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超純水制備工藝流程及離子交換在超純水脫鹽處理工藝的應用

2023-01-111039


工業用水

水質分類

工業用水指工業生產過程中使用的生產用水及廠區內職工生活用水的總稱,不同行業對工業用水水質要求是不同的,根據水質可分為原水、清水、軟化水、脫鹽水、純水等。


原水是(shi)指未經過處理的(de)(de)水,即進入水處理各(ge)工序之前的(de)(de)水。


清水(shui),是指(zhi)原水(shui)經混凝、澄清、過濾(lv)等處理后(hou)的水(shui)。


軟化水(shui)(shui),是指將水(shui)(shui)中的(de)Ca2+、Mg2+等離子的(de)含(han)量(liang)降(jiang)低(di)或(huo)去除至一定程(cheng)度(du)的(de)水(shui)(shui)。水(shui)(shui)在(zai)軟化過程(cheng)中僅降(jiang)低(di)硬度(du),而總含(han)鹽量(liang)保持(chi)基本(ben)不變(bian)。


脫鹽水,是指將(jiang)水中(zhong)(zhong)易于去除的強電解質(zhi)(zhi)去除至(zhi)一(yi)定程(cheng)度的水。在除鹽過程(cheng)中(zhong)(zhong)亦(yi)除去了部分(fen)機械雜質(zhi)(zhi)和有機物(wu)質(zhi)(zhi)。其剩余含鹽量一(yi)般(ban)在1~5mg/L,25℃時的電導率為1~10μs/cm。


純(chun)水(shui)又稱去(qu)離子水(shui),是指將(jiang)水(shui)中易(yi)于去(qu)除(chu)的(de)強(qiang)電解(jie)質去(qu)除(chu)之外,還將(jiang)水(shui)中難以去(qu)除(chu)的(de)硅酸(suan)及二氧(yang)化碳等弱電解(jie)質去(qu)除(chu)至一定程度的(de)水(shui)。


25℃時純水中的(de)電導率一般(ban)為0.1~1μs/cm,剩余(yu)含鹽(yan)量一般(ban)應在1mg/L以(yi)下。

 

超(chao)純(chun)水(shui)又稱高(gao)純(chun)水(shui),是指將導(dao)電(dian)介質幾(ji)乎(hu)完全除去,同(tong)時不離解的(de)氣體、膠體以及有機物質(包含(han)細(xi)菌(jun)等)均去除至很低程度(du)。超(chao)純(chun)水(shui)的(de)含(han)鹽量小于0.1mg/L,25℃時的(de)電(dian)導(dao)率為0.1μs/cm以下。


工(gong)(gong)業(ye)用(yong)水(shui)的水(shui)質(zhi)是保(bao)障產(chan)(chan)(chan)品質(zhi)量(liang)、提高產(chan)(chan)(chan)能效率及安全生產(chan)(chan)(chan)的重要(yao)條件,隨著科學技術突飛猛(meng)進的發展(zhan),半導體、石油化(hua)工(gong)(gong)、生物醫藥等(deng)相關產(chan)(chan)(chan)業(ye)產(chan)(chan)(chan)品品質(zhi)和(he)生產(chan)(chan)(chan)工(gong)(gong)藝不斷升(sheng)級,對生產(chan)(chan)(chan)過程中的水(shui)質(zhi)要(yao)求(qiu)也越來越高,很多(duo)場合都要(yao)使用(yong)超純水(shui)。

超純水

工藝設計流程

超純水工藝在系統設計上通常分為前段、中間段和后段三個部分。


前段(預處理段),是對原水進行前(qian)期處理,改善供水水質,使之(zhi)達到反滲透進水要求,減少(shao)、延緩(huan)膜(mo)的污染、延長膜(mo)壽命。


前(qian)處理(li)系(xi)統主要(yao)由砂濾、活性(xing)碳過濾器(qi)及(ji)2B3T(陽離子塔(ta)、脫氣塔(ta)及(ji)陰離子交(jiao)換(huan)塔(ta))等設備構成,其(qi)處理(li)對(dui)象主要(yao)是進水中的(de)微生物、細菌、膠體、有機物、重金屬離子、固體顆(ke)粒及(ji)游(you)離氯等。

 

中間段(反滲透段),是整個純水(shui)系(xi)統中非常重要(yao)的(de)(de)區段,起到承前啟后(hou)的(de)(de)作用(yong)。其(qi)處(chu)理(li)(li)對(dui)象主要(yao)是水(shui)中有(you)機物(wu)(如三鹵(lu)甲(jia)烷中間體、膠體、懸浮物(wu)、微(wei)生物(wu)、細菌、藻類、霉類等)、熱(re)源、病毒等物(wu)質,流(liu)體經(jing)前三級(ji)預處(chu)理(li)(li)后(hou)的(de)(de)水(shui)經(jing)反(fan)(fan)滲透RO膜(mo)深層分離處(chu)理(li)(li)后(hou),生產出(chu)純凈水(shui)進入純水(shui)箱,脫鹽率可達98%,根據具體情況可分一級(ji)和二級(ji)反(fan)(fan)滲透。


其系統設備通常由紫(zi)外線燈(deng)(UV)、板式換熱器(qi)、保安過濾器(qi)、反滲透膜組(zu)(RO)、TOC-UV、混(hun)床(SA/SC)、膜脫氣(MDG)等設備構成。


后段(拋光段),一般用在工(gong)藝末端,用來(lai)更(geng)進一步提高產水(shui)(shui)水(shui)(shui)質。目前常(chang)使用EDI(連(lian)續電脫(tuo)鹽水(shui)(shui)外理工(gong)藝),來(lai)替代傳統(tong)的離子交換(huan)裝置,生(sheng)產出電阻率高達 18MΩ·cm 的超純水(shui)(shui)。

 

從本質而言,純水系統主(zhu)要靠離子(zi)交換(huan)樹脂、各種膜(mo)以及紫(zi)外(wai)線裝置來達(da)到(dao)出水水質的(de)。


離子交換

在超純水脫鹽處(chu)理工藝的(de)應用(yong)

純(chun)水(shui)前處理脫鹽(yan)處理工藝中主要使用(yong)的是2B3T與(yu)EDI(電去(qu)離子(zi))工藝。2B3T工藝由陽床、陰床和脫碳塔(ta)組成。


而(er)EDI將(jiang)電(dian)(dian)滲析(xi)技(ji)術和離(li)子(zi)交(jiao)換技(ji)術相(xiang)融合,通過(guo)陰、陽(yang)離(li)子(zi)交(jiao)換膜(mo)的選(xuan)擇性(xing)透過(guo)作用與離(li)子(zi)交(jiao)換樹脂(zhi)對(dui)離(li)子(zi)的交(jiao)換作用,在(zai)直流電(dian)(dian)場作用下(xia),實現離(li)子(zi)的定向遷移,從而(er)完成(cheng)水(shui)的深度(du)除鹽,同時水(shui)的電(dian)(dian)解離(li)產生(sheng)的氫離(li)子(zi)和氫氧(yang)根離(li)子(zi)對(dui)離(li)子(zi)交(jiao)換樹脂(zhi)進行再生(sheng)。

陽床


主(zhu)要用于去除水中陽離(li)(li)(li)子(zi)(zi)(如(ru)鈣、鎂、鈉(na)、鉀…等)陽離(li)(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)脂(zhi)(zhi)分為弱(ruo)陽離(li)(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)脂(zhi)(zhi)與強陽離(li)(li)(li)子(zi)(zi)交(jiao)換(huan)(huan)樹(shu)脂(zhi)(zhi),其中:


弱陽離(li)(li)子(zi)(zi)交換樹脂在pH>4.2時(shi),對水中(zhong)的(de)二價(jia)以上離(li)(li)子(zi)(zi)有很好(hao)的(de)選擇(ze)(ze)性,H型狀態下,如果水中(zhong)堿度高(如OH-多,或者HCO3-多的(de)時(shi)候)吸附水中(zhong)的(de)一價(jia)陽離(li)(li)子(zi)(zi),可減(jian)輕強陽運行負荷(降低系(xi)統設備成(cheng)本(ben)),由于其容易(yi)再生的(de)特(te)性,可以防止強陽鐵中(zhong)毒。其離(li)(li)子(zi)(zi)交換選擇(ze)(ze)順(shun)序為Ba2+ > Ca2+ > Mg2+> Na+ > H+;


強(qiang)陽(yang)離(li)(li)子(zi)交換樹(shu)脂由于其(qi)選擇性,能吸附水(shui)中所有電(dian)離(li)(li)了的陽(yang)離(li)(li)子(zi),保證最(zui)終出(chu)水(shui)的Na離(li)(li)子(zi)水(shui)平到極低(di)的程度。


其(qi)交(jiao)換順序(xu):Ba2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>H+ ,當樹(shu)脂塔(ta)運行(xing)至終(zhong)點(dian)時,需要對(dui)其(qi)進行(xing)再生(sheng),再生(sheng)溶液一(yi)般采(cai)用3%-5%的HCl溶液。

 

陰床

主要(yao)用于去除水(shui)中陰離(li)子(zi)(如Cl-、CO32-、SO42-等(deng))分為弱陰離(li)子(zi)交(jiao)換樹脂與強陰離(li)子(zi)交(jiao)換樹脂,其中:


弱陰離(li)(li)(li)子(zi)交換樹脂能夠后吸附(fu)水中所有電離(li)(li)(li)的(de)陰離(li)(li)(li)子(zi)(除硅外),孔道(dao)的(de)特(te)殊性也(ye)會吸附(fu)部分大分子(zi)的(de)有機物(wu),由于其十(shi)分容(rong)(rong)易再(zai)生,且工作交換容(rong)(rong)量大,可以減輕強陰的(de)壓力,同時降低(di)系統硬件成本(ben)。


強陰(yin)離子(zi)交(jiao)換(huan)樹(shu)脂能(neng)夠去除(chu)水(shui)中的所有(you)的陰(yin)離子(zi),以(yi)及電(dian)離了的二氧化(hua)硅和水(shui)中幾乎所有(you)有(you)機(ji)物。其離子(zi)交(jiao)換(huan)選(xuan)擇順序(xu)為SO42->NO3->HSO4->Cl->HCO3->OH-,當樹(shu)脂塔運行(xing)至終(zhong)點(dian)時,需要對(dui)其進(jin)行(xing)再生,再生溶(rong)(rong)液一般采用(yong)濃(nong)度(du)為3%-5%的NaOH溶(rong)(rong)液。


脫碳塔

由于水(shui)中(zhong)的陽(yang)離(li)子(zi)通(tong)過陽(yang)離(li)子(zi)交(jiao)換(huan)樹脂時(shi)被(bei)交(jiao)換(huan)劑所吸(xi)附(fu),而交(jiao)換(huan)劑上的氫離(li)子(zi)被(bei)置換(huan)到(dao)水(shui)中(zhong),并(bing)且和水(shui)中(zhong)的陰離(li)子(zi)生成相應的無機酸。


當原水(shui)經過陽(yang)離子(zi)(zi)交換(huan)塔(ta)(ta)(ta)后,水(shui)中(zhong)的碳(tan)酸在(zai)低PH時大都(dou)以二(er)(er)氧化碳(tan)的形式(shi)存(cun)在(zai),然后利用二(er)(er)氧化碳(tan)去(qu)除(chu)塔(ta)(ta)(ta)將水(shui)中(zhong)的二(er)(er)氧化碳(tan)去(qu)除(chu),從而減輕(qing)陰(yin)離子(zi)(zi)交換(huan)塔(ta)(ta)(ta)的負擔(dan)。


高階核子級均粒混床樹脂

Tulsimer? T-42/A-23


Tulsimer? T-42是(shi)氫 H+/鈉(na) Na+均粒強(qiang)酸型(xing)陽離子交(jiao)換樹脂,具有(you)較(jiao)高的(de)交(jiao)換容量。


樹脂參數

Tulsimer? A-23 是一(yi)款苯(ben)乙稀(xi)系(xi)列具有四級(ji)氨的高品質Type-1強堿型陰(yin)性離子交換(huan)樹脂。


Tulsimer? T-42 和(he) Tulsimer? A-23 其均勻的(de)顆粒直(zhi)徑(jing),能取代(dai)傳統的(de)離子交換樹脂(zhi),并可(ke)以減(jian)少壓力損(sun),可(ke)以一起搭配使用于2B3T及超(chao)純(chun)水可(ke)再(zai)生的(de)混(hun)床。 

EDI裝(zhuang)置是一個深度脫鹽,電除鹽技術、離子(zi)交換工藝(yi)和膜法的(de)結合體(ti),一般(ban)情況下EDI的(de)產水大于15-17兆歐,通(tong)過一定(ding)的(de)單封裝(zhuang)置或者PUC的(de)降解裝(zhuang)置、UV裝(zhuang)置處理水質,然后再(zai)接(jie)入拋光樹(shu)脂(zhi),進入到(dao)深度處理系統(tong),最終達到(dao)18.25兆歐,從而可以直接(jie)到(dao)對應的(de)生(sheng)產線。


高階核子級拋光樹脂

Tulsimer ? MB-106UP 


Tulsimer ? MB-106UP 為高階核子級(ji)(ji)拋光(guang)樹(shu)脂, 是由核子級(ji)(ji)強酸型陽(yang)離(li)子 Tulsimer ?  T-46Li 及核子級(ji)(ji)強堿(jian)型陰離(li)子 Tulsimer ?  A-33OH 以 1:2 體(ti)積比(bi)的劑量(liang)比(bi)例 , 預先混合的混床級(ji)(ji)離(li)子交(jiao)換樹(shu)脂,專門(men)提供給超純水系統拋光(guang)用(yong),具有高的交(jiao)換容量(liang)及優越(yue)的物理特性。


適合用(yong)于電子(zi)產(chan)業(ye) ,生產(chan)半導體及映像(xiang)管產(chan)業(ye),實驗室,激光,高精儀(yi)器(qi),醫用(yong)行業(ye)等需要(yao)超純水的行業(ye),以及核電廠等使(shi)用(yong)。在(zai)全(quan)球我(wo)們(men)有數十家核電廠使(shi)用(yong)我(wo)們(men)的拋(pao)光樹脂。 



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