​用于半导体和制药工业的超纯水处理

      超纯水处理主要应用于半导体工业和一些制药工业。由于超纯水在半导体工业中的循环使用越来越重要，本文上海创洋带您了解在半导体工业生产废水的处理和循环中存在的问题。

半导体工业中超纯水的处理系统

(1）概述

      半导体工业中的用水主要用于半导体各部件生产过程中的清洗，这类水的水质对于半导体生产工艺极为重要（直接影响到存储器、微处理器以及其他产品的次品率)。

图24-16电子元件生产单元中的超纯水和工业废水循环系统

1—原水;2一超纯水系统;3—循环系统;4，5一超纯水管线;6一冲洗水;7一化学物理深度处理;

8—半导体生产;9一废水处理;10—排放;11一有机工业废水;12一预处理循环水

      对于半导体工业，水是主要的清洗剂，因此需要保证半导体工业用水水量的持续稳定且价格合理。然而，半导体组件的小型化和复杂化对水中可能含有的溶解态或非溶解态元素的要求越来越严格。同样，针对半导体工业用水的水处理工艺也面临着更大的挑战，但目前的水外理工艺仍能满足半导体工业的要求。此外，为达到同等质量水平,2001年直径为300mm硅品片的出现使得超纯水的用量明显增长，从原来的4m3/片增加到 5m3/片，导致一个典型半导休厂对超纯水的需求增长到100～300m3/h。

(2）水处理设计标准

      需要去除的杂质主要有悬浮性固体、颗粒物、细菌、总有机碳、溶解氧、硅酸盐和硼。对于大多数离子，半导体工业生产用水的水质标准见表24-3。

表24-3 半导体工业生产用水水质

      因此，半导体工业的水处理过程通常由几个工艺段组成，其中膜技术发挥了重要的作用。

①预处理

      水首先通过双层滤料滤池，然后通过活性炭，最后采用阳离子型树脂进行软化。最后一步处理是为了降低反渗透膜污染和结垢的风险。很明显，这一工艺需要根据原水的水质(这一案例中，原水采用的是地表水）进行设计。

2补给水的处理

图超纯水处理系统的补给水处理单元

      补给水的处理包括二级反渗透系统。这一处理阶段能够去除99%~99.99%的离子、有机物和颗粒物。反渗透出水在储存罐里经臭氧氧化（消毒并氧化有机物)，然后经过150nm的紫外照射以去除残余的臭氧并完成总有机碳的氧化（见第3章3.12节)。真空脱气塔能够去除大部分的二氧化碳和氧气（残余浓度小于10ug/L)。

经过二级反渗透单元后，剩余的离子或臭氧/紫外氧化产生的离子，在外置再生混合床中被去除。这一设计使得树脂能够完全再生，并防止水被再生剂污染。

      混合床出水的电导率能够非常接近于理论值0.055uS/cm (20℃下 18.2MQ· cm)。

③深度处理和配水管网

      超纯水罐(氮气环境下）上的闭路设计是为了达到以下目的:

      a.保持配水过程中水的持续流动，避免产生死区（易滋生微生物等);

      b.保证水在经过进一步紫外氧化、通过脱气膜脱除 ugL级的氧和二氧化碳，和在闭路上安装非再生型混合床之后的水质能够达标。

      用超滤膜（图24-21）在用水点对水进行过滤，能够保证粒径大于0.05um 的颗粒物不超过1个/mL。超滤之后，至少需要连续监测水中的总有机碳、颗粒数、电导率和硅酸盐含量。

超纯水深度处理及配水系统

(3）其他注意事项

①连续运行

      如前所述，连续运行对于保持超纯水的水质至关重要。任何一次设备的间断运行都可能造成超纯水的物理、化学以及生物性质的波动（分离颗粒物、促进细菌的繁殖、使树脂压实或松散等)。

②模块化

      为了促进系统操作的连续性并保证系统按计划启动，超纯水设备（系统）一定要设计成可以在工厂预组装的模块化系统。这些模块要尽可能紧凑，并需要注意以下几个方面:

      a.为了实现完全的连续运行，各模块必须配置备用模块，从而使得系统中某一模块的停止运行不至于影响整个系统的连续运行（每一类型的模块都需要有备用);

      b.需要考虑该系统可以方便地实现扩建;

      c.最短的供货周期。基于DRAM产品市场价格的变化，生产厂商尽可能地缩短从决定研制新产品（或者建一个新工厂）到其能够生产并投放市场的时间。模块化和车间制造是达到上述目的的两个必要条件。此外，还需要用于装配的洁净室、用于清洗整个系统的超纯水以及用于维持靓封环境的靓气等。

       将来，上述要求可能变得更为严格。对于处理系统的选择，这就需要各模块，尤其是膜系统容易进行替换和冲洗。此外，为了确保整个系统的完整性，膜系统的选择需要十分慎重。