UPW系统介绍(培训学习资料)解析

Page2前言第一章超纯水制备系统第二章回收水处理系统Page3前言超纯水（UPW-Ultra-PureWater）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（ColorFilter）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。Page4自来水4200m3/天一般给排水市政供水系统加压供水系统UPW&WWT系统UPW系统工艺设备WWT系统消防系统喷淋系统消火栓Page5第一章超纯水制备系统Page6第一节超纯水水质指标和原水自来水水质指标对比表水质指标自来水超纯水对应的处理方法Resistivity(MΩ·cm)0.002~0.0025≥18MΩ·cm/Particle/≤10ea/ml,0.2μm↑MMF/MF/UFBacteria/≤5Col/100mlMF/UFTOC(mg/L)1.66≤0.03(30ppb)ACF&UV(185nm)Silica(mg/L)3.24≤0.005(5ppb)RO/UF/IXDO(mg/L)8.5≤0.05(50ppb)MDGNa(mg/L)3.92≤0.0005(0.5ppb)CationIonExchangerK(mg/L)2.52≤0.0005(0.5ppb)CationIonExchangerCa(mg/L)41.4/CationIonExchangerCO3-2(mg/L)0.4/AnionIonExchangerHCO3-(mg/L)3.26/AnionIonExchangerCl-(mg/L）8.78≤0.001(1ppb)ACF&AnionIonExchangerSO4-2(mg/L)32.1/AnionIonExchangerPage7第一节水中污染物质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（Ohm-cm）电导率（μS/cm）TDSPPMasNaCl10001000500200050024030003331604000250120500020093100001004650000209100000104.650000020.9电导率以（Megohm-cm）计时与电导率以（μs/cm）成倒数关系。例：如果水样测得电阻率为2500ohm-cm，那水样的电导率是多少？2500ohm-cm/1000000=0.0025megohm-cm1/0.0025=400μS/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。Page8第一节水中污染物质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Page9第二节超纯水系统工艺流程示意图RawwatertankMMF3setsFilteredwatertankACF4setsCIX3setsAIX3setsROStage1ROStage2ROpermeatewatertankROrejectwatertankSecurityFilterROHighPress.Pump(VFD)MBX3setsMDGUPWTank(2pcs)50m3eachExhaust(CO2,O2)VacuumpumpUVUnit-185NmUVUnit-185NmHEXHEXColdwatersupplyColdwaterreturnColdwaterreturnPMBPMBLoop1toFABLoop2toFABUFModuleUFModuleVFDVFDPre_treatmentSectionMake_upSectionPolishingSectionLoop1ReturnLoop2ReturnFromReclaimSys.PN2氮封PN2氮封23~25℃23~25℃On-linemonitoring:Resistivity,Particle,TOC,SiO2,DOOn-linemonitoring:Resistivity,Particle,TOC,SiO2,DO5sets(5μmMicronFilter)5sets9unitsPN22sets2sets2sets2sets8units10units272m3/h～1500m3300m3272m3/h272m3/h272m3/h27m3/h245m3/h300m3245m3/h245m3/h245m3/h126m3/h164m3/h126m3/h164m3/h126m3/h164m3/h120m3/h156m3/h8m3/h6m3/h100m3/h130m3/hHEXPPage10第三节多介质过滤器（MMF）PFilteredwaterTankH2OH2OH2OH2OH2OH2OH2O运行反洗BackToPIDRawwaterfeedpumpBackwashpump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BackwashdrainageForwardwashdrainageAirBlowerFromFilteredWaterTankFromRawWaterTankMMF:MultimediaFilter（多介质过滤器）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）将会被有效地内部填装的过滤介质所拦截。同时，MMF在防止后面的ACF床体被污染起到关键的作用。Start•预冲洗•5min•运行产水•Generally,48hours•排水•10min•气冲•5min•气水混合反冲•5min•小流量反洗•5min•大流量反洗•7min•静置•1minStandBy•正洗（预过滤）•20min运行序列举例第四节活性炭过滤器●ACF:ActivatedCarbonFilter（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手动排水排气BackToPIDNote:Abovetableisabstractedfrom“TheNalcoWaterHandbook2ndEdition”Page12第五节阴阳离子交换器IXFromACF(ServiceInlet)ServiceOutletResinTrap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BackToPIDCa++Mg++K+Na+K+H+H+WaterInletWateroutletCa++K+H+H+H+H+H+H+H+Regenerant(HCl)Wastewateroutlet(CaCl2,KCl)产水再生SO42-CO32-HCO3-CO32-Cl-OH-OH-WateroutletCO32-Cl-OH-OH-OH-OH-OH-OH-OH-产水再生WaterInlet(H2SO4,HCl)Regenerant(NaOH)阳离子交换器阴离子交换器Wastewateroutlet(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。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Page13第六节反渗透单元SecurityFilterFromAIX高压泵(9barg)Stage1Stage2一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:ReverseOsmosis（反渗透）●反渗透膜是一种半透膜，它只允许水通过，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BackToPID272m3/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。%100浓水水量产水水量产水水量RPage14第七节初级混床FromROpermeatepump(Serviceinlet)NitrogenInlet再生剂(HCl)入口再生剂入口(NaOH)Serviceoutlet投运前排水至ROpermeatetank慢洗入口再生废液排放至REGwastewatertank取样回流至ROpermeatetank快洗入口排气反洗排水正洗排水再生废液排放●MBX:MixedBedIonExchanger（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。BackToPIDPage15第八节膜脱气