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DI Water
Technical knowledge
Sharing Class for SAET FE
超純水专业 技術分享會
(6th Sep,2005 – Facility System Engineering Section)
Prepared by,Anthony Chan
2
Content 目 錄
1,Why do we need High Purity Water for
cleaning and rinsing?
为 什 么 要用超 纯 水作清洗和冲洗？
2,What is DI water?
什 么 是 DI 水？
3,Water General Standard,
水的一般 标 准。
4,Learn more about water.
更多了解水。
5,DI water system.
DI 水系 统 。
3
Content 目 錄
6,More about RO,
更多了解 RO。
7,More about CDI/EDI.
更多了解 CDI/EDI。
8,More about UV Lamp.
更多了解紫外光灯。
9,Piping for DI water.
DI 水管道系 统 。
10.DI / RO System for A6
為 A6設計的 DI/RO純水系 统
4
1,Why do we need High Purity Water for cleaning and rinsing?
为 什 么 要用超 纯 水作清洗和冲洗？
In its pure state,water is one of the most
aggressive solvents ( aqueous solution ) known,
在它的 纯净 状 态 下,水是 现 今所知性能极好的溶 剂
( 水溶 剂 ) 。
Water,which is called the,universal solvent”,will
dissolve virtually everything exposed to it to a
certain degree,
水被称 为,万能溶 剂,,事 实 上任何物 质 放入水中,都可以溶解到某一特定的程度。
5
DI water is short form of,Deionized water”
DI 水是“去除离子的水”的 简 称
Deionization is an ion exchange processes,It uses certain
types of synthetic resins in the proper state and
arrangements to remove most or all of the total dissolved
solids (TDS),in the form of ions,from water,Water with
ions taken out by ion exchange is deionized water,or ion
free water.
去除离子是运用一个离子交换过程,它使用某种类型的合成树脂在特定的状态和安排下,以离子形态去除水中大部分或全部可溶解固体 。而在离子交换过程被拿走离子的水就是去除离子的水，或是无离子的水。
2,What is DI water? 什 么 是 DI水？
6
3,Water General Standard
超純水與一般自來水的比較 (例子是台北自來水 )
自來水 超純水電阻,MΩ － CM 0.004 ＞ 18.2
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.1 μ m 104~106 －
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.05 μ m － －
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.03 μ m － ＜ 5
細菌,con/ml 104~106 ＜ 0.0001
總有機碳,ppb as TOC 1,000~3,000 ＜ 1
溶氧,ppb as O2 8,000 ＜ 1
矽化物,ppb as SiO2 10,000~20,000 ＜ 0.1
金屬,ppb 200,000 ＜ 1
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3.1 DI Water Specifications
Item 1 M DRAM 4 M DRAM 16 M DRAM 64 M DRAM
Line Width (μ) 0.8 - 1.0 0.4 - 0.6 0.2 - 0.3 0.1
Resistivity Mohm @ 25 C >18.0 >18.0 >18.1 >18.1
TOC (ppb) <30 <10 <3 <1
Pacticles (no./ml) (0.1μ) <10/ml (0.05μ) <30/ml (0.03μ) <10/ml (0.03μ) <5/ml
Bacteria (CFU/ml) <1/100 <5/1000 <5/1000 <5/1000
Dissolved Oxygen (ppb) <100 <50 <5 <3
Silica (ppb) <5 <3 <1 <0.5
Boron (ppb) <2 0.05 0.05 0.05
Sodium (ppb) <0.1 <0.1 0.05 0.01
Potassium (ppb) <0.1 <0.1 0.05 0.02
Zinc (ppb) <0.05 <0.05 0.02 0.02
Iron (ppb) <0.05 <0.05 0.02 0.02
Copper (ppb) <0.05 <0.05 0.005 0.005
Chloride (ppb) <0.1 0.1 0.02 0.02
Bromide (ppb) <0.1 0.05 0.02 0.02
Nitrate (ppb) <0.1 0.05 0.02 0.02
Sulfate (ppb) <0.2 0.05 0.05 0.05
Residue (ppb) 0.1 0.05 0.05 0.05
(Example from Taiwan Memory Storage manufacture)
8
4,水中主要的雜質有哪些？
水經由河川、湖泊等各處流過地表，或深處於地底下，因溶解作用，而含許多雜質如礦物質、有機物、微生物、淤泥及氣體等。一般水中的雜質可大約分類如下：
懸浮固體 (SS.),如泥土、砂石及金屬氧化物等。
溶解氣體：氣體的溶解與週遭環境如氣壓、溫度,PH等有一定的關係，一般水中都含有二氧化碳、氧氣、氮氣及其他氣體。
可溶解之固體 ( TDS ),如 Ca,Mg,Na,K,Fe,HCO3,NO3,
SO4,SiO2等。
有機物 ( TOC ),所有含碳物質如油脂、污水、溶劑、
果糖、動植物屍體等。
微生物：如各種細菌、黴菌、藻類、熱原及病毒等。
9
5,在設計規劃系統時考慮的重點：
如何有效運用設備，並掌握關鍵因素，結合累積的經驗，做最正確的判斷與運用。
系統的控制，必需達到操作容易，維修方便，運轉零故障 (良好的緊急應變措施，使造水不斷 )。
純水的製造過程，會有廢水排出。如何提高回收率，
節省水源。是系統設計重要的指標。
兼顧品質的情況下，降低客戶的操作成本。
系統的擴充性,也是重要因素。在規劃設計的開始，
就應全盤考慮將來擴充的設計量與便利性,才能提高系統的附加價值，降低成本。
不斷追求更好的技術，並結合最新的科技。
永遠站在客戶的使用立場來思考問題。
超純水最高電阻理論值為 18.18Mohm-cm。
10
5.1 超純水 生産流程 -- I
過濾：如多層過濾、活性 碳過濾、一般濾芯過濾、絕對濾芯過濾等。
脫氣：去除餘氯、去除水中嗅味等。
紫外線光滅菌：利用 254nm的紫外線光，
來破壞細菌的 DNA抑制繁殖，一般而言，
其去除率可達到 99.9%以上。
加藥處理：加鹼去除水中二氧化碳等。
逆滲透：採單段或二段式，有效去除離子、細菌、有機物、膠體等。
11
5.1 超純水 生産流程 -- II
電解連續去離子：如 CDI(EDI),不需使用酸、
鹼再生，不需停機，連續運轉。
紫外線光分解有機物：利用 185nm的紫外線光進行光氧化，釋放 OH （ 離子，打斷 TOC碳鍵，
而降低 TOC含量，其副產物 CO2將由其後段的不再生混床來吸收。
H2O + CO2 H2CO3
H2CO3 H+ + HCO3-
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5.1 超純水 生産流程 -- III
去除餘氯
(Cl2)及嗅味含許多雜質如礦物質、有機物、微生物、淤泥及氣體等
Active Carbon Filter
活性碳 缸
Multi Media Filter /
Sand Filter 砂缸
Ｒaw Water
自來水去除泥土
、砂石及金屬氧化物等
13
Note,Water with Ca,& Mg,is called Hard water and water
without these two elements is called soft water.
去除水中二氧化碳等去除
Ca.及 Mg.
Alkaline dosing
定量加鹼
UV Sterilizer
紫外光殺菌器
Ｓoftener
軟水機紫外線光滅菌
5.1 超純水 生産流程 -- IV
14
用離子交換法進一步去除水中微量的離子
：如 Na,K,
Fe,HCO3,
NO3,SO4,SiO2
,Silica、
TOC等
Reverse Osmosis
逆滲透
TOC Reducer
TOC 清除器
CDI / EDI
持續去除離子器用紫外線光分解有機物，打斷 TOC碳鍵，釋放
OH- 及 副產物 CO2
去除可溶解之固體 ( TDS )：
如 Na,K,Fe,
HCO3,NO3,
SO4,SiO2等
5.1 超純水 生産流程 -- V
15
去除水中大於
0.2μm 微粒
Final Filter
後級過濾
UV Sterilizer
紫外光殺菌器
Water Polisher
不再生混床紫外線光殺滅餘菌用離子交換法進一步去除水中微量的離子以及吸收前段
TOC 清除器 的副產物 CO2
5.1 超純水 生産流程 -- VI
16
6,More about Reverse Osmosis (RO)
What is Reverse Osmosis?
To understand reverse Osmosis we must first
understand osmosis,During natural osmosis,
water flows from a less concentrated solution
through semipermeable membrane to a more
concentrated saline solution until concentrations
on both sides of the membrane are equal,
(see figure 1)
Reverse Osmosis:
Reverse osmosis requires external pressure to
reverse natural osmotic flow,As pressure is
applied to the saline solution,water flows from a
more concetrated saline solution through the
semipermeable membrane,(see figure 2)
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6.1 Osmosis
In osmosis,there is a tendency for liquid to go
from an area of less concentration to an area of
more concentration through a semi permeable
membrane,This is an osmotic flow.
A semi permeable membrane is a membrane,
which allow one component of a solution to pass
through it and not the other.
The osmosis continues,the level of the
concentrated solution rises until the pressure
created by Osmotic Head equals the Osmotic
pressure created by the different concentration of
the two solutions,This is an Osmotic Equilibrium.
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6.2 Reverse Osmosis (RO)
Reverse Osmosis Membrane:
A reverse osmosis membrane has a thin microporous
surface that rejects impurities,but allows water to pass
through,
The membrane rejects bacteria,pyrogens,and 85%-95% of
inorganic solids,Polyvalent ions are rejected easier than
monovalent ions,Organic solids with molecular weight
greater than 300 are rejected by the membrane,but
dissolved gases pass through,
Reverse osmosis is a percent rejection technology,The
purity of the product water depends on the purity of the
inlet water,The purity of reverse osmosis product water is
much higher than the purity of the feed water,(see figure 3)
19
6.2 Reverse Osmosis (RO)
If pressure is applied to the concentrated side,
Reverse Osmosis will take place,The pressure
causes a flow through the semi permeable
membrane into the diluted solution as a result of
the passage of water molecules through the
membrane while the mineral ions are rejected,The
semi permeable membrane acts as a barrier to ions
and does not allow them to pass through into the
dilute solution,When applied to water,this means
that the product water has a reduced total
dissolved solids content.
20
6.3 RO膜 的使用壽命
在一般的設計中,RO膜的壽命一般都在三年以上，而
RO膜之所以損壞不外下列幾個原因：
1.清洗不足或入水過硬，薄膜嚴重堵塞或結垢，無法有效清洗，在產水量不敷使用的情況下，必須更換新膜。
2.清洗頻繁,RO膜去除率降低，以致於水質差，影響後續的處理設備。由於 RO膜本身很薄（約 30μm）,只要稍有破洞，則去除率便立即降低，若經常使用酸、鹼來清洗，則更加速了去除率的衰退。依一般的設計，約莫四個月～半年清洗一次即可。
3.被氧化物侵蝕，若水中含有氧化劑，如餘氯、臭氧等，
在進入 RO前均應＜ 0.01ppm,否則極易造成損壞。
4.不當的壓力或壓降造成膜的擠壓，變形或破裂等，造成產水量不足，是為無法挽回之損壞，亦必須更換新膜。
21
用電極方式去除水中的離子，在 1987年由
Millipore研發部門所發展出來的。在 1991年
IONPURE最早將產品商業化及運用至純水工程，
至今有不少公司也有相類似產品問市。
CDI-IPLX系統採模組化的設計，模組本身是美國 IONPURE公司最新的專利產品，也是現今世上技術最好、品質最穩定的 CDI/CEDI產品。
IONPURE公司其實就是這個領域的創始者，並且一直在業界居於技術領先的地位 。
7,More about CDI / EDI
CDI / EDI 歷 史演進
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7.1什 么 是 CDI / EDI？
CDI全名為 Continuous Deionization； EDI全名為 Electro-deionization,其用途都是利用電解
+離子交換樹脂的方式來去除水中的離子，尤其運用在 RO（ 逆滲透）系統後去除水中微量的離子
（含 Silica,TOC等）。
一般而言，其用途與傳統的混床離子交換樹脂相同，但是，這類的系統不需要停機再生，所以，
不需使用酸、鹼再生，也沒有廢水排放的問題。
將水質由 0.05～ 0.1 MΩ -cm提升至 15~18MΩ -cm
（ 超純水的最高電阻值為 18.18 MΩ -cm）。
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7.2 CDI與 EDI有何不同？
CDI與 EDI的原理大致相同，主要是品牌的不同，
品質也有異差，而且穩定性 亦差別很大。
CDI是美國 US Filter的產品，約有 10年的歷史，
品質十分穩定； EDI則有 IONICS,Glegg（ E-
cell）,Electropure等公司，各有不同的產品。
目前在台灣，有些工程公司因為只重視成本問題，而大量採用不成熟的設計產品，導致水質不佳（ 1~5MΩ -cm）,系統不穩定等種種的問題。
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7.3 CDI外型和工能
CDI-IPLX系統係結合電透析技術與離子交換樹脂的新世代革命性產品，
主要應用於純水 /超純水系統中，可連續地產生超高純度的去離子水
（ ~18 MΩ -㎝ ）。 應用的範圍廣泛包括半導體產業、生技製藥業、電廠以及化工廠等。
在產水過程中，本系統不需要使用酸鹼再生，可減少產水污染的機會，
也沒有酸鹼廢液的產生，是目前業界最具環保意識的去離子設備。
CEDI
CDI
25
7.4 CEDI的工作原理
CEDI（ Continuous Electrodeionixation）
是使用離子交換薄膜、離子交換樹脂及直流電力，來去除水中離子及可離子化物質，使水質純化。陽離子交換薄膜（ AEM） 僅讓陽離子通過，陰離子交換薄膜（ CEM） 僅讓陰離子通過，將帶電的離子移除至濃縮水區，
在 產水 及 濃縮水 空間皆填滿離子交換樹脂，
可增加電極間電流的流通，可有效提高產水水質並降低電力消耗。在產水過程中，足夠的電流會持續對水分裂成 H+ 及 OH- 離子，
將產水通道內的離子交換樹脂做連續而有效的再生 。
26
7.5 More about EDI
The EDI process employs an alternating arrangement of
anion and cation permeable membranes,between which
mixed bed ion exchange resin is sandwiched,Desired flow
rates are obtained by aligning numerous membranes/resin
assemblies (known as dilute spacers) hydraulically in
parallel,and electrically in series,Separating the dilute
spacers and forming the waste compartment are screen
type concentrate spacers,The combination of a dilute
spacer and an adjacent concentrate spacer is sometimes
referred to as a cell pair,By applying a DC electric
potential across a stack of cell pairs,ions move from one
stream to another,effecting a separation,Diluted product
water is produced in one stream (diluting stream) and
concentrated waste water is produced in the other
(concentrating stream).
27
7.5 More about EDI
As water flows down the length of the diluting stream,
cationic contaminants first attached onto cation exchange
resin beads,Under the influence of the electrical field,
these ions will migrate through the resin in the direction of
the negatively charged cathode,Once the ions reach the
cation permeable membrane,they are pulled through into
the concentrating stream,An anion permeable membrane
on the other side of that stream prevents further migration,
effectively trapping the cations in the concentrating stream
and allowing them to be flushed to drain,The process for
anion removal is similar,but in the opposite direction,
toward the positively charged anode.
28
8,Ultraviolet Lamp 紫外光灯
An electric arc is struck through an inert gas
carrier (usually proprietary),in a sealed special
glass tube,Heating from the arc cause
vaporization of the small amount of mercury
contained in the sealed tube,The mercury when
vaporized becomes ionized and in the electric
arc gives off UV radiation,
在一密封的特制玻璃管内,电 弧刺穿惰性气体媒介物 (通常是特定的惰性气体 )。电 弧 产生的 热 力引起密 闭 管内微量水 银 蒸 发,当水银 蒸 发 至 电 离子,电 弧就会 发 出紫外 线 。
29
9,Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS) pipe
ABS 管
Georg Fischer (+GF+) offers 2 standard systems in ABS
pipe ; firstly a BS Inch dimensioned system and
secondly a metric mm dimensioned system,See
ISO15493 for details.
GF牌 ABS管提供两 种标 准 规 格系列，首先是英制尺寸体系，其次是公制尺寸体系。 详 情可参 阅 ISO15493。
ABS piping is normally used in High Purity DI Water
System,
ABS配管通常使用于高 纯 度的 DI水系 统 。
(DI water requirement > 15 MΩ -cm)
(DI水 电 阻率要求大于 15兆欧 /厘米 )
309.1 Advantages of ABS Pipe
ABS管的 优 点
High impact strength even at low temperatures.
在低温下也能承受高冲 击强 度 。
Corrosion resistance.
耐腐 蚀 性。
Simple processing via solvent cement joints,
使用 时 用液状粘固 剂 便可 连 接。
Low heat conductivity,
低 导热 性
No halogens.
无 卤 素
Non-toxic,
无毒
31
9.1 Advantages of ABS Pipe
ABS管的 优 点
Biologically inert; no support for microbial growths.
抗菌性,细 菌 \微生物不能在其中生 长 。
Low weight,
重量小。
High Pressure resistance – Max,15 bar at 20 ℃,
抗高 压 – 在 20 ℃ 的温度下，最高可达 15 bar。
Low pressure losses owing to smooth surfaces,
光滑表面致使低 压 力 损 失。
Good abrasion resistance.
抗磨 损 性好。
Problem-free recycling,
并无因 难,可重 复 利用。
3210,DI / RO Water System for A6
為 A6 設計的 DI/RO 純水系 统
33
-The End –
-完結 -
>>Review Test
DI Water
Technical knowledge
Sharing Class for SAET FE
超純水专业 技術分享會
(6th Sep,2005 – Facility System Engineering Section)
Prepared by,Anthony Chan
2
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1,Why do we need High Purity Water for
cleaning and rinsing?
为 什 么 要用超 纯 水作清洗和冲洗？
2,What is DI water?
什 么 是 DI 水？
3,Water General Standard,
水的一般 标 准。
4,Learn more about water.
更多了解水。
5,DI water system.
DI 水系 统 。
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6,More about RO,
更多了解 RO。
7,More about CDI/EDI.
更多了解 CDI/EDI。
8,More about UV Lamp.
更多了解紫外光灯。
9,Piping for DI water.
DI 水管道系 统 。
10.DI / RO System for A6
為 A6設計的 DI/RO純水系 统
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1,Why do we need High Purity Water for cleaning and rinsing?
为 什 么 要用超 纯 水作清洗和冲洗？
In its pure state,water is one of the most
aggressive solvents ( aqueous solution ) known,
在它的 纯净 状 态 下,水是 现 今所知性能极好的溶 剂
( 水溶 剂 ) 。
Water,which is called the,universal solvent”,will
dissolve virtually everything exposed to it to a
certain degree,
水被称 为,万能溶 剂,,事 实 上任何物 质 放入水中,都可以溶解到某一特定的程度。
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DI water is short form of,Deionized water”
DI 水是“去除离子的水”的 简 称
Deionization is an ion exchange processes,It uses certain
types of synthetic resins in the proper state and
arrangements to remove most or all of the total dissolved
solids (TDS),in the form of ions,from water,Water with
ions taken out by ion exchange is deionized water,or ion
free water.
去除离子是运用一个离子交换过程,它使用某种类型的合成树脂在特定的状态和安排下,以离子形态去除水中大部分或全部可溶解固体 。而在离子交换过程被拿走离子的水就是去除离子的水，或是无离子的水。
2,What is DI water? 什 么 是 DI水？
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3,Water General Standard
超純水與一般自來水的比較 (例子是台北自來水 )
自來水 超純水電阻,MΩ － CM 0.004 ＞ 18.2
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.1 μ m 104~106 －
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.05 μ m － －
顆粒 (Pcs/ml),≧ 0.03 μ m － ＜ 5
細菌,con/ml 104~106 ＜ 0.0001
總有機碳,ppb as TOC 1,000~3,000 ＜ 1
溶氧,ppb as O2 8,000 ＜ 1
矽化物,ppb as SiO2 10,000~20,000 ＜ 0.1
金屬,ppb 200,000 ＜ 1
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3.1 DI Water Specifications
Item 1 M DRAM 4 M DRAM 16 M DRAM 64 M DRAM
Line Width (μ) 0.8 - 1.0 0.4 - 0.6 0.2 - 0.3 0.1
Resistivity Mohm @ 25 C >18.0 >18.0 >18.1 >18.1
TOC (ppb) <30 <10 <3 <1
Pacticles (no./ml) (0.1μ) <10/ml (0.05μ) <30/ml (0.03μ) <10/ml (0.03μ) <5/ml
Bacteria (CFU/ml) <1/100 <5/1000 <5/1000 <5/1000
Dissolved Oxygen (ppb) <100 <50 <5 <3
Silica (ppb) <5 <3 <1 <0.5
Boron (ppb) <2 0.05 0.05 0.05
Sodium (ppb) <0.1 <0.1 0.05 0.01
Potassium (ppb) <0.1 <0.1 0.05 0.02
Zinc (ppb) <0.05 <0.05 0.02 0.02
Iron (ppb) <0.05 <0.05 0.02 0.02
Copper (ppb) <0.05 <0.05 0.005 0.005
Chloride (ppb) <0.1 0.1 0.02 0.02
Bromide (ppb) <0.1 0.05 0.02 0.02
Nitrate (ppb) <0.1 0.05 0.02 0.02
Sulfate (ppb) <0.2 0.05 0.05 0.05
Residue (ppb) 0.1 0.05 0.05 0.05
(Example from Taiwan Memory Storage manufacture)
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4,水中主要的雜質有哪些？
水經由河川、湖泊等各處流過地表，或深處於地底下，因溶解作用，而含許多雜質如礦物質、有機物、微生物、淤泥及氣體等。一般水中的雜質可大約分類如下：
懸浮固體 (SS.),如泥土、砂石及金屬氧化物等。
溶解氣體：氣體的溶解與週遭環境如氣壓、溫度,PH等有一定的關係，一般水中都含有二氧化碳、氧氣、氮氣及其他氣體。
可溶解之固體 ( TDS ),如 Ca,Mg,Na,K,Fe,HCO3,NO3,
SO4,SiO2等。
有機物 ( TOC ),所有含碳物質如油脂、污水、溶劑、
果糖、動植物屍體等。
微生物：如各種細菌、黴菌、藻類、熱原及病毒等。
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5,在設計規劃系統時考慮的重點：
如何有效運用設備，並掌握關鍵因素，結合累積的經驗，做最正確的判斷與運用。
系統的控制，必需達到操作容易，維修方便，運轉零故障 (良好的緊急應變措施，使造水不斷 )。
純水的製造過程，會有廢水排出。如何提高回收率，
節省水源。是系統設計重要的指標。
兼顧品質的情況下，降低客戶的操作成本。
系統的擴充性,也是重要因素。在規劃設計的開始，
就應全盤考慮將來擴充的設計量與便利性,才能提高系統的附加價值，降低成本。
不斷追求更好的技術，並結合最新的科技。
永遠站在客戶的使用立場來思考問題。
超純水最高電阻理論值為 18.18Mohm-cm。
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5.1 超純水 生産流程 -- I
過濾：如多層過濾、活性 碳過濾、一般濾芯過濾、絕對濾芯過濾等。
脫氣：去除餘氯、去除水中嗅味等。
紫外線光滅菌：利用 254nm的紫外線光，
來破壞細菌的 DNA抑制繁殖，一般而言，
其去除率可達到 99.9%以上。
加藥處理：加鹼去除水中二氧化碳等。
逆滲透：採單段或二段式，有效去除離子、細菌、有機物、膠體等。
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5.1 超純水 生産流程 -- II
電解連續去離子：如 CDI(EDI),不需使用酸、
鹼再生，不需停機，連續運轉。
紫外線光分解有機物：利用 185nm的紫外線光進行光氧化，釋放 OH （ 離子，打斷 TOC碳鍵，
而降低 TOC含量，其副產物 CO2將由其後段的不再生混床來吸收。
H2O + CO2 H2CO3
H2CO3 H+ + HCO3-
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5.1 超純水 生産流程 -- III
去除餘氯
(Cl2)及嗅味含許多雜質如礦物質、有機物、微生物、淤泥及氣體等
Active Carbon Filter
活性碳 缸
Multi Media Filter /
Sand Filter 砂缸
Ｒaw Water
自來水去除泥土
、砂石及金屬氧化物等
13
Note,Water with Ca,& Mg,is called Hard water and water
without these two elements is called soft water.
去除水中二氧化碳等去除
Ca.及 Mg.
Alkaline dosing
定量加鹼
UV Sterilizer
紫外光殺菌器
Ｓoftener
軟水機紫外線光滅菌
5.1 超純水 生産流程 -- IV
14
用離子交換法進一步去除水中微量的離子
：如 Na,K,
Fe,HCO3,
NO3,SO4,SiO2
,Silica、
TOC等
Reverse Osmosis
逆滲透
TOC Reducer
TOC 清除器
CDI / EDI
持續去除離子器用紫外線光分解有機物，打斷 TOC碳鍵，釋放
OH- 及 副產物 CO2
去除可溶解之固體 ( TDS )：
如 Na,K,Fe,
HCO3,NO3,
SO4,SiO2等
5.1 超純水 生産流程 -- V
15
去除水中大於
0.2μm 微粒
Final Filter
後級過濾
UV Sterilizer
紫外光殺菌器
Water Polisher
不再生混床紫外線光殺滅餘菌用離子交換法進一步去除水中微量的離子以及吸收前段
TOC 清除器 的副產物 CO2
5.1 超純水 生産流程 -- VI
16
6,More about Reverse Osmosis (RO)
What is Reverse Osmosis?
To understand reverse Osmosis we must first
understand osmosis,During natural osmosis,
water flows from a less concentrated solution
through semipermeable membrane to a more
concentrated saline solution until concentrations
on both sides of the membrane are equal,
(see figure 1)
Reverse Osmosis:
Reverse osmosis requires external pressure to
reverse natural osmotic flow,As pressure is
applied to the saline solution,water flows from a
more concetrated saline solution through the
semipermeable membrane,(see figure 2)
17
6.1 Osmosis
In osmosis,there is a tendency for liquid to go
from an area of less concentration to an area of
more concentration through a semi permeable
membrane,This is an osmotic flow.
A semi permeable membrane is a membrane,
which allow one component of a solution to pass
through it and not the other.
The osmosis continues,the level of the
concentrated solution rises until the pressure
created by Osmotic Head equals the Osmotic
pressure created by the different concentration of
the two solutions,This is an Osmotic Equilibrium.
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6.2 Reverse Osmosis (RO)
Reverse Osmosis Membrane:
A reverse osmosis membrane has a thin microporous
surface that rejects impurities,but allows water to pass
through,
The membrane rejects bacteria,pyrogens,and 85%-95% of
inorganic solids,Polyvalent ions are rejected easier than
monovalent ions,Organic solids with molecular weight
greater than 300 are rejected by the membrane,but
dissolved gases pass through,
Reverse osmosis is a percent rejection technology,The
purity of the product water depends on the purity of the
inlet water,The purity of reverse osmosis product water is
much higher than the purity of the feed water,(see figure 3)
19
6.2 Reverse Osmosis (RO)
If pressure is applied to the concentrated side,
Reverse Osmosis will take place,The pressure
causes a flow through the semi permeable
membrane into the diluted solution as a result of
the passage of water molecules through the
membrane while the mineral ions are rejected,The
semi permeable membrane acts as a barrier to ions
and does not allow them to pass through into the
dilute solution,When applied to water,this means
that the product water has a reduced total
dissolved solids content.
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6.3 RO膜 的使用壽命
在一般的設計中,RO膜的壽命一般都在三年以上，而
RO膜之所以損壞不外下列幾個原因：
1.清洗不足或入水過硬，薄膜嚴重堵塞或結垢，無法有效清洗，在產水量不敷使用的情況下，必須更換新膜。
2.清洗頻繁,RO膜去除率降低，以致於水質差，影響後續的處理設備。由於 RO膜本身很薄（約 30μm）,只要稍有破洞，則去除率便立即降低，若經常使用酸、鹼來清洗，則更加速了去除率的衰退。依一般的設計，約莫四個月～半年清洗一次即可。
3.被氧化物侵蝕，若水中含有氧化劑，如餘氯、臭氧等，
在進入 RO前均應＜ 0.01ppm,否則極易造成損壞。
4.不當的壓力或壓降造成膜的擠壓，變形或破裂等，造成產水量不足，是為無法挽回之損壞，亦必須更換新膜。
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用電極方式去除水中的離子，在 1987年由
Millipore研發部門所發展出來的。在 1991年
IONPURE最早將產品商業化及運用至純水工程，
至今有不少公司也有相類似產品問市。
CDI-IPLX系統採模組化的設計，模組本身是美國 IONPURE公司最新的專利產品，也是現今世上技術最好、品質最穩定的 CDI/CEDI產品。
IONPURE公司其實就是這個領域的創始者，並且一直在業界居於技術領先的地位 。
7,More about CDI / EDI
CDI / EDI 歷 史演進
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7.1什 么 是 CDI / EDI？
CDI全名為 Continuous Deionization； EDI全名為 Electro-deionization,其用途都是利用電解
+離子交換樹脂的方式來去除水中的離子，尤其運用在 RO（ 逆滲透）系統後去除水中微量的離子
（含 Silica,TOC等）。
一般而言，其用途與傳統的混床離子交換樹脂相同，但是，這類的系統不需要停機再生，所以，
不需使用酸、鹼再生，也沒有廢水排放的問題。
將水質由 0.05～ 0.1 MΩ -cm提升至 15~18MΩ -cm
（ 超純水的最高電阻值為 18.18 MΩ -cm）。
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7.2 CDI與 EDI有何不同？
CDI與 EDI的原理大致相同，主要是品牌的不同，
品質也有異差，而且穩定性 亦差別很大。
CDI是美國 US Filter的產品，約有 10年的歷史，
品質十分穩定； EDI則有 IONICS,Glegg（ E-
cell）,Electropure等公司，各有不同的產品。
目前在台灣，有些工程公司因為只重視成本問題，而大量採用不成熟的設計產品，導致水質不佳（ 1~5MΩ -cm）,系統不穩定等種種的問題。
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7.3 CDI外型和工能
CDI-IPLX系統係結合電透析技術與離子交換樹脂的新世代革命性產品，
主要應用於純水 /超純水系統中，可連續地產生超高純度的去離子水
（ ~18 MΩ -㎝ ）。 應用的範圍廣泛包括半導體產業、生技製藥業、電廠以及化工廠等。
在產水過程中，本系統不需要使用酸鹼再生，可減少產水污染的機會，
也沒有酸鹼廢液的產生，是目前業界最具環保意識的去離子設備。
CEDI
CDI
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7.4 CEDI的工作原理
CEDI（ Continuous Electrodeionixation）
是使用離子交換薄膜、離子交換樹脂及直流電力，來去除水中離子及可離子化物質，使水質純化。陽離子交換薄膜（ AEM） 僅讓陽離子通過，陰離子交換薄膜（ CEM） 僅讓陰離子通過，將帶電的離子移除至濃縮水區，
在 產水 及 濃縮水 空間皆填滿離子交換樹脂，
可增加電極間電流的流通，可有效提高產水水質並降低電力消耗。在產水過程中，足夠的電流會持續對水分裂成 H+ 及 OH- 離子，
將產水通道內的離子交換樹脂做連續而有效的再生 。
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7.5 More about EDI
The EDI process employs an alternating arrangement of
anion and cation permeable membranes,between which
mixed bed ion exchange resin is sandwiched,Desired flow
rates are obtained by aligning numerous membranes/resin
assemblies (known as dilute spacers) hydraulically in
parallel,and electrically in series,Separating the dilute
spacers and forming the waste compartment are screen
type concentrate spacers,The combination of a dilute
spacer and an adjacent concentrate spacer is sometimes
referred to as a cell pair,By applying a DC electric
potential across a stack of cell pairs,ions move from one
stream to another,effecting a separation,Diluted product
water is produced in one stream (diluting stream) and
concentrated waste water is produced in the other
(concentrating stream).
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7.5 More about EDI
As water flows down the length of the diluting stream,
cationic contaminants first attached onto cation exchange
resin beads,Under the influence of the electrical field,
these ions will migrate through the resin in the direction of
the negatively charged cathode,Once the ions reach the
cation permeable membrane,they are pulled through into
the concentrating stream,An anion permeable membrane
on the other side of that stream prevents further migration,
effectively trapping the cations in the concentrating stream
and allowing them to be flushed to drain,The process for
anion removal is similar,but in the opposite direction,
toward the positively charged anode.
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8,Ultraviolet Lamp 紫外光灯
An electric arc is struck through an inert gas
carrier (usually proprietary),in a sealed special
glass tube,Heating from the arc cause
vaporization of the small amount of mercury
contained in the sealed tube,The mercury when
vaporized becomes ionized and in the electric
arc gives off UV radiation,
在一密封的特制玻璃管内,电 弧刺穿惰性气体媒介物 (通常是特定的惰性气体 )。电 弧 产生的 热 力引起密 闭 管内微量水 银 蒸 发,当水银 蒸 发 至 电 离子,电 弧就会 发 出紫外 线 。
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9,Acrylonitrile-Butadiene-Styrene (ABS) pipe
ABS 管
Georg Fischer (+GF+) offers 2 standard systems in ABS
pipe ; firstly a BS Inch dimensioned system and
secondly a metric mm dimensioned system,See
ISO15493 for details.
GF牌 ABS管提供两 种标 准 规 格系列，首先是英制尺寸体系，其次是公制尺寸体系。 详 情可参 阅 ISO15493。
ABS piping is normally used in High Purity DI Water
System,
ABS配管通常使用于高 纯 度的 DI水系 统 。
(DI water requirement > 15 MΩ -cm)
(DI水 电 阻率要求大于 15兆欧 /厘米 )
309.1 Advantages of ABS Pipe
ABS管的 优 点
High impact strength even at low temperatures.
在低温下也能承受高冲 击强 度 。
Corrosion resistance.
耐腐 蚀 性。
Simple processing via solvent cement joints,
使用 时 用液状粘固 剂 便可 连 接。
Low heat conductivity,
低 导热 性
No halogens.
无 卤 素
Non-toxic,
无毒
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9.1 Advantages of ABS Pipe
ABS管的 优 点
Biologically inert; no support for microbial growths.
抗菌性,细 菌 \微生物不能在其中生 长 。
Low weight,
重量小。
High Pressure resistance – Max,15 bar at 20 ℃,
抗高 压 – 在 20 ℃ 的温度下，最高可达 15 bar。
Low pressure losses owing to smooth surfaces,
光滑表面致使低 压 力 损 失。
Good abrasion resistance.
抗磨 损 性好。
Problem-free recycling,
并无因 难,可重 复 利用。
3210,DI / RO Water System for A6
為 A6 設計的 DI/RO 純水系 统
33
-The End –
-完結 -
>>Review Test
