1、UPW系統(tǒng)工藝介紹 動(dòng)力技術(shù)部UT科 2009.5.18,Page 2,前 言 第一章 超純水制備系統(tǒng) 第二章 回收水處理系統(tǒng),Page 3,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

2、。比如TDS（總?cè)芙夤绦挝铮琓OC（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

3、，可靠性實(shí)驗(yàn)室設(shè)備以及更衣室洗手干手器等提供超純水。回路二設(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。事實(shí)上，在制造工藝中，很多沖洗用水都是可以回用的，所以我們設(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,廢水排放,Page 5,第一章 超純水制備系統(tǒng),Page 6,第一節(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,Page 7,第一節(jié) 水中污染物質(zhì),1.1 溶解性固體 TDS（總?cè)芙夤绦挝铮┌ㄋ袩o機(jī)

4、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-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

5、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) 水中污染物質(zhì),1.2溶解性有機(jī)物 水中的溶解性有機(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

6、.5微生物,Page 9,第二節(jié) 超純水系統(tǒng)工藝流程示意圖,Raw water tank,MMF 3 sets,Filtered water tank,ACF 4 sets,CIX 3 sets,AIX 3 sets,RO Stage 1,RO Stage 2,RO permeate water tank,RO reject water tank,Security Filter,RO High Press. Pump(VFD),MBX 3 sets,MDG,UPW Tank (2 pcs) 50m3 each,Exhaust(CO2 ,O2 ),Vacuum pump,UV Unit -185

7、Nm,UV Unit -185Nm,HEX,HEX,Cold water supply,Cold water return,Cold water return,PMB,PMB,Loop 1 to FAB,Loop 2 to FAB,UF Module,UF Module,VFD,VFD,Pre_treatment Section,Make_up Section,Polishing Section,Loop 1 Return,Loop 2 Return,From Reclaim Sys.,PN2 氮封,PN2 氮封,2325,2325,On-line monitoring: Resistivit

8、y, Particle, TOC, SiO2 , DO,On-line monitoring : Resistivity, Particle, TOC, SiO2 , DO,5 sets,(5 m Micron Filter),5 sets,9 units,PN2,2 sets,2 sets,2 sets,2 sets,8 units,10 units,272m3 /h,1500m3,300m3,272m3 /h,272m3 /h,272m3 /h,27m3 /h,245m3 /h,300m3,245m3 /h,245m3 /h,245m3 /h,126m3 /h,164m3 /h,126m3

9、 /h,164m3 /h,126m3 /h,164m3 /h,120m3 /h,156m3 /h,8m3 /h,6m3 /h,100m3 /h,130m3 /h,HEX,P,Page 10,第三節(jié) 多介質(zhì)過濾器（MMF）,P,Filtered water Tank,運(yùn)行,反洗,Back To PID,Raw water feed pump,Back 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 drainage,Forward wash drain

10、age,Air Blower,From Filtered Water Tank,From Raw Water Tank,MMF: Multimedia Filter（多介質(zhì)過濾器） 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。 同時(shí)，MMF在防止后面的ACF床體被污染起到關(guān)鍵的作用。,運(yùn)行序列舉例,第四節(jié) 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

11、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。,Back To PID,Note: Above table is abstracted from “The Nalco Water Handbook 2nd Edition”,Page 12,第五節(jié) 陰陽離子交換器,Back To PID,Ca+ Mg+ K+ Na+ K+ H+ H+,Water Inlet,Water outlet,Ca+ K+ H+ H+ H+ H+ H+ H+ H+,Re

12、generant(HCl),Wastewater outlet (CaCl2 , KCl),產(chǎn)水,再生,SO4 2- CO3 2- HCO3 - CO3 2- Cl- OH- OH-,Water outlet,CO3 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,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

13、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。,Page 13,第六節(jié) 反滲透單元,Security Filter,From AIX,高壓泵 (9 barg),Stage 1,Stage 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

14、過的。 本工藝中的RO的設(shè)計(jì)回收率在90%以上。 本工藝RO系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一級(jí)兩段式。,Back To PID,272m3 /h,245m3 /h,27m3 /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。,Page 14,第七節(jié) 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),Service outlet,投運(yùn)前排水至 RO permeate tank,慢洗入口,再生廢液排放至REG waste

15、 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)合而生成穩(wěn)定的水分子。,Back To PID,Page 15,第八節(jié) 膜脫氣單元（MDG）,

16、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 16,Back To PID,第九節(jié) 降TOC紫外線單元UV(185nm),UPW Pump,From UPW Tank,185 nm-TOC Reduction Unit,To 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PVC，但也不可避免地會(huì)溶出一些有機(jī)成分到水中，也會(huì)是TOC濃度升高，所以在拋光工序設(shè)置降TOC紫外線單元是非常必要的。 降TOC紫外燈波長為185nm. 而一般殺菌用紫外燈波長為254nm。當(dāng)然185nm的紫外燈也是具有一定的殺菌能力的。,Page 17,第十節(jié) 超濾膜組, UF: UltraFiltration,（超濾） 膜孔徑為0.2微米。 超濾主要作用是控制水中微粒物質(zhì)，它 可以截留溶解性大分子和所有大于0.2微 米的離子，有機(jī)溶劑和其他小的溶解性物 質(zhì)。,Page 18,第二章 回收水處理系統(tǒng),Page 19,Lift Station,FAB 2F,RACF1,RAC