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1、UPWUPW系统工艺介绍系统工艺介绍动力技术部动力技术部动力技术部动力技术部UTUTUTUT科科科科2009.5.182009.5.182009.5.182009.5.182021/6/71 前前 言言 第一章第一章 超纯水制备系统超纯水制备系统 第二章第二章 回收水处理系统回收水处理系统 2021/6/72前言前言 超纯水（UPW-Ultra-Pure Water）系统是最重要的动力支持系统之一，分别为阵列（Array），成盒（Cell），彩膜（Color Filter）等主要制造工艺提供合格的超纯水。在各个制造工艺中，主要用作玻璃基板的冲洗，和较高浓度的化学品原液混合配制工艺制造所需特定浓
2、度的化学品。换句话说，超纯水在制造工艺中将直接和产品或产品部件发生直接接触。鉴于此，必须借助于一些特殊的方法将存在于原水（自来水）中的将可能对制造工艺造成影响的污染因子去除。比如TDS（总溶解固形物），TOC（总有机碳），细菌，二氧化硅，DO（溶解氧）以及一些金属离子（Na, K, Ca, Cu）等。为了降低原水中的这些污染因子，超纯水系统采用了一系列的设备，比如多介质过滤器（MMF），活性炭过滤器（ACF），反渗透（RO），离子交换器，紫外灯（UV），混床（MB），膜脱气（MDG）和超滤等。同时，为了保证提供稳定合格的超纯水，防止超纯水在长距离输送过程中滋长细菌而导致水质变坏，超纯水设计了循
3、环供应抛光回路，并且保证管路中一定的水流速度。我们的系统设计了两个循环抛光供水回路，回路一设计供水能力为100m3/h，主要为彩膜（C/F），Cell，CCSS，QE实验室，可靠性实验室设备以及更衣室洗手干手器等提供超纯水。回路二设计供水能力为130m3/h，主要为阵列工序的蚀刻和显影等的工艺设备供应超纯水。 TFT-LCD是一个高耗水的行业，如果使用过的水完全作为废水排放掉的话，将会增加制造成本，也就是说产品在市场上将会失去成本优势。事实上，在制造工艺中，很多冲洗用水都是可以回用的，所以我们设计了两套回用水处理系统，分别处理不同污染程度的回收水。2021/6/73废水排放2021/6/74第
4、一章第一章 超纯水制备系统超纯水制备系统2021/6/75第一节第一节 超纯水水质指标和原水自来水水质指标对比表超纯水水质指标和原水自来水水质指标对比表水质指标水质指标自来水自来水超纯水超纯水 对应的处理方法对应的处理方法Resistivity(Mcm)0.0020.002518Mcm/Particle/10 ea/ml, 0.2 m MMF/MF/UFBacteria/5 Col/100mlMF/UFTOC(mg/L)1.660.03(30ppb)ACF&UV(185nm)Silica(mg/L)3.240.005(5ppb)RO/UF/IXDO(mg/L)8.50.05(50ppb)MDG
5、Na(mg/L)3.920.0005(0.5ppb)Cation Ion ExchangerK(mg/L)2.520.0005(0.5ppb)Cation Ion ExchangerCa(mg/L)41.4/Cation Ion ExchangerCO3-2 (mg/L)0.4/Anion Ion ExchangerHCO3- (mg/L)3.26/Anion Ion ExchangerCl- (mg/L）8.780.001(1ppb)ACF & Anion Ion ExchangerSO4-2 (mg/L)32.1/Anion Ion Exchanger2021/6/76第一节第一节 水中污
6、染物质水中污染物质1.1 溶解性固体 TDS（总溶解固形物）包括所有无机成盐离子。溶解在水中的盐离子化为其相应的阳离子和阴离子，并使水的电导率升高。下表显示了电阻率、电导率和TDS之间的关系：电阻率电阻率（Ohm-cm）电导率电导率（S/cm）TDSPPM as NaCl10001000500200050024030003331604000250120500020093100001004650000209100000104.650000020.9电导率以（Megohm-cm）计时与电导率以（s/cm）成倒数关系。例：如果水样测得电阻率为2500 ohm-cm，那水样的电导率是多少？ 2500
7、ohm-cm/1000000=0.0025 megohm-cm 1/0.0025=400 S/cm水中阳离子有Na+ , K+ , Ca+ , Mg+ , Fe+ , Al+ 等。同时还含有微量的铅，铜，锌等。水中的阴离子有Cl- , SO4 - , NO3 - , CO3-HCO3- 等。二氧化硅是土壤中最常见的一种物质，所以其在水中的含量也很高。二氧化硅的存在可能引起RO膜的结垢。二氧化硅在水中的存在形态有两种：一种是离子化的二氧化硅，一种是胶体颗粒状的二氧化硅。离子化的二氧化硅能很容易地通过离子交换，RO，蒸馏等方法去除掉。胶体二氧化硅可以通过超滤，RO，蒸馏的方法去除。2021/6/7
8、7第一节第一节 水中污染物质水中污染物质1.2溶解性有机物 水中的溶解性有机物多是由植物，动物尸体等通过自然降解形成的，同时也有人工合成的有机成分，像农药和工业排放的化学品废水等。诸如丹宁酸，木质素，腐植酸，褐菌素等，这些化合物会使水呈现一定的颜色，工艺中会使离子交换树脂被污染。1.3溶解性气体1.4颗粒物1.5微生物2021/6/78第二节第二节 超纯水系统工艺流程示意图超纯水系统工艺流程示意图 Raw water tankMMF3setsFiltered water tankACF4setsCIX3setsAIX3setsRO Stage 1RO Stage 2RO permeatewat
9、er tankRO reject water tankSecurityFilterRO High Press. Pump(VFD)MBX3setsMDGUPW Tank(2 pcs)50m3 eachExhaust(CO2 ,O2 )Vacuum pumpUV Unit -185NmUV Unit -185NmHEXHEXCold water supplyCold water returnCold water returnPMBPMBLoop 1 to FABLoop 2 to FABUF ModuleUF ModuleVFDVFDPre_treatment SectionPre_treatm
10、ent SectionMake_up SectionMake_up SectionPolishing SectionPolishing SectionLoop 1 ReturnLoop 2 ReturnFrom Reclaim Sys.PN2氮封PN2氮封23252325On-line monitoring: Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DOOn-line monitoring : Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DO5 sets(5 m Micron Filter)5 sets9 unitsPN22 sets2
11、sets2 sets2 sets8 units10 units272m3 /h1500m3300m3272m3 /h272m3 /h272m3 /h27m3 /h245m3 /h300m3245m3 /h245m3 /h245m3 /h126m3 /h164m3 /h126m3 /h164m3 /h126m3 /h164m3 /h120m3 /h156m3 /h8m3 /h6m3 /h100m3 /h130m3 /hHEX2021/6/79P第三节第三节 多介质过滤器（多介质过滤器（MMF） PFiltered water TankH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O运行反洗Back T
12、o PIDRaw waterfeed pumpBack wash pump图例: 1. 上部检修人孔 2. 上部进水口 3. 无烟煤 4. 细沙层 5. 粗砂层 6. 过滤出口 7. 砾石垫层 8. 集水水帽 9. 侧面检修人孔Backwash drainageForward wash drainageAir BlowerFrom Filtered Water TankFrom Raw Water TanklMMF: Multimedia Filter（多介质过滤器）l原水从过滤器顶部进入，通过罐体内的过滤介质，由下部的集水水帽收集，通过底部总管排出，水中不溶于水的大颗粒，悬浮物（SS）将会被
13、有效地内部填装的过滤介质所拦截。l同时，MMF在防止后面的ACF床体被污染起到关键的作用。运行序列举例运行序列举例2021/6/710第四节第四节 活性炭过滤器活性炭过滤器 ACF: Activated Carbon Filter（活性炭过滤器） 过滤后水从过滤器顶部进入，经过内部填充滤料，下部集水水帽收集后从底部出水总管流出。水通过活性炭过滤器，水中的部分TOC被吸附，另一个主要的作用是去除水中的余氯。以保护后面的离子交换树脂和RO膜免受氧化而损坏 活性炭过滤器的运行方式，运行序列和多介质过滤器基本相同，只是反洗时没有气冲擦洗。 ACF正洗进水过滤进水过滤出水正洗排水反洗进水反洗排水手动排气
14、手动排水排气Back To PIDNote: Above table is abstracted from “The Nalco Water Handbook 2nd Edition”2021/6/711第五节第五节 阴阳离子交换器阴阳离子交换器 IXFrom ACF(Service Inlet)Service OutletResin Trap反洗排水反洗进水正洗进水再生化学品进口再生废液排放口正洗排水投运前预排水口Back To PIDCa+ Mg+ K+ Na+ K+ H+ H+ Water InletWater outletCa+ K+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Rege
15、nerant(HCl)Wastewater outlet(CaCl2 , KCl)产水再生SO4 2- CO3 2- HCO3 - CO3 2- Cl- OH- OH-Water outletCO3 2- Cl- OH- OH- OH- OH- OH- OH- OH-产水再生Water Inlet(H2 SO4 ,HCl)Regenerant(NaOH)阳离子交换器阳离子交换器阴离子交换器阴离子交换器Wastewater outlet(NaCl2 , NaCO3) 通过阴阳离子交换器，水中的TDS，无机成盐离子基本上被去除掉，同时二氧化硅胶体也被有效去除掉。 运行过程中主要依靠阴床出水电导率来
16、判断交换床是否失效。 阴阳离子交换器是整个工艺中最重要的设备，其稳定运行和有效的再生才能保证整个系统的连续稳定运行。 阴阳离子交换器的再生需要消耗大量的化学品，所以阴阳离子交换器的高效运行可以降低单位纯水的制水成本。 2021/6/712产水流量设计流量%比运 行 压 力设计压力透盐率产水流量运行压力和透盐率的关系第六节第六节 反渗透单元反渗透单元 SecurityFilterFrom AIX高压泵(9 barg)Stage 1Stage 2一段产品水二段产品水一段浓水二段浓水(至浓水箱)产品水总管(至RO产水水池) RO: Reverse Osmosis（反渗透）反渗透膜是一种半透膜，它只允
17、许水通过，而水中的 无机成盐离子和二氧化硅胶体是不能通过的。本工艺中的RO的设计回收率在90%以上。本工艺RO系统设计为一级两段式。P1称为渗透压外加压力必须大于P1，这时反渗透过程便会发生在反渗透处理工艺中，P2是由高压泵提供的。自然渗透过程反渗透过程半 透 膜半 透 膜浓溶液水浓溶液水Back To PID272m3 /h245m3 /h27m3 /h膜最大设计运行压力为 300psi(21bar)5微米微滤器其中滤芯是消耗品，需要定期更换，或根据进出口压差来决定。2021/6/713第七节第七节 初级混床初级混床From RO permeate pump(Service inlet)Ni
18、trogen Inlet再生剂(HCl)入口再生剂入口(NaOH)Service outlet投运前排水至RO permeate tank慢洗入口再生废液排放至REG waste water tank取样回流至RO permeate tank快洗入口排气反洗排水正洗排水再生废液排放 MBX: Mixed Bed Ion Exchanger（混床） 混床，混合离子交换器，内部填充了阴阳两种混合均匀的树脂。有的还会填充一种密度介于阴阳树脂之间的惰性树脂。 混床相当于无数个串联在一起的阴床和阳床， 当水通过混床时，水中的阳离子和阳树脂上的氢离子发生交换，从而置换出氢离子，而阴离子和附近的阴树脂发生交
19、换将氢氧根离子置换下来，这时分别被置换下来的氢离子和氢氧根离子立即结合而生成稳定的水分子。 Back To PID2021/6/714第八节第八节 膜脱气单元（膜脱气单元（MDG）N2, O2, CO2 MDG: Membrane Degasifier（膜脱气） 通过前端处理装置，溶解在水中的无机成盐离子和其他不溶性的悬浮物质得到了有效的去除，但对于溶解在水中的气体物质是没有去除作用的，水中溶解性气体的去除主要依靠膜脱气装置。 如上方图示，水从0.2微米内径的中空纤维膜管束外侧流过，这种中空纤维管是由一种疏水性材料制成，并且它只允许气体通过，而水不能通过。 在中空纤维膜管一端通入高纯氮气，另一
20、端接真空泵，从而在纤维膜管束内形成了一个真空环境。 这样在中空纤维膜内形成了两个满足气体扩散的条件，一是通入的纯氮气含有极少量的氧气，二氧化碳等杂质气体，也就是说纤维管内侧的氧气二氧化碳等的分压非常低。二是膜内侧的真空环境。 这两个条件使得水中的溶解性气体快速地通过膜进入到膜管内随氮气一起被排出。0.2 微米内径中空纤维膜管束Back To PID基于亨利定律，气体在不同相中具有不同的气体分压，气体有从分压高的一侧向分压低的一侧扩散的 (包括气-气相和气-液相）2021/6/715Back To PID第九节第九节 降降TOC紫外线单元紫外线单元UV(185nm) UPW PumpFromUP
21、W Tank185 nm-TOC Reduction UnitTo Heat Exchanger UV: Ultra Violet（185nm）降TOC紫外线单元 由于后面抛光混床树脂在运行过程中，不可避免地一些树脂会发生分解，从而使水中TOC浓度升高，同时所有的循环管路以及管件材质都是PVC，虽是洁净PVC，但也不可避免地会溶出一些有机成分到水中，也会是TOC浓度升高，所以在抛光工序设置降TOC紫外线单元是非常必要的。 降TOC紫外灯波长为185nm. 而一般杀菌用紫外灯波长为254nm。当然185nm的紫外灯也是具有一定的杀菌能力的。 2021/6/716第十节第十节 超滤膜组超滤膜组 F
22、rom MBPTo filtered water tankTo FAB UF: UltraFiltration,（超滤） 膜孔径为0.2微米。 超滤主要作用是控制水中微粒物质，它 可以截留溶解性大分子和所有大于0.2微 米的离子，有机溶剂和其他小的溶解性物 质。2021/6/717第二章第二章 回收水处理系统回收水处理系统2021/6/718Lift StationFAB 2FRACF1RACF1RACF2RACF2REC1 Buffer TanksREC2 Buffer TanksSecurityFilterTo filtered water tankTo RO reject water tankTOCTOCTo filtered water tankTOC2ppm2ppm TOC5ppmTo WWTTOC5ppm20m320m320m320m320m320m320m32021/6/719收集分析排放分析排放收集排放收集分析2021/6/720部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
