一、工程概況

　　隨著電子工業(yè)的發(fā)展，對(duì)高純水提出了越來(lái)越高的質(zhì)量要求，而高純水的生產(chǎn)需求增長(zhǎng)很快。本例為德國(guó)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(shí)上它突出強(qiáng)調(diào)了電子工業(yè)引起爭(zhēng)論的一些熟知問(wèn)題。

　　二、設(shè)計(jì)原始資料

　　制作16K位集成電路（DRAM）時(shí)，對(duì)水質(zhì)的要求：TOC  0.5mg/L，金屬離子為1mg/L，微粒（≥0.2mm）為100個(gè)/ml。而制作16M位DRAM時(shí)，對(duì)水質(zhì)的要求：TOC＜5mg/L，金屬離子＜0.2mg/L，微粒（≥0.1mm）為0.6個(gè)/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(guò)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(guò)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(guò)濾器；15—0.04mm筒式過(guò)濾器

　　1．預(yù)處理

　　預(yù)處理包括活性炭過(guò)濾器、軟化器和阻垢劑投加裝置。

　　對(duì)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(guò)濾能有效地去除氯。而活性炭過(guò)濾后，往往會(huì)增加水中細(xì)菌和微粒子的含量。

　　軟化器可以減少水中粒子含量，由于樹(shù)脂表面帶有少量電荷，會(huì)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(zhuān)門(mén)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(duì)二氧化硅（SiO₂）的去除效果則不佳，因此RO被認(rèn)為是預(yù)脫礦質(zhì)過(guò)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(jí)RO膜的截留率為95％，則鹽透過(guò)率為5％，兩段RO鹽的透過(guò)率為（0.05）2或0.0025。因此，通過(guò)兩段RO計(jì)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(jìn)行后續(xù)的離子交換（IX）和筒式過(guò)濾器處理。往貯槽加入臭氧，使有機(jī)物和氧化劑接觸轉(zhuǎn)化成羧酸類(lèi)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(hù)后續(xù)的IX裝置和筒式過(guò)濾器免受臭氧降解。該系統(tǒng)也由兩個(gè)IX裝置組成，主混床和精混床，每個(gè)混床后均設(shè)亞微米筒式過(guò)濾器和紫外線滅菌器。用0.45mm筒式過(guò)濾器捕集主混床漏出的樹(shù)脂顆粒，主混床下游選用18.5nm紫外光，它除殺滅細(xì)菌外，還可使有機(jī)物少量氧化。

　　4．系統(tǒng)布置

　　設(shè)備布置是高純水設(shè)計(jì)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(yùn)行情況

　　1．對(duì)預(yù)處理和后處理設(shè)備的維護(hù)

　　活性炭過(guò)濾器、軟化器均采用輕便可更換單元組件，以便失效后隨時(shí)更換。為此必須設(shè)置易于操作的更換連接件。對(duì)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(jí)管材，而且管道輸送距離應(yīng)盡可能短。

　　2．系統(tǒng)的啟動(dòng)與運(yùn)行

　　本系統(tǒng)應(yīng)按以下順序啟動(dòng)。

　?。?）在RO膜正式加負(fù)載前，應(yīng)先開(kāi)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)。

　?。?）RO膜加負(fù)載，操作R0系統(tǒng)，同時(shí)排放最初的產(chǎn)水。此過(guò)程持續(xù)到下述條件中的—個(gè)或幾個(gè)滿足為止。即RO系統(tǒng)在穩(wěn)定的脫鹽性能下持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)48h；RO產(chǎn)水TOC濃度不高于進(jìn)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(guò)濾器；2、6、12—紫外線殺菌器；3、13—0.45mm筒式過(guò)濾器；4—精混床；5—主混床；7—0.04mm筒式過(guò)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)

　?。?）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(shí)，啟用臭氧發(fā)生器，貯槽中水被臭氧氧化至濃度200～500mg/L。

　?。?）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。

　?。?）啟動(dòng)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(shí)現(xiàn)貯槽中穩(wěn)定的臭氧余量，證實(shí)在紫外線滅菌器的下游各處臭氧濃度為零。

　?。?）將一臺(tái)主混床投入運(yùn)行，同時(shí)啟動(dòng)0.45mm下游過(guò)濾器，以保護(hù)系統(tǒng)不受樹(shù)脂微粒的污染。

　?。?）由分配泵的排放口至樹(shù)脂捕集過(guò)濾器的下游建立與臭氧相容的管路。當(dāng)通過(guò)IX精處理單元的循環(huán)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，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(gè)/ml。

　　（10）對(duì)新的一臺(tái)IX單元和0.45mm精濾器重復(fù)（9）中的全過(guò)程。

　　（11）間斷實(shí)施分配環(huán)路的臭氧化，接入精混床和0.45mm過(guò)濾器。

　　在每個(gè)啟動(dòng)點(diǎn)單獨(dú)地啟動(dòng)每個(gè)工藝單元，然后進(jìn)行該單元的試驗(yàn)，證明此單元在預(yù)期性能下運(yùn)行后，再啟動(dòng)下一個(gè)單元。整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程需30余天。這樣，無(wú)論發(fā)生什么問(wèn)題都能容易辨認(rèn)和處理。表1列出最初84d系統(tǒng)操作情況。

　　表1表明，在運(yùn)行21d后系統(tǒng)的RO壓力發(fā)生明顯變化，這個(gè)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(dāng)時(shí)使用的水流速度相匹配。在這種情況下操作RO較長(zhǎng)時(shí)間。在其余的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)和濃水的壓力差是恒定的，這就表明進(jìn)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(guò)分的污染。在整個(gè)運(yùn)行期間，產(chǎn)水和進(jìn)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(dāng)把主混床和精混床產(chǎn)水的電阻率相比較時(shí)，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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