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用于半導體和制藥工業的超純水處理
超純水處理主要應用于半導體工業和一些制藥工業。由于超純水在半導體工業中的循環使用越來越重要，本文上海創洋帶您了解在半導體工業生產廢水的處理和循環中存在的問題。
半導體工業中超純水的處理系統
(1）概述
半導體工業中的用水主要用于半導體各部件生產過程中的清洗，這類水的水質對于半導體生產工藝極為重要（直接影響到存儲器、微處理器以及其他產品的次品率)。
圖24-16電子元件生產單元中的超純水和工業廢水循環系統
1—原水;2一超純水系統;3—循環系統;4，5一超純水管線;6一沖洗水;7一化學物理深度處理;
8—半導體生產;9一廢水處理;10—排放;11一有機工業廢水;12一預處理循環水
對于半導體工業，水是主要的清洗劑，因此需要保證半導體工業用水水量的持續穩定且價格合理。然而，半導體組件的小型化和復雜化對水中可能含有的溶解態或非溶解態元素的要求越來越嚴格。同樣，針對半導體工業用水的水處理工藝也面臨著更大的挑戰，但目前的水外理工藝仍能滿足半導體工業的要求。此外，為達到同等質量水平,2001年直徑為300mm硅品片的出現使得超純水的用量明顯增長，從原來的4m3/片增加到 5m3/片，導致一個典型半導休廠對超純水的需求增長到100～300m3/h。
(2）水處理設計標準
需要去除的雜質主要有懸浮性固體、顆粒物、細菌、總有機碳、溶解氧、硅酸鹽和硼。對于大多數離子，半導體工業生產用水的水質標準見表24-3。
表24-3 半導體工業生產用水水質
因此，半導體工業的水處理過程通常由幾個工藝段組成，其中膜技術發揮了重要的作用。
①預處理
水首先通過雙層濾料濾池，然后通過活性炭，最后采用陽離子型樹脂進行軟化。最后一步處理是為了降低反滲透膜污染和結垢的風險。很明顯，這一工藝需要根據原水的水質(這一案例中，原水采用的是地表水）進行設計。
2補給水的處理
補給水的處理包括二級反滲透系統。這一處理階段能夠去除99%~99.99%的離子、有機物和顆粒物。反滲透出水在儲存罐里經臭氧氧化（消毒并氧化有機物)，然后經過150nm的紫外照射以去除殘余的臭氧并完成總有機碳的氧化（見第3章3.12節)。真空脫氣塔能夠去除大部分的二氧化碳和氧氣（殘余濃度小于10ug/L)。
經過二級反滲透單元后，剩余的離子或臭氧/紫外氧化產生的離子，在外置再生混合床中被去除。這一設計使得樹脂能夠完全再生，并防止水被再生劑污染。
混合床出水的電導率能夠非常接近于理論值0.055uS/cm (20℃下 18.2MQ· cm)。
③深度處理和配水管網
超純水罐(氮氣環境下）上的閉路設計是為了達到以下目的:
a.保持配水過程中水的持續流動，避免產生死區（易滋生微生物等);
b.保證水在經過進一步紫外氧化、通過脫氣膜脫除 ugL級的氧和二氧化碳，和在閉路上安裝非再生型混合床之后的水質能夠達標。
用超濾膜（圖24-21）在用水點對水進行過濾，能夠保證粒徑大于0.05um 的顆粒物不超過1個/mL。超濾之后，至少需要連續監測水中的總有機碳、顆粒數、電導率和硅酸鹽含量。
超純水深度處理及配水系統
(3）其他注意事項
①連續運行
如前所述，連續運行對于保持超純水的水質至關重要。任何一次設備的間斷運行都可能造成超純水的物理、化學以及生物性質的波動（分離顆粒物、促進細菌的繁殖、使樹脂壓實或松散等)。
②模塊化
為了促進系統操作的連續性并保證系統按計劃啟動，超純水設備（系統）一定要設計成可以在工廠預組裝的模塊化系統。這些模塊要盡可能緊湊，并需要注意以下幾個方面:
a.為了實現完全的連續運行，各模塊必須配置備用模塊，從而使得系統中某一模塊的停止運行不至于影響整個系統的連續運行（每一類型的模塊都需要有備用);
b.需要考慮該系統可以方便地實現擴建;
c.最短的供貨周期。基于DRAM產品市場價格的變化，生產廠商盡可能地縮短從決定研制新產品（或者建一個新工廠）到其能夠生產并投放市場的時間。模塊化和車間制造是達到上述目的的兩個必要條件。此外，還需要用于裝配的潔凈室、用于清洗整個系統的超純水以及用于維持靚封環境的靚氣等。
將來，上述要求可能變得更為嚴格。對于處理系統的選擇，這就需要各模塊，尤其是膜系統容易進行替換和沖洗。此外，為了確保整個系統的完整性，膜系統的選擇需要十分慎重。
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