纯水系统技术手册下

1、純水系統技術手冊 下 Facility 廠務部廠務部东莞万士达液晶东莞万士达液晶显示器有限公司显示器有限公司砂濾砂濾塔塔MULTI MEDIA FILTER)在MMF設備中，是用濾材(Anthracite)將原水中的懸濁粒子或膠質粒子等微細的不純物除去。一般水中的懸濁粒子或膠質粒子等在粒子表面為負電荷，互相排斥而保持安定分散的狀態。針對此，添加帶有相反電荷的PAC已中和電荷，將懸濁粒子等結合，形成群狀，由Anthracite層將之捕捉住。濾材:級配,石英砂,無煙煤用途:初步過濾,去除20u以上的雜質砂濾池的目的在去除較大的粒子（. 10-50微米）、懸浮物，以及未沉降的絮狀物。它屬於深層過濾（

2、depth filtration）的一種，被去除的粒子可能在砂石表層被阻隔，也可能在進入內層時被陷住。多媒體（multimedia）砂濾池則是利用多種不同種類，大小密度各異的小石塊或砂子，將大顆但較輕的排在上層，較小顆且重的排下層，如此可減少操作過程中壓力降太大而阻礙水流，並方便定期的逆洗（back wash）以除去污物加氯的主要目的在去除細菌等微生物，因微生物與一般雜質不同之處在於它會自我繁殖，只要有一隻細菌就可以在短時間內繁殖變成千萬隻，因此必須對它作控制，以免影響水質以及後續的淨化設備。加氯是許多種殺死微生物的方法中最便宜、高效率的方式，一般以添加次氯酸鈉（. NaOCl）或二水合次氯酸

3、鈣（Ca(OCl) 2H2O）最常見，在酸性水溶液（PH7）時效果最佳。連續投藥的劑量約. 0.2-2ppm，瞬間劑量（shock treatment）是. 100-200ppm。加氯雖然可有效控制微生物的生長，但是有一些副作用，例如添加的藥劑溶於水中變成離子，勢必要在後續處理中去除；殘餘的氯是強氧化劑，會對後續的設備（如. RO薄膜、離子交換樹脂）造成破壞；氯還可能和水中的有機物生成含氯致癌物，影響人類健康，所以有些廠區會考慮以其它菌方法取代。多介质过滤器(砂濾) 位置：纯水房。 原理：多介质过滤器利用无烟煤、石英砂滤料的吸咐和机械筛网作用，截留水中的悬浮杂质，降低水的浊度。 反洗：截留物的

4、积累，会使多介质过滤器的进出水压差增加，出水水质会因污物穿透而下降，需要定期反洗以去除污物。 出水要求：SDI5 多介质滤器填料无烟煤鹅卵石d525mm石英砂d0.45mm进气位置视镜位置多介质滤器阀组正洗进水阀反洗排水阀进气阀进水阀出水阀反洗进水阀正洗排水阀运行排水气洗反洗正洗原水泵反洗泵罗茨风机Activated Carbon Filter)ACF是利用活性碳的物理吸著組織，將水中的游離氯氣、苯酚、亞硝酸、硝酸、鐵等不純物除去，將進入過濾水槽中的回收水所包含的有機物(TOC)分解為目的。活性碳是很好的吸附劑，具有多孔性，大的比表面積（. 1000m2/g）的特性，大部分半導體界用的活性碳為

5、顆粒狀，由椰子殼碳化，1000活化而成，並須經輻射照射成無菌狀態。它可以吸附有機物，是前處理中降低. TOC的有效方法。同時它也會吸附殘留的氯，間接保護. RO等設備。在活性碳之後往往跟隨著一種高分子材質的濾膜，孔徑約. 1-5m，可將活性碳槽中破碎的碳粉（carbon fine）攔截，以免它隨著水漂流至後續的設備中。活性碳之功用特性一、去除流體中有機物及碳氫化合物二、純水製程主要去除自來水中自由餘氯、三鹵甲烷、重金屬等物質 三、活性碳可由多種不同含碳物製造,包括煤、木材、椰子殼及泥煤等。二種常使用之活性碳類型 1.粉末狀活性碳(PAC) 活性碳經磨碎篩分離後，其顆粒粒徑小於325 mesh(

6、0.043mm) 者約占6075%。 2.顆粒狀活性碳(GAC) 指粒徑大於40 mesh(0.420mm)，主要由木屑、褐煤、泥碳或椰 子殼經乾餾、熱解所製成。由於表面積較小，吸附力無PAC強， 但因顆粒較大，在管徑中不易阻塞，可減低壓力損失。活性碳之一般性質填充密度 0.350.55 g/cm3比熱 0.270.36 cal/g孔隙體積 0.561.20 cm3/g表面積 6001600 m2/g平均孔隙直徑 1525 0A再生溫度(蒸氣) 100140 最高容許溫度 150 活性碳之壽命一、自由餘氯洩漏即壽命終止二、自由餘氯達0.1ppm時,會造成RO膜水解影響活性碳吸附之因素一.拌和

7、l 吸附速率可受膜擴散或孔擴散之控制，視系統之拌合速度而定 l 均流程度越佳，效果越好 l 流通速度適中二.活性碳之性質 l 活性碳之總吸附能力與其總表面積有關 l 粒徑大小對總表面積並無太大影響 l 大部份表面積皆在顆粒之孔隙內。三.被吸附物之溶度 l 吸附發生時，分孔應與溶劑分離，並與碳表面接觸。四.被吸附分子之大小 l 若孔隙大小剛可容許分子進入，則吸附力應屬最強。五.PH l PH對吸附程度有極大之影響，原因為氫離子本身被吸附之能力 極強。 l 吸附程序之最佳PH，應由實驗求得。六.溫度 l 溫度增加時，吸附速率也將增加 l 低溫度情況下，吸附程度會增加。活性炭滤器 位置：纯水房。 原

8、理：活性炭过滤器利用活性炭的吸咐作用，去除水中的氧化性物质（如游离氯）及部分有机物。 反洗：碳粉的泄漏和截留物的积累，会使活性炭滤器的进出水压差增加，需要定期反洗以去除污物。 出水：余氯值0.1ppm活性炭过滤的填料活性炭视镜位置鹅卵石d525mm活性炭滤器阀组正洗进水阀反洗排水阀进水阀出水阀反洗进水阀正洗排水阀运行反洗正洗原水泵反洗泵2B3T 兩床三塔兩床三塔 離子交換離子交換 Ion Exchanger(Include:Cation Exchanger,Degasifier,Anion Exchanger) Cation Tower由弱酸性、強酸性陽離子交換樹脂組成，將水中Ca2+、 、M

9、g2+、Na+吸附及去除，放出與吸附離子等量的H+。 Degasifier讓Cation Tower 處理水，中CO2氣體化而排出。 Anion Tower由弱鹼性、強鹼性陰離子交換樹脂組成，將Degasifier水 中SO42-、NO3-、Cl-、殘存CO2、Silica等吸附及去除， 放出與吸附離子等量的OH-。因樹脂的離子交換能力有限，長時間離子交換，會減少樹脂的離子交能力，此時以再生作業即能在短時間內恢復樹脂的離子交換能力。 離子交換法離子交換法(ion exchange process)1. 強酸型陽離子交換樹脂強酸型陽離子交換樹脂：主要含有強酸性的反應基如磺酸基（SO3H）， 此離

10、子交換樹脂可以交換所有的陽離子。此離子交換樹脂可以交換所有的陽離子。2. 弱酸型陽離子交換樹脂：弱酸型陽離子交換樹脂：具有較弱的反應基如羧基（COOH基），此離子 交換樹脂僅可交換弱鹼中的陽離子如Ca2+、 Mg2+，對於強鹼中的離子如 Ca2+、K+等無法進行交換。3. 強鹼型陰離子交換樹脂強鹼型陰離子交換樹脂：主要是含有較強的反應基如具有四面體銨鹽官能基 之N+(CH3)3，在氫氧形式下，N+(CH3) ,3OH-中的氫氧離子可以迅速 釋出，以進行交換，強鹼型陰離子交換樹脂可以和所有的陰離子進行交換去除。4. 弱鹼型陰離子交換樹脂弱鹼型陰離子交換樹脂：具有較弱的反應基如氨基，僅能去除強酸中

11、的陰離 子如SO42-，Cl或NO3，對於HCO3， CO32或SiO42則無法去除。阳床 位置：纯水房。 原理：内部装填阳离子交换树脂，可将水的阳离子例如Ca2+和Ma2+转换成H+，防止其在RO膜表面结垢。 再生：阳离子交换树脂吸附饱和后，需要用HCl溶液再生。 出水：总硬度总硬度1ppm1ppm阳床填料下视镜位置阳离子交换树脂布水器出水位置阳床阀组反洗排水阀进水阀出水阀正洗进水阀反洗进水阀运行反洗注药置换正洗原水泵阳床再生泵正洗排水阀再生液出口阀顶压进水阀位于阳床侧面阳床反洗阀阳床浓酸阀阳床酸稀释阀位于再生泵出口管道上位于酸计量箱出口脱气塔 位置：纯水房。 原水经过阳床后，H+与HCO3

12、-结合生成CO2。 CO2会透过RO膜，降低RO的脱盐率。根据亨利定理，如果水中CO2的分压力比空气中大，水中的CO2将向空气中转移脱气器中填充多面空心球，增加了水与空气的接触面积，使CO2被除去。 风机脱气塔水箱脱气塔内部结构阳床出水多面空心球鼓风机排气離子交換樹脂之定義所謂離子交換樹脂(ion exchange resins)是指一種不溶於溶劑的化學聚合物.此種聚合物含有一些固定於物質內的電荷.由帶有相反電荷的離子中和而保持電中性.這些離子可自由進入溶劑中而由其他離子所替代,此種替代過程稱之為離子交換(ion exchange).若此游離子為陽離子則稱為陽離子交換樹脂(cation exc

13、hanger).若為陰離子,則稱為陰離子交換樹脂(anion exchanger).溫度對溫度對離子交換樹脂的影響離子交換樹脂的影響陽離子陽離子 120 oC 以下以下- 沒影響沒影響 120 oC 以上以上- 官能基損失官能基損失陰離子陰離子 (60oC) 以下以下- 沒影響沒影響 (60 oC) 以上以上- 官能基損失官能基損失OH Form Type I - 60 oC Type II - 35 oC弱鹼陰離子弱鹼陰離子 自由基自由基 - 60 oC水質分析(一)AnionsCaMgNaHCOpossiblyOH ,and COClNOSOSiO , possibly free COOr

14、ganic acidsTHTemporaryHardnessPermanentHardnessTAlkEMA(FMA) Cations2+2+-3+222-24-3-2-3-TH : Total HardnessTAlk : Total AlkalinityEMA : Equivalent Mineral acidityFMA : Free Mineral Acidity陰陽樹脂再生加藥量計算1.每次再生所需HCl(32%)及NaOH(45%)之量(1)HCl(32%)使用量 陽離子樹脂量(L) x 100克/L32%1000=A公斤A公升(2)NaOH(45%)使用量 陰離子樹脂量(L) x

15、 100克/L45%1000=B公斤B公升 2.HCl(32%)及NaOH(45%)進入樹脂塔之流量(1)通常HCl於40分鐘抽完，則流量為A公升40分=C L/min(2)通常NaOH於50分鐘抽完，則流量為B公升50分=D L/min3.再生時，水之流量求法(1)HCl進入樹脂塔之濃度為5%則攜帶HCl之水流量為 C x 32% 5% C = E L/min(2)NaOH進入樹脂塔之濃度為5%則攜帶NaOH之水流量為 D x 45% 5% D = F L/minRO 反渗透系统RO供水泵热换器保安过滤器高压泵NaOH加药系统RO洗装置脱气塔水箱RO膜RO浓水箱RO产水箱B组RO40T/h1

16、0T/h30T/hT=25pH=8H.E 熱交換器熱交換器保持RO入水溫度在25度UV STERILIZER 殺菌燈殺菌燈 利用紫外線照射水中微生物，破壞微生物的增殖能力或細胞組織而殺菌。燈管共48支, 波長254nmRO SAFETY FILTER 濾芯 在RO UNIT前段設置10m的FILTER，除去微粉炭與SS。 RO SAFETY FILTER 濾芯5um过滤芯 进水 出水 穿透前穿透后进出水压差1.0 Kgf/cm2截留的污物穿透滤芯。见下图：滤芯更换条件： RO前過濾器 功用: 濾除不溶性顆粒，延長RO膜壽命 目前廠內使用的為340 單封口之濾心 T1 之HOUSING為七支裝

17、T2 之HOUSING為36支裝RO Reverse Osmosis系統電磁之波長與殺菌作用之關係0. 00010. 1 0. 61. 413640008000 104x10103x10宇宙線r 射線紫外線紅外線無線電波太陽光線X射線Her t ai an波殺菌力強有殺菌力用於電子顯微鏡 紅橙黃綠青藍紫除非長照射否8000A則無殺菌力X射線紅外線殺菌力弱殺菌力強有殺菌力200030003970 之電子射線5611141009080706050400200040006000800010000254nm Rel at i ve UV Lamp l nt ensi t yRO UNIT 主要目的為除

18、去TOC與微量離子。逆滲透法即利用半透膜將原水中的離子、微粒子及微生物排除的一種高度處理技術。對於設置在後段的SB-P，可以減低負荷及污染物質。逆滲透膜是種人工合成的高分子材質，不具孔隙（non-porous）的薄膜，（membrane），只能讓水分子通過，其餘雜質如懸浮物、離子、細菌，甚至有機物，均可達. 90%99%的去除率。由於. RO是緻密性（dense）的薄膜材質，須要加很大的壓力（相當於. 10100大氣壓），而其流通量甚小（.滲透壓滲透壓半透膜半透膜滲透壓滲透壓半透膜半透膜RO Spiral Wound Element Schematic進水進水( (原水原水) )濃水濃水產水產

19、水逆滲透薄膜逆滲透薄膜產水隔層產水隔層進水隔網進水隔網螺旋纏繞式 逆滲透膜Brine Channel SpacerProductWaterMembranesPermeateChannel SpacerWater FlowFeedBrineBrineProduct WaterBrine SealInter-connector fittingVesselSpecial adopter fittingConcentrate outletPermeate outletFeed inletIn a vessel, several membrane elements are installed.Size:

20、 200dia. x 1016 mm length for Large Scale Production ( (單單) )多支膜元件置入單支壓力管殼多支膜元件置入單支壓力管殼 操作壓力操作壓力: 100 1200 : 100 1200 psipsi 操作上受限於操作上受限於pH,pH,溫度溫度, ,壓力壓力. .等等. . 4090%4090%的產水獲取率的產水獲取率. . 進料水進料水 產水產水( (過濾水過濾水)+ )+ 濃水濃水產水產水Two Stage RO SystemPGPGPressure vessel,1st stagePressure vessel,1st stagePres

21、sure vessel,1st stagePressure vessel,1st stagePressure vessel,2nd stagePressure vessel,2nd stage濃水濃水進料水進料水逆滲透膜的性能以流通量和逆滲透膜的性能以流通量和脫鹽率脫鹽率表示表示:* *流通量流通量= = 透水量透水量/(/(單位面積單位面積 * *單位時間單位時間) )流通量常用的單位流通量常用的單位:( (a).GFD (Gal/fta).GFD (Gal/ft2 2 * *day): day): 每平方英尺膜每日所產的加侖量每平方英尺膜每日所產的加侖量. .( (b).LMH (Lite

22、r/mb).LMH (Liter/m2 2* *hour):hour):每平方公尺膜每小時所產的公升量每平方公尺膜每小時所產的公升量. .* *脫鹽率脫鹽率=1-=1-滲透液濃度滲透液濃度/ /進料液濃度進料液濃度( (或平均濃度或平均濃度) ) x 100%x 100%排排列列段段數數 排排列列方方式式 產產水水獲獲取取率率 1 1x0-6M 3x0-6M 50-55% 2 2x1-6M 4x2-6M 75-80% 3 3x2x1-6M 8x4x2-6M 85-90% 术 语1. 脱盐率： RO脱除水中无机盐的能力，通常在95%-98%。脱盐率=(1产水含盐量进水含盐量) 100%.。 含盐

23、量（mg/L)电导率(us/cm)22. 回收率 : 通常为75%。 回收率=产水流量（产水流量+浓水流量） 100%压力对RO运行的影响 压力产水流量 压力越高，产水流量越大 压力脱盐率 压力越高，脱盐率越高温度对RO运行的影响温度产水流量 温度越高，产水流量越大540温度脱盐率 温度越高，脱盐率越低540给水含盐量对RO运行的影响给水含盐量产水流量 含盐量越高，产水流量越小给水含盐量脱盐率 含盐量太大或太小，脱盐率降低pH对RO运行的影响pH出水电导率pH=8.0时，出水电导率最低2812回收率对RO运行的影响 回收率降低，出水水质提高，但水浪费增加。 回收率提高，水浪费减少，但浓水可能结

24、垢，并且，由于浓水流量低，污染物更容易沉积。 推荐将回收率设定在75%。RO污染物的判断（一）产水量下降：产水量下降：低产水量正常脱盐率：低产水量正常脱盐率：微生物或天然有机物污染。低产水量低脱盐率：低产水量低脱盐率：胶体污染、金属氧化物污染、结垢。低产水量高脱盐率：低产水量高脱盐率：高压力或高温度导致膜压密化。 RO污染物的判断（二）脱盐率下降：脱盐率下降： 低脱盐率正常产水量：低脱盐率正常产水量：“O”形圈泄漏或产水背压导致膜损坏。 低脱盐率高产水量：低脱盐率高产水量：膜氧化或机械损坏泄漏。 RO污染物的判断（三）压差增加：压差增加： 一段压差增加：一段压差增加：胶体污染、生物污染、阻垢剂

25、污染。 二段压差增加：二段压差增加：结垢。 RORO系統建議系統建議清洗時機清洗時機定壓運轉下定壓運轉下, ,產水量較正常值下降產水量較正常值下降10% 15%.10% 15%.維持正常產水量維持正常產水量, ,溫度校正後進水壓力增加溫度校正後進水壓力增加10% 15%.10% 15%.產水水質降低產水水質降低10 15%, 10 15%, 透鹽率增加透鹽率增加 10% 15%. 10% 15%.系統各段之間壓差明顯增加系統各段之間壓差明顯增加. .v無機物的結垢無機物的結垢.(.(CaCOCaCO3 3, MgCO, MgCO3, 3, CaSOCaSO4 4, , BaSO BaSO4 4

26、, SrSO, SrSO4 4等等) )v金屬氧化物污染金屬氧化物污染 ( (Fe,Mn,Cu,Ni,Zn.)Fe,Mn,Cu,Ni,Zn.)v懸浮膠體污染懸浮膠體污染. .v二氧化矽污染二氧化矽污染. .v有機物污染吸附有機物污染吸附v生物污染生物污染v抑垢劑污染抑垢劑污染污染原因污染原因可能發生位置可能發生位置系統壓降系統壓降進水壓力進水壓力脫鹽率脫鹽率金屬氧化物污染金屬氧化物污染(Fe,Mn,Cu,Ni, Znetc.)1st stage (最前端膜最前端膜)迅速提高迅速提高迅速提高迅速提高迅速降低迅速降低懸浮膠體污染懸浮膠體污染(有機有機&無機混合物無機混合物)1nd stag

27、e (最前端膜最前端膜)逐漸上升逐漸上升逐漸上升逐漸上升輕度降低輕度降低無機物結垢無機物結垢(Ca,Mg,Ba,Sr)Last stage (最末端膜最末端膜)迅速提高迅速提高增加增加降低降低SiO2沉積沉積Last stage (最末端膜最末端膜)一般增加一般增加增加增加一般降低一般降低生物污染生物污染任何位置任何位置,通常前端通常前端明顯增加明顯增加明顯增加明顯增加一般降低一般降低有機物污染有機物污染所有所有Stage逐漸上升逐漸上升增加增加降低降低抑垢劑污染抑垢劑污染通常後段最嚴重通常後段最嚴重增加增加增加增加一般降低一般降低膜氧化膜氧化(Cl2 , O3, KMnO4, Cr6+.et

28、c.)1st stage 最嚴重1st stage 最嚴重一般增加一般增加降低降低降低降低膜水解膜水解(pH過高過高)所有所有Stage一般降低一般降低降低降低降低降低膜面磨損膜面磨損(碳粉碳粉,砂粒等顆粒物砂粒等顆粒物)1st stage 最嚴重1st stage 最嚴重一般降低一般降低降低降低降低降低O-ring滲漏O-ring滲漏(Interconnector 或或 Adapter)無規則無規則一般降低一般降低一般降低一般降低降低降低膜片滲漏膜片滲漏(產水背壓沖毀膠線產水背壓沖毀膠線)最末端最末端一般降低一般降低一般降低一般降低迅速降低迅速降低* *以以100 100 Gallon (3

29、79Gallon (379升升) )為基準為基準. . * *溶劑使用溶劑使用RO permeate,RO permeate,不含硬度及任何氧化劑不含硬度及任何氧化劑多層塔(SB-P)功能： 內含雙層樹脂，下層為強酸型的均粒陽離子交換樹脂，H型的離子交換樹脂可將水中的陽離子如鈣、鎂、鈉等置換成為H+，與來水中的陰離子結合成HCl、H2SO4、H2CO3等。而當交換能力耗盡時，必須以HCl來再生使樹脂回復交換能力。 上層為強鹼型的均粒陰離子交換樹脂，OH型的離子交換樹脂可將水中的陰離子如SO42-、Cl-、HCO3-等置換成為OH-，與來水中的H+結合成H2O。而當交換能力耗盡時，必須以NaOH

30、來再生使樹脂回復交換能力。經多層塔處理，水質穩定後可提高純度到1018M-CM。混床的特点 优点1、出水水质优良。、出水水质优良。一般用强酸强碱树脂装填的混床，出水含盐量在1mg/L以下，电导率小于0.10.2S/cm，SiO2泄漏量在20g/L左右，出水pH值接近中性。2、出水水质稳定。、出水水质稳定。短时间运行条件变化（如进水水质或组分、运行流速等）对混床出水水质影响不大。3、间断运行对出水水质的影响小。、间断运行对出水水质的影响小。恢复到停运前水质所需的时间比复床短，一般只需35min 。4、交换终点明显。、交换终点明显。混床在失效前，出水电导率上升很快，有利于监督。 缺点1、树脂层工作

31、交换容量的利用率低，再生剂利用率低。、树脂层工作交换容量的利用率低，再生剂利用率低。2、树脂破碎率大于复床。、树脂破碎率大于复床。3、再生操作复杂，每再生一次所需时间较长。、再生操作复杂，每再生一次所需时间较长。氮封氮封是使用氮气将纯水与大气隔离的装置。如果将大气直接与纯水接触，大气中的灰尘及微生物会进入纯水。如果将大气直接与纯水接触，大气中的二氧化碳会进入纯水，而溶解的二氧化碳会降低纯水的电阻率，最低达23Mcm。Polisher板熱殺菌 UVfinal-filter現場使用點UPW桶槽UV 在水处理系统中的应用在水处理系统中的应用 UV vs. 化学消毒法 消毒 TOC 去除 臭氧分解 氯及氯胺的去除紫外线杀菌装置紫外线的波长为254nm。避免频繁开停紫外装置，否则会减短灯管寿命。紫外灯管运行8000小时后，光强减弱约50%，需要更换。注意，紫外线可伤皮肤和眼睛。由于紫外线产生热量，避免水不流动的情况下开启。累时器终端过滤器过滤芯采用PP折叠式微孔滤膜。因细菌一般都大于0.2um，故0.1um的过滤器可去除水中细菌。因为紫外装置并不能杀死所有细菌，所以滤