esto hace que sea una necesidad tener disponibilidad continua de agua de alta calidad, para asegurar la consistencia en la calidad del producto y la fiabilidad. Esto hace que sea esencial medir la cantidad de carbono orgánico total encontrado en el agua en estas aplicaciones, para evaluar si el agua es segura para usar.

Otro ejemplo es la industria farmacéutica, que tiene requisitos excepcionalmente altos para la sanidad, lo que hace necesario asegurar una fuente confiable y consistente de agua ultra pura.

Esto exige soluciones que puedan asegurar efectivamente la reducción del TOC, un problema que se puede resolver mediante la utilización de tecnología UV.

«A diferencia de Europa, las industrias electrónica y de semiconductores juegan un papel importante en el desarrollo económico de la ASEAN. Los clientes de tales industrias siempre demandan altamente agua ultra purificada (UPW) para facilitar la producción de sus valiosos productos. La tecnología UV es necesaria no solo para una desinfección efectiva, sino también para la eliminación del TOC. ULTRAAQUA rápidamente se ha reconocido en el mercado asiático como un fabricante competitivo de soluciones efectivas para la eliminación del TOC respecto al costo del ciclo de vida.»

Wachira Pintong, Nam Solutions and Technologies Co., LTD.

Reduciendo el Carbono Orgánico Total (TOC) en el agua

Reducir el TOC en el agua requiere el uso de un nivel de energía UV más alto, que se crea a una longitud de onda de 185nm. Los sistemas de reducción de TOC de ULTRAAQUA utilizan lámparas UV que emiten luz a esta longitud de onda, con energía lumínica que promueve la formación de radicales OH a partir de la fotolisis del agua. Los radicales OH reaccionan con la materia orgánica en el agua llevando a la oxidación en CO2 (dióxido de carbono) y H2O (agua), resultando efectivamente en la eliminación del TOC.

Estos reactores UV TOC están optimizados mediante un enfoque combinado de procesos químicos y modelado CFD, alcanzando estándares líderes en la industria. Vea la serie de sistemas UV TOC haciendo clic aquí.

Para una mayor eficiencia mejorada, los sistemas UV TOC de ULTRAAQUA pueden combinarse con la adición de otros oxidantes como el peróxido de hidrógeno y el ozono.

Caso de tratamiento de agua para la eliminación del TOC

Como parte de un proyecto de I+D sobre la producción de agua ultra pura a partir de agua del grifo, ULTRAAQUA ha construido una planta completa de tratamiento de agua para la producción de agua altamente purificada para una pequeña empresa farmacéutica en Dinamarca. 

Los parámetros de diseño son los siguientes:

• Caudal 0.5m³/h
• UVT: >98%
• TOC de entrada 200-800µg/L

Los requisitos especificados son mantener el TOC por debajo de 500µg/L según la Farmacopea de EE. UU. 

La planta de tratamiento de agua está compuesta por ablandamiento, RO, un pequeño sistema nuevo de TOC, así como intercambio iónico de lecho mixto. El sistema UV TOC se coloca en un circuito de circulación donde el agua se circula continuamente desde un tanque de almacenamiento a través del sistema UV, hasta los puntos de consumo en el producto y de regreso al tanque. La unidad TOC entrega una dosis de 185 nm de 10 mJ/cm² con una eliminación de TOC por paso de alrededor del 20%.

Se han realizado varios experimentos de degradación de TOC con monitoreo en línea de TOC utilizando la técnica UV/Persulfato, donde se ha medido la disminución del TOC en el tanque de almacenamiento. Para entender la degradación observada, se ha construido un modelo de degradación de TOC completo en COMSOL Multiphysics, donde el sistema se modela como dos compartimientos, donde la degradación en la unidad TOC-UV se describe en un compartimiento, y la dilución en el tanque se describe en el otro, con el agua circulando entre los dos compartimientos. 

Cómo lograr el nivel de reducción de TOC deseado

Al medir el carbono orgánico total encontrado en una muestra específica de agua y compararlo con las mejoras de nivel de TOC deseadas, somos capaces de encontrar el sistema UV óptimo para alcanzar los niveles deseados de reducción de TOC.

Enviar la muestra de agua TOC al laboratorio de ULTRAAQUA

Primero, necesitaremos recibir una muestra de agua TOC para que nuestros técnicos de laboratorio la analicen. La muestra de agua es cuidadosamente manejada por nuestros especialistas a lo largo de todo el proceso de prueba.

Si se usan contenedores de plástico para el envío, deben estar hechos de material de polietileno de alta densidad (HDPE) y mantenerse lo más fríos posible durante el almacenamiento y el transporte. También sugerimos que se realice un análisis de TOC del agua muestreada antes del envío, para evaluar cualquier cambio antes de las pruebas de laboratorio.

Los métodos analíticos para el análisis de TOC

En nuestro laboratorio, utilizamos dos instrumentos analíticos diferentes para medir el carbono orgánico total en las muestras de agua. Se basan en los siguientes principios:

Instrumento #1

El primer instrumento se basa en la oxidación química húmeda UV-persulfato con detección de conductividad. La oxidación química húmeda con luz UV y persulfato se utiliza especialmente con agua purificada y aplicaciones de agua ultrapura, ampliamente difundidas y aceptadas como «el estándar». El carbono orgánico se oxida a CO2 por persulfato en presencia de luz UV a través de la generación de radicales OH.

El CO2 producido se separa de la corriente líquida por una membrana que permite el paso específico de CO2 a agua de alta pureza donde se mide un cambio en la conductividad y se relaciona con el CO2 que pasa la membrana. El método de oxidación química UV-persulfato ofrece un mantenimiento relativamente bajo, alta sensibilidad para una amplia gama de aplicaciones debido al gran rango operacional de menos de 1 parte por mil millones (ppb) a más de 100 partes por millón (ppm) con alta precisión.

Instrumento #2

El segundo instrumento se basa en la descomposición térmica con detección NDIR. Con la medición de TOC utilizando descomposición térmica, la materia orgánica se oxida en dióxido de carbono utilizando temperaturas muy altas (650-950°C) y un catalizador. De esta manera, los componentes no disueltos (sólidos en suspensión o residuos de desgaste) también se descomponen completamente.

Este es un método común particularmente con una alta carga de TOC (por ejemplo, aguas residuales municipales). La detección se realiza utilizando un detector de infrarrojo no dispersivo donde el CO2 producido se transporta al detector por un gas portador libre de CO2.

Si está interesado en saber más sobre cómo podemos ayudar con la eliminación de TOC, siempre es bienvenido a comunicarse con nuestros ingenieros de ventas en sales@ultraaqua.com – o use el formulario de contacto a continuación.