电子工业尤其是半导体工业的迅猛发展,对纯水的水质要求也不断提高,对水中阴离子含量、阳离子含量、颗粒数、有机物、细菌等逐步有了定量的指标的限制。以下为近年来国内外报道的几种制水流程。
1、某超大规模集成电路生产厂中的纯水系统,该系统由预处理系统、一次纯水制造系统、二次纯水制造系统及排水回收等支系统组成。
a.预处理系统。根据原水水质,采用凝聚加压上浮装置、双层过滤器及二氧化碳脱气塔组成。原水中的悬浮物及部分溶解的有机物经凝聚后,因密度小而难于沉降,采用加压上浮处理可有效去除,后置的双层过滤器可截留上浮装置中流出的微细凝聚体,以使原水进一步澄清,通过二氧化碳脱气塔除去重碳酸根成分以防止后置RO浓水侧膜面上析出碳酸钙。
b.一次纯水系统。该系统由三级RO、脱氧装置及离子交换柱组成。RO膜采用低压聚酰胺膜,一级RO主要除去大部分的阴离子、阳离子及有机物;二级RO主要除去残存的阴离子、阳离子、硅及有机物;三级RO主要除去微量残余阳离子,提高电阻率。
脱氧装置采用中空纤维膜脱气,可将溶解氧除去至要求浓度以下,同时还去除残余的二氧化碳,减轻了后置交换柱的负荷,以减小离子交换树脂的更换频率。
离子交换柱可将RO处理水中残留的极少量的离子、重金属、硅、溶解的二氧化碳去除。该交换柱为非再生式,目的是再生时残存的Cl、OH-影响处理水水质,按正常回收率80%计算,交换树脂大约每六个月更换一次。
c.二次纯水系统。该系统由换热器、紫外线氧化器、抛光器和超滤系统等组成。紫外线氧化器采用低压185nm的紫外灯,分解残存在一次纯水处理水中的极少量TOC成分。尤其适用于分解在RO膜中去除率较低的低相对分子质量有机物。
抛光器采用低溶出式均球树脂,除去前置紫外线氧化器分解TOC产生的有机物和CO2,同时除去一次纯水中存在的极微量离子、硅、重金属等,使电阻率稳定在较高水平。超滤系统最后除去超纯水装置末端的离子成分,以满足工艺要求。该系统的膜组件采用本身不产生离子的外压式超滤膜。
d.排水回收系统。该系统由活性炭过滤器及阴离子交换器组成。由于回收水中含有H2O2、SO42-、F-、Cl-、NH4+等,用活性炭吸附去除H2O2;用阴离子交换器去除SO42-、F-、Cl-,NH4+待后置RO去除。
2、兆位级的新高纯水制造系统,该系统的电阻率、溶解氧和SiO2等指标基本满足要求,但对TOC、微粒数及细菌数等必须采取相应的措施进行处理才能得到保证。它在制水工艺上具有以下特点。
a.原水采用微絮凝过滤,即进水管上投加PAC进行凝聚,然后用石英砂和无烟煤进行双层过滤。
b.活性炭过滤放在强酸阳床和脱气塔之后,由于进水pH值呈酸性,这样既可防止微生物繁殖,又能达到去除有机物的效果。
c.反渗透装置设置在离子交换之后,这样可防止膜污染和膜结垢所产生的对反渗透组件的堵塞现象,特别对SiO2含量较大的原水更为有效。
d.采用两次脱气,第二次为真空脱气,可去除水中溶解氧和挥发性TOC。
e.采用两级紫外线杀菌,后级是为防止反渗透抛光(FRO)装置膜面上产生细菌。
f.采用反渗透装置(FRO抛光)替代常规的超过滤,在FRO中由于使用合成复合膜,所以TOC去除率极高。
3、某16M原位器件生产的典型高纯水系统,该系统由高纯水精制循环系统及高纯水补充水系统两部分组成。
该系统在制水工艺中具有以下特点:
a.活性炭过滤后投加氯气(2~4mg/L),使水在进入反渗透前尽量减少细菌生长。
b.反渗透装置,前级采用醋酸纤维素膜,后级采用聚酰胺膜,两种膜组合使用,可取长补短。
c.后级反渗透浓水可回至前级反渗透前重复利用,提高水的回用率。
d.高纯水贮水箱除充氮保护外,尚需投加0.2mg/L由纯氧制成的臭氧,以防细菌滋长。
e.利用254nm紫外灯杀菌,并去除水中残余臭氧,混床后再利用185nm紫外灯,用相当于6~8倍正常滞留时间,进一步降低TOC。
f.混床后投加臭氧(0.08~0.1mg/L),以进一步降低TOC。
g.采用催化除氧系统(CORS),亦可采用两级真空脱气装置除去水中溶解氧 。
h.用反渗透代替超滤,以保证将水中微粒、有机物及悬浮物净化至最低程度,反渗透选用截留相对分子质量为100的复合膜,截留率为90%。自初级处理系统反渗透装置以后的系统管材,宜用聚偏二氟乙烯管(PVDF),但反渗透高压管应采用不锈钢管
j.4M位器件用高纯水精制系统,可不考虑除氧,并可应用截留相对分子质量1000~100000的超滤装置作最终处理,而不需用反渗透装置。