光电超纯水设计方案.doc

超纯水系统 设 计 方 案 目 录 一、设计内容与要求 1 1、设计水量与水质 1 2、设计依据及设计规范 1 3、设计范围 1 二、处理工艺及说明 1 三、主要设备说明 1 1、自动砂滤 1 2、自动碳滤 2 3、自动软化 2 4、RO系统 3 5、混床 3 6、精混 3 8、TOC去除器 4 9、终端过滤器 4 四、系统控制 4 五、造价与运行成本 4 1、造价 4 2、运行成本 6 六、技术经济指标 7 七、售后服务及技术支持 7 　　　　　　　　　　　　　前　言 纯水在电子工业主要是电子元器件生产中的重要作用日益突出，纯水水质已成为影响电子元器件产品质量、生产成品率及生产成本的重要因素之一，水质要求也越来越高。在电子元器件生产中，高纯水主要用作清洗用水及用来配制各种溶液、浆料，不同的电子元器件生产中纯水的用途及对水质的要求也不同。 　　在电解电容器生产中，铝箔及工作件的清洗需用纯水，如水中含有氯离子，电容器就会漏电。在电子管生产中，电子管阴极涂敷碳酸盐，如其中混入杂质，就会影响电子的发射，进而影响电子管的放大性能及寿命，因此其配液要使用纯水。在显像管和阴极射线管生产中，其荧光屏内壁用喷涂法或沉淀法附着一层荧光物质，是锌或其他金属的硫化物组成的荧光粉颗粒并用硅酸钾粘合而成，其配制需用纯水，如纯水中含铜在8ppb以上，就会引起发光变色；含铁在50ppb以上就会使发光变色、变暗、闪光跳跃；含有机物胶体、微粒、细菌等，就会降低荧光层强度及其与玻壳的粘附力，并会造成气泡、条迹、漏光点等废次品。在黑白显像管荧光屏生产的12个工序中，玻壳清洗、沉淀、湿润、洗膜、管颈清洗等5个工序需使用纯水，每生产一个显像管需用纯水80kg[1]。液晶显示器的屏面需用纯水清洗和用纯水配液，如纯水中存在着金属离子、微生物、微粒等杂质，就会使液晶显示电路发生故障，影响液晶屏质量，导致废、次品。 在晶体管、集成电路生产中，纯水主要用于清洗硅片，另有少量用于药液配制，硅片氧化的水汽源，部分设备的冷却水，配制电镀液等。集成电路生产过程中的80%的工序需要使用高纯水清洗硅片，水质的好坏与集成电路的产品质量及生产成品率关系很大。水中的碱金属（K、Na等）会使绝缘膜耐压不良，重金属（Au、Ag、Cu等）会使PN结耐压降低，Ⅲ族元素（B、Al、Ga等）会使N型半导体特性恶化，Ⅴ族元素（P、As、Sb等）会使P型半导体特性恶化[2]，水中细菌高温碳化后的磷（约占灰分的20-50%）会使P型硅片上的局部区域变为N型硅而导致器件性能变坏[3]，水中的颗粒（包括细菌）如吸附在硅片表面，就会引起电路短路或特性变差。 与传统的水处理技术相比，膜技术具有工艺简单、操作方便、易于自动控制、能耗小、无污染、去除杂质效率高、运行成本低等优点，特别是几种膜技术的配合使用，再辅之以其他水处理工艺，如石英砂过滤、活性炭吸附、脱气、离子交换、UV杀菌等，为去除水中的各种杂质，满足日益发展的电子工业对高纯水的需要，提供了有效而可靠的手段，而且也只有应用了多种膜技术，才能生产出合格、稳定的高纯水，才能生产出大规模、超大规模、甚大规模集成电路（LSI、VLSI、ULSI），从而使计算机、雷达、通讯、自动控制等现代电子工业的发展和应用得以实现。值得一提的是：当原水的含盐量大于400mg/L时，纯水制造的除盐工序采用RO-离子交换工艺后，比早先单用离子交换可节约酸、碱90%左右，使离子交换柱的周期产水量提高10倍左右[7]，事实证明，可以降低纯水制造的运行费用和制水成本，可以减少工人的劳动强度，可以减少对环境的污染，并可使纯水水质得到提高并长期稳定。据统计，在我国电子工业引进的纯水制造系统中，有RO的约占系统总数的90%，有UF的约占20%，有MF的几乎为100%[8]，而ED在我国国产的纯水系统特别是早期投产的纯水系统，以及为数众多的对纯水水质要求不高的一般电子元器件（如电阻、电容、黑白显像管、电子管等）制造厂的纯水系统中占有相当的比例。 我国电子工业部高纯水水质试行标准： 化学指标单位：μg/L 序号 水质项目 一级高纯水指标 二级高纯水指标 1 电阻率（25℃）MΩ·cm ≥15 ≥10 2 电导率，μs/cm 0.05 0.1 3 PH值 6.8～7.2 6.6～7.4 4 细菌总数，个/mL ＜3 ＜9 5 微粒（直径＞0.5μm，粒/mL） ＜150 ＜300 6 二氧化硅 ＜10 ＜20 7 有机物（以COD计） ＜0.3 ＜0.5 8 钠 Na ＜0.5 ＜2 9 铁 Fe ＜1 ＜2 10 铜 Cu ＜0.5 ＜1 11 钙 Ca ＜1 ＜3 12 镁 Mg ＜0.2 ＜1 13 锌 Zn ＜0.5 ＜1 说明：①一级高纯水适用于大规模集成电路，微波器件以及有相同要求到半导体器件产品。 ②二级高纯水适用于一般电路，分立器件以及有相同要求的半导体器件产品。 一、设计内容与要求 1、设计水量与水质 原水水质：厦门市政自来水 系统进水量：15m3/h 设计水量： 　　　　反渗透RO＝10m3/h 离子交换DI＝10 m3/h 设计出水水质： 系统 项目 单 位 水质指标 反渗透RO系统 电导率 µs/cm ＜10 离子交换DI系统 电阻率 (25℃)MΩ.cm ＞`16 系统回收率：　　　≥75% 运行方式：　　　　自动动行(并具备手动操作功能) 供水方式：　　　　连续运行(24小时运行) 设计温度：　　　　25℃ 设备总功率：　　　 2、设计依据及设计规范 （1）《电子工业部高纯水水质试行标准》〔39〕； （2）《室外排水设计规范》（GB14-1997）； （3）《室外给水设计规范》（GB13-1997）； （4）《给水排水工程结构设计规范》（GBJ69-84）； （5）《城市给水工程规划规范》（GBJ50282-1998）； （6）《城市排水工程规划规范》（GBJ50318-2000）； （7）建设方提供的处理要求，水质及水量及相关资料。 3、设计范围 对超纯水生产系统的处理工艺、设备、电气和自控进行设计。 二、处理工艺及说明 根据出水水质要求，采用过滤器、两级反渗透(RO)加双级混床工艺，系统工艺流程如下： 反渗透部分：原水→ 砂滤 → 碳滤 → 加药 → 5um精滤 → 一级RO → 1um精滤 → 二级RO → RO纯水箱 → RO供水泵 → 紫外杀菌 →0.2um过滤器 → 用水(系统做回流) 离子交换DI部分：二级RO纯水 → DI供水泵 → DI系统(二用一备) → 1um精滤 → DI纯水箱 → DI供水泵 → 紫外杀菌 → 精混 → 1um精滤 → 0.2um精滤 → 用水点(系统做回流) → 紫外杀菌 → 0.2um精滤 → 回流至DI纯水箱 三、主要设备说明 预处理系统：反渗透系统长期稳定运行的关键在于预处理，预处理的好坏不仅决定着反渗透装置的清洗次数，而且决定着反渗透元件的使用寿命。预处理系统主要解决的是：膜面结垢的钙镁离子及铁铝氧化物、胶体、悬浮固体微粒和有机物的阻塞物，还是防止氧化物对膜的损坏。其主要由石英砂过滤器、活性碳过滤器、软化过滤器、保安过滤器、加药系统等组成。 1、原水箱 原水箱对原水供给起缓冲作用协调原水的供给量与原水泵的输入量。当原水的供应量超过原水泵的输入量时，原水箱水满，通过原水箱的液位控制使用原水供给停止。当原水供应量小于原水泵的输水量时，原水箱水空，原水泵停止运行，起到保护原水泵的作用。 2、机械过滤系统 过滤器利用滤床的机械过滤、沉积等原理，对水中的悬浮物等颗粒物进行去除，当原水流过过滤器滤料层时，滤料缝隙对悬浮物起到筛滤作用，使悬浮物易于截留在滤料表面。杂质在滤层中积累，通过定期的反洗将杂质冲出，恢复滤床的去除能力，进行下一周期的工作。在正常工作条件下，出水浊度小于1.0NUT。系统设置一台直径为1100mm的石英砂过滤器，系统总进水量为15 m3/h，内填装精制石英砂、无烟煤。无烟煤经破碎后直接碳化和水蒸气活化制得，外观为不定形颗粒炭，粒度为2～4mm，在液对低浓度和高浓度的有机物质，均具有较高的吸附能力。 3、活性炭过滤系统 原水经石英砂过滤器过滤后进入活性碳、KDF过滤器，内填装活性炭，通过活性炭的多孔位吸附性能，去除水中的有机物、胶体、游离氯，保障反渗透膜不受有机物堵塞，不受余氯氧化，延长反渗透膜的寿命。内填装KDF滤料，主要处理对象是水中的重金属杂质以及有机污染源，与反渗透系统并用，可有效延长RO膜的寿命。在活性碳前使用KDF，在水中的氯到达活性碳之前便已被KDF拿掉百分之九十五；让活性碳能够更有效地去除水中残留的其他杂质，技术上而言，它可以有效地延长活性碳的寿命达15倍。正常工作条件下，出水污染指数小于4。同石英砂过滤器一样，通过定期的反洗将杂质冲出，恢复滤床的去除能力，进行下一周期的工作。系统设置一台直径为1100mm的活性碳过滤器，系统总进水量为15m3/h。内填装海南椰壳活性碳（属果壳碳，系优质活性炭），吸附容量大，不引起2次污染等优点。 4、阻垢处理 由于反渗透膜脱盐装置为溶解固形物浓缩排放和淡水的利用，为防止浓水端，特别是RO压力容器中最后一根膜元件的浓水测出现诸如CaCO3、CaSO4浓度积大于其平衡溶解度指数而结晶析出，从而损坏膜元件的应用特性，因此在进入膜元件之前设置了阻垢剂投加装置。阻垢剂是一种有机化合物质，除了能在朗格利尔指数（LSI）＝2.5情况下运行之外,还能阻止SO42_的结垢，它的主要作用是相对增加水中结垢物质的溶解性，以防止碳酸钙、硫酸钙等物质对膜的阻碍，同时它也可以降低铁离子堵塞膜的微孔。阻垢剂采用进口复合有机阻垢剂（Argo MDC200）。 5、5um保安过滤器 　　保安过滤器设置在膜之前，是进入RO系统最后的一道保安装置，目的是防止水中大于5μm的微粒杂质进入高压泵及反渗透膜组件，划伤膜表面，确保膜系统的正常运行。内装1000mm的线绕滤芯，在达到0.4MPa 压差时更换,正常工作条件下,滤芯可维持3个月以上的使用寿命，滤器的结构满足快速更换滤芯的要求。 6、1um精密过滤器 　　1um精密过滤器设置在膜之前，是进入二级RO系统最后的一道保安装置，目的是防止水中大于1μm的微粒杂质进入高压泵及反渗透膜组件，划伤膜表面，确保膜系统的正常运行。内装1000mm的线绕滤芯，在达到0.4MPa 压差时更换,正常工作条件下,滤芯可维持3个月以上的使用寿命，滤器的结构满足快速更换滤芯的要求。 7、反渗透RO系统 反渗透膜分离技术是纯水领域的革命性技术，对于纯净水的生产目前广泛推崇采用该技术，这是由于该技术属于采用纯物理的方法将水中的盐脱除，无相变，无需添加任何化学物质，也不产生化学废水，属于一种清洁技术，而且该方法具有高效、便于管理、占地面积小等优点。系统采用美国GE公司生产的反渗透膜。装置出力10m3/h，脱盐率≥99.6％，运行时尽量将反渗透进水水温控制在25℃左右，尽可能在反渗透浓水侧不结垢的条件下，保持反渗透进水PH值在7以上，提高反渗透的脱盐率，反渗透装置开启前和停用时利用预处理产水低压冲洗或置换膜元件内浓水，防止停用时无机盐和胶体在膜元件内的沉淀。反渗透系统：反渗透在预脱盐系统中属于心脏部分，设计的成熟、合理与否关系到反渗透装置的使用寿命及运行成本。膜组件选用进口聚酰胺复合卷式膜(美国GE。 压力容器选用FRP玻璃钢材质，承压2.1Mpa 系统包括两级RO装置、清洗系统和中间水箱。 　　RO主要去除水中溶解盐类，同时去除一些大分子和前阶段未去除的小颗粒等。采用两级RO工艺可有效去除水中离子，同时使出水满足后续混床工艺进水要求。RO装置包括保安过滤器，高压泵和容器。一级RO回收率65%，二级RO回收率为75%。　 　　为去除水中的CO2，在两级RO之间投加NaOH调节一级RO出水。 　 系统另外含有清洗系统，包括清洗箱、5 μm过滤器和清洗泵。当RO系统发生结垢或污堵时可对RO装置进行清洗。 　　中间水箱的功能为储存RO产水、调节水量，使系统运行可以灵活调节。 8、混床 混床是在罐内按照一定的体积比例同时填装阴、阳离子树脂，阴阳树脂在均匀混合状态下，进行阴、阳离子交换，组成无数的微型复床，从而可以反复多次对水进行脱盐，因而出水的纯度高。本方案共设计有3套混床，设计处理为二级混床，在运行中，3套混床中的两套串联使用，另外一套再生后备用，当运行中的混床的其中一个饱和时，启用第三套混床，然后对已饱和的混床进行再生。周而复始。 9、精混 精混设计为抛光树脂床，树脂滤芯均选用法国罗门哈斯高纯产品树脂，没有TOC的析出。 主要适用于生产半导体集成电路、显示器、硬盘、CD-ROM等用水 10、紫外线杀菌器 经反渗透(RO)膜处理后的水，已将水中的热源病菌等去除，但为防止在输出过程及水箱内放置时与空气接触滋生细菌，需对水进行循环消毒。该系统采用紫外线杀菌器杀菌，紫外线是光谱中介于可见光的紫色光和X射线之间波段范围内的光波。其波长范围在100nm和400nm之间。紫外线杀菌的原理是生物细胞内含有的脱氧核糖核酸(DNA)能吸收240～280nm范围内的光波，而在对260nm波长的光波吸收达到最大值，使DNA受到破坏导致细菌死亡，瞬间杀死病菌。 其特点是：杀生能力强，接触时间短；设备简单，操作管理方便，处理后的水无色、无味、无中毒的危害；不会增加像氯气杀生时出现的氯离子。 影响紫外线杀菌效果的因素主要有灯管的功率，水流速度即水体在壳体内停留的时间。当水流量一定时，过流面积大，水流速度慢，水体在壳体内有足够长的停留时间，有利于杀菌。 紫外线灯管的功率随着使用时间的增加其辐射能量随之降低，杀菌效果下降。为保证产品水质量，紫外线为管使用时间到9000hr后应及时调换新的灯管。 11、0.2um过滤器 微孔过滤器置于紫外线杀菌器后，用于去除经紫外线杀死的细菌尸体，保证出水水质。其过滤精度为0.22um。内装1000mm的线绕滤芯，在达到0.4MPa 压差时更换,正常工作条件下,滤芯可维持6个月以上的使用寿命，滤器的结构满足快速更换滤芯的要求。 四、设备规范 1、原水箱 型号：　　　　　　PE10000L 规格：　　　　　　10m3 材质：　　　　　　PE 数量：　　　　　　1台 2、原水泵 型式：　　　　　　立式离心泵 运行工况：　　　　　 　　流量　　　　　15m3/h 　　扬程　　　　　0.30 Mpa 材料：　　　　　　过流部件不锈钢 电机功率：　　　1.5KW 数量：　　　　　　1台 制造商及产地　　　南方特种泵厂 3、机械过滤器 型号：　　　　　　YSJS-1100 型式：　　　　　　立式圆筒 设备出力：　　　　15 m3/h 运行流速：　　　　15m/h 设备直径：　　　　DN1100 设备重量：　　　　4吨 设计压力：　　　　0.6Mpa 水压试验压力：　　0.75Mpa 设计温度：　　　　25℃ 滤料： 　　无烟煤　　　　0.6mm-0.8mm/600mm 精制石英砂　　0.6～8mm/1200mm 粗石英砂为承托层 运行压差(设备进出口) 　　正常出力压差　　　　0.05Mpa 最大出力压差　　　　0.1Mpa 设备本体材料：　　　　　FRP玻璃钢 　　内衬(防腐)材料：　　FRP玻璃钢 　　内衬高度：　　　　　1850mm 内部装置： 　　进水装置　　　　　　多孔管 　　材料：　　　　　　　ABS 出水装置　　　　　　多孔管 　　材料：　　　　　　　ABS 设备卸料孔： 数量　　　　　　　　1个 　　直径　　　　　　　　200mm 表计及附件： 　　设备本体进水压力表　　P=0～10Mpa 设备本体进水流量计　　 　　设备本体取样带取样阀门 　　设备本体设置支撑脚 设备运行说明： 连续运行时间：系统的设计运行时间120小时，进行反冲洗。并应依据季节不同、水质的变化等调整反洗周期，确保出水浊度小于1。当压差达0.04Mpa时，应反洗。 反洗流量：水量8-12 l/(m2.s)，反洗的目的在于使滤层松动，并将滤层上所截留物冲走，达到清洁滤层的作用。 反洗时间：反洗时间的长短和填料层截污量有关，反冲洗时间可根据反洗排水浊度而定，一般不少于15分钟，还可根据运行情况进行适当调整。 制造厂商：厦门溢盛环保科技有限公司 4、活性碳过滤器 型号：　　　　　　YSJS1100 型式：　　　　　　立式圆筒 设备出力：　　　　15 m3/h 运行流速：　　　　15m/h 设备直径：　　　　DN2000 设备重量：　　　　3吨 设计压力：　　　　0.6Mpa 水压试验压力：　　0.75Mpa 设计温度：　　　　25℃ 滤料： 　　活性碳　　　　4-8mm/1600mm 粗石英砂为承托层 运行压差(设备进出口) 　　正常出力压差　　　　0.05Mpa 最大出力压差　　　　0.1Mpa 设备本体材料：　　　　　FRP玻璃钢 　　内衬(防腐)材料：　　FRP玻璃钢 　　内衬高度：　　　　1850mm 内部装置： 　　进水装置　　　　　　多孔管 　　材料：　　　　　　　ABS 出水装置　　　　　　多孔管 　　材料：　　　　　　　ABS 设备卸料孔： 数量　　　　　　　　1个 　　直径　　　　　　　　200mm 表计及附件： 　　设备本体进水压力表　　P=0～10Mpa 设备本体进水流量计　　 　　设备本体取样带取样阀门 　　设备本体设置支撑脚 设备运行说明： 连续运行时间：系统的设计运行时间120小时，进行反冲洗。并应依据季节不同、水质的变化等调整反洗周期，确保出水浊度小于1。当压差达0.04Mpa时，应反洗。 反洗流量：水量8-12 l/(m2.s)，反洗的目的在于使活性碳松动，并将滤层上所截留物冲走，达到清洁滤层的作用。 反洗时间：反洗时间的长短和填料层截污量有关，反冲洗时间可根据反洗排水浊度而定，一般不少于15分钟，还可根据运行情况进行适当调整。 制造厂商：厦门溢盛环保科技有限公司 5、5um/1um过滤器 　　型式：　　　　　　　　　垂直圆筒 设备出力：　　　　　　　25m3/h 直筒壁厚：　　　　　　　2mm 设计压力：　　　　　　　0.6Mpa 水压试验压力：　　　　　0.75Mpa 工作温度：　　　　　　　5-50℃ 运行压差(设备进出口)： 正常出力压差　　　　0.05Mpa 最大出力压差　　　　0.01Mpa 设备本体： 　　材料　　　　　　　　壳体304SS 不锈钢 　　滤材　　　　　　　　线绕：聚丙烯 　　滤芯　　　　　　　　外径/内径　65/30mm 　　过滤精度　　　　　　5μ 进水型式：　　　　　　　挡板布水 出水型式：　　　　　　　多孔板 表计及附件： 　　出水取样阀　　　 　　进水压力表　　　　　0～1.0Mpa 控制方式：　　　　　　　根据压差 制造商及产地：厦门溢盛环保科技有限公司 6、一级高压泵 　型式：　　　　　　立式离心泵 运行工况：　　　　　 　　流量　　　　　15`m3/h 　　扬程　　　　　1.6 Mpa 材料：　　　　　　过流部件不锈钢 电机功率：　　　　11KW 数量：　　　　　　1台 制造商及产地　　　南方特种泵厂 7、二级高压泵 　型式：　　　　　　立式离心泵 运行工况