一、工程概況

　　隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對高純水提出了越來越高的質(zhì)量要求，而高純水的生產(chǎn)需求增長很快。本例為德國最近建造的用于集成電路產(chǎn)品生產(chǎn)的高純水系統(tǒng)。它與典型的高純水系統(tǒng)區(qū)別不大，事實上它突出強調(diào)了電子工業(yè)引起爭論的一些熟知問題。

　　二、設(shè)計原始資料

　　制作16K位集成電路（DRAM）時，對水質(zhì)的要求：TOC  0.5mg/L，金屬離子為1mg/L，微粒（≥0.2mm）為100個/ml。而制作16M位DRAM時，對水質(zhì)的要求：TOC＜5mg/L，金屬離子＜0.2mg/L，微粒（≥0.1mm）為0.6個/ml。

　　三、工藝流程及主要設(shè)備

　　高純水制備系統(tǒng)流程圖如圖1所示。

圖1 高純水制備系統(tǒng)流程圖 1—活性炭過濾器；2—軟化器；3—阻垢劑加料器；4—RO高壓泵；5—RO裝置；6—貯槽；7—分配泵；8-254nm紫外滅菌器；9—主混床系統(tǒng)；10—0.45mm筒式過濾器；11—185nm紫外滅菌器；12—增壓泵；13—精混床系統(tǒng)；14—0.2mm筒式過濾器；15—0.04mm筒式過濾器

　　1．預(yù)處理

　　預(yù)處理包括活性炭過濾器、軟化器和阻垢劑投加裝置。

　　對RO組件中的聚酰胺復(fù)合膜，由于它的耐氯性能差，但適用pH值范圍廣。活性炭過濾能有效地去除氯。而活性炭過濾后，往往會增加水中細菌和微粒子的含量。

　　軟化器可以減少水中粒子含量，由于樹脂表面帶有少量電荷，會提高軟化器的活性，因此軟化器預(yù)處理可以減少RO組件的粒子污染。

　　為了防止水中硬度的結(jié)垢，添加阻垢劑專門設(shè)置阻垢劑投加裝置。

　　2．RO系統(tǒng)

　　RO膜一般能去除原水中95％～99％的TDS，而對二氧化硅（SiO₂）的去除效果則不佳，因此RO被認為是預(yù)脫礦質(zhì)過程，為了提高RO的效率，采用了兩段RO系統(tǒng)。這種兩段脫鹽系統(tǒng)采用了低壓復(fù)合膜，既能保證水通量，又不降低脫鹽率，它所需的操作壓力為1.38～1.72MPa，所以兩段RO能在低于0.27MPa壓差下工作，并大幅度提高了離子的分離性能。若單級RO膜的截留率為95％，則鹽透過率為5％，兩段RO鹽的透過率為（0.05）2或0.0025。因此，通過兩段RO計算的截留率應(yīng)為99.75％，復(fù)合膜也能提高SiO₂的截留率。

　　3．后處理

　　RO裝置產(chǎn)水放入貯槽中，以便進行后續(xù)的離子交換（IX）和筒式過濾器處理。往貯槽加入臭氧，使有機物和氧化劑接觸轉(zhuǎn)化成羧酸類物質(zhì)以減少粒子生成。貯水槽出水經(jīng)254nm紫外線滅菌器，旨在消除臭氧殘留物，保護后續(xù)的IX裝置和筒式過濾器免受臭氧降解。該系統(tǒng)也由兩個IX裝置組成，主混床和精混床，每個混床后均設(shè)亞微米筒式過濾器和紫外線滅菌器。用0.45mm筒式過濾器捕集主混床漏出的樹脂顆粒，主混床下游選用18.5nm紫外光，它除殺滅細菌外，還可使有機物少量氧化。

　　4．系統(tǒng)布置

　　設(shè)備布置是高純水設(shè)計中需要解決的難題之一，現(xiàn)介紹本系統(tǒng)的設(shè)備布置方案如圖2所示。

　　四、運行情況

　　1．對預(yù)處理和后處理設(shè)備的維護

　　活性炭過濾器、軟化器均采用輕便可更換單元組件，以便失效后隨時更換。為此必須設(shè)置易于操作的更換連接件。對于離子交換混床中的主床和精床放在一起便于再生，為了防止高純水的受污染，應(yīng)采用高級管材，而且管道輸送距離應(yīng)盡可能短。

　　2．系統(tǒng)的啟動與運行

　　本系統(tǒng)應(yīng)按以下順序啟動。

　�。�1）在RO膜正式加負載前，應(yīng)先開始RO預(yù)處理系統(tǒng)操作，預(yù)處理的水用于徹底地沖洗RO壓力容器和管道系統(tǒng)。

　�。�2）RO膜加負載，操作R0系統(tǒng)，同時排放最初的產(chǎn)水。此過程持續(xù)到下述條件中的—個或幾個滿足為止。即RO系統(tǒng)在穩(wěn)定的脫鹽性能下持續(xù)運轉(zhuǎn)48h；RO產(chǎn)水TOC濃度不高于進水TOC的10％；RO產(chǎn)水的TOC低于100mg/L。 

圖2  高純水系統(tǒng)布置圖 1—0.2mm筒式過濾器；2、6、12—紫外線殺菌器；3、13—0.45mm筒式過濾器；4—精混床；5—主混床；7—0.04mm筒式過濾器；8—活性炭濾器；9—軟化器；10—高壓泵；11—RO組件；14—化學(xué)藥品泵；15—分配泵；16—貯槽；17—臭氧發(fā)生器；18—生產(chǎn)區(qū)

　�。�3）裝滿貯槽并清洗后排放，如此循環(huán)兩次。

　�。�4）用RO產(chǎn)水灌裝貯槽至一半容量時，啟用臭氧發(fā)生器，貯槽中水被臭氧氧化至濃度200～500mg/L。

　�。�5）將貯槽的臭氧化水循環(huán)流遍精處理的分配系統(tǒng)，持續(xù)24h。

　�。�6）排空系統(tǒng)，用新鮮的RO產(chǎn)水重新充裝罐，重新建立臭氧濃度，然后在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)1 h。

　�。�7）啟動貯槽下游的紫外線滅菌器，再循環(huán)至少2h，然后調(diào)節(jié)臭氧發(fā)生器實現(xiàn)貯槽中穩(wěn)定的臭氧余量，證實在紫外線滅菌器的下游各處臭氧濃度為零。

　�。�8）將一臺主混床投入運行，同時啟動0.45mm下游過濾器，以保護系統(tǒng)不受樹脂微粒的污染。

　　（9）由分配泵的排放口至樹脂捕集過濾器的下游建立與臭氧相容的管路。當通過IX精處理單元的循環(huán)連續(xù)運行時，使系統(tǒng)連續(xù)臭氧化。使系統(tǒng)中臭氧濃度為40～80mg/L，TOC＜10mg/L，及下游出口處0.2mm的微粒＜30個/ml。

　�。�10）對新的一臺IX單元和0.45mm精濾器重復(fù)（9）中的全過程。

　�。�11）間斷實施分配環(huán)路的臭氧化，接入精混床和0.45mm過濾器。

　　在每個啟動點單獨地啟動每個工藝單元，然后進行該單元的試驗，證明此單元在預(yù)期性能下運行后，再啟動下一個單元。整個啟動過程需30余天。這樣，無論發(fā)生什么問題都能容易辨認和處理。表1列出最初84d系統(tǒng)操作情況。

　　表1表明，在運行21d后系統(tǒng)的RO壓力發(fā)生明顯變化，這個變化是人為的旨在減少RO裝置的產(chǎn)水流速，以和半導(dǎo)體工廠當時使用的水流速度相匹配。在這種情況下操作RO較長時間。在其余的時間內(nèi)，系統(tǒng)和濃水的壓力差是恒定的，這就表明進入該單元的水中離子和微粒含量是能滿足要求的，未引起過分的污染。在整個運行期間，產(chǎn)水和進水的TDS比率基本上變化不大，顯示了系統(tǒng)良好的穩(wěn)定性，當把主混床和精混床產(chǎn)水的電阻率相比較時，精混床出水和分配環(huán)路返回處之間的電阻率變化也很小，其相差也僅為0.5～0.2 MW·cm。

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