和泰水机 smart-S15  master-S15  上海和泰纯水机 
当前位置:首页 > 膜分离技术与现代超纯水

膜分离技术与现代超纯水

[导读]在现代超纯水制备系统的预处理、脱盐和精处理的三个阶段, 膜分离技术正逐渐代替传统的净化工艺。本文系统介绍了膜分离技术的具体应用情况。

膜分离技术是本世纪印年代以后发展起来的新技术, 它是利用半透膜来实现分离、纯化等目的。水处理系统中所使用的膜分离技术主要有微孔过滤( M )F超过滤( UF )建(NF )、反渗透( RO ) 和电渗析(ED ) 等, 其共同特点是利用高分子半透膜来实现杂质与水的分离。它与传统的水处理方法相比具有高节能易操作等优点。在这些膜分离技术中只有DE 是杂质( 离子) 透过膜, 水不透过膜; 其余均为水透过膜, 杂质被截留。以M FUFNFRO 为代表的膜技术的应用对于超纯水制造具有不可替代的决定作用表l 所列为水处理用膜方法比较

微电子工业所需的超纯水水质是极其严格的, 特别是超大规模集成电路的水质要求成为当代超纯水水质的极值。美国AS rp M5D 127一90(1990) )SE M I ( 1995) 及我国<电子级水>( G B / T11446.1-1997) 都列出了详细的要表2 列出了线宽为亚微米级( 例如0.35) 超大规模集成电路的水质要求。超纯水制造一般都经过预处理一脱盐一精处理等三个阶段, 人们越来越发现几乎在系统的每个阶段都离不开应用膜分离技术, 在超纯水系统的各个阶段不断以膜分离技术代替传统的净化工艺是现代超纯水技术的发展趋势

1. 以膜分离代替传统的预处理工艺:预处理的主要任务之一是去除原水中的悬浮物、有机物等杂质, 以满足反渗透、电渗离子交换等脱盐装置的进水要求。反渗透装置对进水水质的要求最严格, 以RO 特有的参数sD I 或R ( 污染指数) 为主要衡量指标, 卷式RO 要求进水SDI < 4。传统的预处理方法是凝聚一多介质过滤一活性炭吸附等过程, 这些方法大都沿用了从浊度较高的河水净化到自来水的处理工艺; 而超纯水的制造是以自来水为水源进一步纯化的。从理论上说, 机械过滤只截留> 0.5的颗粒, 对有机物的截留率更低。而膜过滤正是去除自来水中微量悬浮有机物最有效的方法, 用U FM F 代替传统的过滤工艺是完全可能的。大连铁道学院曾试验以U F 代替传统的预处理工艺, 取得了可喜的成果, 可将原水的污染指数( SDI 或FI) 从8 一10 降低到< 1系统采用两根姚O x l 20 中空纤维UF 组件串联,( Q = 400L/h,P = 0.1MPa, 膜切割分子量MW = 6000-50000)试验中每4 h 反冲洗一次, 经1000H运行水通量基本稳定表3 列出了其试验的结果预处理的另一任务是软化, 防止RO 的膜结垢。一般常用钠离子交换软化法, 但也存在需中断工作再生及耗盐的缺点。采用NF 进行软化是一种有效的方法, 对于钙镁及硫酸盐硬度去除率可达o % , 同时也可脱盐达50一70 % , 工作压力只需0.以一0.4MaP, 见表o4

2. 以膜分离替代传统的脱盐工艺

传统的脱盐工艺主要是离子交换法, 由于大量使用酸碱再生以及由此而产生的腐蚀及环保问题一直是困扰人们的难题膜分离方法的不断发展, 正在逐步替代这些传统方法。首先, 是单级反渗透的使用。RO 可以去除90% 以上的电介质, 出水电阻率达到0.05一0.1Mn. e m , 可使后面离子交换装置的周期制水量增加数倍、酸碱耗降低数倍作为复床式离子交换的预脱盐设备已被广泛使用, 取得良好效益其次, 由于双级反渗透( oD ubl eoR ) 的出现, 使出水水质提高到0.5 一1 Mn一c m , 使得在原水含盐量不太高时完全代替复床式离子交换有了可能。双级RO 系统中第一级采用CA(醋酸纤维素) 膜, 第二级采用TF C ( 聚酞胺复合) 膜

充分发挥以膜耐氯和TF C 膜脱盐率高的特点。在两级RO 之间调整PH 值有利于CO2,TOC,SIO2的截留近来, “ 电脱盐” 的出现使得代替混合床也有了可能对于深度脱盐( 电阻率> 1 一ZMn一c m ), 传统的唯一方法是采用混合床离子交换法。混合床的缺点是再生分层困难操作复杂易产生阳阴树脂交叉污染影响出水水质以及有再生酸碱废液排出等or MC S 公司19 87 年推出了EDI ( Electrtxleiionazt ion 即“ 电脱盐” 设备, 也有称为CD I,Cont iune Deioniaztion 即“ 连续除盐” ;国内曾称“ 树脂填充床电渗析”)它是在电渗析淡室的选择性离子交换膜之间填充混合离子交换树脂, 在电压作用下利用离子交换膜的选择透过性和离子交换树脂的交换作用达到深度除盐的目的; 离子交换树脂再生所需的H和O H 离子, 是由在电压作用下水的电解而产生的。因此它可以连续除盐而不需要停下来再生。它是集电渗析、混合床离子交换及鱼亘生为一体的脱盐设备。在满足进水水质( 表5) 的前提下,EDI 的出水水质可达16M ncm( 25 ℃ ), 水的回收率达卯一95 %北京首钢N E C 二期工程纯水系统设计中已采用由此可见, 以双级oR 与E DI 的组合是一种相当理想的深度脱盐的组合, 只是当需要电阻率更高时最后还需要混合床的提高。必须指出, 在微电子超纯水系统中使用oR 优点绝不仅限于延长离子交换的再生周期, 还在于由于RO 对水中微量胶体有机物的高效截留能力, 使离子交换树脂床出水水质提高, 使用寿命延长。当然, 更重要的是对最终出水的微粒月划〔、细菌等指标的实现起着不可代替的作用。

3.膜分离是精处理的关健微电子工业特别是超大规模集成电路对纯水水质要求的特点是不但对电解质的含量有近乎于理论纯水的要求, 而且对微粒细菌有机物甚至溶解气体等非电解质也有非常苛刻的要求。一般认为: 对纯水中颗粒粒径的要求为集成电路线宽的1 / 10

微电子超纯水系统中, 最后的精处理阶段是至关重要的。正是由于MFUFOR 的微孔的绝对筛滤特性, 它们不仅能用于预处理阶段, 而且成为精处理阶段去除微量非电解质杂质的关键①终端M FUF 过滤微电子工业发展的初期, 集成电路光刻线宽3 一5脚, 对纯水中颗粒要求仅限于> 0.2脚(包括细菌) , 主要应用M F 作为终端过滤手

MF 膜的除菌效果列于表6 。随着微电子工业的发展, 当光刻线宽缩小到1脚时, 则要采用UF 过滤, 用以保证纯水中的微粒<② 终端RO 过滤反渗透膜以其细小的微孔不但能脱盐, 还可以比MFUF 更有效地截留微粒问题于用于最后精处理的oR 不能再次污染超纯水。为此日本东丽公司开发了用于超纯水的-PRO, 其截留性能列于表7 。

③ 膜法脱气

当集成电路发展到亚微米级以上时, 对纯水水质又提出了溶解氧( 以) ) 含量的要求。常用的除氧方法有真空除氧树脂除氧解析除氧等, 最近又开发了膜法除氧。它是采用中空纤维oR 膜, 这种疏水性的膜( TE IF D N 或PE材质) 只能透过气体或氧气。当纯水从中空纤维内通过气体渗透到膜外, 经氮气吹脱可使水中o 降至10闪穿L 以下。

结论:

日新月异的微电子工业对纯水水质提出了越来越高的要求, 膜分离技术的发展使得其在现代超纯水系统中越来越显示重要地位。不仅在脱盐上逐步代替离子交换法; 尤其是对飞℃〔、微粒细菌等指标的要求是传统过滤方式无法达到的, 膜分离技术起着不可替代的作用。逐步采用U-F DRODE IM BP ( 不再生混合床).P RO (MFU )F 等以膜分离技术为主的系统是完全可行的











相关文章