超纯水设备系统工艺及其施工_水处理设备

摘要：超纯水大多数都用在集成电路工业中用于半导体原材料和所用器皿的清洗、光刻掩模版的制备和硅片氧化用的水汽源等。此外，其他固态电子器件、厚膜和薄膜电路、印刷电路、真空管等的制作也都要使用超纯水。本文主要对超纯水设备系统工艺及其施工进行了探讨。

超纯水是美国科技界为了研制超纯材料（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产出的水，这种水中除了水分子（H20）外，基本上没有什么杂质，更没有细菌、病毒、含氯二恶英等有机物，当然也没有人体所需的矿物质微量元素，一般不可直接饮用，对身体有害，会吸出人体中很多离子。

超纯水制造工艺可以概述为4个部分，分别为预处理部分、RO部分、电去离子部分和抛光混床部分。在有些半导体厂中，也有用混床代替电去离子装置的，主要是依据原水水质和产水水质对弱电解质的要求而定。

预处理的作用是对原水进行粗加工，提供符合RO进水要求的给水。其主要用来去除原水中的悬浮物、胶体，使SDI≤5；去除游离氯等氧化性物质；去除部分有机物；降低LSI，避免碳酸盐结垢。在超纯水制造工艺中，传统预处理方式是“多介质过滤器+活性炭过滤器”。而该半导体制造厂采用了“粗过滤器+超滤装置”作为超纯水设备系统的预处理部分，根本原因如下：（1）传统的预处理过程中SDI值不好控制，一般>

5，不利于后续的一级反渗透系统的运行；而超滤装置的出水SDI值较为稳定（≤1），能够有效地保证一级反渗透系统的运行。（2）传统的预处理方式占地面积大，而“粗过滤器+超滤装置”占地面积小，节约了基建费用。（3）与传统的预处理方式在更换填料时需要大量的人力和物力相比，超滤装置的更换较为方便。（4）近年来，由于超滤技术的不断成熟，系统能够稳定安全地运行，而且超滤膜的价格也有了大幅度的降低，在一次性投资和运行维护费用上跟传统的预处理方式相比差不多。

在反渗透部分多采用双级反渗透工艺，以确保后续工艺的安全性。通过双级反渗透，可去除水中超过99%的悬浮物、胶体，98%以上的溶解盐，大部分的微生物、TOC和部分CO2。采用双级反渗透工艺，将双级反渗透拆分成两个独立的部分，这样就更加有效地保证了系统的连续运行，即使在更换反渗透膜或在线清洗反渗透膜时，也不会造成整个工厂大面积的停水，确保了关键部位的连续用水。采取在一级反渗透前增加SBS、MDC加药装置，保证了一级反渗透系统的安全运行；在一级反渗透和二级反渗透之间增加一套加碱装置，可提高二级反渗透系统的对于CO2的去除。

对反渗透出水进行深度脱盐，最终产水的电阻率能>

15MΩ·cm。目前市场上很常用的电去离子深度除盐装置模块有两种类型，分别为EDI模块和CEDI模块，两种模块的具体性能对比如表1所示。

由于对超纯水的水质要求很高，故在纯水箱后输送管道上增加抛光混床，可保证超纯水设备系统产水的稳定性和一致性。实际应用中基本都是采用双级抛光混床。

UV杀菌器一般布置在电去离子部分前，使用波长254nm的紫外线杀死纯水中的细菌和微生物,防止细菌污染。TOC脱除器布置在抛光混床前，使用用波长185nm的紫外线催化,对水中的有机物进行氧化降解,确保产水TOC

系统末端采用0.1μm微孔折叠膜滤芯过滤，以去除超纯水中存在的细小微粒和细菌，保证产水水质的稳定。

超纯水系统水站部分施工难度最大,其最重要的包含三个部分:设备的搬入及安装、共用管架(简称管架,下同)的制作安装以及管道的安装。设备的搬入一定要注意编制详细的设备吊装方案,特别是对于超重、超大、易损设备,千万不可以野蛮冒险施工。管架的施工要注意两个环节:1管架与土建结构连接处一定要坚固,最好采用预埋铁板。若因种种原因不能预埋,则应用化学铆栓固定,不应使用一般的简易膨胀螺栓。切不可用铁板和简易膨胀螺栓固定在楼板上;2整段管架一定要保持水平,以免管道与管架接触部位由于应力不均匀引起管道弯曲破损。水站的管道施工除CDA、氮气及热交换器用的蒸汽或冷热水管道可以按系统来进行施工外,其他站内管道施工可分为两大部分,即管架管道施工和设备周边配管施工。开工初期两部分可以同时进行实施工程。当管架直管段与设备本体配管完成之后,应该从设备周边管道向管架管道进行连接配置,最终与管架管道相连形成封闭的管路系统。超纯水系统管道施工与其他一般动力管道施工有很大区别,它除了要保证管道系统的密闭性外,还有更加重要的一点,就是要在施工过程中一定要保证管道的洁净。

简介超纯水系统中CPVC(氯化聚氯乙烯)和PVDF(聚偏二氟乙烯)管道特殊的施工工艺。CPVC和PVDF管材在金属离子及有机碳的析出、无微细粒子、无活菌繁殖等方面,都能满足超纯水系统的要求。管材及附件的加工封装都是在超洁净环境中进行的,因而这两种管道的施工也有一定的特殊性。CPVC管道主要为ASAHI的HP-PVC和SEKISUI的CLEAN-PVC粘接采用相应品牌的胶水，决不可混用。管道切割应采用旋转式割管器,不可用手锯(因为手锯切管管端毛刺多容易污染管道)。切口的毛刺一定要清除干净,且要对管端用专用倒角器进行内外倒角,以免粘接时胶水被刮入承口内,造成因人为施工不当减小粘接面使管道粘接部位泄漏。管件和管道粘接面涂胶一定要均匀,涂胶前对管件的内面及管道的外面先用白布去除外表灰尘,再用无尘布蘸丙酮进行脱脂清洗。此外更重要的一点就是CPVC管道的洁净施工,这也是它与其他普通PVC管道施工的最大区别。CPVC管道粘接施工严格的说应该在洁净间内进行,而后再采用法兰在现场连接。但由于施工现场的种种特殊情况,管道往往要在现场进行下料粘接安装。但需注意在现场施工时,施工区域要相对干净(不得有很大的灰尘)。粘接施工时禁止在地面上进行,应在加工平台上进行粘接操作。施工时一定要戴上专用洁净一次性手套,施工过程中禁止徒手接触管道的内壁(因为手上的油脂粘在管内壁很难冲洗干净)。管道在插入时使用紧线器,并划线以确认插入的深度是否足够。管道插入后必须加力保持一到两分钟。法兰间密封材料应用PTFE或EPDM，必须是脱脂禁油的。堆放场所需要垫上彩条布或塑料薄膜对管道进行保护，管口必须用缠绕膜包裹。

PVDF管道全部采用焊接连接。在施工过程中,更要注意洁净,同时对于施工环境的要求更加严格。PVDF管道焊接必须在洁净小室内进行,不得在一般的房间内进行实施工程。进入洁净加工间必须换上专用鞋,管口及附件在洁净间外必须封口不得外露。对于管件的包装材料必须在施工前才能开封,在焊接操作时必须带好一次性洁净PVC手套,焊接前必须用异丙醇、酒精或丙酮对管端进行脱脂、清洗。清洗用布要采用无尘洁净布,不干净的无尘布要及时更换。辅助焊接的人员也须带上洁净棉手套。对于每一个焊口,焊完之后必须及时进行外观检查,要求焊口四周的焊露高低均匀并高于管道外壁。在PVDF管道焊完之后必须及时对管口进行封扎,再运到现场采用法兰连接,法兰间的密封材料采用PTFE。管道安装时先在现场量取尺寸绘制详细的安装加工图,再由专人进行管道焊接加工。焊接、安装人员各负其责以提高工作效益。

总之在超纯水设备系统施工过程中，除了要满足各设备和管道系统的密闭要求外，更重要的就是要注意提高施工人员的熟练程度和洁净意识，并且加强现场施工管理，严格按照洁净管道施工要求去做，根据水处理不同阶段的不同要求进行施工，以避免因施工不当对管道造成污染，使得处理水质达不到业主要求，引起质量事故的发生。

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