超纯水

超纯水是指电阻率达到18MΩ·cm(25℃)的水。这种水中除了水分子外，几乎没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二噁英等有机物，当然也没有人体所需的矿物质微量元素，也就是几乎去除氧和氢以外所有原子的水。

超纯水是为了研制超纯材料(半导体原件材料、纳米精细陶瓷材料等)应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术生产出来的水，其电阻率大于18MΩ·cm，或接近18.3MΩ·cm极限值(25℃)。

简单得说超纯水就是几乎去除氧和氢以外所有原子的水。这样的水是一般工艺很难达到的程度，理论上可以采用二级反渗透再经过串联的混合型交换树脂柱对二次反渗水进行处理，但是交换树脂的再生不便，质量难以保证。

超纯水可以用于超纯材料(半导体原件材料、纳米精细陶瓷材料等)应用蒸馏、去离子化、反渗透技术或其它适当的超临界精细技术的制备过程。

1、预处理部分

预处理主要是指对原水进行有效的加工处理，提取符合RO部分的要求进行给水，预处理主要是用来将原水中的胶体和悬浮物进行去除，从而使得SDI≤5;同时，将游离氯等氧化性物质、部分有机物等去除，从而降低LSI，防止出现各种碳酸盐结垢。

在超纯水制造工艺中，常用的传统方式主要是利用多介质过滤器+活性炭过滤器来作为超纯水系统的预处理部分。而半导体厂主要采用粗过滤器+超滤装置来作为超纯水系统的预处理部分，具体原因如下：

①由于传统的处理方式SDI值不能有效的进行控制，一般情况下SDI 5，不利于后期的系统运行，而采用超滤装置的SDI就比较稳定，则可以有效的保证后期系统的运行;

②与传统的预处理相比，超滤装置的占地面积比较少，可以有效的节约建筑费用与成本;

③与传统的处理方式相比，超滤装置的更换更为方便;

④伴随着超滤技术的不断深入与发展，超滤技术得到了进一步的完善，均能稳定安全的进行运行，且超滤膜的价格明显降低，在一次性投资与维护费用上与传统的预处理相差不多。

2、反渗透部分

在反渗透部分主要使用双级反渗透工艺，可以有效的确保后续工艺的稳定性与安全性。双级反渗透不仅可以将原水中的99%的悬浮物和胶体进行去除，还可以去除98%以上的溶解盐、微生物、部分CO2以及TOC。

双级反渗透工艺主要是将双级反渗透进行拆分，这样就可以有效的确保系统运行的连续性，即使再进行更换反渗透膜或者清洗中，就不会导致整个工厂进行停水，可保证关键部分进行持续用水，在一级反渗透前增加SBS和MDC等装置，可以有效的确保一级反渗透系统安全的运行;而对一级与二级反渗透之间添加加碱装置可可以有效的提高对原水的CO2去除。

3、电去离子部分

在对反渗透出水中进行深度脱盐时，电阻率能一般要大于15MΩ·cm，近年来，最常用的两种电去离子深度除盐装置有EDI、CEDI等这两个模块。

4、抛光混床部分

由于超纯水对水质的要求比较高，所以在纯水箱后的输送管道上添加抛光混床，这样就可以有效的确保超纯水系统在产水的过程中比较稳定，而在实际应用中，一般都采用双级抛光混床。

5、UV杀菌器、TOC脱除器

在电去离子部分前一般会布置UV杀菌器，紫外线波长为250nm，可有效的将水中的微生物与细菌杀死，避免细菌污染。而TOC脱除器主要布置在抛光混床前，紫外线的波长为180nm催化，通过对水中的有机物进行有效的氧化降解，从而确保产水的TOC 100ppb。

在超纯水系统建设中水站部分的建设施工难度较大，其分为三个步骤，分别是设备的放置安装和共用管架的制作与安装以及管道的安装。设备的放置一定要制定完善的吊装方案，尤其是对于超大超重的设备，一定要谨慎施工。管架的施工要特别注意一下两个方面：

第一，在土建结构和管架的连接处必必须要确保其坚固，在条件允许的情况下可以采用预埋铁板的措施，如果因为其他原因不能预埋，则需要采用化学铆栓固定，不能采用一般简易的膨胀螺栓。尤其是不能使用简易膨胀螺栓和铁板固定在楼板上。

第二，在超纯水系统施工中，整段的共用管架必须保持在水平状态，避免因为管架和管道接触部位因为应力不均匀而造成管道的损害。水站管道的施工除了氮气和CDA以及热交换器所使用的冷热水或蒸汽管道可以按照系统进行施工外，其余站内管道的施工主要是设备周边配管施工和管架管道施工。

在施工开始初期两个部分的施工可以同时进行。在完成管架直管段和设备本体的配管之后，就从设备周边管道往管架管道开始进行连接配置，最终完成与管架管道相连的封闭式管道系统。超纯水系统中管道施工和其他的动力管道施工存在较大的差别，其中除了要确保管道的封闭性之外，还要保证管道的卫生洁净。

超纯水处理要求：

1、去除微量金属离子：超纯水对水中金属离子的要求指标为μg/L数量级。

2、杀菌：紫外线杀菌具有杀菌能力强、对所有菌种均有效、杀菌速度快、不需向水中投加药剂、不改变水的化学成分等优点。

3、去除微粒：采用0.1、0.45μm微孔滤膜作为非再生式混床及紫外线杀菌后的进一步处理，截留混床出水中的微粒及细菌尸体。

超纯水处理工艺流程：

1、多介质过滤器

多介质过滤器完全能滤除不溶于水中的杂质，降低进水中的大颗粒物、浊度、胶体、悬浮物等杂质，保证SDI(污染指数)值不大于3。

多介质过滤器的填料为精选石英砂，反洗周期时间一般为16-24小时。

多介质过滤器由2台碳钢衬胶过滤罐及相关仪表、阀门、管路等组成，系统1用1备。

2、活性炭吸附器

因自来水中含有一定余氯，为防止对RO膜性能产生影响，并尽量减少添加化学药剂，在自来水进入RO设备前设计活性炭过滤器，不仅可以吸附水中余氯，还可以降低水中的有机物、浊度、色度以及造成管路腐蚀的铁、锰离子和溶解氧等，而且可以减少添加还原剂所引起的药剂成本增加。

活性炭吸附器由2台碳钢衬胶吸附罐及相关仪表、阀门、管路等组成，系统1用1备。

3、热交换器

由于反渗透的产水的水量受温度的影响比较大，为了在温度较低时仍然能够满足用户所需水量，本系统中设置热交换器以提高反渗透进水的温度，使进水温度稳定在25℃，确保系统运行的稳定产水量。

4、反渗透系统描述

反渗透系统包括保安过滤器、高压泵、反渗透主机、清洗装置、pH调整加药装置和阻垢剂加药装置。本项目配置一套双级反渗透装置，产水能力7m3/h，反渗透的原水为预处理产水。

①反渗透装置为两套系列单元，设置必要的监督、监控仪表，每套都能单独运行，也可同时运行。

②反渗透装置各段给水及浓水进出水总管上均设有足够的接口及阀门，以便清洗时与清洗液进出管相连。

③反渗透装置产品水管上装设防爆膜。

④反渗透浓水排水安装有流量控制阀(稳流阀)，以控制水的回收率。

⑤反渗透装置高压泵出水应设置电动慢开阀门装置，以保护膜组件。

⑥在进入膜元件之前设置设备加药阻垢以防止反渗透膜结垢的发生，阻垢剂加药装置包含计量箱1台，计量泵1台。

⑦进入反渗透膜之前，设置保安过滤器，当运行时大于5μm的颗粒不能通过而被截留，小于5μm的颗粒也可能在滤芯内部被截留，保证反渗透的运行安全。

⑧反渗透出水设置pH调节加药装置，包含计量箱1台，计量泵1台。

⑨当膜组件受到污染后，可进行化学清洗。设置清洗水箱1台。

⑩一级RO浓水排至浓水箱，利用RO浓水给前端预处理进行反洗。

⑪二级RO浓水回到一级RO高压泵，与原水混合后再经过一级RO脱盐，以提高RO系统产水率。

⑫二级RO产水一部分送至锅炉系统。

5、EDI系统

EDI巧妙地将电渗析和离子交换技术相结合，利用两端电极高压使水中带电离子移动，并配合离子交换树脂及选择性树脂膜以加速离子移动去除，从而达到水纯化的目的。EDI设施的除盐率可以高达99%以上，如果在EDI之前使用反渗透设备对水进行初步除盐，再经EDI除盐就可以生产出电阻率高达10MΩ·cm左右的纯水。

6、超纯水箱

为保证后续系统稳定运行，须储存一部分EDI产水供峰值时备用。本系统设置1台卫生级FRP材质的水箱。为保证水质，防止纯水与外界的接触，在此水箱设置一套氮封系统。

7、TOC-UV

高能量紫外灯发射出波长在185nm的紫外线，它可激发水的光分解作用，产生具有极高能量的氢氧根离子，这些氢氧根离子会攻击有机化合物，当TOC被完全氧化时就分解成二氧化碳和水。

8、脱氧装置

水中溶解的气体特别是溶解的氧气，会给生产过程造成极大的危害，如芯片制造中用了含氧水会加快锈蚀，大大降低产品质量，所以水体脱气尤其是脱氧对工业生产是十分重要的。

为了确保脱过氧的水不与空气接触受到再次污染，脱氧装置设于超纯水箱之后，最终产水一部分用于生产用水，另一部分循环回流至超纯水箱再次进入后处理系统。

9、混床系统

为进一步提纯水质，在EDI之后设置混床系统，利用阴阳离子交换树脂置换去除水中残留的阴阳离子杂质，使出水电导达到18MΩ·cm以上(20±1℃)，完全达到用水要求。

10、终端过滤系统

为确保最终产水水质，在混床之后设置一台终端过滤器拦截水中遗留颗粒物，同时也作为树脂捕捉器，避免树脂进入用水点。终端过滤器采用2台，0.45μm，1台，0.1μm，1台。