水處理工藝設計指南

水處理程序設計指南鍾政諺2001/2/22page一、凈化處理 2二、軟水處理 4三、飲用水處理 8四、鍋爐用水處理 10五、醫(yī)療用水處理 11六、醫(yī)藥用水處理，生化用水處理 12七、食品飲料用水處理八、實驗室用水處理九、電著電鍍用水處理十、海水淡化處理十一、電子廠超純水處理十二、冷卻水塔十三、Condensate回收十四、電子廠lowTOClastrinsereclamation處理十五、電子廠酸性廢水回收處理十六、封裝廠切割廢水回收處理(參考用)十七、封裝廠研磨廢水回收處理(參考用)十八、晶元廠CMP廢水回收處理(參考用)十九、水處理單元特性說明二十、水處理需求調(diào)查資料表二十一、水量平衡計算二十二、水處理系統(tǒng)之管理二十三、水處理發(fā)展之趨勢二十四、水處理書單二十五、其他二十六、附錄

凈水處理:凈水處理之作用及目的:一般凈水處理指將原水做初步之凈化處理,許多地區(qū)并不提供工業(yè)用水或自來水，因此需就近引進水源；并視水源之情況實施初步之凈化；即稱之為凈水處理。凈水處理之要求為將水質(zhì)處理至自來水標準，通常并不牽涉到脫鹽(desalination)程序。其主要要求為脫色、脫臭、除鐵錳、消毒、降低濁度等。凈水處理後水質(zhì)要求，可參考臺灣省自來水標準。凈水處理之程序:地面水之凈水處理:地面水受季節(jié)及氣候變化，其進水水質(zhì)變化較大。在水質(zhì)調(diào)查部份最好有全年度之水文調(diào)查資料,以便於掌握設計變數(shù)。一般之處理程序如下:5.輸送4.加氯3.過濾2.沉砂1.5.輸送4.加氯3.過濾2.沉砂1.引水1.引水：引進水源，通常為土木工程范圍；例如引水渠道；伏流井取水等。2.沉砂：原水引進通常挾帶泥沙及雜物，通常於進水口處設置欄柵阻攔雜物，原水進入一緩沖池中，將挾帶之泥沙沉淀。3.過濾：此處過濾常采用重力式過濾，凝集加藥亦有時合并使用。4.加氯：加氯之主要作用在於氧化及消毒，采用加氯法之優(yōu)點在於殘余氯仍有持續(xù)之殺菌能力。一般加氯法皆采用折點加氯法。但最大加氯量不超過10ppm.一般加氯後之余氯量為0.5ppm。5.輸送：將凈化水輸送至下一制程。最典型之應用為自來水公司之凈水場；本公司之客戶中例如苗栗長春石化之原水即采用後龍溪之伏流水，即經(jīng)上述之處理程序。

地下水之凈水處理:地下水一般鐵錳含量較高，濁度較低，其水質(zhì)較穩(wěn)定，凈化處理并須針對水質(zhì)情況設計；大部份之地下水凈化流程如下：5.除鐵錳4.過濾3.沉淀2.氧化1.5.除鐵錳4.過濾3.沉淀2.氧化1.除砂除沙：一般地下水經(jīng)沉水式幫浦抽取輸送至一旋風分離機(cyclone)將水中之砂粒去除。氧化：經(jīng)除砂後,隨即添加漂白水(折點家氯法)加氯氧化，或使用臭氧氧化，亦有采用三至四層之氣曝塔實施氣曝氧化。其目的為將水中之二價鐵氧化為三價鐵，即可凝集沉淀。沉淀：經(jīng)氧化後，大部份鐵錳即氧化沉淀，此時可添加助凝劑及高分子來加大其顆粒，水中之其他小顆粒及膠羽亦可變成大顆粒沉淀。過濾：沉淀池之上層澄清液再經(jīng)多層過濾器過濾即可得到凈水。除鐵錳：如對鐵錳要求程度較高時，可在多層過濾器後設置錳紗過濾器(greensand)過濾，錳砂過濾之設計參數(shù)與活性碳相同，一般希望其過濾流速約為12M/hr。錳砂經(jīng)一段時間使用後，其效果降低時，可使用過錳酸鉀(強氧化劑)再生之。地下水經(jīng)凈化處理後，其處理效果鐵錳含量通常<0.05ppm以上之凈水處理常用之設計方式，常采用澄清池clarifier(或稱快速凝集沉降池)及重力式過濾器(gravityfilter)視其水量及場地之大小決定程序之配置，一般因有加氯或臭氧添加，設備皆設置於室外。

軟水處理：軟水之定義：水中之總硬度>40ppmasCaCO3，即稱之為軟水。軟化之程度視使用者對硬度要求而定，而軟化程序之選定亦隨原水水質(zhì)及軟化程度不同而異。廣泛之說法為凡可將水中之硬度去除之程序皆可稱之為軟化程序。使用藥品例如：6偏磷酸鈉或抗垢劑等，并無法降低水中硬度，不能稱之為軟化。軟化程序之種類:以下之程序皆可達到降低硬度之效果。煮沸或蒸發(fā)石灰軟化法(limesoftener)天然沸石軟化陽離子交換樹脂納濾(NF,nanofiltration)或逆滲透法電透析法(E.D.:eletrodialysis)其適用時機及流程安排茲分述如下：煮沸或蒸發(fā)法：使用煮沸法一般只能去除暫時硬度，而無法去除永久硬度。蒸發(fā)法則可去除所有硬度。不論使用煮沸法或蒸發(fā)法；因為其能源消耗量大，故適用於廢熱充?；蚰茉闯湓Ｖ貐^(qū)，如產(chǎn)油國家。煮沸法程序：冷卻鍋爐冷卻鍋爐多效蒸發(fā)法(MSF：multi-stage-flash)：中東地區(qū)使用作為海水淡化熱循環(huán)熱循環(huán)熱回收鍋爐熱回收鍋爐產(chǎn)水冷卻產(chǎn)水冷卻減壓蒸餾法(V.C.：vaporcompressor)比MSF較節(jié)省能源之蒸發(fā)法：加藥預熱,冷卻加壓蒸發(fā)罐脫氣產(chǎn)水加藥預熱,冷卻加壓蒸發(fā)罐脫氣產(chǎn)水基本上，采用蒸發(fā)法當然不只去除硬度，甚至可脫除大部份鹽類，達到海水淡化之程度。結(jié)冰法:市場上亦有使用冷卻至結(jié)冰之方式來達到脫鹽及軟化之效果。冷卻劑清洗水冷卻劑清洗水浮冰浮冰壓縮及膨脹壓縮及膨脹進水進水濃縮水濃縮水石灰軟化法：石灰軟化法是大量用水去除暫時硬度常用之方法。其程序如下：操作溫度如果在40℃以上時，稱之為Hotlimesoftener,效果較佳CO2Ca(OH)2,Na2CO3,MgO軟水酸化原水凝集沉降槽CO2Ca(OH)2,Na2CO3,MgO軟水酸化原水凝集沉降槽(Clarifier)污泥；CaCO3；Mg(OH)2；SiO2部份之SiO2亦可去除；其機制為沉墊Mg(OH)2時之共沉效應；平均去除7.1ppm之Mg++時，可同時去除1ppm之SiO2使用此法只可去除暫時硬度，因此要提高去除硬度效果時，則必須添加大量蘇打(Na2CO3)，使用石灰軟化法時會產(chǎn)生大量之污泥天然沸石軟化法:天然沸石之功能與鈉型陽離子樹脂一樣；皆可實施離子交換功能；其使用方式亦同樣使用鹽水再生；由於離子交換樹脂之通用；目前此法已經(jīng)少人使用。軟水沸石軟化器軟水沸石軟化器鹽水再生鹽水再生陽離子交換樹脂：使用陽離子交換樹脂軟化為目前最常用之軟化方式；其優(yōu)點為處理後之硬度可降低至2ppmasCaCO3以下(此為軟化樹脂系統(tǒng)常訂定之軟水規(guī)范)其流程如下:陽離子樹脂活性碳過濾多層過濾陽離子樹脂活性碳過濾多層過濾再生再生再生藥品通常使用NaClorHClorH2SO4再生；視個案狀況決定。陽離子樹脂之選擇；視水中鹼度決定使用弱酸或強酸型。鈉濾(NF,nanofiltration)或逆滲透法:NF(Nanofiltration)或稱之為looseRO(松式RO)為對二價(含)以上之離子去除率高；而單價離子去除率低之薄膜；其截距分子量(MWCO)范圍為分子量200?600，視其用途而異；一般說來；NF(Nanofiltration)對硬度之去除能力為98%以上；對單價離子包括HCO3-之去除率為20?70%；，故在NF之濃縮側(cè)較不易產(chǎn)生CaCO3之沉墊。NF有時又稱之為軟化RO。逆滲透RO對離子之去除率可達90%以上；當然亦可達到軟化效果。其流程如下:排水排水濾心過濾濾心過濾產(chǎn)水產(chǎn)水NForRONForRO活性碳過濾多層過濾活性碳過濾多層過濾6.電透析(E.D.：electrodialysis)：電透析(大陸稱為電滲析)為使用直流電場驅(qū)動離子透過選擇性之離子交換膜，以達到去離子之效果。電透析之原理為法拉弟定律(Faraday’slaw)。其去離子之效率與操作電流有關(guān)，通?？蛇_90%以上。其流程如下：進水進水產(chǎn)水ED產(chǎn)水ED飲用水處理：飲用水之需求等級并不高，世界衛(wèi)生組織之規(guī)范為總?cè)芙夤腆w(TDS)<800ppm，即可作為飲用水；但某些水源缺乏地區(qū)總?cè)芙夤腆w(TDS)>5000ppm仍有人飲用。國內(nèi)對飲用水之規(guī)范主要限制在於重金屬含量、大腸桿菌、色度、臭度等。因此；飲用水之處理只要慎選水源；經(jīng)過凈水處理後即可提供為飲用水。市面上飲用水之商品可大致分為三種：包裝飲用水礦泉水加味飲用水包裝飲用水：水源水質(zhì)經(jīng)過處理後，包裝販賣之飲用水。例如：杯水，桶裝水；或瓶裝水，蒸餾水等。市場上之包裝飲用水目前之制程皆以RO為主。國外亦有使用電透析系統(tǒng)生產(chǎn)。市面上之××純水、××蒸餾水或××杯水等；都是采用逆滲透系統(tǒng)制造。其要求標準請參考”CNS包裝飲用水標準”。0.2μmUV水桶RO前處理0.2μmUV水桶RO前處理裝瓶臭氧裝瓶臭氧2.礦泉水：CNS對礦泉水有較嚴格之定義；一般之規(guī)定為規(guī)范礦泉水之水源為不受污染之水源；水質(zhì)檢驗項目計有19項；對水源地區(qū)固定范圍內(nèi)亦有嚴格之規(guī)定。而礦泉水制造包裝過程亦規(guī)定只能以物理過濾方式處理，不能改變水質(zhì)為原則要求。因此市場上礦泉水之價格通常較包裝飲用水為高。因為合格之水源難找。目前，臺灣地區(qū)合格之水源為統(tǒng)一礦泉水(瑞濱麥飯石礦)，臺北縣深坑之”一之汨”礦泉水(屬麥飯石礦泉水)，新竹”竹寮山”礦泉水,宜蘭礁溪悅氏礦泉水等四處。在CNS規(guī)定之前；宜蘭礁溪及埔里為國內(nèi)礦泉水主要產(chǎn)地，但從CNS規(guī)定後；只有水源通過標準之廠牌可使用”礦泉水”外，其他品牌皆不得使用礦泉水；只能稱為包裝水。其制程大致如下：0.2μm0.45μm1μm5μm0.2μm0.45μm1μm5μm10μm包裝充填臭氧紫外線包裝充填臭氧紫外線有些進口之礦泉水，其水源并不一定符合CNS規(guī)定；但因各地區(qū)之特性不一，而在商品上強調(diào)其特性，例如從冰山取出溶解之礦泉水等。法國知名之”沛綠雅”礦泉水，以藍色水滴造型瓶子及含天然氣泡聞名，其水源因含有少量”苯”(BENZENE)，故處理流程亦采用活性碳過濾以吸附苯。3.加味包裝飲用水：基本上為包裝飲用水再加入其他風味之香料；有些則加入二氧化碳作為蘇打水。包裝飲用水處理流程設計注意事項：除一般之水處理系統(tǒng)外，在後段充填部份，配管應使用衛(wèi)生級配管。系統(tǒng)必須設計有CIP裝置，及定期消毒裝置。衛(wèi)生級之定義：1.材質(zhì)為SUS3系列以上2.接液部份之表面粗糙度等級須達1.6Ra(μm)以上3接液部份不可有死角(deadlag)Ra：中心線平均粗糙度1.6Ra等級以上：精切面：經(jīng)一次或多次精密車、銑、磨、搪光、研光、擦光、拋光或刮、絞、搪等有屑切削加工法所得之表面，幾乎無法以觸覺或視覺分辨出加工之刀痕。鍋爐用水處理：鍋爐用水之純度視鍋爐之壓力等級而定。一般在20kg/cm2以下之鍋爐，使用軟水即可如作為汽電共生用水，其水質(zhì)要求等級相當於超純水。鍋爐用水之考量為避免爐管腐蝕或長垢，因此一般要求軟水之硬度為2ppmasCaCO3以下。如作為汽電共生用水；其要求一般如下電導度：<0.056μmSiO2：＜5ppbTOC：＜20ppbD.O.：＜5ppb汽電共生對水質(zhì)純度要求主要之原因為避免高精密度渦輪(Turbin)腐蝕及重量不均衡，高速運轉(zhuǎn)下產(chǎn)生運轉(zhuǎn)異常而損壞。汽電共生用水處理請參考第十一章：電子廠超純水系統(tǒng)

五、醫(yī)療用水處理：醫(yī)療用水主要分為醫(yī)療器材使用及醫(yī)療行為使用二大方面。醫(yī)療器材使用：主要用於醫(yī)療器具之清洗、消毒等用途。醫(yī)療行為使用：主要用於調(diào)劑、檢驗等用途使用。醫(yī)療器材使用水：主要使用經(jīng)紫外線殺菌後之RO水。其一般流程如下UFRO5μmACFSOFMMF儲水桶UVUFRO5μmACFSOFMMF儲水桶UV一般用途之醫(yī)療用水、通常其水質(zhì)要求不高，菌落數(shù)要求為＜100CFU/ml如有特殊要求，通常參考之水質(zhì)標準如附錄之試劑級用水//USP23標準//Biomedicalgrade//CAP標準等，針對各類標準，加強其殺菌、去TOC、除熱源等處理程序。血液透析用水處理：其要求水質(zhì)標準通常為以AAMI之要求為標準。在洗腎室之規(guī)劃上；通常設計上必須要知道水量之計算洗腎機之用水比例一般為A液：B液：RO水＝1：1.83：34(l/hr)調(diào)配後之透析液電導度約為14MS/cm故一般以病床數(shù)計水量之規(guī)劃如下：(病床數(shù)×35(l/hr))＋其他用途(l/hr)＝規(guī)劃水量血液透析用水處理處理流程：0.2μm洗腎機UFReuse清洗臺RO5μmACFSOFMMFUVUV儲水桶0.2μm0.2μm洗腎機UFReuse清洗臺RO5μmACFSOFMMFUVUV儲水桶0.2μm六、醫(yī)藥用水處理，生化用水處理制藥業(yè)及生化科技用水需求，請參考第二十六章附錄之水質(zhì)標準表，或依照制程用途需求訂定。其主要重點在Depyrogenation(除熱源)或除菌。因此在後段制程中UF超過濾為必要之設計單元。其水處理制程通常如下：UVMF儲水桶RO前處理UVMF儲水桶RO前處理使用點UF使用點UF如果要求水質(zhì)純度高；通常如下列流程設計：EDI儲水桶MFRO前處理EDI儲水桶MFRO前處理UVUFUVUF使用點使用點後段管線通常必須設計CIP(Cleaninplace)裝置。以便定期清洗及消毒管線。

七、食品飲料用水處理食品飲料用水可區(qū)分為1.調(diào)理用水2.包裝水3.礦泉水等調(diào)理用水一般作為食品制程中之添加或清洗等用途，如作為添加入食品或飲料中，因調(diào)理食品添加物通常含有養(yǎng)份；為達殺菌效果，有些制程則加蒸汽或熱水；所以調(diào)理用水通常處理至軟水即可。包裝水及礦泉水如第三章飲用水處理說明。

八、實驗室用水處理

九、電著電鍍用水處理

十、海水淡化處理

十一、電子廠超純水處理

十二、冷卻水塔

十三、Condensate回收

十四、電子廠lowTOClastrinsereclamation處理

十五、電子廠酸性廢水回收處理

十六、封裝廠切割廢水回收處理(參考用)

十七、封裝廠研磨廢水回收處理(參考用)

十八、晶元廠CMP廢水回收處理(參考用)

十九、水處理單元特性說明

二十、水處理需求調(diào)查資料表

二十一、水量平衡計算

二十二、水處理系統(tǒng)之管理

二十三、水處理發(fā)展之趨勢

二十四、水處理書單

二十五、其他

二十六、附錄：水質(zhì)標準：試劑級用水ReagentGradeWater(ASTM)：試劑級用水為適用於實驗室化學分析及物理測試用TypeⅠ：適用於最高精密度要求之設備如AA(Atomicabsorption)原子吸收光譜儀、FES(Flameemissionspectroscopy)火焰式吸收光譜、ligandassays、微量金屬分析、酵素反應、電泳步驟、IC(ionchromatography)離子色層分析、HPLC(highperformanceliquidchromatography)高效率色層管柱、flurometricprocedure、細胞培養(yǎng)、介質(zhì)準備、GC(gaschromatography)氣相色層分析、MASS(massspectroscopy)及SEM(scanningelectronmicroscopy)電子顯微鏡。TypeⅡ：適用於大部份不受微量有機物影響之分析步驟，包括試劑調(diào)配及醫(yī)學用途染色或染料。TypeⅢ：適用於大部份之實驗室調(diào)配。TypeⅣ：適用於大量低純度需求用水，如人造試劑之補充、清洗水等。試劑級用水ReagentGradeWater(ASTM)性質(zhì)@25℃TypeⅠTypeⅡTypeⅢTypeⅣ電導度μS/cm0.0561.02.55.0比電阻MΩ-cm18.01.00.40.2pHAAA5.0?8.0SiO2ppb33500NANa+ppb111050Cl-ppb111050TOCppb50100200NA生菌數(shù)CFU/ml10CFU/L10CFU/100ml10CFU/10ml10CFU/10mlENDOTOXINUNITEU/ml(致熱源)0.030.25NANAA：其pH值視所使用之儀器規(guī)定。美國藥典標準：第22版(USPⅩⅩⅡ)(USPⅩⅩⅢ主要規(guī)定水質(zhì)比電阻與pH之關(guān)系。)USP級純水主要適用於準備作為添加載體之成份，并作為消毒添加物之型式用水，本規(guī)定需求程序中之材質(zhì)可通過消毒滅菌測試或設計其純水已處理至消毒滅菌狀態(tài)并可防止微生物之污染。針劑用水：用於作為針劑或點滴之溶劑；必須經(jīng)有最終消毒滅菌步驟，以將微生物污染降至最低，或預先將純水消毒殺菌，并保持其水質(zhì)於殺菌狀態(tài)。USPⅩⅩⅡ性質(zhì)@25℃USP純水針劑用水比電阻MΩ-cm0.10.1總?cè)芙夤腆wTDSppm1010pH(注)5.0?7.05.0?7.0Cl-ppm0.50.5SO4-2ppm0.50.5NH4OHppm0.30.3Ca++ppm0.50.5CO2ppm4.04.0重金屬ppm0.50.5總鐵ppm0.10.1Cu++ppm0.010.01Cr+6ppm0.010.01Co+2ppm0.10.1Mn+2ppm0.10.1Ni+2ppm0.10.1顏色無無味道無無氧化物質(zhì)通過測試通過測試微生物CFU/100ml10通過殺菌標準測試大腸桿菌類CFU/100ml1無致熱源，ENDOTOXINUnits，EU/mlNA0.25注：USPⅩⅩⅢ另有規(guī)定檢測USPⅩⅩⅢ純水及針劑用水標準USP23(1/1/95生效)第五次補充修訂(11/15/96生效)第八次補充修訂(5/15/98生效)pH5.0?7.05.0?7.0取消Cl-0.5取消(以電導度取代)SO4=0.5取消(以電導度取代)NH4OHppm0.3ppm取消(以電導度取代)Ca++ppm0.5取消(以電導度取代)CO2ppm4.0取消(以電導度取代)重金屬0.5取消(以電導度取代)氧化物質(zhì)粉紅色粉紅色取消TDS1ppm取消(以電導度取代)TOCNA500ppb500ppb電導度μS/cm101.31.3細菌(CFU/ml)純水100100100細菌(CFU/ml)針劑無1010致熱源，ENDOTOXINUnits，EU/ml針劑0.250.250.25

1.3.生物醫(yī)療用水(BiomedicalGradeWater)：生物醫(yī)療用水適用於藥劑調(diào)配，生化醫(yī)療，化學，及醫(yī)療研究?；旧习毎囵B(yǎng)，色層分析管柱、massspectroscopy等實驗，或分子及之不純物分析。生物醫(yī)療用水(BiomedicalGradeWater)性質(zhì)濃度ppbARSENIC（砷）0.1CADMIUM（鎘）0.1CHROMIUM（鉻）1.0COBALT(鈷)1.0COPPER（銅）1.0FLUORIDE(氟化物)1.0IRON（鐵）1.0LEAD（鉛）1.0NICKEL（鎳）0.1