При фильтрации сверхчистой воды используется ряд физических и химических методов для удаления из воды таких примесей, как взвешенные частицы, коллоиды, растворенные ионы, органические вещества и микроорганизмы, что позволяет достичь чрезвычайно высоких стандартов чистоты. Полученная чистая вода отвечает требованиям точного производства, химического машиностроения высокого класса, биомедицины и других областей применения, требующих чрезвычайно низкого уровня примесей.
Какой уровень фильтрации сверхчистой воды требуется?
Сопротивление:
Ультрачистая вода обычно имеет удельное сопротивление 18,2 MΩ-см (25°C). При этой температуре концентрация ионов в воде чрезвычайно низка. Таким образом, приближаясь к уровню теоретически чистой воды.
Общий органический углерод (TOC):
Для сверхчистой воды обычно требуется значение TOC менее 5 ppb (менее 1 ppb в некоторых полупроводниковых приложениях).
Содержание частиц:
Мы должны контролировать количество частиц ≥0,1 мкм до менее чем 10 на миллилитр. Это необходимо для того, чтобы предотвратить прилипание мельчайших частиц к поверхностям прецизионных компонентов и ухудшение их характеристик.
Содержание микроорганизмов:
Сверхчистая вода должна быть стерильной (общее количество колоний <1 КОЕ/мл).
Как происходит фильтрация сверхчистой воды?
Мы можем разделить процесс очистки на Система ЭДО состоит из пяти этапов. Они включают предварительную обработку, первичную обработку обратным осмосом, вторичную обработку обратным осмосом, глубокую обработку EDI и контроль качества воды на терминале.
1. Этап предварительной обработки
Сначала исходная вода проходит последовательную очистку через мультимедийный фильтр, активированный уголь и фильтр безопасности. Затем добавляется ингибитор накипи (жесткость 8,5) или слишком низок (<5,5), необходимо отрегулировать pH до 6,5-7,5, чтобы соответствовать оптимальному рабочему диапазону pH мембраны обратного осмоса.
Этот процесс удаляет из исходной воды взвешенные твердые частицы, коллоиды, остаточный хлор, жесткость (Ca²⁺, Mg²⁺) и некоторые органические вещества. Это предотвращает последующее образование накипи, загрязнение или окислительное повреждение мембраны обратного осмоса, обеспечивая стабильную работу системы обратного осмоса.
2. Первичная ступень очистки обратным осмосом
Во-вторых, насос высокого давления нагнетает давление в предварительно очищенной воде до 1,5-2,5 МПа. Используя высокоплотную, устойчивую к загрязнениям мембрану обратного осмоса, давление проталкивает молекулы воды через мембрану, образуя “воду продукта”. Растворенные ионы и органические вещества сохраняются в виде концентрированной воды (20%-30%, которая может быть сброшена или переработана).
Вода с продуктом поступает в буферный резервуар. При этом необходим онлайн-мониторинг удельного сопротивления (100-500 кΩ・см), электропроводности и скорости опреснения ≥97%. Ненормальные показатели (например, снижение скорости опреснения из-за засорения мембраны) вызывают сигнал тревоги.
При этом из предварительно очищенной воды удаляются 97% растворенные ионы, крупные органические молекулы и некоторые микроорганизмы, что значительно снижает содержание примесей в воде.
3. Вторичная ступень очистки обратным осмосом
В-третьих, потому что соленость первичной пермеатной воды значительно снизилась. Вторичный насос высокого давления повышает давление до 1,0-1,8 МПа (ниже, чем
первичную пермеатную воду для предотвращения повреждения мембраны). Мы можем выбрать мембрану обратного осмоса с более высокой эффективностью опреснения (например, с низким уровнем обрастания). Пермеатная вода должна иметь удельное сопротивление ≥150 кΩ・см, TOC <50 ppb и кремнезем <0,1 мг/л (для предотвращения образования накипи на EDI). Если TOC превышает указанные пределы, мы можем добавить блок УФ-окисления с длиной волны 185 нм перед вторичным обратным осмосом.
Вторичный концентрат обратного осмоса (с более высокой соленостью, чем первичная пермеатная вода, но более низкой, чем сырая вода) может быть возвращен в первичную воду обратного осмоса для повторной обработки. Таким образом, общий коэффициент извлечения воды достигает 70%-80%.
После такой обработки очищенная вода полностью соответствует требованиям к качеству исходной воды для EDI. Общая скорость удаления ионов составляет ≥99,5% (по сравнению с исходной водой), а удельное сопротивление проникающей воды составляет 150-1000 kΩ・cm, при этом TOC ＜50 ppb.
4. Глубокое опреснение EDI
После вторичной очистки обратным осмосом вода проходит через модуль EDI (содержащий ионосвязывающую мембрану, смолу и электроды), и мы пропускаем через него постоянный ток (1-5 А). Ионы мигрируют в концентрационную камеру для разрядки. Затем регулируется скорость потока пресной воды (1-3 л/мин на модуль) и контролируется удельное сопротивление воды в продукте.
Эта обработка позволяет достичь основных спецификаций для сверхчистой воды в промышленности. Таких, как требования полупроводниковой и биофармацевтической промышленности. Эффективность удаления ионов ≥99,9%, удельное сопротивление воды в продукте 15-18 MΩ см, TOC <10 ppb и содержание кремния <0,01 мг/л.
5. Обеспечить качество воды в терминале
На терминале необходимо использовать микрофильтрационную мембрану 0,02-0,1 мкм или ультрафильтрационную мембрану, чтобы перехватить фрагменты смолы и микроорганизмы, которые могут выпасть из модуля EDI.
Мы должны адаптировать ультрафиолетовую (УФ) стерилизацию к конкретной области применения. Например, в биофармацевтической и пищевой промышленности для уничтожения микробной ДНК используются ультрафиолетовые лампы с длиной волны 254 нм. В некоторых случаях для снижения содержания ТОС до ＜5 ppb можно добавить ультрафиолет с длиной волны 185 нм. Резервуары для хранения сверхчистой воды в полупроводниковой промышленности могут быть заполнены высокочистым азотом с чистотой ≥99,999% для изоляции воздуха.
Наконец, мы пропускаем сверхчистую воду через трубы из нержавеющей стали 316L. Это предотвращает размножение микроорганизмов в застойной воде и снижает адсорбцию примесей.
Эта обработка отвечает экстремальным требованиям к воде, предъявляемым в высокотехнологичных промышленных установках. Вода конечного продукта имеет удельное сопротивление 18,2 MΩ・cm (25°C), TOC <5 ppb, содержание частиц ≥0,1 мкм <1 частицы/мл, и является стерильной.
Где можно использовать фильтрацию ультрачистой воды?
① Полупроводниковая и электронная промышленность
Во время процессов производства полупроводниковых микросхем (таких как очистка пластин, фотолитография и травление) ионы, частицы и органические вещества, содержащиеся в воде, могут вызывать замыкания в микросхемах и искажать фотолитографические рисунки.
Наша система фильтрации сверхчистой воды использует комбинированный процесс “RO + EDI + UV + терминальная ультрафильтрация” для получения стабильной, высокочистой воды для производства чипов.
② Биофармацевтическая промышленность
Сверхчистая вода, используемая в фармацевтическом производстве и для очистки медицинских приборов, должна отвечать требованиям надлежащей производственной практики (GMP): стерильность, отсутствие пирогенов (эндотоксины < 0,25 EU/mL) и TOC ＜ 5 ppb.
Система фильтрации использует процесс “UF + RO + EDI + терминальная стерилизующая фильтрация” для удаления микроорганизмов и пирогенов, предотвращая фармацевтическое загрязнение.
③Энергетическая промышленность
Ионные примеси в котловой воде, используемой на тепловых или атомных электростанциях, могут вызвать образование накипи на стенках котла, что приводит к снижению тепловой эффективности, коррозии труб и даже взрывам.
При фильтрации сверхчистой воды используется процесс “обратный осмос + ионный обмен” для снижения удельного сопротивления питательной воды котла до 5-10 MΩ・cm и жесткости (измеряемой как CaCO₃) менее 0,1 мг/л, что уменьшает образование накипи и продлевает срок службы оборудования.
④ Новая энергетическая промышленность
При производстве катодных материалов для литиевых батарей и фотоэлектрических кремниевых пластин ионы металлов (такие как Na⁺ и K⁺), содержащиеся в воде, могут влиять на емкость батарей и эффективность преобразования фотоэлектрических модулей.
Системы фильтрации сверхчистой воды должны контролировать содержание ионов металлов до уровня менее 0,1 ppb. Используя процесс “обратный осмос+EDI+хелатирующая смола”, они обеспечивают получение воды низкой степени очистки для синтеза новых энергетических материалов.
Какие проблемы возникают при использовании оборудования для получения сверхчистой воды?
Высокое энергопотребление
Основные технологии, такие как обратный осмос и EDI, потребляют значительное количество электроэнергии (например, для обратного осмоса требуется рабочее давление 1-4 МПа). Некоторые традиционные ионообменные процессы требуют частого использования кислот и щелочей для регенерации, что приводит к высоким эксплуатационным расходам и значительной нагрузке на окружающую среду.
Плохая адаптация к сложным условиям качества воды
Некоторые промышленные исходные воды (например, сточные воды с высоким содержанием солей и сточные воды, содержащие тяжелые металлы) имеют сложный состав, что делает системы фильтрации восприимчивыми к засорению мембран и отравлению смолами, требуя частой замены расходных материалов.
Какие усовершенствования существуют в области фильтрации сверхчистой воды?
Обновление энергосберегающих технологий
Использование мембран обратного осмоса с низким энергопотреблением и новых модулей EDI (снижение энергопотребления более чем на 30%) в сочетании с системами рекуперации отработанного тепла позволяет снизить энергопотребление.
Встроенное оборудование
Ориентируясь на потребности малых и средних заказчиков, мы используем модульное оборудование для получения сверхчистой воды (например, интегрированные установки “предварительная очистка + обратный осмос + EDI”), чтобы сократить цикл установки и снизить эксплуатационную сложность.
Заключение
В фильтрации сверхчистой воды используется многоуровневый процесс очистки, сочетающий двухступенчатый обратный осмос и EDI, для превращения обычной сырой воды в сверхчистую воду высочайшей чистоты. Это обеспечивает гарантию высокого качества воды для развития ключевых отраслей промышленности, таких как полупроводники, биофармацевтика и новая энергетика.
В настоящее время они сталкиваются с такими проблемами, как высокое энергопотребление и плохая адаптация к сложному качеству воды. Индустрия водоподготовки внедряет инновации и переходит на более эффективные и экологичные решения. Помочь мировой обрабатывающей промышленности перейти к точному и низкоуглеродному производству.
Если у вас есть другие вопросы по системе EDI, вы всегда можете проконсультироваться с нами.
