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刘建伟1，莫德举1，寇玉香2
(1.北京化工大学信息科学与技术学院；2.新疆维吾尔自治区农科院)
摘要：介绍了清华大学微电子所VLSI超纯水站工艺设计思想及设备选型，并阐明了对关键设备选型及材质的技术要求。
关键词：超纯水站；设计；工艺；设备选型
中图分类号：TU991.36 文献标识码：C 文章编号：1000-4602(2001)03-0044-03
清华大学微电子所超纯水站产水用于超大规模集成电路(VLSI)的清洗工艺，其产水量为10m3/h(24 h运行)。超纯水站原水温度≥13 ℃，压力为0.2～0.5 MPa，原水水质见表1，产水水质(超滤出口)见表2。
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表1 原水水质 |
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指标 |
数值 |
指标 |
数值 |
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K+(mg/L) |
2.51 |
HCO3-(mg/L) |
127.31 |
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Na+(mg/L) |
19.14 |
Cl-(mg/L) |
23.1 |
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Ca2+(mg/L) |
37.5 |
F-(mg/L) |
0.55 |
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Mg2+(mg/L) |
15.50 |
SiO2(mg/L) |
18.1 |
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Fe2+、Fe3+(mg/L) |
0.05 |
CO2(mg/L) |
4.43 |
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Zn2+(mg/L) |
0.04 |
总硬度(德国度) |
9.3 |
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Mn2+(mg/L) |
0.02 |
COD(mg/L) |
2.296 |
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pH |
7.66 |
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表2 出水水质 |
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项目 |
数值 |
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电阻率(MΩ·cm，25℃) |
≥18 |
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微粒＞0.1 μm(个/mL) |
≤5 |
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微量离子如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、Zn2+、Cl-(μg/L) |
≤0.5 |
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总金属(μg/L) |
≤1 |
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细菌(个/mL) |
≤0.01 |
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SiO2(μg/L) |
≤5 |
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TOC(μg/L) |
≤10 |
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溶解氧(μg/L) |
≤30 |
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出水水压(MPa) |
≥0.25 |
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1.1预处理系统
预处理系统包括原水箱、水泵、絮凝剂加药泵、管道混合器和多介质过滤器及反洗水泵等设备及其相关的管道和仪表。为调节原水的供应、稳定系统的进水压力，采用15m3 FRP水箱一台。水泵为预处理工段提供动力，采用立式多级泵，共2台，一用一备，单台额定流量Q＝17.5m3/h，H=539 kPa。
絮凝剂加药系统采用PAC絮凝剂，设计投加量为10 mg/L，质量分数为5%。絮凝剂计量泵选用电磁驱动隔膜计量泵。管道混合器使原水与絮凝剂快速充分混合。
多介质过滤器主要去除水中的悬浮物和胶体。通过在进水管道投加絮凝剂，采用直流凝聚方式，使水中大部分悬浮物和胶体变成微絮体在多介质滤层中截留而去除。多介质过滤器共2台，每台规格为1 500，每台过滤量为17.6m3/h，一用一备，滤速为8 m/h，反洗强度为12L/(m2?s)。
多介质过滤器的反洗可根据累计流量来决定，反洗水采用原水，反洗泵采用立式多级泵(1台)，每次反洗时间为10 min。
预处理系统应保证出水SDI值(微粒浓度指数)＜5。
1.2 RO系统
包括两级RO装置、清洗系统和中间水箱。
RO主要去除水中溶解盐类，同时去除一些大分子和前阶段未去除的小颗粒等。选用ESPA3膜并采用两级RO工艺可有效去除水中离子，同时使出水满足后续EDI装置工艺进水要求。RO装置包括1台5 μm过滤器，2台高压泵和5根压力容器，每根压力容器装有5支膜，一级RO按2∶1排列，二级RO按1∶1排列。一级RO装置产水量为13.2m3/h，回收率75%；二级RO产水量为11.2m3/h，回收率为85%。
为确保RO装置的稳定运行，在RO前设置了UV消毒器和阻垢剂加药系统。UV消毒器1台，处理量为17.6m3/h，主要作用是杀死水中的细菌，避免RO膜受到污堵。紫外灯发射波长为254 nm，强度为30 000 μWs/cm2，杀菌率为99%。
为防止RO装置中浓水侧结垢，须在进水中投加阻垢剂，阻垢剂采用FLOCON260，设计投加量为2.4 mg/L。或采用PTP0100阻垢剂，设计投加量为1 mg/L。
为去除水中的CO2，在两级RO之间投加NaOH调节一级RO出水的pH值为7.83，NaOH的设计投加量为4.5 mg/L。
RO清洗系统为撬装设备，包括清洗箱、5 μm过滤器和清洗泵。当RO系统发生结垢或污堵时可对RO装置进行清洗，同时也可清洗EDI。
中间水箱的功能为储存RO产水、调节水量，使系统运行可以灵活调节。
两级RO系统产水的电导率＜10 μs/cm，SiO2含量＜500 μg/L，TOC＜50 μg/L。
1.3 EDI去离子系统和脱氧膜系统
包括中间水泵、EDI装置、脱氧膜组、真空泵。
中间水泵为EDI装置和脱氧膜组提供动力。采用立式多级泵2台，一用一备，单台流量Q＝11.2m3/h，H=490 kPa。
选用流量为11.46m3/h的EDI机组，产水量为10.7m3/h，回收率为95%，产水电阻率稳定在17.5 MΩ?cm以上，SiO2＜20 μg/L。
系统设有一台脱氧膜组，产水量为10.7m3/h，包括6根脱氧膜元件，脱氧膜元件为4×28—X40型，分成两组，每组三级串联，除氧率为99.58%，出水含氧量＜30 μg/L，脱氧膜配有一台2BV5型液环式真空泵，真空值为6.65 kPa，抽真空体积流量为120m3/h。
1.4循环精处理系统
循环精处理系统包 |
