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電子廠用超純水

積體電路(IC)是以光學方式把回路印刷到矽晶片上,晶片上的元件或連接元件間的配線線徑極微細,只有1~2um或更小,其間若有微粒或微生物附著,易使回路短路。製程中需使用大量高純度的純淨水洗淨(達到18MΩ-CM),以保有高優良率製造1M bit的DRAM產品。

一、用途簡介
 
本文針對某電子廠工業用超純水系統工程之解決方案介紹。該廠對系統要求產品水量為50m3/h,本案例採用兩級逆滲透裝置的系統方案,預估回收率為75%,故系統的設計進水水量為66.7 m3/h。
 
電子用純水不同於一般的純水設備,它對水質具有更為嚴格的規定,屬於超純水範疇。一般來說,超純水製備主要包括預脫鹽與精處理脫鹽兩大部分,如何進行工藝的選擇和組合成為超純水製備的關鍵。系統產出之超純水根據產品水的用途與要求,確定產品水的目標水質為:電阻率≥10MΩ·cm 。
 
 
二、系統流程圖
本超純水工程採用以逆滲透為主體工藝,混床作為精處理工藝。具體流程簡圖如下:

1、超純水設備流程
 
根據美國ASTM標準,電子行業超純水水質標準需符合(18MΩ*cm,15MΩ*cm,2MΩ*cm和0.5MΩ*cm四級)
 
目前,預脫鹽處理常常採用的主要是離子交換工藝和逆滲透工藝。目前基本上都採用逆滲透技術。和離子交換相比,逆滲透具有運行穩定、占地少、操作維護簡單、可實現高度自控,處理水量越大,其優勢就越明顯。
 
預脫鹽後續的精脫鹽處理工藝則根據目標水質的要求而有所不同,對超純水(電阻率大於16 MΩ·cm),目前一般採用更先進的EDI技術;對電阻率低於16MΩ·cm的純水,目前仍採用經濟可靠的混合床技術。因為對純水的精脫鹽,混床又顯示出其獨有的優勢:脫鹽穩定,效率高,再生週期長,操作維護少。
 
2、預處理
逆滲透系統長期穩定運行的關鍵在於預處理,預處理的好壞不僅決定著逆滲透裝置的清洗次數,而且決定著逆滲透膜元件的使用壽命。預處理部分主要解決以下問題:
 
a.防止膠體物質及懸浮物固體顆粒、泥沙等產生汙堵;
b.防止大分子有機物質、微生物產生汙堵;
c.防止逆滲透膜元件表面結垢(包括因濃縮而出現鐵鋁化物等的結晶);
d.保持逆滲透系統長期穩定運行和裝置產水量穩定。
本系統預處理部分主要包括:原水箱、提升泵、組合篩檢程式、保安篩檢程式、阻垢劑投加裝置、調pH裝置。

原水箱及原水加壓泵
原水箱的作用是儲存一定量的原水,以提供穩定的供水,箱內配置浮球閥1個,到達預定液位時自動停止進水。原水箱的出水經泵加壓至後置處理單元—-前置處理過濾組合。
 
前置處理過濾機組
組合過濾作為預處理的第一步,採用石英砂與顆粒活性炭共同混合作為濾料,通過過濾截留與吸附作用,可以達到去除膠體物質、懸浮物固體顆粒、泥沙、部分大分子有機物質及微生物,對於鐵、錳等也具有較好的去除效果。活性炭的使用,可以有效預防地下水受到污染後水質變化的影響,同時可以改善處理水的水質條件,對逆滲透和離子交換系統的穩定運行非常有利。其主要特點有:
 
a.過濾精度高:水中懸浮物的去除率接近100%;
b.截汙容量大:一般為5-10kg/m3,是傳統篩檢程式的3-5倍;
c.可調性強:過濾阻力、截汙容量等參數可根據需要隨意自由調節;
d.可以去除部分矽膠和鐵膠體,抑制矽、鐵等的結垢;
e.操作管理簡單方便。
 
阻垢劑裝置
為防止RO膜表面結垢,影響RO膜的脫鹽率、水通量、運行壓力等,如果出現細小晶粒而不能及時處理的話,溶解固形物會以其為結晶核心,使結晶粒增大,從而其結晶棱角會刺破膜表面,損壞逆滲透裝置,因而在逆滲透裝置前設置阻垢劑加藥裝置。為了增加加藥的混合效果,在加藥點設置靜態混合器一台,以使阻垢劑和原水充分混合,充分發揮所加藥劑的性能。
 
調pH裝置
投加鹽酸調整pH值在6.8左右,有利於膜的使用,防止結垢。
 
精密濾機裝置
為進一步改善逆滲透進水的物理指標,確保逆滲透工藝穩定運行,在組合篩檢程式之後,設計採用濾芯式過濾機作為最終的預處理手段,使RO進入濁度低於1的水準,SDI<3。在正常工作情況下,濾芯可以維持7-8個月再進行更換,以便能在清洗濾芯時達到滿意的恢復效果,減低運行成本。
 
 3、逆滲透系統
逆滲透是系統預脫鹽的核心部分,設計的成熟、合理不僅直接決定系統能達到設計要求,而且關係到逆滲透裝置的使用壽命。本系統設計逆滲透產水量為50m3/h。

高壓泵
逆滲透膜元件對水中的離子具有選擇透過性,因而在逆滲透濃水側和產水側存在著滲透壓差,這樣就必須要有外界的壓力來克服滲透壓差才能夠使逆滲透裝置正常工作並達到設計要求,外界的壓力通過高壓泵來提供。
 
逆滲透裝置
考慮到微生物污染的有效防治,RO的膜元件選用抗污染型低壓複合膜。該種複合膜有以下優點:
a.膜流量高,可以在較低的水壓和較高的流速下,獲得相等的脫鹽率,也就是說,在保持高脫鹽率的狀態下時,其淡水流速幾乎達到其他複合聚醯胺膜的兩倍,在產水量相同的條件下,可以減少占地面積,降低膜組的投資;
b.機械強度好,使用壽命一般可以達到3~5年;
c.對水質的適應能力強,尤其是水溫和pH值。進水pH值在2~11均可,在進水的常規水溫度下不影響其處理效果。
逆滲透裝置配有相關的流量計、壓力錶、溫度計、集中取樣裝置和相關的控制元件。                           
                         
4、超純水處理系統
精處理脫鹽系統是保證產水達到目標水質的保障手段。本精處理系統包括:中間水箱、純水泵、混床、微孔過濾、純水箱、供水泵和紫外線消毒器。
 
a.中間水箱與純水泵
為便於收集逆滲透出水,並利於泵的穩定連續提升,設置中間水箱1個,箱內配置液位元件控制,可根據液位元件的高低自動控制純水泵的啟停,並具有報警功能。RO出水流至中間水箱,中間水箱出水經純水泵加壓至混床。
 
b.混床
混床是將陰、陽樹脂按一定比例混合填裝在一個交換桶內,可以同時去除水中的陰、陽離子,在混床中經陰陽樹脂交換生成的氫氧根離子立即得到中和生成水,不存在反離子的干擾,因此離子交換反應進行的十分徹底,出水純度很高,本設計採用一級混床進一步脫鹽,確保產品水水質穩定可靠,是離子交換除鹽系統應用非常有效的一種方式。
 
全自動混床(PLC微電腦程式控制)
 
c.精微孔過濾
作用是有效濾除細菌屍體和混床樹脂碎屑。
 
d.紫外線殺菌器
紫外線殺菌是目前純水製備普遍採用的殺菌方式,重要的是沒有任何消毒副產品,不影響產水品質。而且設備簡單、操作簡便,運行費用低。
 
 e.CEDI連續電除鹽裝置:
CEDI 裝置是應用在逆滲透系統之後,取代傳統的混合離子交換技術(MB-DI)生產穩定的去離子水。CEDI裝置將離子交換樹脂充夾在陰/陽離子交換膜之間形成EDI單元。EDI元件中將一定數量的EDI單元間用網狀物隔開,形成濃淡水室,又在單元組兩端設置陰/陽電極,在直流電的推動下,通過淡水室水流中的陰陽離子分別穿過陰陽離子交換膜進入到濃水室而在淡水室中去除,而通過濃水室的水將離子帶出系統,成為濃水。EDI設備出水電阻率可以高達18 MΩ.cm(25℃)。

f.氮封純水箱:
EDI出水進入氮封純水箱,氮氣是惰性氣體能防止CO2等其它物質溶入水中影響水質,保證水箱內的水不受二次污染而導致水質下降。水箱配水位控制器;當水位低時自動啟動EDI進水泵;水位高時自動停止EDI進水泵;同時與出水純水泵聯動,當水箱處於低水位時自動鎖定,純水輸出水泵不能啟動。
 
5CPI化學清洗裝置
當系統出現壓力升高,產水量降低,脫鹽率下降等特徵時,就必須考慮對逆滲透膜的化學清洗,首先應判斷發生污染的性質和位置,然後採用相應配套的化學藥劑溶液通過每段逆滲透元件留有的清洗介面進行清洗。
清洗裝置由清洗泵、清洗箱以及相關的流量計、壓力錶、閥門、管路系統等。一般當系統壓力上升15%以上時,需要進行化學清洗,一般4-6個月清洗一次。

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