CN114920400A - 一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法及系统，包括预处理系统、制成系统和抛光系统。向高级氧化装置内投加氧化剂，中压紫外线活化氧化剂产生自由基，将有机物氧化为小分子有机物或矿化为CO2和H2O，有机物经活性炭颗粒吸附后被高效地降解。尿素降解装置内真空紫外光催化氧化剂产生自由基，对尿素进行快速降解。本处理工艺方法简化了常规预处理工艺流程，节约占地面积，与现有超纯水处理工艺契合能力强，可以通过现有条件对纯水站进行升级改造，便于工业化大规模推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种城市再生水制备超纯水处 理工艺方法及系统。
背景技术
集成电路、半导体、液晶面板等电子设备制造行业是工业用水大户， 在工艺制造工序中需要使用大量的超纯水，利用城市再生水作为超纯水制 备的水源，积极推进自来水的替代，是解决当前城市水资源短缺的一个有 效途径，对推动节水型城市具有重要的意义。
当前，由于城市再生水的浊度、色度、化学需氧量、氨氮、总磷、总 氮、盐类等含量较高，不能采用现有的超纯水处理工艺直接进行处理，需 要进行预处理。目前预处理通常是采用混凝、沉淀、过滤和消毒的传统工 艺。传统水处理工艺处理构筑物多，占地面积大，建设成本高，此外，传 统工艺对有机物的去除效果不好，会增加后续超纯水处理工艺的有机物负 荷。因此，针对再生水水质，特别是原水有机物含量高的问题，提供一种 运行安全可靠，达到纯水水质标准，节约建设和运行成本的超纯水处理系 统解决方案就显得尤为紧迫和必要。
尿素H2NCONH2，又名碳酰胺，广泛存在于城市再生水中。由于尿素 分子较小，极性较高，很容易通过反渗透膜而进入超纯水中。在半导体生 产过程中，尿素分子在产品表面水解，产生氨，对产品良率产生很大的影 响。
发明专利CN102781849A《水处理方法和超纯水制造方法》，该专利 添加水溶性溴化物盐和氧化剂与尿素进行氧化反应，再用生物处理设备采 用生物处理的方法去除尿素。
发明专利CN103168006A《超纯水制造方法》，先将原水加热，通过 两级生物处理装置对尿素进行分解，再经过菌体分离装置避免微生物进入 水中。
发明专利CN106029579A《从水去除尿素的方法》，先将原水加热， 向水中加入亚硝酸根离子，再通过阳离子交换树脂去除尿素。
现有的技术方案具有以下缺陷：
1、反渗透膜工艺不能有效去除尿素；
2、采用生物法去除尿素，生物反应池容积较大，占地面积较大，会增 加建设成本，此外，要驯化微生物，要添加微生物需要的氮源，出水会显 著增加微生物量，显然微生物法不适合大规模的工业化应用；
3、采用换热器加热原水，耗能高，运行费用高；
4、添加多种化学物质，不利于后续纯水工艺的处理。
因此，针对上述技术问题，提供一种对尿素降解效率高，对环境友好， 操作简单，便于工业化大规模推广和应用的处理方法就显得尤为必要。
紫外高级氧化技术一般是通过紫外线活化水中氧化剂，产生氧化性极 强的羟基自由基·OH和硫酸根自由基SO4 -·等将有机物转化为小分子有机物， 或矿化为CO2和H2O，常见的氧化剂有双氧水H2O2、臭氧O3、过氧乙酸、过 硫酸盐等。紫外高级氧化技术突显出来的高效性、普适性及二次污染性小 等优点受到研究人员的广泛关注。
目前，紫外处理系统中应用最广泛的是低压高强紫外灯和中压紫外灯。 前者主要发射254nm的单色光，而后者的发射光谱为一段连续光谱 200～300nm。与低压高强紫外灯相比，中压紫外灯在降解有机物上具有更 强的优势。此外，中压紫外灯具有波谱范围广，功率更高，在处理相同水 量达到同等效果时，所需的反应器体积小，灯管数量少，占地面积小等优 点。
发明内容
本发明的目的是提供一种反应条件温和、对有机物和尿素降解效率高、 无二次污染、运行可靠、减少投资和运维成本、高效安全、容易实现模块 化应用的城市再生水制备超纯水处理工艺方法及系统。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明公开了一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，该工艺方法 主要包括以下步骤：
S1、原水箱内原水的预处理，通过预处理系统进行原水的预处理；
S2、预处理后的产水进入制成系统，通过制成系统处理得到产水；
S3、制成系统得到的产水进入抛光系统，通过抛光系统处理制得超纯 水。
进一步的，所述步骤S1主要包括：
S101、城市再生水进入原水箱，原水箱出水进入絮凝沉淀池，在水进 入絮凝沉淀池前向管道内投加混凝剂和助凝剂；
S102、絮凝沉淀池出水进入多介质过滤器，在水进入多介质过滤器前 向管道内投加混凝剂；
S103、水通过多介质过滤器后进入过滤水箱；
S104、过滤水箱出水经水泵加压进入高级氧化装置，在水箱出水进入 高级氧化装置前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH；
S105、高级氧化装置出水进入活性炭过滤器。
进一步的，所述步骤S2主要包括：
S201、活性炭过滤器出水进入阳离子交换塔；
S202、阳离子交换塔出水进入脱碳塔；
S203、脱碳塔出水进入阴离子交换塔；
S204、水经过阴离子交换塔后进入DI水箱；
S205、DI水箱出水经水泵加压进入保安过滤器；
S206、保安过滤器出水进入反渗透装置；
S207、反渗透装置出水进入RO水箱；
S208、RO水箱出水经水泵加压进入尿素降解装置，出水进入尿素降 解装置前向管道内投加氧化剂；
S209、尿素降解装置出水进入混床；
S210、混床出水进入混床过滤器；
S211、混床过滤器过滤后出水进入第一脱气膜；
S212、第一脱气膜出水进入超纯水箱。
进一步的，所述步骤S3主要包括：
S301、超纯水箱出水经水泵加压进入TOC降解装置；
S302、TOC降解装置出水进入抛光混床；
S303、水经过抛光混床后进入第二脱气膜；
S304、第二脱气膜出水进入超滤装置；
S305、超滤装置过滤后的水供应至使用点，且使用点通过循环管道连 接超纯水箱。
本发明的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，该工艺系统包括：
预处理系统、位于所述预处理系统工艺下游的制成系统、以及位于所 述制成系统工艺下游的抛光系统；
所述预处理系统包括储存原水的原水箱，所述预处理系统对原水箱内 的原水进行预处理；
所述制成系统接收所述预处理系统预处理后的产水并进行处理，所述 制成系统处理后的产水进入所述抛光系统并制得超纯水；
所述超纯水储存于超纯水箱内。
进一步的，所述预处理系统按照工艺流程依次包括：
絮凝沉淀池、多介质过滤器、过滤水箱、高级氧化装置以及活性炭过 滤器；
所述絮凝沉淀池与所述原水箱相连；
所述高级氧化装置为中压紫外反应器，其内部设置有中压紫外线灯管；
所述中压紫外线灯管的发射光谱为200～300nm；
所述中压紫外线灯管的辐照剂量为50mJ/cm2～300mJ/cm2。
进一步的，所述过滤水箱的出水进入所述高级氧化装置前向管道内投 加氧化剂和HCl或NaOH；
优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、 过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等；
向所述高级氧化装置前的管道内投加的氧化剂的投加量为1～30mg/L；
更优选地，向管道内同时投加H2O2和O3；
向所述高级氧化装置前的管道内同时投加H2O2和O3的投加总量为 1～20mg/L；
所述活性炭过滤器去除所述高级氧化装置中投加过量的氧化剂；
所述高级氧化装置的进水温度为室温；
进入所述高级氧化装置的进水pH为5～9；
优选地，进入所述高级氧化装置的进水pH为8～9；
在所述活性炭过滤器后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪。
进一步的，所述制成系统按照工艺流程依次包括：
阳离子交换塔、脱碳塔、阴离子交换塔、DI水箱、保安过滤器、反渗 透装置、RO水箱、尿素降解装置、混床、混床过滤器、第一脱气膜和所述 超纯水箱；
所述尿素降解装置为中压真空紫外反应器，其内部设置中压真空紫外 线灯管；
所述中压真空紫外线灯管的发射光谱为185-300nm；
所述中压真空紫外线灯管的辐照剂量为10mJ/cm2～200mJ/cm2。
进一步的，所述RO水箱出水经水泵加压进入所述尿素降解装置前向 管道内投加适量的氧化剂；
优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、 过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等；
更优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2；
向所述尿素降解装置前的管道内投加氧化剂的投加量为1～20mg/L；
在所述尿素降解装置后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪；
所述尿素降解装置的进水温度为室温；
进入所述尿素降解装置的进水pH为5～9。
在上述技术方案中，本发明提供的一种城市再生水制备超纯水处理工 艺系统，具有以下有益效果：
1)有机物在高级氧化装置内被氧化，再经过活性炭颗粒的吸附，对有 机物降解率大于95％，能减轻后序反渗透膜的有机物负荷，延长了反渗透 膜的清洗周期；高级氧化装置对水中的微生物灭活效果好，不必向多介质 过滤器前添加次氯酸钠等消毒剂，节省了药剂投加装置和运行费用；
2)向高级氧化装置内同时投加H2O2和O3相比单独投加H2O2或O3能 减少氧化剂的投加量，降低运行费用；
3)采用的氧化剂如H2O2、O3、过氧乙酸等对处理水无二次污染，且 廉价易得，无毒无害，便于使用；
4)简化了常规预处理的工艺流程，减少了工艺设备种类，节约了占地 面积，节省了设备投资和运营成本；
5)尿素降解装置采用中压真空紫外反应器，紫外光谱的范围更广，光 子具有更高的能量，能更高效地对尿素进行降解，出水尿素含量小于1μg/L， 指标优于工艺用超纯水的要求；
6)高级氧化装置内产生的自由基能把大分子有机物氧化成为小分子有 机物，而小分子有机物更易于被活性炭颗粒吸附，并且活性炭颗粒能去除 投加过量的氧化剂，因此将高级氧化装置设置在传统超纯水处理流程中的 过滤水箱和活性炭过滤器之间。
反渗透膜能拦截除少部分尿素分子外的绝大部分有机物，因此将尿素 降解装置设置在反渗透膜后而更有针对性地降解尿素。
本发明巧妙地把高级氧化装置和尿素降解装置设置在当前主流的超纯 水处理系统中，与现有超纯水处理工艺契合能力强，可以通过现有条件对 纯水站进行升级改造，便于工业化大规模推广和应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些 附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统的 流程图。
附图标记说明：
1、原水箱；2、絮凝沉淀池；3、多介质过滤器；4、过滤水箱；5、高级 氧化装置；6、活性炭过滤器；7、阳离子交换塔；8、脱碳塔；9、阴离子交换 塔；10、DI水箱；11、保安过滤器；12反渗透装置；13、RO水箱；14、尿 素降解装置；15、混床；16、混床过滤器；17、第一脱气膜；18、超纯水箱； 19、TOC降解装置；20、抛光混床；21、第二脱气膜；22、超滤装置；23、 使用点。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图 对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1所示；
本实施例公开了一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，该工艺方 法主要包括以下步骤：
S1、原水箱1内原水的预处理，通过预处理系统进行原水的预处理；
S2、预处理后的产水进入制成系统，通过制成系统处理得到产水；
S3、制成系统得到的产水进入抛光系统，通过抛光系统处理制得超纯 水。
其中，上述的步骤S1主要包括：
S101、城市再生水进入原水箱1，原水箱1出水进入絮凝沉淀池2，在 水进入絮凝沉淀池2前向管道内投加混凝剂和助凝剂；
S102、絮凝沉淀池2出水进入多介质过滤器3，在水进入多介质过滤 器3前向管道内投加混凝剂；
S103、水通过多介质过滤器3后进入过滤水箱4；
S104、过滤水箱4出水经水泵加压进入高级氧化装置5，在水箱出水 进入高级氧化装置5前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH；
S105、高级氧化装置5出水进入活性炭过滤器6。
其中，上述的步骤S2主要包括：
S201、活性炭过滤器6出水进入阳离子交换塔7；
S202、阳离子交换塔7出水进入脱碳塔8；
S203、脱碳塔8出水进入阴离子交换塔9；
S204、水经过阴离子交换塔9后进入DI水箱10；
S205、DI水箱10出水经水泵加压进入保安过滤器11；
S206、保安过滤器11出水进入反渗透装置12；
S207、反渗透装置12出水进入RO水箱13；
S208、RO水箱13出水经水泵加压进入尿素降解装置14，出水进入尿 素降解装置14前向管道内投加氧化剂；
S209、尿素降解装置14出水进入混床15；
S210、混床15出水进入混床过滤器16；
S211、混床过滤器16过滤后出水进入第一脱气膜17；
S212、第一脱气膜17出水进入超纯水箱18。
其中，上述的步骤S3主要包括：
S301、超纯水箱18出水经水泵加压进入TOC降解装置19；
S302、TOC降解装置19出水进入抛光混床20；
S303、水经过抛光混床20后进入第二脱气膜21；
S304、第二脱气膜21出水进入超滤装置22；
S305、超滤装置22过滤后的水供应至使用点23，且使用点23通过循 环管道连接超纯水箱18。
本实施例的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，该工艺系统包 括：
预处理系统、位于预处理系统工艺下游的制成系统、以及位于制成系 统工艺下游的抛光系统；
预处理系统包括储存原水的原水箱1，预处理系统对原水箱1内的原 水进行预处理；
制成系统接收预处理系统预处理后的产水并进行处理，制成系统处理 后的产水进入抛光系统并制得超纯水；
超纯水储存于超纯水箱18内。
其中，本实施例中的预处理系统按照工艺流程依次包括：
絮凝沉淀池2、多介质过滤器3、过滤水箱4、高级氧化装置5以及活 性炭过滤器6；
絮凝沉淀池2与原水箱1相连；
具体的，本实施例公开了一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统， 其按照工艺流程依次分为预处理系统、制成系统和抛光系统；抛光系统之 后连接至超纯水使用点23，并在使用点23用循环管道连接至超纯水箱18。
本实施例的系统使用预处理系统对原水进行预处理，使用制成系统对 预处理系统预处理后的产水进行处理，使用抛光系统对制成系统的产水进 行处理并制得超纯水。
优选的是：
上述的高级氧化装置5为中压紫外反应器，其内部设置有中压紫外线 灯管；
中压紫外线灯管的发射光谱为200～300nm，辐照剂量为50mJ/cm2～ 300mJ/cm2。
过滤水箱4的出水进入高级氧化装置5前向管道内投加氧化剂和HCl 或NaOH；
向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、过硫酸盐、 氯胺、次氯酸钠等；
向所述高级氧化装置5前的管道内投加氧化剂的投加量为1～30mg/L；
更优选地，向管道内同时投加H2O2和O3；
向所述高级氧化装置5前的管道内同时投加H2O2和O3的投加总量为 1～20mg/L；
活性炭过滤器6去除高级氧化装置5中投加过量的氧化剂；
高级氧化装置5的进水温度为室温；
进入高级氧化装置5的进水pH为5～9；
作为优选地，进入高级氧化装置5的进水pH为8～9。
在所述活性炭过滤器6后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪。
优选地，本实施例中制成系统按照工艺流程依次包括：
阳离子交换塔7、脱碳塔8、阴离子交换塔9、DI水箱10、保安过滤 器11、反渗透装置12、RO水箱13、尿素降解装置14、混床15、混床过 滤器16、第一脱气膜17和所述超纯水箱18；
尿素降解装置14为中压真空紫外反应器，其内部设置真空紫外线灯 管；
中压真空紫外线灯管的发射光谱为185-300nm；
中压真空紫外线灯管的辐照剂量为10mJ/cm2～200mJ/cm2。
其中，RO水箱13出水经水泵加压进入尿素降解装置14前向管道内投 加适量的氧化剂；
优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、 过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等；
更优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2；
向所述尿素降解装置14前的管道内投加氧化剂的投加量为1～20mg/L；
在所述尿素降解装置14后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪；
尿素降解装置14的进水温度为室温；
进入尿素降解装置14的进水pH为5～9。
本实施例公开的工艺系统的超纯水制备的具体步骤为：城市再生水进 入原水箱1，原水箱1内原水进入絮凝沉淀池2，在水进入絮凝沉淀池2前 向管道内投加混凝剂和助凝剂，絮凝沉淀池2出水进入多介质过滤器3， 在水进入多介质过滤器3前向管道内投加混凝剂，水通过多介质过滤器3 后进入过滤水箱4，过滤水箱4出水经水泵加压进入高级氧化装置5，在过 滤水箱4出水进入高级氧化装置5前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH， 水通过高级氧化装置5后进入活性炭过滤器6；活性炭过滤器6出水进入 阳离子交换塔7，阳离子交换塔7出水进入脱碳塔8，脱碳塔8出水进入阴 离子交换塔9，离子交换塔9出水进入进入DI水箱10，DI水箱10出水经 水泵加压进入保安过滤器11，保安过滤器11出水进入反渗透装置12，反 渗透装置12出水进入RO水箱13，RO水箱13出水经水泵加压进入尿素 降解装置14，在出水进入尿素降解装置14前向管道内投加氧化剂，尿素降 解装置14出水进入混床15，混床15出水进入混床过滤器16，混床过滤器 16滤后出水进入第一脱气膜17，第一脱气膜17出水进入超纯水箱18；超 纯水箱18出水经水泵加压进入TOC降解装置19，TOC降解装置19出水进入抛光混床20，水经抛光混床20后进入第二脱气膜21，第二脱气膜21 出水进入超滤装置22，经超滤装置22过滤后的水供至超纯水使用点23。 经超纯水使用点23后循环附加量的超纯水从循环管道返回至超纯水箱18。
基于上述实施例：
城市再生水进入原水箱1，原水箱1出水经水泵加压进入絮凝沉淀池2。 在水进入絮凝沉淀池2前向管道内投加入混凝剂和助凝剂。絮凝沉淀池2 集混合与絮凝于一体，通过投加药剂使水中悬浮微粒集聚变大，形成絮团， 从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的。絮凝沉淀池2出水进入多介 质过滤器3，多介质过滤器3利用无烟煤、石英砂滤料的吸咐和机械筛网 作用，截留水中的悬浮杂质，降低水的浊度。在水进入多介质过滤器3前 向管道内投加入混凝剂。混凝剂能将水中的悬浮物通过吸附和中和作用形 成较大的颗粒物，以便多介质过滤器3有效截留，进一步降低水的浊度。 通常多介质过滤器3出水浊度＜0.1NTU。在多介质过滤器出水浊度降低的 同时，水中的有机物、氨氮、重金属、盐类等的含量也有一定幅度的降低。 水通过多介质过滤器3后进入过滤水箱4，过滤水箱4出水经水泵加压进 入高级氧化装置5。高级氧化装置5为中压紫外反应器，其内设置中压紫 外线灯管，灯管辐照的剂量为50mJ/cm2～300mJ/cm2。在过滤水箱4出水进 入高级氧化装置5前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH。向管道内投加 氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠 等，氧化剂的投加量为1～30mg/L。优选地，向管道内同时投加H2O2和O3， 投加总量为1～20mg/L。高级氧化装置进水温度为室温，pH为5～9；优选 地，pH为8～9。在高级氧化装置5内中压紫外线灯辐照氧化剂，产生大量 的自由基，自由基具有强氧化性，与有机物迅速反应，将部分有机物氧化 为小分子有机物，部分有机物矿化为CO2和H2O。自由基对微生物具有高 效而快速的灭活性，高级氧化装置5出水中的微生物数量极少。在通过高 级氧化装置5后，水进入活性炭过滤器6，活性炭过滤器6填料为活性炭 颗粒，活性炭颗粒能吸附被自由基氧化的小分子有机物，活性炭过滤器6 具有淬灭功能，能去除从高级氧化装置5中投加过量的氧化物，及水中的 余氯等。通常活性炭过滤器6出水余氯<0.1mg/L，H2O2<0.05mg/L， O3<0.05mg/L。在活性炭过滤器6后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪，当氧化剂浓度超过某一数值时，减少氧化剂投加量。活性炭过滤器6之前的 处理工艺为预处理系统。
水经预处理系统之后进入制成系统。活性炭过滤器6出水进入阳离子 交换塔7。阳离子交换塔7内填料是强酸阳树脂，可以将水中的Na+、K+、 Ca2+和Mg2+等阳离子转换成H+，对阳离子进行去除。阳离子交换塔7出水 进入脱碳塔8。水经过阳离子交换塔7后，水中的H+与HCO3 -结合生成CO2。 脱碳塔8内填充多面空心球，增加了水与空气的接触面积，使CO2被去除。 通过脱碳塔8后的水进入阴离子交换塔9。阴离子交换塔9内填料是强碱 阴树脂，用于去除水中的Cl-、SO4 2-、HCO3 -、CO3 2-等阴离子。阴离子交换 塔9出水进入DI水箱10，DI水箱10出水经水泵加压进入保安过滤器11， 保安过滤器11过滤后出水进入反渗透装置12。为防止离子交换塔9树脂 泄漏进入反渗透装置12，保安过滤器11滤芯为5μm，可以去除粒径大于5μm 的树脂和杂质颗粒。反渗透装置12能去除水中的总有机碳、二氧化硅、微 粒子、细菌菌落和溶解盐类等。反渗透装置12出水进入RO水箱13。反渗 透装置12对尿素去除效果差，因此在RO水箱13后设置尿素降解装置14。 RO水箱13出水经水泵加压进入尿素降解装置14。尿素降解装置14为中 压真空紫外反应器，其内设置产生185-300nm波长的中压真空紫外线灯管。 在进入尿素降解装置14前向管道内投加适量的氧化剂，氧化剂为H2O2、 O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等，氧化剂的投 加量为1～20mg/L。优选地，氧化剂为投加H2O2。尿素降解装置进水温度 为室温，pH为5～9。真空紫外光子具有更多的能量，催化氧化剂产生了更 多的自由基，可以高效降解尿素及水中微量的有机物，绝大多数尿素分子 和有机物被矿化为CO2和H2O。在尿素降解装置14后管道上设置在线氧化 剂浓度检测仪。通过尿素降解装置14的水进入混床15。混床15内填料是 强酸H型和强碱OH型树脂，可以进一步去除水中的阴、阳离子。通常混 床15出水电阻率可以稳定在17.5MΩ·cm之上。混床15出水进入混床过滤 器16，混床过滤器16出水进入第一脱气膜17。为防止混床15树脂泄漏影响第一脱气膜17，混床过滤器16滤芯为1μm，可以除去粒径大于1μm的 树脂和杂质颗粒。第一脱气膜17采用真空的运行方式，脱除水中溶解性气 体和挥发性物质。第一脱气膜17出水进入超纯水箱18。超纯水箱18采用 氮封密封，防止空气进入超纯水中。超纯水箱18之前的处理系统为制成系 统，制成系统出水进入抛光系统。
超纯水箱18出水经水泵加压进入TOC降解装置19。TOC降解装置 19为真空紫外反应器，其内设置产生185nm和254nm波长的低压高强真 空紫外线灯管。紫外光活化水产生的·OH能进一步分解水中极微量的有机 物。TOC降解装置19出水进入抛光混床20，抛光混床20能进一步去除纯 水中极微量的阴、阳离子。通常抛光混床20出水电阻率≥18MΩ·cm。抛光 混床20出水进入第二脱气膜21，进一步去除水中极微量的气体。第二脱 气膜21出水进入终端超滤装置22。通常终端超滤装置22滤后水中通常大 于0.05μm的颗粒数量小于200个/L。经超滤装置22过滤后的水供至超纯 水使用点23。使用点23通过循环管道接至超纯水箱18。为了保证超纯水 的水质，通常约有制水量50％的循环附加量超纯水通过管道回流至超纯水 箱18。
实施例一：
某12英寸芯片制造厂，超纯水用水量105m3/h，每天运行24h。原水为城 市再生水，水质指标如下：
本实施例一包括以下步骤：
城市再生水从原水箱1经水泵加压进入絮凝沉淀池2，在原水进入絮 凝沉淀池2前向管道内投加入混凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺。絮 凝沉淀池2出水进入多介质过滤器3。出水在进入多介质过滤器3前，向 管道内投加混凝剂聚合氯化铝，投加量为12mg/L。多介质过滤器3出水浊 度＜0.1NTU。滤后水进入过滤水箱4。过滤水箱4出水经水泵加压进入高 级氧化装置5。高级氧化装置5为中压紫外反应器，其内设置中压紫外线 灯管，紫外线剂量为220mJ/cm2。水在进入高级氧化装置5前，向管道内 同时投加H2O2、O3和NaOH，H2O2投加量为12mg/L，O3投加量为7mg/L， pH为8.5。高级氧化装置5出水进入活性炭过滤器6。活性炭过滤器6滤料 为椰壳活性炭颗粒，活性炭碘吸附值＞1000mg/g。活性炭过滤器6出水TOC 为0.4mg/L，余氯<0.1mg/L，H2O2<0.01mg/L，O3<0.01mg/L。
活性炭过滤器6出水进入制成系统，依次通过阳离子交换塔7、脱碳 塔8、阴离子交换塔9、DI水箱10、保安过滤器11、反渗透装置12、RO 水箱13、尿素降解装置14。尿素降解装置14为中压真空紫外反应器，其 内设置中压真空紫外线灯管，紫外线剂量为75mJ/cm2。水在进入尿素降解 装置14前，向管道内投加H2O2，投加量为4mg/L。尿素降解装置14出口 尿素含量<1μg/L。尿素降解装置14出水进入混床15，混床15出水电阻率 为17.6MΩ·cm。混床15出水依次通过混床过滤器16、第一脱气膜17，第 一脱气膜17出水进入超纯水箱18。
超纯水箱18出水进入抛光系统，依次通过TOC降解装置19、抛光混 床20、第二脱气膜21、超滤装置22。超滤装置22出水供至工艺用超纯水 使用点23。超纯水经使用点23后循环附加量的超纯水返回至超纯水箱18。
本案例实施后的超纯水水质指标如下：
实施例二：
某氮化镓半导体制造厂，超纯水用水量75m3/h，每天运行24h。原水 为城市再生水，水质指标如下：
本实施例二包括以下步骤：
城市再生水从原水箱1经水泵加压进入絮凝沉淀池2，在原水进入絮 凝沉淀池2前向管道内投加入混凝剂聚合氯化铝和助凝剂聚丙烯酰胺。聚 合氯化铝和聚丙烯酰胺投加量分别为26mg/L和18mg/L，絮凝沉淀池2出 水进入多介质过滤器3。出水在进入多介质过滤器3前，向管道内投加混 凝剂聚合氯化铝，投加量为10mg/L。多介质过滤器3出水浊度＜0.1NTU。 滤后水进入过滤水箱4。过滤水箱4出水经水泵加压进入高级氧化装置5。 高级氧化装置5为中压紫外反应器，其内设置中压紫外线灯管，紫外线剂 量为185mJ/cm2。水在进入高级氧化装置5前，向管道内同时投加H2O2、 O3和NaOH，H2O2投加量为16mg/L，O3投加量为6mg/L，pH为8.7。高 级氧化装置5出水进入活性炭过滤器6。活性炭过滤器6滤料为椰壳活性炭颗粒，活性炭碘吸附值＞1000mg/g。活性炭过滤器6出水TOC为0.3mg/L， 余氯<0.1mg/L，H2O2<0.01mg/L，O3<0.01mg/L。
活性炭过滤器6出水进入制成系统，依次通过阳离子交换塔7、脱碳 塔8、阴离子交换塔9、DI水箱10、保安过滤器11、反渗透装置12，RO 水箱13、尿素降解装置14。尿素降解装置14为中压真空紫外反应器，其 内设置中压真空紫外线灯管，紫外线剂量为66mJ/cm2。水在进入尿素降解 装置14前，向管道内投加H2O2，投加量为6mg/L。尿素降解装置14出水 尿素含量<1μg/L。尿素降解装置14出水进入混床15，混床15出水电阻率 为17.8MΩ·cm。混床15出水依次通过混床过滤器16、第一脱气膜17，第 一脱气膜17出水进入超纯水箱18。
超纯水箱18出水进入抛光系统，依次通过TOC降解装置19、抛光混 床20、第二脱气膜21、超滤装置22。超滤装置22出水供至工艺用超纯水 使用点23。超纯水经使用点23后循环附加量的超纯水返回至超纯水箱18。
本实施例二的超纯水水质指标如下：
在上述技术方案中，本发明提供的一种城市再生水制备超纯水处理工 艺系统，具有以下有益效果：
1)有机物在高级氧化装置内被氧化，再经过活性炭颗粒的吸附，对有 机物降解率大于95％，能减轻后序反渗透膜的有机物负荷，延长了反渗透 膜的清洗周期；高级氧化装置对水中的微生物灭活效果好，不必向多介质 过滤器前添加次氯酸钠等消毒剂，节省了药剂投加装置和运行费用；
2)向高级氧化装置内同时投加H2O2和O3相比单独投加H2O2或O3能 减少氧化剂的投加量，降低运行费用；
3)采用的氧化剂如H2O2、O3、过氧乙酸等对处理水无二次污染，且 廉价易得，无毒无害，便于使用；
4)简化了常规预处理的工艺流程，减少了工艺设备种类，节约了占地 面积，节省了设备投资和运营成本；
5)尿素降解装置采用中压真空紫外反应器，紫外光谱的范围更广，光 子具有更高的能量，能更高效地对尿素进行降解，出水尿素含量小于1μg/L， 指标优于工艺用超纯水指标的要求；
6)高级氧化装置内产生的自由基能把大分子有机物氧化成为小分子有 机物，而小分子有机物更易于被活性炭颗粒吸附，并且活性炭颗粒能去除 投加过量的氧化剂，因此将高级氧化装置设置在传统超纯水处理流程中的 过滤水箱和活性炭过滤器池之间。
反渗透膜能拦截除少部分尿素分子外的绝大部分有机物，因此将尿素 降解装置设置在反渗透膜后而更有针对性地降解尿素。
本发明巧妙地把高级氧化装置和尿素降解装置设置在当前主流的超纯 水处理系统中，与现有超纯水处理工艺契合能力强，可以通过现有条件对 纯水站进行升级改造，便于工业化大规模推广和应用。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑， 对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可 以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述 在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，其特征在于，该工艺方法主要包括以下步骤：
S1、原水箱(1)内原水的预处理，通过预处理系统进行原水的预处理；
S2、预处理后的产水进入制成系统，通过制成系统处理得到产水；
S3、制成系统得到的产水进入抛光系统，通过抛光系统处理制得超纯水。
2.根据权利要求1所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，其特征在于，所述步骤S1主要包括：
S101、城市再生水进入原水箱(1)，原水箱(1)出水进入絮凝沉淀池(2)，在水进入絮凝沉淀池(2)前向管道内投加混凝剂和助凝剂；
S102、絮凝沉淀池(2)出水进入多介质过滤器(3)，在水进入多介质过滤器(3)前向管道内投加混凝剂；
S103、水通过多介质过滤器(3)后进入过滤水箱(4)；
S104、过滤水箱(4)出水经水泵加压进入高级氧化装置(5)，在水箱出水进入高级氧化装置(5)前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH；
S105、高级氧化装置(5)出水进入活性炭过滤器(6)。
3.根据权利要求2所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，其特征在于，所述步骤S2主要包括：
S201、活性炭过滤器(6)出水进入阳离子交换塔(7)；
S202、阳离子交换塔(7)出水进入脱碳塔(8)；
S203、脱碳塔(8)出水进入阴离子交换塔(9)；
S204、水经过阴离子交换塔(9)后进入DI水箱(10)；
S205、DI水箱(10)出水经水泵加压进入保安过滤器(11)；
S206、保安过滤器(11)出水进入反渗透装置(12)；
S207、反渗透装置(12)出水进入RO水箱(13)；
S208、RO水箱(13)出水经水泵加压进入尿素降解装置(14)，出水进入尿素降解装置(14)前向管道内投加氧化剂；
S209、尿素降解装置(14)出水进入混床(15)；
S210、混床(15)出水进入混床过滤器(16)；
S211、混床过滤器(16)过滤后出水进入第一脱气膜(17)；
S212、第一脱气膜(17)出水进入超纯水箱(18)。
4.根据权利要求3所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺方法，其特征在于，所述步骤S3主要包括：
S301、超纯水箱(18)出水经水泵加压进入TOC降解装置(19)；
S302、TOC降解装置(19)出水进入抛光混床(20)；
S303、水经过抛光混床(20)后进入第二脱气膜(21)；
S304、第二脱气膜(21)出水进入超滤装置(22)；
S305、超滤装置(22)过滤后的水供应至使用点(23)，且使用点(23)通过循环管道连接超纯水箱(18)。
5.一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，其特征在于，该工艺系统包括：
预处理系统、位于所述预处理系统工艺下游的制成系统、以及位于所述制成系统工艺下游的抛光系统；
所述预处理系统包括储存原水的原水箱(1)，所述预处理系统对原水箱(1)内的原水进行预处理；
所述制成系统接收所述预处理系统预处理后的产水并进行处理，所述制成系统处理后的产水进入所述抛光系统并制得超纯水；
所述超纯水储存于超纯水箱(18)内。
6.根据权利要求5所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，其特征在于，所述预处理系统按照工艺流程依次包括：
絮凝沉淀池(2)、多介质过滤器(3)、过滤水箱(4)、高级氧化装置(5)以及活性炭过滤器(6)；
所述絮凝沉淀池(2)与所述原水箱(1)相连；
所述高级氧化装置(5)为中压紫外反应器，其内部设置有中压紫外线灯管；
所述中压紫外线灯管的发射光谱为200～300nm；
所述中压紫外线灯管的辐照剂量为50mJ/cm2～300mJ/cm2。
7.根据权利要求6所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，其特征在于，所述过滤水箱(4)的出水进入所述高级氧化装置(5)前向管道内投加氧化剂和HCl或NaOH；
优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等；
向所述高级氧化装置(5)前的管道内投加氧化剂的投加量为1～30mg/L；
更优选地，向管道内同时投加H2O2和O3；
向所述高级氧化装置(5)前的管道内同时投加H2O2和O3的投加总量为1～20mg/L；
所述活性炭过滤器(6)去除所述高级氧化装置(5)中投加过量的氧化剂；
所述高级氧化装置(5)的进水温度为室温；
进入所述高级氧化装置(5)的进水pH为5～9；
优选地，进入所述高级氧化装置(5)的进水pH为8～9；
在所述活性炭过滤器(6)后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪。
8.根据权利要求5所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，其特征在于，所述制成系统按照工艺流程依次包括：
阳离子交换塔(7)、脱碳塔(8)、阴离子交换塔(9)、DI水箱(10)、保安过滤器(11)、反渗透装置(12)、RO水箱(13)、尿素降解装置(14)、混床(15)、混床过滤器(16)、第一脱气膜(17)和所述超纯水箱(18)；
所述尿素降解装置(14)为中压真空紫外反应器，其内部设置中压真空紫外线灯管；
所述中压真空紫外线灯管的发射光谱为185-300nm；
所述中压真空紫外线灯管的辐照剂量为10mJ/cm2～200mJ/cm2。
9.根据权利要求8所述的一种城市再生水制备超纯水处理工艺系统，其特征在于，所述RO水箱(13)出水经水泵加压进入所述尿素降解装置(14)前向管道内投加氧化剂；
优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2、O3、过氧乙酸、过一硫酸盐、过硫酸盐、氯胺、次氯酸钠等；
更优选地，向管道内投加氧化剂为H2O2；
向所述尿素降解装置(14)前的管道内投加的氧化剂的投加量为1～20mg/L；
在所述尿素降解装置(14)后管道上设置在线氧化剂浓度检测仪；
所述尿素降解装置(14)的进水温度为室温；
进入所述尿素降解装置(14)的进水pH为5～9。
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