UPW系統(tǒng)介紹(培訓學習資料)

1、Page 2 前前 言言 第一章第一章 超純水制備系統(tǒng)超純水制備系統(tǒng) 第二章第二章 回收水處理系統(tǒng)回收水處理系統(tǒng) Page 3前言前言 超純水（UPW-Ultra-Pure Water）系統(tǒng)是最重要的動力支持系統(tǒng)之一，分別為陣列（Array），成盒（Cell），彩膜（Color Filter）等主要制造工藝提供合格的超純水。在各個制造工藝中，主要用作玻璃基板的沖洗，和較高濃度的化學品原液混合配制工藝制造所需特定濃度的化學品。換句話說，超純水在制造工藝中將直接和產(chǎn)品或產(chǎn)品部件發(fā)生直接接觸。鑒于此，必須借助于一些特殊的方法將存在于原水（自來水）中的將可能對制造工藝造成影響的污染因子去除。比如TDS

2、（總溶解固形物），TOC（總有機碳），細菌，二氧化硅，DO（溶解氧）以及一些金屬離子（Na, K, Ca, Cu）等。為了降低原水中的這些污染因子，超純水系統(tǒng)采用了一系列的設備，比如多介質過濾器（MMF），活性炭過濾器（ACF），反滲透（RO），離子交換器，紫外燈（UV），混床（MB），膜脫氣（MDG）和超濾等。同時，為了保證提供穩(wěn)定合格的超純水，防止超純水在長距離輸送過程中滋長細菌而導致水質變壞，超純水設計了循環(huán)供應拋光回路，并且保證管路中一定的水流速度。我們的系統(tǒng)設計了兩個循環(huán)拋光供水回路，回路一設計供水能力為100m3/h，主要為彩膜（C/F），Cell，CCSS，QE實驗室，可靠性實驗

3、室設備以及更衣室洗手干手器等提供超純水?；芈范O計供水能力為130m3/h，主要為陣列工序的蝕刻和顯影等的工藝設備供應超純水。 TFT-LCD是一個高耗水的行業(yè)，如果使用過的水完全作為廢水排放掉的話，將會增加制造成本，也就是說產(chǎn)品在市場上將會失去成本優(yōu)勢。事實上，在制造工藝中，很多沖洗用水都是可以回用的，所以我們設計了兩套回用水處理系統(tǒng)，分別處理不同污染程度的回收水。Page 4Page 5第一章第一章 超純水制備系統(tǒng)超純水制備系統(tǒng)Page 6第一節(jié)第一節(jié) 超純水水質指標和原水自來水水質指標對比表超純水水質指標和原水自來水水質指標對比表水質指標水質指標自來水自來水超純水超純水 對應的處理方法對

4、應的處理方法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)MDGNa(mg/L)3.920.0005(0.5ppb)Cation Ion ExchangerK(mg/L)2.520.0005(0.5ppb)Cation Ion ExchangerCa(mg/L)41

5、.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 ExchangerPage 7第一節(jié)第一節(jié) 水中污染物質水中污染物質1.1 溶解性固體 TDS（總溶解固形物）包括所有無機成鹽離子。溶解在水中的鹽離子化為其相應的陽離子和陰離子，并使水的電導率升高。下表顯示了電阻率、電導率和TDS之間的關系：電阻率電

6、阻率（Ohm-cm）電導率電導率（S/cm）TDSPPM as NaCl10001000500200050024030003331604000250120500020093100001004650000209100000104.650000020.9電導率以（Megohm-cm）計時與電導率以（s/cm）成倒數(shù)關系。例：如果水樣測得電阻率為2500 ohm-cm，那水樣的電導率是多少？ 2500 ohm-cm/1000000=0.0025 megohm-cm 1/0.0025=400 S/cm水中陽離子有Na+ , K+ , Ca+ , Mg+ , Fe+ , Al+ 等。同時還含有微量的鉛，

7、銅，鋅等。水中的陰離子有Cl- , SO4 - , NO3 - , CO3-HCO3- 等。二氧化硅是土壤中最常見的一種物質，所以其在水中的含量也很高。二氧化硅的存在可能引起RO膜的結垢。二氧化硅在水中的存在形態(tài)有兩種：一種是離子化的二氧化硅，一種是膠體顆粒狀的二氧化硅。離子化的二氧化硅能很容易地通過離子交換，RO，蒸餾等方法去除掉。膠體二氧化硅可以通過超濾，RO，蒸餾的方法去除。Page 8第一節(jié)第一節(jié) 水中污染物質水中污染物質1.2溶解性有機物 水中的溶解性有機物多是由植物，動物尸體等通過自然降解形成的，同時也有人工合成的有機成分，像農藥和工業(yè)排放的化學品廢水等。諸如丹寧酸，木質素，腐植酸

8、，褐菌素等，這些化合物會使水呈現(xiàn)一定的顏色，工藝中會使離子交換樹脂被污染。1.3溶解性氣體1.4顆粒物1.5微生物Page 9第二節(jié)第二節(jié) 超純水系統(tǒng)工藝流程示意圖超純水系統(tǒng)工藝流程示意圖 Raw water tankMMF3 setsFiltered water tankACF4 setsCIX3 setsAIX3 setsRO Stage 1RO Stage 2RO permeatewater tankRO reject water tankSecurityFilterRO High Press. Pump(VFD)MBX3 setsMDGUPW Tank(2 pcs)50m3 eachE

9、xhaust(CO2 ,O2 )Vacuum pumpUV Unit -185NmUV Unit -185NmHEXHEXCold water supplyCold water returnCold water returnPMBPMBLoop 1 to FABLoop 2 to FABUF ModuleUF ModuleVFDVFDLoop 1 ReturnLoop 2 ReturnFrom Reclaim Sys.PN2氮封PN2氮封23252325On-line monitoring: Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DOOn-line monito

10、ring : Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DO5 sets(5 m Micron Filter)5 sets9 unitsPN22 sets2 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

11、 /hHEXPPage 10第三節(jié)第三節(jié) 多介質過濾器（多介質過濾器（MMF） PFiltered water TankH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O運行反洗Back To PIDRaw waterfeed pumpBack wash pump圖例: 1. 上部檢修人孔 2. 上部進水口 3. 無煙煤 4. 細沙層 5. 粗砂層 6. 過濾出口 7. 礫石墊層 8. 集水水帽 9. 側面檢修人孔Backwash drainageForward wash drainageAir BlowerFrom Filtered Water TankFrom Raw Water TanklMMF

12、: Multimedia Filter（多介質過濾器）l原水從過濾器頂部進入，通過罐體內的過濾介質，由下部的集水水帽收集，通過底部總管排出，水中不溶于水的大顆粒，懸浮物（SS）將會被有效地內部填裝的過濾介質所攔截。l同時，MMF在防止后面的ACF床體被污染起到關鍵的作用。運行序列舉例運行序列舉例第四節(jié)第四節(jié) 活性炭過濾器活性炭過濾器 ACF: Activated Carbon Filter（活性炭過濾器） 過濾后水從過濾器頂部進入，經(jīng)過內部填充濾料，下部集水水帽收集后從底部出水總管流出。水通過活性炭過濾器，水中的部分TOC被吸附，另一個主要的作用是去除水中的余氯。以保護后面的離子交換樹脂和RO

13、膜免受氧化而損壞 活性炭過濾器的運行方式，運行序列和多介質過濾器基本相同，只是反洗時沒有氣沖擦洗。 ACF正洗進水過濾進水過濾出水正洗排水反洗進水反洗排水手動排氣手動排水排氣Back To PIDNote: Above table is abstracted from “The Nalco Water Handbook 2nd Edition”Page 12第五節(jié)第五節(jié) 陰陽離子交換器陰陽離子交換器 IXFrom ACF(Service Inlet)Service OutletResin Trap反洗排水反洗進水正洗進水再生化學品進口再生廢液排放口正洗排水投運前預排水口Back To PIDC

14、a+ Mg+ K+ Na+ K+ H+ H+ Water InletWater outletCa+ K+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ Regenerant(HCl)Wastewater outlet(CaCl2 , KCl)產(chǎn)水再生SO4 2- CO3 2- HCO3 - CO3 2- Cl- OH- OH-Water outletCO3 2- Cl- OH- OH- OH- OH- OH- OH- OH-產(chǎn)水再生Water Inlet(H2 SO4 ,HCl)Regenerant(NaOH)陽離子交換器陽離子交換器陰離子交換器陰離子交換器Wastewater outlet(Na

15、Cl2 , NaCO3) 通過陰陽離子交換器，水中的TDS，無機成鹽離子基本上被去除掉，同時二氧化硅膠體也被有效去除掉。 運行過程中主要依靠陰床出水電導率來判斷交換床是否失效。 陰陽離子交換器是整個工藝中最重要的設備，其穩(wěn)定運行和有效的再生才能保證整個系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。 陰陽離子交換器的再生需要消耗大量的化學品，所以陰陽離子交換器的高效運行可以降低單位純水的制水成本。 產(chǎn)水流量設計流量%比運 行 壓 力設計壓力透鹽率產(chǎn)水流量運行壓力和透鹽率的關系Page 13第六節(jié)第六節(jié) 反滲透單元反滲透單元 SecurityFilterFrom AIX高壓泵(9 barg)Stage 1Stage 2一段

16、產(chǎn)品水二段產(chǎn)品水一段濃水二段濃水(至濃水箱)產(chǎn)品水總管(至RO產(chǎn)水水池) RO: Reverse Osmosis（反滲透）反滲透膜是一種半透膜，它只允許水通過，而水中的 無機成鹽離子和二氧化硅膠體是不能通過的。本工藝中的RO的設計回收率在90%以上。本工藝RO系統(tǒng)設計為一級兩段式。P1稱為滲透壓外加壓力必須大于P1，這時反滲透過程便會發(fā)生在反滲透處理工藝中，P2是由高壓泵提供的。自然滲透過程反滲透過程半 透 膜半 透 膜濃溶液水濃溶液水Back To PID272m3 /h245m3 /h27m3 /h膜最大設計運行壓力為 300psi(21bar)5微米微濾器其中濾芯是消耗品，需要定期更換，

17、或根據(jù)進出口壓差來決定。%100濃水水量產(chǎn)水水量產(chǎn)水水量RPage 14第七節(jié)第七節(jié) 初級混床初級混床From RO permeate pump(Service inlet)Nitrogen Inlet再生劑(HCl)入口再生劑入口(NaOH)Service outlet投運前排水至RO permeate tank慢洗入口再生廢液排放至REG waste water tank取樣回流至RO permeate tank快洗入口排氣反洗排水正洗排水再生廢液排放 MBX: Mixed Bed Ion Exchanger（混床） 混床，混合離子交換器，內部填充了陰陽兩種混合均勻的樹脂。有的還會填充一種

18、密度介于陰陽樹脂之間的惰性樹脂。 混床相當于無數(shù)個串聯(lián)在一起的陰床和陽床， 當水通過混床時，水中的陽離子和陽樹脂上的氫離子發(fā)生交換，從而置換出氫離子，而陰離子和附近的陰樹脂發(fā)生交換將氫氧根離子置換下來，這時分別被置換下來的氫離子和氫氧根離子立即結合而生成穩(wěn)定的水分子。 Back To PIDPage 15第八節(jié)第八節(jié) 膜脫氣單元（膜脫氣單元（MDG）N2, O2, CO2 MDG: Membrane Degasifier（膜脫氣） 通過前端處理裝置，溶解在水中的無機成鹽離子和其他不溶性的懸浮物質得到了有效的去除，但對于溶解在水中的氣體物質是沒有去除作用的，水中溶解性氣體的去除主要依靠膜脫氣裝置

19、。 如上方圖示，水從0.2微米內徑的中空纖維膜管束外側流過，這種中空纖維管是由一種疏水性材料制成，并且它只允許氣體通過，而水不能通過。 在中空纖維膜管一端通入高純氮氣，另一端接真空泵，從而在纖維膜管束內形成了一個真空環(huán)境。 這樣在中空纖維膜內形成了兩個滿足氣體擴散的條件，一是通入的純氮氣含有極少量的氧氣，二氧化碳等雜質氣體，也就是說纖維管內側的氧氣二氧化碳等的分壓非常低。二是膜內側的真空環(huán)境。 這兩個條件使得水中的溶解性氣體快速地通過膜進入到膜管內隨氮氣一起被排出。0.2 微米內徑中空纖維膜管束Back To PID基于亨利定律，氣體在不同相中具有不同的氣體分壓，氣體有從分壓高的一側向分壓低的一側擴散的 (包括氣-氣相和氣-液相）Page 16Back To PID第九節(jié)第九節(jié) 降降TOC紫外線單元紫外線單元UV(185nm) UPW PumpFromUPW Tank185 nm-TOC Reduction UnitTo Heat Exchanger UV: Ultra