UPW系統(tǒng)介紹(培訓(xùn)學(xué)習(xí))

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(dòng)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(gè)制造工藝中，主要用作玻璃基板的沖洗，和較高濃度的化學(xué)品原液混合配制工藝制造所需特定濃度的化學(xué)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(duì)制造工藝造成影響的污染因子去除。比如TDS

2、（總?cè)芙夤绦挝铮?，TOC（總有機(jī)碳），細(xì)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(shè)備，比如多介質(zhì)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(shí)，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(xì)菌而導(dǎo)致水質(zhì)變壞，超純水設(shè)計(jì)了循環(huán)供應(yīng)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(shè)計(jì)了兩個(gè)循環(huán)拋光供水回路，回路一設(shè)計(jì)供水能力為100m3/h，主要為彩膜（C/F），Cell，CCSS，QE實(shí)驗(yàn)室，可靠性實(shí)驗(yàn)

3、室設(shè)備以及更衣室洗手干手器等提供超純水?；芈范O(shè)計(jì)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(shè)備供應(yīng)超純水。 TFT-LCD是一個(gè)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(huì)增加制造成本，也就是說產(chǎn)品在市場上將會(huì)失去成本優(yōu)勢(shì)。事實(shí)上，在制造工藝中，很多沖洗用水都是可以回用的，所以我們?cè)O(shè)計(jì)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 4自來水4200m3/天一般給排水市政供水系統(tǒng)加壓供水系統(tǒng)UPW & WWT 系統(tǒng)UPW 系統(tǒng)工藝設(shè)備WWT 系統(tǒng)消防系統(tǒng)噴淋系統(tǒng)消火栓Page 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

4、節(jié) 超純水水質(zhì)指標(biāo)和原水自來水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比表超純水水質(zhì)指標(biāo)和原水自來水水質(zhì)指標(biāo)對(duì)比表水質(zhì)指標(biāo)水質(zhì)指標(biāo)自來水自來水超純水超純水 對(duì)應(yīng)的處理方法對(duì)應(yīng)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)Cati

5、on 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 ExchangerPage 7第一節(jié)第一節(jié) 水中污染物質(zhì)水中污染物質(zhì)1.1 溶解性固體 TDS（總?cè)芙夤绦挝?/p>

6、）包括所有無機(jī)成鹽離子。溶解在水中的鹽離子化為其相應(yīng)的陽離子和陰離子，并使水的電導(dǎo)率升高。下表顯示了電阻率、電導(dǎo)率和TDS之間的關(guān)系：電阻率電阻率（Ohm-cm）電導(dǎo)率電導(dǎo)率（S/cm）TDSPPM as NaCl10001000500200050024030003331604000250120500020093100001004650000209100000104.650000020.9電導(dǎo)率以（Megohm-cm）計(jì)時(shí)與電導(dǎo)率以（s/cm）成倒數(shù)關(guān)系。例：如果水樣測得電阻率為2500 ohm-cm，那水樣的電導(dǎo)率是多少？ 2500 ohm-cm/1000000=0.0025 megohm-

7、cm 1/0.0025=400 S/cm水中陽離子有Na+ , K+ , Ca+ , Mg+ , Fe+ , Al+ 等。同時(shí)還含有微量的鉛，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(zhì)，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(jié)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(zhì)水中污染物質(zhì)1.2溶解性有機(jī)物 水中

8、的溶解性有機(jī)物多是由植物，動(dòng)物尸體等通過自然降解形成的，同時(shí)也有人工合成的有機(jī)成分，像農(nóng)藥和工業(yè)排放的化學(xué)品廢水等。諸如丹寧酸，木質(zhì)素，腐植酸，褐菌素等，這些化合物會(huì)使水呈現(xiàn)一定的顏色，工藝中會(huì)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 tankSecu

9、rityFilterRO High Press. Pump(VFD)MBX3 setsMDGUPW 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 ModuleVFDVFDLoop 1 ReturnLoop 2 ReturnFrom Reclaim Sys.PN2氮封PN2氮封23252325

10、On-line monitoring: Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DOOn-line monitoring : 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 /h12

11、6m3 /h164m3 /h126m3 /h164m3 /h120m3 /h156m3 /h8m3 /h6m3 /h100m3 /h130m3 /hHEXPPage 10第三節(jié)第三節(jié) 多介質(zhì)過濾器（多介質(zhì)過濾器（MMF） PFiltered water TankH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O運(yùn)行反洗Back To PIDRaw waterfeed pumpBack wash pump圖例: 1. 上部檢修人孔 2. 上部進(jìn)水口 3. 無煙煤 4. 細(xì)沙層 5. 粗砂層 6. 過濾出口 7. 礫石墊層 8. 集水水帽 9. 側(cè)面檢修人孔Backwash drainageForward

12、 wash drainageAir BlowerFrom Filtered Water TankFrom Raw Water TanklMMF: Multimedia Filter（多介質(zhì)過濾器）l原水從過濾器頂部進(jìn)入，通過罐體內(nèi)的過濾介質(zhì)，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(huì)被有效地內(nèi)部填裝的過濾介質(zhì)所攔截。l同時(shí)，MMF在防止后面的ACF床體被污染起到關(guān)鍵的作用。Start預(yù)沖洗5min 運(yùn)行產(chǎn)水Generally, 48 hours 排水10min氣沖5min氣水混合反沖5min小流量反洗5min大流量反洗7min靜置1minStand By正

13、洗（預(yù)過濾）20min運(yùn)行序列舉例運(yùn)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(jìn)入，經(jīng)過內(nèi)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(gè)主要的作用是去除水中的余氯。以保護(hù)后面的離子交換樹脂和RO膜免受氧化而損壞 活性炭過濾器的運(yùn)行方式，運(yùn)行序列和多介質(zhì)過濾器基本相同，只是反洗時(shí)沒有氣沖擦洗。 ACF正洗進(jìn)水過濾進(jìn)水過濾出水正洗排水反洗進(jìn)水反洗排水手動(dòng)排氣手動(dòng)排水排氣Back To PIDNote: Above table is abstra

14、cted 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(jìn)水正洗進(jìn)水再生化學(xué)品進(jìn)口再生廢液排放口正洗排水投運(yùn)前預(yù)排水口Back To PIDCa+ 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SO

15、4 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(NaCl2 , NaCO3) 通過陰陽離子交換器，水中的TDS，無機(jī)成鹽離子基本上被去除掉，同時(shí)二氧化硅膠體也被有效去除掉。 運(yùn)行過程中主要依靠陰床出水電導(dǎo)率來判斷交換床是否失效。 陰陽離子交換器是整個(gè)工藝中最重要的設(shè)備，其穩(wěn)定運(yùn)行和有效的再生才能保證整

16、個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。 陰陽離子交換器的再生需要消耗大量的化學(xué)品，所以陰陽離子交換器的高效運(yùn)行可以降低單位純水的制水成本。 產(chǎn)水流量設(shè)計(jì)流量%比運(yùn) 行 壓 力設(shè)計(jì)壓力透鹽率產(chǎn)水流量運(yùn)行壓力和透鹽率的關(guān)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(jī)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(shè)計(jì)回收率在90%以上。

17、本工藝RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一級(jí)兩段式。P1稱為滲透壓外加壓力必須大于P1，這時(shí)反滲透過程便會(huì)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(shè)計(jì)運(yùn)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，或根據(jù)進(jìn)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(jí)混床初級(jí)混床From RO permeate pump(Service inlet)Nitrogen Inlet再生劑(HCl)入口再生劑入口(NaOH)Ser

18、vice outlet投運(yùn)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(nèi)部填充了陰陽兩種混合均勻的樹脂。有的還會(huì)填充一種密度介于陰陽樹脂之間的惰性樹脂。 混床相當(dāng)于無數(shù)個(gè)串聯(lián)在一起的陰床和陽床， 當(dāng)水通過混床時(shí)，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(shí)分別被置換下來的氫離子和氫氧根離子立即結(jié)合而

19、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(jī)成鹽離子和其他不溶性的懸浮物質(zhì)得到了有效的去除，但對(duì)于溶解在水中的氣體物質(zhì)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。 如上方圖示，水從0.2微米內(nèi)徑的中空纖維膜管束外側(cè)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?dú)?，另一端接真空泵，從而在纖維膜管束內(nèi)形成了一個(gè)真空環(huán)境。 這樣在中空纖維膜內(nèi)形成了兩

20、個(gè)滿足氣體擴(kuò)散的條件，一是通入的純氮?dú)夂袠O少量的氧氣，二氧化碳等雜質(zhì)氣體，也就是說纖維管內(nèi)側(cè)的氧氣二氧化碳等的分壓非常低。二是膜內(nèi)側(cè)的真空環(huán)境。 這兩個(gè)條件使得水中的溶解性氣體快速地通過膜進(jìn)入到膜管內(nèi)隨氮?dú)庖黄鸨慌懦觥?.2 微米內(nèi)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(cè)向分壓低的一側(cè)擴(kuò)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 Violet（185nm）降TOC紫外線單元 由于后面拋光混床樹脂在運(yùn)行過程中，不可避免地一些樹脂會(huì)發(fā)生分解，從而使水中TOC濃度升高，同時(shí)所有的循環(huán)管路以及管件材質(zhì)都是PVC，雖是潔凈PV