Utente:Dcx31/Acqua ultrapura
L'acqua ultrapura (UPW), l'acqua ad alta purezza o l'acqua altamente purificata (HPW) è un'acqua che è stata purificata seguendo specifiche particolari. L'acqua ultrapura è un termine comunemente utilizzato in produzione per sottolineare che l'acqua è stata trattata ai massimi livelli di purezza per ridurre tutti i tipi di contaminanti, tra cui: composti organici e inorganici; materiale disciolto e particolato; volatile e non volatile; reattivo e inerte; idrofilo e idrofobico e gas disciolti.
L'UPW e l'acqua deionizzata (DI) non sono la stessa cosa. Oltre al fatto che nell'UPW le particelle organiche e i gas disciolti sono stati rimossi, per ottenere l'UPW, l'acqua scelta deve essere sottoposta a 3 fasi: una prima fase di pretrattamento per ottenere acqua purificata, una fase di purificazione ulteriore e la fase di lucidatura, la parte più costosa del processo di trattamento. [N 1]
Diverse organizzazioni e gruppi sviluppano e pubblicano standard associati alla produzione di UPW. Per la microelettronica e l'energia: la Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) (microelettronica e fotovoltaico), l'American Society for Testing and Materials International (ASTM International) (semiconduttori, energia), l'Electric Power Research Institute (EPRI) (energia), l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) (energia) e l'International Association for the Properties of Water and Steam (IAPWS) (energia). Gli impianti farmaceutici seguono gli standard di qualità dell'acqua sviluppati dalle farmacopee, di cui tre esempi sono: la Farmacopea degli Stati Uniti, la Farmacopea europea e la Farmacopea giapponese .
I requisiti più ampiamente utilizzati per la qualità dell'UPW sono documentati nel ASTM D5127 "Guida standard per l'acqua ultrapura utilizzata nelle industrie dell'elettronica e dei semiconduttori" [1] e nel SEMI F63 "Guida per l'acqua ultrapura utilizzata nella lavorazione dei semiconduttori". [2]
Fonti e controllo[modifica | modifica wikitesto]
La contaminazione da batteri, particelle e fonti organiche e inorganiche variano in base a una serie di fattori, tra cui l'acqua di alimentazione per produrre l'UPW e dalla selezione dei materiali delle tubazioni utilizzate per convogliarla. La quantità di batteri presenti nell'UPW è riportata in unità formante di colonia (CFU) per volume di UPW. Le particelle usano il numero per volume di UPW. Il carbonio organico totale (TOC), i contaminanti metallici e i contaminanti anionici sono misurati in termini adimensionali di parti per notazione, come ppm, ppb, ppt e ppq.
I batteri sono i più difficili da eliminare dall'UPW. [3] Le tecniche che riducono al minimo la crescita delle colonie batteriche all'interno dei flussi di UPW includono la sanificazione chimica o a vapore (che è comune nell'industria farmaceutica), l'ultrafiltrazione (presente in alcune industrie farmaceutiche, ma soprattutto in quelle dei semiconduttori), l'ozonizzazione e l'ottimizzazione dei progetti di sistemi di tubazioni che utilizzano i criteri del numero di Reynolds per il flusso minimo. [4] Nei sistemi UPW moderni e avanzati, le conte batteriche positive (superiori a zero) sono evidenti nelle strutture di nuova costruzione. Questo problema viene efficacemente risolto con la sanificazione con ozono o perossido di idrogeno. Con una corretta progettazione del sistema di lucidatura e distribuzione, in genere non vengono rilevati conte batteriche positive durante il ciclo di vita del sistema UPW.
Le particelle nell'UPW sono la rovina dell'industria dei semiconduttori, causando difetti nei processi fotolitografici sensibili a dimensioni nanometriche. In altri settori, i loro effetti possono variare da piccoli problemi a difetti potenzialmente letali. Le particelle possono essere controllate mediante filtrazione e ultrafiltrazione. Le fonti possono provenire da frammenti batterici, dallo sfaldamento delle pareti dei componenti del flusso del condotto e dalla pulizia dei processi di giunzione utilizzati per costruire il sistema di tubazioni.
Il carbonio organico totale nell'UPW può contribuire alla proliferazione batterica fornendo sostanze nutritive, può sostituire come carburo un'altra specie chimica in un processo termico sensibile, reagire in modi indesiderati con reazioni biochimiche nel biotrattamento e, nei casi più gravi, lasciare residui indesiderati sui pezzi di produzione. Il TOC può provenire dall'acqua di alimentazione utilizzata e dai componenti utilizzati per convogliare l'UPW (additivi nei prodotti di fabbricazione per tubazioni o coadiuvanti di estrusione e agenti distaccanti per stampi), da successive operazioni di fabbricazione e pulizia di sistemi di tubazioni o da tubi sporchi, raccordi e valvole.
La contaminazione metallica e anionica nei sistemi UPW può arrestare i processi enzimatici nel biotrattamento, corrodere le apparecchiature di energia elettrica e provocare guasti a breve o lungo termine dei componenti elettronici nei chip dei semiconduttori e nelle celle fotovoltaiche. Le fonti di contaminazione sono simili a quelle del TOC. A seconda del livello di purezza necessario, il rilevamento di questi contaminanti può variare da semplici letture di conducibilità (elettrolitiche) a sofisticate strumentazioni come la cromatografia ionica (IC), la spettroscopia di assorbimento atomico (AA) e la spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente (ICP-MS).
Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]
L'acqua ultrapura viene trattata con più passaggi per soddisfare gli standard di qualità per diversi utenti.
Le industrie principali che utilizzano l'UPW sono:
- quelle di fabbricazione di dispositivi semiconduttori
- di pannelli fotovoltaici
- industrie farmaceutiche
- di generazione di energia (caldaie sub e super critiche)
- applicazioni speciali come quelle nei laboratori di ricerca.
Il termine "acqua ultrapura" è divenuto popolare alla fine degli anni '70 e all'inizio degli anni '80 per descrivere la particolare qualità dell'acqua utilizzata da queste industrie.
Sebbene ogni settore utilizzi ciò che chiama "acqua ultrapura", gli standard di qualità variano, il che significa che l'UPW utilizzato da un impianto farmaceutico è diversa da quella utilizzata in una fabbrica di semiconduttori o in una centrale elettrica. Gli standard si basano sull'applicazione. Ad esempio, gli impianti di semiconduttori utilizzano UPW come detergente, quindi è importante che l'acqua non contenga contaminanti disciolti che possono precipitare o particelle che possono depositarsi sui circuiti e causare guasti ai microchip. L'industria energetica utilizza l'UPW per azionare turbine a vapore; le strutture farmaceutiche utilizzano l'UPW come detergente, oltre che come ingrediente nei prodotti, quindi cercano acqua senza di endotossine, microbi e virus.
Oggi, lo scambio ionico (IX) e l'elettrodeionizzazione (EDI) sono le principali tecnologie di deionizzazione associate alla produzione di UPW, nella maggior parte dei casi con l'osmosi inversa (RO). A seconda della qualità dell'acqua richiesta, gli impianti di trattamento UPW spesso dispongono anche di degassificazione, microfiltrazione, ultrafiltrazione, irradiazione ultravioletta e strumenti di misurazione (ad esempio, carbonio organico totale [TOC], resistività/conduttività, particelle, pH e misurazioni speciali per ioni specifici) .
All'inizio, l'acqua addolcita prodotta da tecnologie come quella con zeolite o con calce fredda erano i metodi precursori dell'odierno trattamento dell'UPW. Da lì, l'acqua "deionizzata" è stato il passaggio successivo poiché le resine sintetiche IX sono state inventate nel 1935 e poi sono state commercializzate negli anni '40. I primi sistemi idrici "deionizzati" si basavano sul trattamento IX per ottenere "un'elevata purezza" come determinato dalle misurazioni di resistività o conducibilità. Dopo che le membrane RO commerciali sono finite sul mercato negli anni '60, l'uso di RO con il trattamento IX alla fine è diventato di uso comune. L'EDI è stato commercializzato negli anni '80 e questa tecnologia è ora comunemente associata al trattamento dell'UPW.
Note[modifica | modifica wikitesto]
Esplicative[modifica | modifica wikitesto]
- ^ Il processo di lucidatura ha diverse fasi di trattamento, di solito fasi di ricircolo e di distribuzione, che trattano e ricircolano continuamente l'acqua purificata per mantenere la qualità dell'acqua ad elevata purezza stabile. La resistività dell'acqua serve come indicazione del livello di purezza dell'UPW. L'acqua deionizzata (DI) può avere una purezza di almeno un milione di ohm-centimetro o un MΩ⋅cm. La qualità dell'UPW è al massimo il valore teorico della resistività dell'acqua (18,18 MΩ⋅cm a 25 °C). Pertanto, il termine ha acquisito standard misurabili che definiscono ulteriormente sia le esigenze avanzate che la tecnologia avanzata nella produzione di acqua ultrapura.
Riferimenti[modifica | modifica wikitesto]
- ^ ASTM D5127 Standard Guide for Ultra-Pure Water Used in the Electronics and Semiconductor Industries
- ^ SEMI F63 Guide for Ultrapure Water Used in Semiconductor Processing
- ^ Mittlemann MW and Geesey GC,"Biofouling of Industrial Water Systems: A Problem Solving Approach", Water Micro Associates, 1987
- ^ Libman S, "Use of Reynolds Number as a Criteria for Design of High-Purity Water Systems", Ultrapure Water, October 2006
[[Categoria:Trattamento dell'acqua]] [[Categoria:Acqua]] [[Categoria:Semiconduttori]]