下面是两组常见的纯水系统工艺流程图,相信很多朋友就见到过。
其中第一组涵盖一级RO、二级RO、一级RO+EDI、二级RO+EDI、二级RO+EDI+抛光(SMB/PMB)、RO零排放工艺,相当于是各级纯水系统主流工艺概要。


而第二组涵盖一级RO+二级EDI+抛光、一级RO+二级EDI、UF+一级RO+二级EDI+抛光、UF+一级RO+二级EDI、二级RO+一级EDI+抛光、二级RO+一级EDI工艺,此组工艺流程图主要是为了应对电子级的高纯水或超纯水的制备。


备注:抛光(混床)工艺的英文缩写多为SMB或PMB,以区分普通混床MB的英文缩写。当然本质上抛光混床也属于混床的一种,所以第二组的抛光工艺缩写为MB也不能算错误,后文还以PMB代替抛光混床工艺以免跟以前的表述方式产生冲突。
下文我们结合当下纯水制备的主流工艺对这两组工艺流程图进行简单的对比解析。
一、砂滤+炭滤+软化+一级RO工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+一级RO工艺属于当下初级纯水的主流制备工艺。主要适用于超声波清洗、涂装(电泳,电镀)、纺织脱盐、纯净水、锅炉用水、普通食品、普通化工等一般工业用水。
②产水水质:当原水电导率<300μs/cm时,产水电导率一般能长期稳定达到<10μs/cm;当原水电导率<500μs/cm时,产水电导率一般初期能稳定达到<10μs/cm。
③关于软化器:一般建议在原水总硬度>300ppm(以CaCO3计,即3mmol/L)时,使用软化器较之单纯使用阻垢剂效果更佳;而当总硬度<200ppm时,使用缓蚀阻垢剂亦能达到良好阻垢效果。两者之间的对比,可参考前文。(后文非必要不再说明)
④关于碳滤:此处的“碳”应更正为“炭”。(后文不重复说明)
二、砂滤+炭滤+软化+二级RO工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+二级RO工艺亦属于当下初级纯水的主流制备工艺。主要适用于制药医疗、日化化工、表面活性剂、玻璃水、纯净水、水性涂料、酒类/饮料、真空电镀等精细化工用水。
②产水水质:当原水电导率<500μs/cm时,产水电导率一般能长期稳定达到<5μs/cm;当原水电导率<300μs/cm时,产水电导率一般初期能稳定达到<2μs/cm。
三、砂滤+炭滤+软化+一级RO+EDI工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+一级RO+EDI工艺较之一般的初级纯水制备工艺更为深化,但是还远没有达到高纯水/超纯水的制备要求,所以在当下市场此工艺并不常见。此工艺向下被二级RO工艺所替代,向上被二级RO+EDI所挤压,甚至在部分大型工业现场被普通混床工艺所挤压。多适用于制药医疗、生物工程、铅蓄电池、高级日化化工、电厂锅炉用水、化学实验室用水(三级)、电子行业一般清洗等用水。
备注:有钱的看不上,没钱的用不上,量大的用混床,也就有时候小型实验室/化验室用用较为常见。
②产水水质:当原水电导率<300μs/cm时,产水电导率一般能长期稳定达到1-5MΩ*cm范围内;
③关于软化器:虽然一般而言,此处关于软化器的选择适用于一级RO工艺,但是鉴于实践过程中EDI设备对于硬度的敏感性及遇到的各种糟心问题,个人强烈建议在此工艺中选用软化器。(后文建议同上)
四、砂滤+炭滤+软化+二级RO+EDI工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+二级RO+EDI工艺是当下高纯水/超纯水的主流制备工艺。适用于贵金属涂装、分析实验室用水(一/二级)、高纯墨水用水、镀膜用水、锂电池、新材料、化妆品、医疗/制药、实验室、玻璃水、喷墨墨水、光学镜片、半导体、光伏等行业用水。
②产水水质:当原水电导率<500μs/cm,且RO系统稳定运行时,
一般国产EDI的初期产水水质能达到>15MΩ*cm,长期稳定产水水质>12MΩ*cm。
一般进口EDI的初期产水水质能达到>17MΩ*cm,长期稳定产水水质>15MΩ*cm。
五、砂滤+炭滤+软化+二级RO+EDI+抛光工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+二级RO+EDI+抛光工艺亦是当下高纯水/超纯水的主流制备工艺。适用于锂电池、实验室、化验室、玻璃水、喷墨墨水、光学镜片、半导体、光伏、航空军工材料、化学试剂、无纺布等高端制造业和前沿科技行业用水。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,且RO及EDI系统稳定运行时,
一般国产抛光树脂的初期产水水质能达到>18MΩ*cm,长期稳定产水水质>16MΩ*cm。
一般进口抛光树脂的初期产水水质能达到>18MΩ*cm,长期稳定产水水质>17.5MΩ*cm。
备注:关于进口和国产的EDI和抛光树脂所影响的终端产水水质差别,上述观点仅供参考,无任何不良导向。
六、RO零排放工艺(砂滤+炭滤+软化+一级RO+ROR+蒸发器)

①概述:砂滤+炭滤+软化+一级RO+ROR+蒸发器工艺作为RO零排放工艺的一种,在理论上存在水资源完全利用(利用率超过99%),节省水资源保护环境等诸多优势。在实践过程中却存在蒸发器单位能耗过高,运行稳定性较差等诸多弊端。当下常见的RO浓水再利用工艺,为RO浓水作为简单(低要求)冲洗用水(冲厕,浇花,地面喷洒等),或经过ROR系统以后,将ROR浓水作为上述利用,本质上更具性价比。
备注:RO及ROR的浓水用途取决于其浓水的指标,当污染物或盐分浓缩到一定程度时,自然不可作为简单冲洗用水,需作为废水进行净化处理。
②产水水质:RO零排放工艺的产水水质受到原水水质、ROR净水流向,蒸发器冷凝水流向等多种因素影响,所以本质上很难简单估算,在掌握完整原水水质及工艺的前提下可做一个水平衡测算。如果参照上图工艺流程,当原水电导率<300μs/cm,考虑到ROR净水的回流会适当提供原水水质,所以出水水质会较同等原水的一级RO系统,出水水质更佳,出水水质介于一级RO和二级RO之间。
小结:第一组工艺图本质上都属于纯水制备主流工艺,虽然在细节上略有不完善,但是在加上必要的辅助工艺以后,基本上能满足绝对部分场景的纯水制备需求。
在开始第二组工艺图解析之前,补充说明以下几点,
①关于二级EDI膜堆的问题
二级EDI膜堆不是指EDI膜堆的串联,而是一个二级EDI膜堆内含前后两级EDI交换室,前文有过简单介绍,但是这一点漏了,所以很多人产生了误解,特此补充。切忌不要把二级EDI理解成二级RO的形式,虽然本质上处理原理类似,但是结构是不同的,前者是在一起的,后者是相对独立的。

二级EDI工作原理图

二级EDI膜堆实物图

二级EDI单膜堆设备结构图

二级EDI两膜堆设备结构图
②关于第二组工艺流程图的版本问题
第二组工艺流程图的整体细节较详细,但是其工艺方向与当下主流工艺略有偏差,且文字描述过于理想(有多个版本,但是都存在小问题),本人估算其成型于2018年甚至更早,期间存在多次文字描述修改的情况。所以本文解析的只是属于网络上广泛传播的版本,不敢对原作者丝毫不敬。还是那句话,水处理发展太快了,一不小心就跟不上了。
③关于电子级水的执行标准问题
国内电子级水执行GB_T 11446.1-2013电子级水水质标准。
电子级水的定义为电子和半导体工艺过程中所用的高纯水。
我国电子级水的标准将电子级水分为四个级别:Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级。
目前国内电子半导体行业用水普遍执行电子级水EW-Ⅰ级标准,或者更严格美国ASTM D5127-2013(2018)中Type E-1.2/1.3超纯水水质标准
所以第二组工艺流程图中的电子Ⅰ级超纯水,指的就是GB_T 11446.1-2013中电子EW-Ⅰ级标准级超纯水/高纯水的标准。


七、机械过滤+炭滤+软化+一级RO+二级EDI+抛光工艺

备注:砂滤、多介质过滤器本质上都属于机械过滤器,所以前文的砂滤大家理解成机械过滤器的一种即可。
①概述:砂滤+炭滤+软化+一级RO+二级EDI+抛光工艺正如前文所说,RO+二级EDI的工艺虽较之当下主流二级RO+EDI工艺理论上产水水质更好,再加上终端PMB工艺,理论产水达到18-18.2MΩ*cm是没有大问题的,再加上必要的辅助工艺能满足EW-I电子级水要求。
但是区别于二级RO往往可以通过一二级RO之间的pH调节来处理CO₂的问题,一级RO+二级EDI系统需要通过脱气工艺(脱气塔、脱气膜等)来较好的实现CO₂的去除,客观上额外增加了成本,上述工艺通过脱气水箱的风机来实现。
备注:如果CO₂在进二级EDI膜堆之间没有得到很好的处理,会较大程度的影响二级EDI的产水水质,而得不到预期的效果。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到18-18.2MΩ*cm范围内。
八、机械过滤+炭滤+软化+一级RO+二级EDI工艺

①概述:砂滤+炭滤+软化+一级RO+二级EDI工艺相当于上一个工艺(工艺七)省去了抛光工艺,其终端产水水质略有下降,理论产水达到15-18MΩ*cm是没有大问题的,再加上必要的辅助工艺能满足EW-II电子级水要求。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到15-18MΩ*cm范围内。
九、盘滤+UF+一级RO+二级EDI+抛光工艺

①概述:盘滤+UF+一级RO+二级EDI+抛光工艺相当于工艺七而言,最大的区别在于预处理工艺的区别。选用盘滤+UF替代传统的机械过滤+炭滤,且在限定原水硬度低,有机物含量低的时候确实适用(例如优质自来水,优质泉水等),其核心工艺和工艺七并无大的区别,所以综合属性产水水质也类似,较之工艺七而言,设备集成度更高,占地面积更小。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到18-18.2MΩ*cm范围内。
备注:当原水水质波动性大或者不够优质时,可通过必要的灭菌加药装置及加装软化器来提供工艺稳定性,下同。
十、盘滤+UF+一级RO+二级EDI工艺

①概述:盘滤+UF+一级RO+二级EDI工艺相当于上一个工艺(工艺九)省去了抛光工艺,其终端产水水质略有下降,理论产水达到15-18MΩ*cm是没有大问题的,再加上必要的辅助工艺能满足EW-II电子级水要求。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到15-18MΩ*cm范围内。
十一、机械过滤+炭滤+二级RO+EDI+抛光工艺

①概述:机械过滤+炭滤+二级RO+EDI+抛光工艺就是当下的超纯水主流制备工艺,其理论产水达到18-18.2MΩ*cm是没有大问题的,再加上必要的辅助工艺能满足EW-I电子级水要求。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到18-18.2MΩ*cm范围内。
十二、机械过滤+炭滤+二级RO+EDI工艺

①概述:机械过滤+炭滤+二级RO+EDI工艺相当于上一个工艺(工艺九)省去了抛光工艺,其终端产水水质略有下降,理论产水达到15-18MΩ*cm是没有大问题的,再加上必要的辅助工艺能满足EW-II电子级水要求。
②产水水质:当原水电导率<1000μs/cm,产水电阻率能稳定达到15-18MΩ*cm范围内。
③TOC脱除器:此处TOC脱除器放在整个工艺的末端,TOC碳化造成有机物分解成CO₂和H2O会大概率造成电阻率急剧下降,此处工艺问题较为明显。建议此处去除TOC脱除器或者前置,加抛光则工艺同工艺十一。
小结:第二组工艺图本质上是属于电子级水制备的主流工艺之争,其主要分为两部分,一部分是针对不同原水水质条件下传统砂炭滤VS盘滤+UF,当下主流结论是盘滤+UF替代砂滤/机械过滤,而炭滤和软化器单独按需选用,炭滤一般都选。第二部分则是关于一级RO+二级EDI和二级RO+EDI的核心工艺路线之争。

