超纯水系统制备工艺及基础知识汇编

百科 2024-12-09 08:00 山东

定义

超纯水又称UPW水，是指电阻率达到18MΩ.cm（25℃）以上的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二噁英等有机物，当然也没有人体所需的矿物质微量元素，也就是几乎去除了氧和氢以外所有原子的水。

电阻率：电阻率是指某一温度下，边长为1cm正方体的相对两侧间的电阻，单位为Ω.cm或MΩ.cm。理论上纯水阻值可以达到18.25MΩ.cm（at 25℃），温度升高阻值降低。通常采用在线电阻率仪表进行测量。

电导率：和电阻率互为倒数，即10MΩ.cm=0.1µs/cm。

应用领域

用于电子、半导体、半导体材料、器件、印刷电路板和集成电路、精密机械行业超纯水，食品、饮料、饮用水的制备，精细化工、精尖学科用水，其他行业所需的高纯水制备，制药工业工艺用水，海水、苦咸水的淡化，制药行业用水，大输液、针剂、片剂、生化制品、设备清洗等用水，海水、苦咸水淡化，汽车、家电涂装、镀膜玻璃、化装品、精细化学品等用超纯水。

I 、城市用水与超纯水常见水质参数参考

II 、天然水中的杂质分类

按颗粒从大到小分类：悬浮物质、胶体物质、溶解物质（离子和分子）

悬浮物质：颗粒直径约在 10^-4 mm 以上的微粒，肉眼可见，这些微粒主要是由泥沙、粘土、原生动物、藻类、细菌、病毒以及高分子有机物组成，常常悬浮在水流之中，水产生的浑浊现象也都是由此类物质所造成。悬浮物是造成浊度、色度、气味的主要来源。

胶体物质：直径在 10^-4 mm~10^-6 mm 之间的微粒，是许多分子和离子的集合物，天然水中的无机矿物质胶体主要是铁、铝和硅的化合物。胶体物质由于其单位体积所具有的表面积大，故其表面具有较大的吸咐能力。

溶解性物质：直径小于或等于 10^-6 mm 的微小颗粒。主要是于溶于水中的以低分子存在的溶解盐类的各种离子和气体。

III、纯水制备工艺中常用的技术分类

根据水源不同的分类：

原水为地下水：砂滤器+精密过滤器+反渗透+混床或EDI；

原水为自来水：砂滤器+活性炭过滤器+精密过滤器+RO+混床或EDI；

原水为地表水：

a) 多介质过滤器+活性炭过滤器+精密过滤器+RO+混床或EDI

b) 多介质过滤器（或其它形式过滤器）+超滤+精密过滤器+RO+混床或EDI；

c) 盘式过滤器+超滤+精密过滤器+RO+混床或EDI

根据水质要求不同的分类

1、产水电导率10~20μs/cm；

采用预处理+一级反渗透（化工）。

2、产水电导率2~9μs/cm；

采用预处理+二级反渗透（医药、化工）或采用预处理+软化+一级反渗透+EDI（医药、化工）。

3、产水电导率小于0.2~2μs/cm；

采用预处理+一级反渗透+混床。

4、产水电阻5~13MΩ.CM；

采用预处理+软化+一级反渗透+EDI或采用预处理+二级反渗透+EDI（医药、化工、电子、发电）。

5、产水电阻13~17MΩ.CM；

采用预处理+软化+一级反渗透+EDI+混床或采用预处理+二级反渗透+EDI+混床（医药、化工、电子、发电）。

6、产水电阻18MΩ.CM及以上；

采用预处理+一级反渗透+二级反渗透+EDI+混床+杀菌+氮封或预处理+软化+一级反渗透+二级反渗透+EDI+脱氧+TOC+混床+脱氧+超滤。

IV、一般工艺流程

V、主要单元介绍

预处理部分：预处理主要是去除水中的有机物、悬浮物、胶体等，以确保RO能正常工作。

一般由板式换热器、多介质过滤器、活性炭过滤器、加药系统及相关辅助设备组成，用于提高水温、去除进水杂质、减少RO工作时产生污垢、防止藻类生长及微生物污染。

1、板式换热器：

由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。

2、多介质过滤器：

多介质过滤器是利用一种或几种过滤介质，在一定的压力下把浊度较高的水通过一定厚度的粒状或非粒材料，从而有效的除去悬浮杂质使水澄清的过程，常用的滤料有石英砂、无烟煤、锰砂等，主要用于水处理除浊、软化水、纯水的前级预处理等，出水浊度可达3度以下。

3、活性炭过滤器：

滤料为活性炭，用于去除色、味、余氯和有机物，其主要作用方式是吸附，活性炭是一种人工制成的吸附剂。

由于活性炭具有发达的细孔结构和巨大的表面积，因此对水中的溶解性有机物，如苯类，酚类化合物等具有很强的吸附能力，而且对于用生物法和化学法很难去除的有机污染物，如色度、异臭、表面活性剂、合成洗涤剂和染料等都有较好的去除效果。

通过活性炭滤床后，水中悬固小于0.1mg/L，COD去除率一般为40%~50%，游离氯小于0.1mg/L。活性炭总装填高度为1.2米左右。

4、加药系统：

a) 絮凝剂：PAC又叫聚合氯化铝，加絮凝剂的目的是凝聚水中的胶体并使之形成絮状物，从而过滤去除；

b)阻垢剂：阻垢剂的作用是防止或延缓反渗透浓水侧产生结垢；

c)杀菌剂：杀菌剂的目的是防止细菌在系统内滋生，主要成分是次氯酸钠；

d)还原剂：作用是消除进反渗透水中的余氯，防止氧化剂对反渗透膜造成损害。

RO 反渗透：

简称RO,是利用足够压力使溶液中溶剂（通常指水) 经过反渗透膜(一个半透膜)而分离出来，方向和渗透方向相反，可使用大于渗透压反渗透法进行分离、提纯和浓缩溶液。

利用反渗透技术能够有效去除水中溶解盐、胶体，细菌、病毒、细菌内毒素和大部分有机物等杂质。反渗透膜关键分离对象是溶液中离子范围和分子量几百的有机物，无需化学品即可有效脱除水中盐份，系统除盐率通常为 98%以上。所以反渗透是最优异也是最节能、环保的一个脱盐方法，已成为了主流预脱盐工艺。

保安过滤器：

一般设置在压力容器之前，以去除水中细小微粒，来满足后续工序对进水的要求；有时也设置在整个水处理系统的末端，防止细小微粒（如破碎的树脂）进入成品水。

其工作原理是利用PP滤芯5μm、0.45μm、0.1μm的孔隙进行机械过滤。水中残存的微量悬浮颗粒、胶体、微生物等，被截留或吸附在滤芯表面和孔隙中。

随着制水时间的增长，滤芯因截留物的污染，其运行阻力逐渐上升，当运行至进出口水压差达0.1MPa时，应更换滤芯。

EDI 部分：

1、紫外线杀菌器：

紫外线是介于可视光线和X射线之间的电磁波频谱。EDI模块前采用的是254nm波长紫外灯。在这个波长范围内的紫外线主要是通过刺穿细胞膜，破坏细胞内脱氧核糖核酸和破坏细胞内的其它分子，使微生物不能再复制和繁殖，而最终达到杀菌作用。

2、EDI （电去离子）装置：

将电渗析技术和离子交换技术融为一体，电去离子设备通常以反渗透(RO)纯水作为EDI 给水，通过阳、阴离子膜对阳、阴离子的选择透过作用以及离子交换树脂对水中离子的交换作用，在电场的作用下实现水中离子的定向迁移，从而达到水的深度净化除盐制取高品质超纯水。

终端部分：

1、TOC装置：

185nm波长紫外线TOC灯管降解装置，设置在抛光混床之前，主要用于分解纯水中的有机物。

利用紫外射线将水中的碳水化合物的碳键打断，在足够的照射剂量照射下，绝大部分有机物被分解成CO2和H2O,水中残留TOC降至ppb级。而其它被离子化的物质，由后续工艺设备吸附净化。

2、抛光混床：

抛光混床又称一次性混床一般情况用在工艺末端，用来更进一步提高产水水质，来保证系统出水水质能够维持用水标准。

一般出水水质都能达到18兆欧以上，以及对TOC、SIO2都有一定的控制能力。抛光树脂出厂的离子型态都是H、OH型，装填后即可使用无需再生。一般用于半导体行业。

VI、纯水设备常用耗材清单

芊澄科技

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