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UPW 纯水系统 讲解人 方青 引言 UPW是服务生产工艺的一部分 另外还有CDS 特气 大宗气体等 超纯水的制程随原水水质而有不同的方式 主要是去除水中的不纯物 如微粒子 有机物 无机盐类 重金属及生菌等 主要用途 GMIC 超纯水主要供集成电路芯片生产的清洗用水 且用量较大 另外还提供一些生活用水 以及PCW 工艺冷却水系统 膨胀水箱 加湿器等都会用到不同程度的纯水 为了满足工艺设备对水质的要求 必须考虑输送材料 流速 合理的输送系统的设计 TypicalComponentsofaSemiconductorUPWSystem 纯水系统的组成单元 MMF和ACROUFMBEDIPOLISHUV脱气塔以下介绍各部分的作用 MMF和AC MMF 多介质过滤器 和AC 活性炭过滤器 是作为RO的预处理 对RO膜起保护作用 预处理原水首先加入絮凝剂和混凝剂 可以降低浑浊度 使微小颗粒凝聚变大 重力沉降有助于过滤 去除悬浮物和胶体等杂质 加入NaHSO3去除余氯 将氯还原 防止RO膜被氧化 活性炭也有吸附余氯的作用 为了提高出水质量和加强对RO膜的保护 现在通常用UF作为预处理 UF 超滤是一种以筛分为分离原理 以压力为推动力的膜分离过程 过滤精度在0 005 0 01 m范围内 可有效去除水中的微粒 胶体 细菌垫层及高分子有机物质 可广泛应用于物质的分离 浓缩 提纯 超滤过程无相转化 常温操作 对热敏性物质的分离尤为适宜 并具有良好的耐温 耐酸碱和耐氧化性能 可以耐受高浓度的余氯和过氧化氢溶液 能在60 以下 pH为2 11的条件下长期连续使用 中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式 中空纤维外径0 5 2 0mm 内径0 3 1 4mm 中空纤维管壁上布满微孔 孔径以能截留物质的分子量表达 截留分子量可达几千至几十万 原水在中空纤维外侧或内腔加压流动 分别构成外压式与内压式 超滤是动态过滤过程 被截留物质可随浓缩小排除 不致堵塞膜表面 可长期连续运行 一般采用外压式 这样增大表面积 过滤充分 UltrafiltrationDesign RO 反渗透是用足够的压力使溶液中的溶剂 一般常指水 通过反渗透膜 一种半透膜 而分离出来 方向与渗透方向相反 可使用大于渗透压的反渗透法进行分离 提纯和浓缩溶液 反渗透膜的主要分离对象是溶液中的离子范围 反渗透法分离过程有如下优点 不需加热 没有相变 能耗少 过程连续稳定 设备体积小 操作简单 适应性强 对环境不产生污染 反渗透纯水系统根据不同的源水水质采用不同的工艺 一般自来水经一级反渗透系统处理后 产水电导率 10 20 S cm 经二级反渗透系统后产水电导率 5 S cm甚至更低 在反渗透系统后辅以离子交换设备或EDI设备可以制备超纯水 使电阻率高达18兆欧姆 厘米 反渗透膜老化或受污染后 产水质量会下降 反渗透的基本性能参数是运行压力 产水量 水回收率和脱盐率 测试液PH值 大部分离子依靠反渗透方式除去 可去除颗粒 胶体 有机杂质 微生物等有害物质 Ca Mg之类的硬度离子及99 溶解性离子 给水总含盐量 TDS 和需去除的主要离子的浓度是反渗透系统设计的基本依据 主要离子有钙 镁 钠 钾 铵 硫酸根 重碳酸根 氯 氟 硝酸根和二氧化硅 OsmosisandReverseOsmosis 1 2 Feedwater Purifiedwater Reverseosmosismembrane RO Osmosis ReverseOsmosis 2 Osmoticpressure P 1 2 TheSpiralWoundReverseOsmosisModule MB MB是继RO的进一步脱盐MB的工作原理是通过阴阳树脂上所带的活性基团来置换水中的阴阳离子 同时释放出H 和OH 化合成H2O EDI 近几十年以来 混合床离子交换技术一直作为超纯水制备的标准工艺 由于其需要周期性的再生且再生过程中使用大量的化学药品 酸碱 和纯水 并造成一定的环境问题 因此需要开发无酸碱超纯水系统 EDI技术是将膜 树脂和电化学原理相结合的成为水处理技术的一场革命 其离子交换树脂的再生使用的是电 而不再需要酸碱 因而更满足于当今世界的环保要求 EDI装置是应用在反渗透系统之后 取代传统的混合离子交换技术 MB DI 生产稳定的去离子水 EDI技术与混合离子交换技术相比有如下优点 水质稳定 容易实现全自动控制 不会因再生而停机 不需化学再生 运行费用低 厂房面积小 无污水排放 EDI工作原理 EDI装置将离子交换树脂充夹在阴 阳离子交换膜之间形成EDI单元 EDI工作原理如图所示 EDI组件中将一定数量的EDI单元间用网状物隔开 形成浓水室 又在单元组两端设置阴 阳电极 在直流电的推动下 通过淡水室水流中的阴阳离子分别穿过阴阳离子交换膜进入到浓水室而在淡水室中去除 而通过浓水室的水将离子带出系统 成为浓水 EDI设备一般以反渗透 RO 纯水作为EDI给水 RO纯水电阻率一般是40 2 S cm 25 EDI纯水电阻率可以高达18M cm 25 但是根据去离子水用途和系统配置设置 EDI纯水适用于制备电阻率要求在1 18 2M cm 25 的纯水 A A C Anode Cathode A AnionMembraneC CationMembrane Na Na Na Na H H OH OH Cl Na waste Cl Cl Cl Cl Sourcewater Product POLISH POLISH 抛光混床 是更进一步的精度处理 主要去除像弱电解质 棚 SiO2 较难清除离子的任务Weshouldunderstandjusthowmuch orlittle 1ppbreallyis Forexample 1secondin32years 1ppbor1inchin15 700miles 1ppb UVPhoto oxidationModule O ringsealWateroutHightransmittancequartzsleevePVDFhousingLowpressuremercuryvapourlampwithhightransmittancequartzenvelopeWaterin UV 一般选用UV185nm和UV254nm UV254nm具有杀菌效能 原理是通过紫外线对微生物的照射 以改变及破坏微生物的组织结构 DNA 核酸 导致核酸结构突变 生物体丧失复制 繁殖能力 功能遭受破坏 从而达到消毒 杀菌的目的 消灭水中的细菌 病菌和其它微生物 可参照下表 UV185nm主要去除TOC 总有机碳 波长185nm的放射线会产生羟基 OH 自由基 自由基将水中透过反渗透膜的少量有机物分解成CO2和H2O而去除 确保系统的TOC指标达到用户要求 脱气塔 脱气塔主要是除去CO2 影响水电导率的主要物质 CO2无法被膜去