电子工业用超纯水系统：生产、定义与制备方法

电子工业用超纯水系统：生产、定义与制备方法

生产电子行业超纯水系统，包括半导体、光伏太阳能、集成电路芯片及封装、液晶显示器、高精密电路板、光电器件、各类电子设备等。

传统的净水方法无法制取超纯水，化学纯水（液态H2O）的理论电阻率是18.25MΩ.cm，人们制取的纯水达不到理论值，但18 MΩ.cm似乎是可以达到的。有的称这种水为高纯水，有的称其为超纯水，目前尚无系统的定义，没有等级之分，从商业角度而言，超纯水似乎比高纯水更合适，听起来更好听。

现在制备超纯水的方法，是把各种净化水的新技术科学地结合起来，不但能生产出超纯水，而且非常容易，目前市面上的超纯水装置就是一个成功的例子，超纯水出来，非常方便，而且使用寿命也越来越长。

超纯水装置制备超纯水的原理和步骤如下：

1、原水：可采用自来水、普通蒸馏水或普通去离子水作为原水。

2、机械过滤：通过砂芯滤板、纤维柱滤除铁锈等机械杂质及其它悬浮物。

3、活性炭过滤：活性炭是一种广谱吸附剂，能吸附气体成分，如水中的余氯、细菌及某些过滤金属等。氯会损坏反渗透膜，因此应尽可能将其除去。

4、反渗透膜过滤：能滤除95%以上的电解质和大分子化合物，包括胶体颗粒和病毒。大部分离子的去除，大大延长了离子交换柱的使用寿命。

5、紫外线消解：利用短波（180nm-254nm）紫外线，将水中不易被活性炭吸附的小有机物，如甲醇、乙醇等分解，转化为CO2和水，降低TOC指标。

6、离子交换单元：众所周知，混合离子交换床是去除水中离子的决定性手段，借助多级混床不难得到超纯水，但水的TOC指标主要来自于树脂床，因此，优质的离子交换树脂成为成败的关键。所谓优质树脂，就是化学稳定性极佳，不分解，不含低聚物、单体、添加剂的树脂，所谓“核级树脂”大概就属于这一类，对树脂的要求是质量越高越好。

7、0.2μm滤膜，除去水中的微粒，每毫升1个微粒（小于0.2μm）经过以上步骤后，产出的水即为超纯水，应能满足各类仪器分析、高纯分析、痕量分析等需要，接近或达到电子级用水的要求。

纯水处理的几个工序

1.活性炭过滤器

吸收市政自来水中的余氯，避免对树脂和反渗透膜造成不可逆的损害。吸附采用活性炭。活性炭吸附能力强，吸附容量大，主要原因是它的多孔结构，其比表面积可达500~700平方米/克。因此，它能完全吸收水中的余氯，并部分吸收有机物，对色度、异味也有很好的去除效果。

2. 脱气塔

脱气塔是为了除去纯水中的二氧化碳气体，避免对后续的RO膜造成损坏而设计的，脱气塔内加入了一定高度的直径为50mm的多面体塑料空心球，当纯水从管道以一定的流速流入脱气塔时，气体经过这些空心球，被分散成微小的水颗粒，流速降低，加之鼓风机将空气吹入脱气塔底部，因此二氧化碳有充分的时间离开脱气塔。

采用鼓风脱气法除去水中游离二氧化碳的设备。水从设备上部引入，经喷淋装置喷淋，流经表面积很大的填料，空气从下部风口进入，逆向穿过填料层，水中游离二氧化碳迅速析出到空气中，由顶部排出。在水处理工艺中，一般安装在氢离子交换器之后，只要选择适当，在正常情况下，经过脱碳器后的水中残留二氧化碳不得超过5mg/L。

3.板式换热器

水温过高或过低都会严重影响RO膜的产水量和脱盐率。当水温在25摄氏度时，是RO膜运行的最佳状态。板式换热器是由一组波纹金属板组成，板上有孔，传递热量的两种液体通过这些孔。流体的流速、物理性质、压降和温差决定了板片的数量和大小。波纹板不仅增加了湍流程度，而且形成了许多支撑点，足以承受介质之间的压差。冷、热液体以逆流方式交替通过平行板片，​​可以充分进行两者之间的热量传递。

4.硫酸加药装置

当原水中碱度（重碳酸盐）和二氧化碳含量较高时，可通过加入硫酸将重碳酸盐转化为二氧化碳，再经脱气塔除去。

5. 柔软剂

用于降低或基本消除水的硬度的装置。出水的残余硬度可降低至0./L（以1/2Ca2+计）。这里我们采用阳离子交换树脂来交换水中的钙、镁离子。在软化过程中，当流过树脂层后的水的硬度超过某一规定值时，水质已不再符合要求。此时需要更新新的树脂。

6.精密过滤器

精密过滤器可充当树脂捕捉器，防止软水器/混床漏出的树脂进入EDI影响出水水质。紫外线杀菌器后的精密过滤器可滤除已杀死的细菌。

7. CDI（CEDI）装置

CEDI技术是指利用离子交换膜、电活性介质（通常是离子交换树脂）和直流电压从水中去除离子和离子物质的海水淡化技术。

大部分商用CEDI装置在模块进出水口之间的产水隔室中含有交替渗透的阳离子交换膜和阴离子交换膜，面向带正电的阳极板的阴离子交换膜（该膜带正电），面向阳极的阴离子膜与面向阴极的阳离子膜之间的隔室为淡水隔室；面向阴极的阴离子膜与面向阳极的阳离子膜之间的隔室为浓水隔室。

为了促进低离子强度溶液中的离子交换，淡水室，有时甚至浓水室中都装有离子交换树脂，在室的侧面加外接电源，形成横向直流电场，使液体中的离子在电场力的作用下被吸引，最终的结果是淡水室中的离子被去除，浓水室中被浓缩。

大型CEDI有盘框式、螺旋缠绕式等。

盘架装置主要有薄罐和厚罐两种类型，薄罐和厚罐是以淡水室厚度来定义的，例如薄罐即淡水室厚度为2~3mm，厚罐即淡水室厚度为8~10mm的装置。

最早的商业化CEDI装置是薄型单元装置，其混合床离子交换树脂填充在淡水隔间中。尽管多年来对其进行了改进以提高其性能，但基本工作原理保持不变，而且该技术已被证明是有效、可靠的。

对于薄床CEDI，淡水室中有两个不同的区域。强离子物种首先被去除，而弱离子物种则随着水的继续流过而缓慢去除。这两个区域是增强迁移区和电解再生区。

在超纯水生产中，CEDI装置的进水为反渗透处理后的产品水，其中含有极少量的可溶物、离子及二氧化碳、二氧化硅等弱离子物质。去除的物质量非常少，因此在装置的增强迁移区内可以去除大部分强离子物质。在此区域内，离子交换树脂仅起着导体的作用，加速离子从淡水室通过其相应的膜进入浓水室。这是因为离子树脂的电导率比水高几个数量级。

大部分强离子从树脂床上部除去后，淡水室的电导率由离子交换树脂维持，当施加水解所需的最小热力学电压时，氢离子和氢氧离子浓度升高，在反极性树脂与树脂表面或膜与树脂表面作用下可加速水解反应，水解后的氢离子和氢氧离子使树脂再生，同时离子物质转化为离子状态，迁移到浓水中除去。

CEDI出水压力必须大于浓缩液出水压力。

8.反渗透膜进水浊度

9. 阻垢剂适用于含有大量金属氧化物、硅和致垢盐的水质

10、脱盐率=（原水TDS-生产水TDS）/原水TDS*100

回收率=产水流量/原水流量*100

半透膜的脱盐能力与原水的TDS浓度成正比，与运行压力无关；纯水产量与膜的运行压力成正比。

11.紫外线消毒器

紫外线杀菌具有杀菌能力强、速度快、对所有细菌都有效、不需要在水中添加化学药品、不改变水的化学成分等优点，是最简单的杀菌方法，因此适用于超纯水制备系统。

12. 安全过滤器

自来水中的悬浮颗粒经过处理设备处理后仍带有一些细小颗粒，而且前处理设备经过长期运行、反冲洗后的水力摩擦会产生一些悬浮颗粒，这些杂质颗粒随来水直接进入RO设备，长此以往会造成膜堵塞，因此设置安全过滤器来保护RO膜。