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超纯水处理工艺解析|纯水一号
时间:2022-07-07 作者:纯水一号水处理
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生产半导体、光伏太阳能、集成电路芯片及封装、液晶显示、高精度线路板、光电器件、各种电子器件等电子工业用超纯水系统。


传统的纯水方法不能制备出超纯水,化学意义上纯水(液态的H2O)的理论电阻率为18.25MΩ.cm。人们生产的纯水是达不到理论值的,但18 MΩ.cm似乎是可以达到的,对于这种水,有的称为高纯水,有的称为超纯水,目前还没有系统的定义。也没有划分等级界限,从商业观点看叫超纯水似乎比高纯水更好听一些。

现在制备超纯水的方法是将各种纯化水的新技术科学地结合起来,不仅能生产超纯水,而且变得非常容易。目前市售的超纯水器就是一个成功的例子。自来水进去超纯水出来,非常方便。而且使用寿命也越来越长。

超纯水器制备超纯水的原理和步骤大体如下:

1.原水:可用自来水或普通蒸馏水或普通去离子水作原水。

2.机械过滤:通过砂芯滤板和纤维柱滤除机械杂质,如铁锈和其他悬浮物等。

3.活性炭过滤:活性炭是广谱吸附剂,可吸附气体成分,如水中的余氯等;吸附细菌和某些过滤金属等。氯气能损害反渗透膜,因此应力求除尽。

4.反渗透膜过滤:可滤除95%以上的电解质和大分子化合物,包括胶体微粒和病毒等。出于绝大多数离子的去除,使离子交换柱的使用寿命大大延长。

5.紫外线消解:借助于短波(180nm-254 nm)紫外线照射分解水中的不易被活性炭吸附的小有机化合物,如甲醇、乙醇等,使其转变成CO2和水,以降低TOC的指标。

6.离子交换单元:已知混合离子交换床是除去水中离子的决定性手段。借助于多级混合床获得超纯水也并不困难。但水的TOC指标主要来自树脂床。因此高质量的离子交换树脂就成为成功的关键。所谓高质量的树脂,就是化学稳定性特别好,不分解,不含低聚物、单体和添加剂等的树脂。所谓“核工业级树脂”大概就属于这一类树脂。对树脂的要求是质量越高越好。

7.0.2μm滤膜过滤,以除去水中的颗粒物道每毫升1个(小于0.2μm的口经过上述各步骤处理后生产出来的水就是超纯水了。应能满足各种仪器分析,高纯分析,痕量分析等的要求,接近或达到电子级水的要求。



纯化水处理的几种工艺


一、 活性炭过滤器

吸附市政自来水中的余氯,以避免对树脂和反渗透膜造成不可逆转的损坏。用活性炭进行吸附处理。活性炭不仅吸附能力强,而且吸附容量大,其主要原因就是其多孔结构,其比表面积达500~700平方米/克。因此可以完全吸附水中的余氯及部分吸附有机物,而且对色度、臭味也有较好的去除效果。


二、 脱气塔


脱气塔在纯水中是为了除去二氧化碳气体而设的,以免对后续RO膜造成伤害。脱气塔里面添有一定高度的直径为50mm的多面塑料空心球,当纯水从管道中以一定流速流至脱气塔里时,经过这些空心球时,被分散成细小水粒,流速减小,加上鼓风机从脱气塔底部鼓入空气,二氧化碳则有充分的时间脱离脱气塔。

用鼓风脱气方式除去水中游离二氧化碳的设备,水自设备上部引入,经喷淋装置喷洒开,流过表面积大的填料,空气自下部风口进入逆向穿过填料层,水中的游离二氧化碳迅速地析出进入空气中,自顶部排出,在水处理工艺中一般设置在氢离子交换器的后面,只要选用合适,正常情况下,经除碳器后,水中的残留二氧化碳,可不超过5毫克/升  。


二、 板式热交换器


水的温度过高或过低,都会严重因影响RO膜产水量和除盐率,而当水在25摄氏度时,是RO膜运行的最佳状态。板式交换器是由一组波纹金属板组成,板上有孔,共传热的两种液体通过。流体的流量、物理性质、压力降和温度差决定了板片的数量和尺寸。波纹板不仅提高了湍流程度,并且形成许多支撑点,足以承受介质间的压力差。冷热两种液体在并联的板片间逆流交替通过,可充分地是热量在两者中传递。


四、 硫酸加药装置


当原水中的碱度(碳酸氢根)和二氧化碳含量较高,通过添加硫酸可以将碳酸氢根转化成二氧化碳,再以脱气塔去除。


五、 软化器


用来降低或基本消除水中硬度的装置,其出水残留硬度可降至0.03mmol/L(以1/2Ca2+计)。在此,我们利用阳离子交换树脂进行处理,把水中的钙镁离子交换出来。在软化过程中,当水流过树脂层后的出水硬度超过某一规定值,水质已经不符合要求,此时,需要更新新树脂。


六、 精密过滤器

精密过滤器可以起到树脂捕捉器的作用,防止软化器/混床漏出的树脂进入EDI,影响出水水质。紫外线杀菌器后的精密过滤器可以滤除杀死的细菌。


七、 CDI(CEDI)装置


CEDI技术是指采用离子交换膜、电活性介质(通常是离子交换树脂)和直流电压三项技术来去除水中离子及离子态物质的除盐技术。

大部分商业用CEDI装置在模块进出口间的制水隔室里都包含交替的可透性阳膜和阴膜,面向带正电的阳极板的是阴离子交换膜(AEM)(膜带正电性),与此相对的是CEM。阴膜面向阳极和阳膜面向阴极之间组成的隔室是淡水室;阴膜面向阴极和阳膜面向阳极之间的隔室是浓水室。

为了在低离子强度溶液中促进离子交换,淡水室甚至有时连浓水室都填充上离子交换树脂。在隔室边上加上外部电源形成一横向直流电场,因而液体中的离子被电场力吸引到各自的反向电极中。最终结果是淡水室的离子被除去,浓水室被浓缩。

大型CEDI包括盘片框架式和螺旋缠绕式两种。

盘片框架式装置主要有两种:即薄池和厚池,是以淡水室的厚度来定义的。比如说,薄池的淡水室厚度为2~3mm的装置,那厚池就是淡水室厚度为8~10mm的装置。

最早投入商业运营的CEDI装置是在淡水室填充混床离子交换树脂的薄池装置。为提高它们的性能,多年来虽然在形式上有所改变,但基本工作原理一样,且已证明此技术有效可靠。

对于薄池型混床CEDI,在淡水室有两个截然不同的区域带。强离子态物质最先被去除,而弱离子态物质是随着水流的继续通过被缓慢去除。我们所指的这两个区域带分别是增强迁移区和电解再生区。

在超纯水的生产中,CEDI装置的进水是经过反渗透处理的产品水,该进水含极少量的可溶物、离子和像二氧化碳及二氧化硅之类的弱离子物质。由于要除去物质的量极少,因而在装置在增强迁移区就能去除大部分强离子物质,在该区域,离子交换树脂只是充当了加速离子从淡水室通过各自对应膜进到浓水室的导体,这是由于离子树脂的传导性要比水高出好几个数量级。

大部分强离子类物质在树脂床上部被去除以后,淡水室的电导率就由离子交换树脂来维持。在加上了水解必须的最小热力学电压后,氢离子和氢氧根离子浓度就会增加。在反极性的树脂和树脂表面或膜和树脂表面的作用下能加速水解反应,水解后的氢离子和氢氧根离子将树脂再生,同时使如离子物质转变为离子态被迁移到浓水中被除去。

CEDI的出水压力必须大于浓水出水压力。


八、反渗透膜进水浊度<1NTU


九、阻垢剂  适用于金属氧化物、硅以及致垢盐类含量高之水质


十、除盐率=(原水TDS-生产水TDS)/原水TDS*100

回收率=产水流量/原水流量*100

半透膜的除盐量与原水的TDS浓度成正比,与使用压力无关;纯水产量与膜的使用压力成正比。


十一、紫外线杀菌器

紫外线杀菌具有杀菌能力强、速度快,对所有菌种均有效,不需向水中投加药剂,不改变水的化学成分等优点,是一种最简便的灭菌方法,因而适合于超纯水制备系统。


十二、保安过滤器

自来水中的悬浮颗粒经过与处理设备仍残留一些细小颗粒,而且预处理设备经过长期运行和反冲洗的水力摩擦会产生一些悬浮颗粒。这些杂质颗粒随着进水直接进入RO设备,长期下来,会造成膜的堵塞。故设置保安过滤器,其道保护RO膜的作用。

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