Очистка ультрачистой воды

Очистка сверхчистой воды (СЧВ) - это сложный процесс, предназначенный для получения воды с чрезвычайно низким содержанием примесей, что делает ее пригодной для самых ответственных промышленных, научных и медицинских применений. Системы UPW обеспечивают непревзойденную чистоту воды за счет удаления растворенных твердых частиц, органических соединений, микробов и даже следов ионных загрязнений. Такие отрасли промышленности, как полупроводниковая, фармацевтическая и энергетическая, полагаются на UPW для обеспечения операционной эффективности и соответствия строгим стандартам качества.

По мере роста спроса на более точные и чистые технологии системы очистки сверхчистой воды продолжают развиваться, объединяя в себе передовые технологии очистки и автоматизацию. Эти системы не только отвечают международным стандартам чистоты воды, но и зачастую превосходят их, поддерживая инновации и эффективность критически важных процессов.

Области применения ультрачистой воды

1. Полупроводниковое производство: Обеспечивает сверхчистую воду для промывки пластин, травления и других прецизионных процессов.
2. Фармацевтическая промышленность: Обеспечивает стерильную, не содержащую загрязнений воду для приготовления лекарственных препаратов и инъекционных растворов.
3. Электрогенерация: Производит воду высокой степени очистки для питания котлов, чтобы свести к минимуму образование накипи и коррозии.
4. Лаборатории: Поставляет воду для аналитических приборов и исследовательских экспериментов, обеспечивая точность и надежность.
5. Применение в медицине: Используется в машинах для диализа, в процессах стерилизации и очистки медицинских приборов.
6. Продукты питания и напитки: Обеспечивает высокую чистоту воды для чувствительных производственных процессов, включая производство бутилированной воды и детских смесей.

Преимущества очистки ультрачистой воды

• Непревзойденная чистота: Обеспечивает воду с уровнем электропроводности до 0,055 мкСм/см, что соответствует самым строгим стандартам.
• Эксплуатационная надежность: Предотвращает образование накипи, коррозии и загрязнения в чувствительных системах.
• Соответствие требованиям: Обеспечивает соблюдение международных стандартов качества, таких как ASTM, ISO и USP.
• Эффективность: Сокращает время простоя и повышает производительность в промышленных и исследовательских условиях.
• Экологическая ответственность: Передовые системы минимизируют потери воды и энергии, поддерживая устойчивое развитие.

Технологические достижения в области очистки ультрачистой воды

1. Интегрированные системы: Модульные конструкции объединяют несколько этапов очистки, оптимизируя производительность и уменьшая занимаемую площадь.
2. Интеллектуальный мониторинг: Датчики в реальном времени и интеграция IoT позволяют отслеживать качество воды и производительность системы.
3. Энергоэффективные технологии: Мембраны с низким энергопотреблением и регенеративные процессы снижают эксплуатационные расходы.
4. Автоматизация и управление: Передовые системы управления обеспечивают стабильное качество и упрощают работу.

Проблемы и решения в области очистки сверхчистой воды

• Накипь и обрастание: Предварительная обработка и регулярное обслуживание предотвращают проблемы с отложениями на мембранах и смолах.
• Рост микроорганизмов: Ультрафиолетовая дезинфекция и периодическая очистка снижают риск образования биопленки.
• Высокие первоначальные затраты: Модульные и масштабируемые системы позволяют сократить первоначальные инвестиции для небольших предприятий.

Часто задаваемые вопросы об очистке воды Ultra Pure

Что определяет сверхчистую воду?

Вода с чрезвычайно низким содержанием ионов, органических веществ и твердых частиц, часто превышающая удельное сопротивление 18 МОм-см.

Как сверхчистая вода используется в полупроводниках?

Он очищает пластины и инструменты, гарантируя, что никакие загрязнения не помешают точности производства.

Какое обслуживание требуется для систем UPW?

Регулярная очистка мембраны, регенерация смолы и осмотр системы необходимы для поддержания производительности.

Можно ли использовать сверхчистую воду повторно?

Да, передовые технологии переработки позволяют повторно использовать УПВ, сокращая потребление воды и количество отходов.

Каковы стандарты качества УПВ?

УПВ должны соответствовать таким стандартам, как ASTM D5127, ISO 3696 и USP для конкретных отраслей промышленности.

О компании Ultra Pure Water Treatment

Сверхчистая Вода (UPW) - это вода, которая практически полностью свободна от всех примесей и теоретически содержит только ионы H+ и OH-, находящиеся в равновесии с молекулами H2O. По этой причине электропроводность сверхчистой воды при 25°C составляет приблизительно 0,055 мкСм/см (сопротивление 18,2 МΩ см). Она не содержит измеряемых уровней анионов или катионов, органических веществ или микроорганизмов. Благодаря этому экстремальному уровню чистоты сверхчистая вода незаменимым компонентом во многих чувствительных приложениях, от лабораторного анализа до производства полупроводников. лабораторных анализов до производства полупроводников. Однако по той же причине, поскольку она не содержит растворенных минералов. той же причине, поскольку она не содержит растворенных минералов, она является чрезвычайно "голодный" растворитель и активно растворяет ионы с поверхностей, с которыми вступает в контакт Она даже может извлекать электролиты из человеческого тела, что делает ее небезопасной для употребления в качестве питьевой воды.

Сверхчистая вода имеет большое промышленное значение. Особенно в электронике/полупроводниковой промышленности , от сверхчистой воды зависит безупречная работа микросхем при производстве микрочипов. Поскольку даже самые незначительные ионы или загрязнение даже мельчайшими ионами или частицами может привести к сбоям в работе электронных схем, промывочные воды, используемые в производственных процессах, должны быть сверхчистыми. На сайте the фармацевтическом и биотехнологическом секторах, сверхчистая вода также необходима для приготовления инъекционных растворов для инъекций и очистки оборудования, и она не должна содержать пирогенов (эндотоксинов) и микроорганизмов. На электростанциях электростанции и в энергетическом секторе, очень важно, чтобы вода, подаваемая в паровые котлы высокого давления, была для предотвращения коррозии и образования отложений. На сайте Кроме того, сверхчистая вода используется в таких областях, как производство продуктов питания производство продуктов питания и напитков и исследовательские лаборатории для обеспечения качества продукции и чувствительности анализа. В этом отчете, процессы производства сверхчистой воды и связанные с ними этапы контроля качества будут рассмотрены во всех аспектах; методы измерения и идеальные значения параметров, а также применение в различных отраслях и будущие тенденции. В данном отчете будут рассмотрены процессы производства сверхчистой воды и связанные с ними этапы контроля качества во всех аспектах; методы измерения и идеальные значения параметров; применение в различных отраслях и будущие тенденции.

Сверхчистая Процесс производства воды

Поскольку невозможно получить сверхчистую воду с помощью одного очистку, сырая вода очищается от всех нежелательных примесей, пропуская ее через ряд последовательных ступеней очистки этапов. Как правило, исходная вода сначала подвергается предварительной фильтрации и кондиционированию, затем деионизируется с помощью мембранных установок фильтрации и деионизации под давлением фильтрации и деионизации. На последних этапах применяются передовые применяются передовые процессы для удаления органических и микробиологических примесей. Типичная система получения сверхчистой воды включает в себя многоступенчатый процесс процесс, такой как фильтрация , обратный осмос , ионный обмен или электродеионизация , ультрафиолет (УФ) окисление/дезинфекция , дегазация , и ультрафильтрация . Основные этапы этого процесса и функции каждого из них описаны ниже:

Предварительная обработка

Сырая Сырая вода (сетевая или из аналогичного источника) сначала очищается от взвешенных частиц, осадка и свободного хлора. Для этого частицы в воде обычно задерживаются с помощью песчаных или мультимедийных фильтров . Затем хлор, окисляющие дезинфицирующие вещества, такие как хлорамин и органические вещества, содержащиеся в воде, адсорбируются при прохождении через фильтр с активированным углем. Удаление хлора имеет решающее значение для предотвращения повреждения последующих мембранных ступеней (особенно обратного осмоса) от повреждения хлором. В зависимости от уровня жесткости исходной воды, умягчение (умягчение воды умягчение с помощью ионообменных смол) может быть также может быть добавлено на стадии предварительной обработки для снижения риска образования накипи (накопление известняка) в мембранах обратного осмоса. Действительно, в секции предварительной очистки крупной установки по производству сверхчистой воды, вода обычно проходит через двухслойный (мультимедийный) фильтр, затем через фильтр с активированным углем и, наконец, через катионитовый умягчения; таким образом, осадок и жесткость, которые могут засорить удаляются осадок и жесткость, которые могут засорить мембраны обратного осмоса. Хотя предварительная обработка может может включать различные этапы в зависимости от качества исходной воды, основной целью является снижение нагрузки и продление срока службы установок глубокой очистки.

Реверс Обратный осмос (RO)

Предварительно очищенная вода подается на мембраны обратного осмоса под высоким давлением . Обратный осмос - это процесс, который удаляет большую часть растворенных солей, органических веществ и частиц путем пропускания воды через полупроницаемую мембрану. На этом этапе молекулы воды проходят через мембрану, а растворенные ионы и другие примеси удаляются в виде концентрированного потока. В то время как одноступенчатая система обратного система обратного осмоса обычно удаляет 95-99% растворенных ионов, двухступенчатые (двухпроходные) системы обратного осмоса часто используются для получения сверхчистой воды. При использовании двухступенчатой системы обратного осмоса почти все ионы, органический углерод и коллоидные вещества, содержащиеся в воде, могут быть удалены из воды на 99-99.99%. Например, в одном случае проводимость воды после двухступенчатого обратного осмоса может быть снижена до менее чем 1 мкСм/см, часто даже до 0,1 мкСм/см. Стоки после обратного осмоса обычно отводятся в промежуточный резервуар, где вода хранится для обеспечения непрерывного сырья и сбалансированного потока для последующих процессов.

Деионизация (ионный обмен)

Хотя Проводимость воды, полученной с помощью обратного осмоса, значительно значительно снижается, для достижения уровня, определяемого как ультрачистая воды (18 MΩ см), необходимо также удалить следы ионов, содержащихся в воде. В качестве классического метода используются смоляные колонны со смешанным слоем, работающие по принципу ионного обмена. принцип ионного обмена используются. Этот процесс состоит из колонок, в которых используется сильнокислая катионообменная смола и сильноосновная анионообменная смола. расположенные вместе. В то время как вода с низкой электропроводностью, поступающая из установки обратного осмоса проходит через смешанную колонну ионный ионообменной колонны, остаточные положительные ионы в воде (например, Na+, Ca2+) удерживаются катионной смолой и замещаются ионами H+; в то время как отрицательные ионы (например, Cl-, SO42-) удерживаются анионной смолой и замещаются на OH-. Таким образом, H+ и OH- объединяются, образуя воду а ионные примеси в воде остаются в смоле. Для того чтобы для достижения высокой чистоты обычно используется более одной колонны со смешанным слоем или полная производительность достигается путем периодической внешней регенерации. регенерации. При использовании метода ионного обмена проводимость очень близка к теоретическому пределу электропроводности воды, ~0,055 мкСм/см, может быть достигнута достигается. Однако этот метод требует регенерации смол с помощью химических веществ, таких как кислота и каустик, когда их емкость заполнена. Процесс химической регенерации трудоемок и экологически Неблагоприятный с экологической точки зрения, поскольку требует как трудозатрат, так и обезвреживания отходов. По этой причине сегодня классические ионообменные установки в значительной степени заменяются непрерывно работающими электродеионизационными установками (или в некоторых системах оба метода используются вместе, чтобы обеспечить максимальную чистоты и эксплуатационной гибкости).

Электродеионизация (EDI)

Электродеионизация один Один из передовых этапов очистки - процесс, сочетающий ионный обмен и электродиализ для непрерывного удаления ионов. обмен и электродиализ для непрерывного удаления ионов из воды с помощью электрического поля. Установки EDI состоят из ячеек, заполненных ионообменной смолой со смешанным слоем, и селективных и селективных ионопроницаемых мембран, прилегающих к этим ячейкам. Постоянный ток подается на воду, проходящую через слой смолы, притягивая анионы к аноду и катионы к катоду. Когда ионы покидают ионы покидают слой смолы, они проходят через мембрану в соседнюю камеру концентрированного потока и, таким образом, удаляются из продукта воды. Поскольку в этом процессе смола постоянно обновляется с помощью электричества в этом процессе, не требуется химический регенератор, как в классических системах. системах. EDI обычно интегрируется в выходной патрубок обратного осмоса и позволяет получить воду, эквивалентную по качеству воде, полученной в системе со смешанным слоем деионизации. Хорошо спроектированная система EDI может снизить содержание ионных примесей до уровня <0,1 мкСм/см, и даже слабоионизированные виды, такие как кремнезем, снижается до уровня ppb. Еще одним преимуществом установок EDI является то. они могут работать непрерывно и не подвержены колебаниям качество воды во время остановок или регенерации. Это гарантирует постоянную подачу воды высокой чистоты, исключая при этом повторного потребления химикатов и образования отходов. Технология EDI получила широкое распространение в производстве воды высокой чистоты с 1980-х годов и заменила традиционные ионообменники во многих Сегодня она заменила традиционные ионообменники во многих областях применения.

Сайт Интегрированная система очистки сверхчистой воды, состоящая из установок обратного осмоса и установки EDI. Мембраны обратного осмоса в цилиндрических корпусах из нержавеющей стали корпусах слева, а модули непрерывной электродеионизации и панель управления справа. Компактные системы такого типа могут непрерывно производить воду с сопротивлением 18 MΩ см путем последовательного прохождения исходной воды через системы обратного осмоса и электродеионизации без необходимости химической регенерации.

УФ Окисление и дезинфекция

Ультрафиолетовые (УФ) лучи используются для очистки воды от микроорганизмов и остаточных органических загрязнений. Ультрафиолетовые лампы с длиной волны 254 нм обычно используются для дезинфекции в системах сверхчистой воды; Этот ультрафиолетовый свет разрушает структуры ДНК бактерий и других Этот ультрафиолет нарушает структуру ДНК бактерий и других микроорганизмов и препятствует их размножению. Кроме того, ультрафиолетовые лампы с длиной волны 185 ультрафиолетовые лампы с длиной волны 185 нм также широко используются для снижения уровня общего органического углерода (TOC) . Ультрафиолетовые фотоны более высокой энергии с длиной волны 185 нм создают озон в воде, производят гидроксильные радикалы, окисляют органические молекулы в воды и превращают их в CO2 и воду. Таким образом, содержание ТОС в воде может быть снижено до уровня ppb. Во многих системах сверхчистой воды вода подвергается озонированию или окислению ультрафиолетовым излучением с длиной волны 185 нм, а затем дезинфекция и удаление озона с помощью УФ-излучения с длиной волны 254 нм. Например, путем добавлением реакционного резервуара для озонирования и УФ-облучения после двухступенчатого обратного осмоса. можно применить этап, на котором остаточные органические вещества в воде окисляются остатки органических веществ в воде и уничтожаются микроорганизмы. После такого этапа избыток озон в воде разрушается вторым ультрафиолетом, а избыточные ионы задерживаются на следующей ступени смолы/EDI. Благодаря этим УФ-ступеням, значение TOC в сверхчистой воде снижается до очень низких уровней 5-10 ppb, а риск биологического загрязнения сводится к минимуму.

Дегазация

Растворенные Газы в воде могут влиять как на значение электропроводности в системах сверхчистой и нежелательны с точки зрения коррозии и микробиологического роста. Двуокись углерода (CO2) и кислород (O2) являются двумя важными газами в этом отношении. Когда CO2 растворяется в воде, он образует углекислый газ, повышающий электропроводность воды и снижая ее pH; он также может расходовать емкость анионных смол. O2 может ускорить образование биопленки в системах чистой воды и вызвать коррозию в некоторых высокотемпературных системах (например, на электростанциях). По этой причине дегазация установка обычно устанавливается после систем обратного осмоса и EDI при производстве сверхчистой воды. На сайте Наиболее распространенным методом является вакуумный дегазатор: Вода поступает в виде тонкой пленки под низким давлением, а газы, находящиеся над ней, удаляются из газы из окружающей среды под действием вакуума. В качестве альтернативы используются мембранные дегазаторы В этих гидрофобных мембранных контакторах вода течет по одной вода протекает по одной стороне мембраны из микропористого волокна, в то время как вакуум или очищающий газ (инертный инертный газ, например, азот) проходит через другую сторону. В то время как мембрана удерживает воду, растворенные газы переходят на сторону вакуума и отделяются от воды. С помощью этой технологии уровни CO2 и O2 в воде могут быть снижены до очень низких значений ppb. Фактически, в промышленном заводе по производству сверхчистой воды вакуумный деаэратор может использоваться после обратного осмоса, чтобы снизить концентрацию CO2 и O2 до <10 ppb. Затем, в распределительном кольце, последние следы газов удаляются с помощью мембранных деаэраторов, обеспечивающих максимальное отсутствие газов в воде насколько это возможно. Удаление газов - важнейший этап, помогающий сверхчистой воды сохранить высокую стойкость и предотвратить коррозию в системе.

Ультрафильтрация и окончательная фильтрация

Сайт Конечный выход системы сверхчистой воды обычно содержит ультрафильтрация (UF) установки или аналогичные конечные фильтры для улавливания мельчайших частиц и микроорганизмов, которые могут которые могут попасть в воду . Ультрафильтрация обычно состоит из волоконных мембран с диаметром пор диаметром 0,01-0,1 мкм и могут задерживать коллоидный кремнезем, эндотоксины (пирогены) и бактерии, которые могут содержаться в воде. Поскольку удаление частиц размером более 50 нм (0,05 мкм) имеет решающее значение, особенно в полупроводниковой промышленности, количество частиц в воде количество частиц в воде контролируется с помощью ультрафильтров с диаметром отсечки 0,05 мкм. перед конечным выходом. В хорошо спроектированной системе вода после UF не будет содержать частиц размером >0,05 мкм, менее 1 на миллилитр. Аналогичным образом, мембраны UF могут использоваться для удаления эндотоксинов в фармацевтических системах сверхчистой воды (таких как например, вода для инъекций). Абсолютные фильтры 0,2 мкм также часто используются после ультрафильтрационной установки и в местах использования. На этой заключительной этапе вода непрерывно циркулирует в распределительном контуре , Таким образом, предотвращается образование застойных зон в трубопроводах, поддерживается качество воды и предотвращается образование биопленки. качество воды и предотвращает образование биопленки. В последнем распределительном В конечном распределительном контуре небольшой картридж с низкопроницаемой смолой смешанного слоя (нерегенерируемый полировальник) и, при необходимости, заключительная УФ-лампа. для поддержания качества воды. На конечном выходе системы системы, остаточная вода постоянно контролируется на предмет таких параметров, как таких как удельное сопротивление (проводимость), TOC, количество частиц, концентрация кремнезема и подается в места использования.

Общий вид электродеионизации (ЭДИ) и связанных с ней очистных установок на крупномасштабной установки по производству сверхчистой воды. В этих системах модули ЭДИ (блоки на переднем плане) непрерывно деионизируют воду, прошедшую обратного осмоса. На заднем плане видны модульные блоки EDI с трубопроводами и насосами. EDI широко используется в таких областях, как полупроводниковой и энергетической промышленности благодаря непрерывной работе и отсутствием необходимости в химических регенераторах.

Параметры подлежащие измерению

Сайт Основные параметры, определяющие качество сверхчистой воды, и Методы их контроля перечислены ниже. Постоянный контроль этих параметров необходим для того, чтобы убедиться в том, что вода остается на уровне требуемой чистоты и для обеспечения быстрого вмешательства в случае любого загрязнения:

Проводимость (Сопротивление) : Это самый основной показатель уровня содержания ионных примесей в сверхчистой воде. Поскольку чистая вода имеет очень низкую проводимость (высокое электрическое сопротивление), для измерения используются специальные высокочувствительные зонды проводимости используются для измерения. Кондуктометры обычно представляют собой двухэлектродные или индуктивные датчики, которые могут измерять 0,1 мкСм/см и ниже. Поскольку вода температура воды влияет на проводимость, приборы обычно дают показания с температурной компенсацией, рассчитанные на 25°C. На сайте идеальная проводимость сверхчистой воды составляет ~0,055 мкСм/см (18,2 МΩ см), что является теоретическим пределом чистой воды. воды. Измерение проводимости используется для постоянного контроля качества воды, поступающей в систему и выходящей из нее, в режиме реального времени и для мониторинга качества воды, поступающей в систему и выходящей из нее в режиме реального времени, а также для контроля работы смолы/RO.

Всего Растворенное вещество (TDS) : Выражает общее количество ионного вещества, содержащегося в воде в мг/л (ppm). Значение TDS в сверхчистой воде пренебрежимо мало (обычно <0,1 ppm). Хотя его прямое измерение производится гравиметрическим методом высушивания , на практике TDS вычисляя его из значения электропроводности. Например, в лабораторных приборах проводимость 0,055 мкСм/см обозначается как ~0 ppm TDS. В идеале значение TDS для сверхчистой воды должно составлять 0 ppm; Увеличение проводимости воды указывает на то, что TDS увеличивается. Поэтому TDS контролируется не как отдельный но как производная от электропроводности.

pH : Хотя теоретически значение pH сверхчистой воды нейтрально и составляет 7,0, это один из самых сложных параметров для измерения на практике. практике. Поскольку вода не обладает буферной способностью, она немедленно поглощает CO2 из атмосферы, образуя углекислый газ и понижая pH. По этой причине pH свежеотпущенной сверхчистой воды может иметь любое значение любое значение между 5 и 8. Приборы для измерения рН могут давать нестабильные результаты результаты в сверхчистой воде; поэтому pH обычно не считается критически важным показателем для контроля качества сверхчистой воды. Однако, если требуется измерение pH, более стабильные значения можно получить используя специальный pH-электрод для чистой воды (подходящий для низкой ионной ионной силы) и добавлением нейтральной соли, такой как хлорид калия, в измерительную ячейку. в измерительную ячейку. Поскольку при контакте с воздухом ультрачистая вода понижается до ~5,6 при контакте с воздухом, измерение pH чуть более кислого, чем не означает, что вода грязная; важны такие показатели, как электропроводность и ТОС. такие показатели, как электропроводность и TOC.

Всего Органический углерод (TOC) : Это общий показатель загрязнения воды органическими веществами. На сайте Количество органического углерода в сверхчистой воде должно быть очень низким (на уровне ppb), поскольку органические остатки могут вызывать проблемы, особенно в полупроводниковой и фармацевтической промышленности. в полупроводниковой и фармацевтической промышленности, и могут быть источником питательных веществ для бактерий. Измерение TOC производится с помощью специальных приборов-анализаторов: Обычно органический углерод в образце преобразуется в CO2 с помощью ультрафиолетовых лучей и/или химических окислителей и рассчитывается количество выделившегося CO2. Для этой цели используются, NDIR (инфракрасные) детекторы или методы измерения разности проводимостей. Сверхчистая Анализаторы ТОС в сверхчистой воде достаточно чувствительны для измерения в очень низких диапазоне, например 1-5 ppb. Например, в системах фармацевтической воды системах, TOC должно быть ниже 500 ppb в соответствии с USP; в в производстве полупроводников, TOC < 5-10 ppb обычно является целевым. Постоянный мониторинг уровня TOC важен для поддержания органического загрязнения под контролем. Благодаря современным онлайн-анализаторам TOC, эти низкие уровни отслеживаются в режиме реального времени, а производительность таких компонентов, как таких компонентов, как блок ультрафиолетового окисления, проверяется при обнаружении любого обнаружено повышение уровня.

Температура : Температура воды важна как для эффективности процессов очистки и измерения других параметров качества параметров. Поскольку такие показатели, как электропроводность и рН, чувствительны к температура, температура воды контролируется с помощью датчиками температуры в системах сверхчистой воды, а к измерениям применяется температурная При измерениях применяется температурная коррекция. Сверхчистая вода обычно распределяется при температуре ~20-25°C; более высокие температуры нежелательны. поскольку они могут ускорить биологический рост. Датчики температуры также используются для управления УФ-реакторами или процессами санитарной обработки с подогревом. процессов. Хотя идеальный диапазон может варьироваться в зависимости от конструкции системы но обычно температура воды поддерживается на постоянном уровне около комнатной температуры.

Микроорганизмы Загрязнение (количество бактерий) : Поскольку сверхчистая вода не содержит питательных веществ и не содержит дезинфицирующих средств, микроорганизмы могут размножаться, когда находят подходящие условия. Поэтому микробиологическая чистота воды является критический параметр. Традиционно отбирается проба для измерения уровень бактерий, инкубируется в среде и производится подсчет колоний (КОЕ/мл) выполняется. Кроме того, используются быстрые методы, такие как биолюминесцентные тесты с АТФ или эпифлуоресценция. тесты или эпифлуоресценция микроскопия могут быть использованы. В современных установках по производству сверхчистой воды цель состоит в том, чтобы обеспечить чтобы отсутствие колониеобразующих бактерий в воде во время регулярной эксплуатации благодаря конструкции системы и санитарной обработке . Например, для фармацевтических вод предел обычно составляет <10 CFU/100 мл; в полупроводниковой промышленности гораздо более строгие цели, такие как например, <1 КОЕ/1000 мл. Ультрафиолетовая дезинфекция, озонирование и регулярная дезинфекция горячей водой/химическая дезинфекция применяются для поддержания рост бактерий под контролем. Микробное качество воды необходимо постоянно контролировать, а в случае обнаружения роста микроорганизмов следует немедленно провести дезинфекцию системы при обнаружении любого роста.

Кремнезем (SiO₂) : Особенно для электроники и энергетического сектора уровень кремнезема в воде является важным параметром. Кремнезем может попадать в воду вместе с паром в паровых контурах и оседать на лопатках турбин или оставлять нежелательные остатки на поверхности полупроводниковых чипов. Поэтому концентрация растворенного кремнезема в сверхчистой воде обычно поддерживается на уровне <1-2 ppb. Измерение содержания кремнезема производится с помощью чувствительного колориметрического анализом (молибдатный метод) или инструментальными методами, такими как ИСП-МС. Установки EDI также эффективны для удаления кремнезема; они Они непрерывно удаляют силикатные ионы с помощью сильных основных анионов смолы и электрического поля, снижая уровень кремнезема в воде до следовых уровней. В системах сверхчистой воды электронного класса этот параметр также контролируется в режиме реального времени. этот параметр также контролируется в режиме реального времени путем онлайн измерения с помощью датчиков кремнезема.

Частицы Количество и размер : Субмикронные частицы в воде являются критическим фактором, особенно в производстве полупроводников, поскольку даже наноскопическая частица осевшая на поверхности пластины, может вызвать неисправность в схеме. Поэтому сверхчистая вода должна иметь очень низкий уровень содержания частиц. Лазер Счетчики частиц используются для контроля уровня частиц; например, онлайн-счетчики измеряют количество частиц на миллилитр воды воды для частиц размером 0,05 мкм и выше. В типичном полупроводниковом на типичном предприятии по производству полупроводников целевое количество частиц составляет <1 частицы/мл для частиц >0,05 мкм . Если количество частиц начинает увеличиваться, это означает, что целостность фильтров или возможное загрязнение в системе (например, разрушение смолы, разрушение биопленки). Таким образом, количество частиц используется в качестве индикатора эффективности работы фильтрационных установок и проверки чистоты воды чистоты.

для все вышеперечисленные параметры сведены в Таблица 1. В системах сверхчистой воды эти значения являются целевыми, и любое отклонение от них от них немедленно исследуется, поскольку это может указывать на проблему с производительностью системы.

Таблица 1. Основные параметры качества и типичные идеальные значения для сверхчистой воды.

Качество Процессы контроля

Сверхчистая Системы водоснабжения имеют комплексную инфраструктуру контроля качества инфраструктура контроля и мониторинга качества для обеспечения непрерывности качества воды и вмешательства в случае любого отклонений. Многие из вышеупомянутых параметров пластовой воды контролируются в режиме реального времени с помощью онлайн-датчиков и интегрируются в систему управления технологическим процессом. Основные методы контроля качества применяемые в этих системах, описаны ниже:

Непрерывный Мониторинг и датчики: Приборы такие как электропроводность, температура, pH, давление, расход и уровень воды в резервуаре датчики размещаются в различных точках систем сверхчистой воды. На сайте В частности, датчик электропроводности находится на выходе каждой критической ступени обработки: Например, проводимость измеряется на Например, проводимость измеряется на выходе из системы обратного осмоса и EDI/ионообменника, чтобы контролировать производительность этих устройств. этих устройств. Аналогичным образом, датчики интенсивности света УФ-лампы могут быть для контроля эффективности работы УФ-обеззараживателя или точки отбора проб могут быть размещены непосредственно после воды для подсчета микроорганизмов подсчета. Анализаторы ТОС обычно проводят непрерывные измерения на конечной Обычно TOC-анализаторы постоянно измеряют на конечной стадии или в распределительных линиях для проверки уровня органических веществ. Счетчики частиц также интегрируются в линию распределения на полупроводниковых заводах для непрерывного подсчета частиц размером 50 нм и более. более крупных в воде. Онлайн-анализаторы также могут использоваться для определения специфических таких параметров, как кремнезем и растворенный кислород. Данные со всех этих датчиков передаются в центральную систему SCADA/DCS управление систему.

Данные Анализ и обратная связь: На сайте Собранные в реальном времени данные постоянно сравниваются с заданными предельными значениями. Если какой-либо из параметров качества начинает выходить за пределы целевого диапазона, система подаст сигнал тревоги и будут активированы автоматические/ручные активируются механизмы автоматического/ручного вмешательства. Например, если электропроводность на выходе EDI начинает расти, это может указывать на то, что что смола насыщена или что существует проблема с Система сообщит оператору о тревоге и, если необходимо, эта часть воды будет очищена. при необходимости эта часть воды будет возвращена в систему и не будет подаваться в точку использования. Аналогичным образом, если TOC или количество частиц количество частиц имеет тенденцию к увеличению, система управления предупредит оператора оператора о возможном органическом загрязнении или неисправности фильтра. В передовых системах эти данные рассматриваются как тенденция в ежедневных и еженедельных отчетах, и осуществляется упреждающее планирование технического обслуживания. Например, Например, если датчик перепада давления в фильтре предварительной очистки показывает увеличивающееся со временем засорение, это означает, что фильтрующий элемент элемент близок к замене. Таким образом подход к профилактическому обслуживанию поддерживается.

Автомат Механизмы управления и обратной связи: Сверхчистая системы водоснабжения, как правило, работают в режиме полной автоматизации. Управляющие устройства PLC/DCS блоки управления PLC/DCS настраивают приводы насосов и клапанов в зависимости от качества воды и уровня воды в резервуаре. Например, если уровень воды в резервуаре низкий, установки обратного осмоса и EDI автоматически запускаются и начинают работать, а при высоком уровне - останавливаются. если уровень высокий, они останавливаются. В случае отклонений качества система может предпринять определенные действия по обратной связи: Если электропроводность увеличивается на на выходе из системы обратного осмоса (в случае нарушения целостности мембраны или ухудшения качества сырья), вторая установка обратного осмоса ухудшения качества сырья), активируется блок обратного осмоса второго прохода или эта вода направляется направляется в сточную линию. При обнаружении бактериального загрязнения обнаружено в распределительной линии (например, во время измерения озона или периодического анализа проб). например, при измерении содержания озона или периодическом анализе проб), система может автоматически запустить генератор озона и обеспечить циркуляцию воды, запуская цикл санитарной обработки. Благодаря такому замкнутому циклу управления качество воды поддерживается в заданном диапазоне.

Непрерывный Циркуляция и контроль застоя: . Важным элементом поддержания качества в системах распределения сверхчистой воды распределительных систем является непрерывная циркуляция воды. Вода непрерывно циркулирует в кольцеобразном трубопроводе от резервуара для хранения резервуара к местам использования, а затем возвращается в резервуар. Это рециркуляция гарантирует чтобы в трубопроводе не было мертвых зон или застоя воды. В системе, где поток воды непрерывный, способность бактерий прилипать к поверхности и размножаться, а также накопление частиц сведены к минимуму. Трубопроводы проектируются таким образом, чтобы в них не было тупиков так называемые "мертвые ноги"; клапаны и соединения расположены таким образом, чтобы вода не может застаиваться и образовывать биопленку. Бесперебойная работа является чрезвычайно важна для систем водоснабжения высокой чистоты, поскольку колебания качества воды и рост микроорганизмов могут наблюдаться при остановке и повторном запуске системы, необходимо обеспечить круглосуточную подачу воды когда это возможно. Для этого в критически важном оборудовании (например, в насосах) устанавливаются резервные установки в критически важное оборудование (например, насосы, мембраны, модули EDI); пока один блок находится на техническом обслуживании, другой продолжает работать и производство воды продолжается.

Запись Ведение записей и обеспечение качества: Поскольку Поскольку сверхчистая вода часто используется в строго регламентированных областях, важно важно регистрировать и регулярно предоставлять данные о качестве. В фармацевтической системе водоснабжения, например, почасовая электропроводность и TOC записываются в электронном виде, чтобы обеспечить прослеживаемость. Отклонения и принятые меры документируются. Эти записи необходимы как для как для улучшения процесса, так и для проведения аудита на соответствие требованиям (например, аудита FDA). На сайте Кроме того, через регулярные промежутки времени из системы отбираются пробы и проводятся лабораторные анализы (микробиология, эндотоксины, анализ следов металлов с помощью ICP-MS и т.д.) для проверки показаний датчиков в режиме онлайн и подтверждения соответствия воды стандартам.

Благодаря Благодаря вышеуказанным методам контроля качества, системы ультрачистой воды могут могут эксплуатироваться с высокой надежностью. Следовательно, чем лучше контур измерения, мониторинга и обратной связи разработан, тем лучше будет обеспечена непрерывность качества воды тем лучше будет обеспечена непрерывность качества воды.

Применение Области и промышленное использование

Сверхчистая Вода используется для критических процессов в различных отраслях промышленности. На сайте Ниже приведены основные области применения и их целевое назначение:

Электроника и полупроводниковой промышленности: Один Одним из наиболее распространенных и важных направлений использования сверхчистой воды является производстве полупроводниковых чипов (пластин). Кремниевые пластины необходимо многократно промывать чистой водой во время фотолитографии, травления, и очистки. Поскольку даже мельчайший ион или частица металла в воде могут привести к дефектам в интегральных схемах, необходимо, чтобы чтобы вода, используемая в этом процессе, была сверхчистой. Современный полупроводниковый завод может потреблять тысячи кубических метров сверхчистой воды в день; например, средний завод, обрабатывающий пластин диаметром 200 мм использует ~3000 м3 сверхчистой воды в день, что эквивалентно суточной потребности в воде города с населением 20 000 человек. человек. По этой причине на предприятиях полупроводниковой промышленности устанавливаются водоочистные сооружения и полупроводниковой промышленности и постоянно контролируются. Сверхчистая вода используется на самых разных этапах, включая очистку поверхности пластин очистка поверхности пластин, подготовка химических ванн, приготовление травильных растворов для травления в процессах CMP (химико-механическая планаризация) и окончательное ополаскивание. Таким образом, качество сверхчистой воды в производстве микроэлектроники напрямую влияет на выход продукции и надежность устройства.

Фармацевтика и биотехнологическом секторе: Вода сверхвысокой чистоты необходима в В фармацевтической промышленности в таких категориях, как вода для инъекций (WFI) и очищенная вода . В процессах фармацевтического производства вода используется как в качестве компонента в рецептуре препаратов и для очистки производственного оборудования. Фармакопеи требуют, чтобы вода, используемая в этих областях не содержала пирогенов (эндотоксинов), имела очень низкую микробную нагрузку и ниже определенных пределов по электропроводности/токсичности. Например, существуют TOC < 500 ppb и электропроводность < 1,3 мкСм/см (при 25°C). для WFI. Сверхчистая вода также важна для биотехнологических процессах ферментации; при приготовлении среды для клеточных культур вода не должна содержать ингибирующих веществ. Сверхчистая вода также используется в производстве медицинского оборудования и в аналитических лабораториях для получения для получения безошибочных результатов. В фармацевтическом секторе водные системы обычно подвергаются регулярным циклам стерилизации с использованием озона или горячей воды, а также осуществляется непрерывный контроль качества (например, с помощью онлайн-анализаторов TOC) . Таким образом, качество чистой воды находится под постоянным качество чистой воды в фармацевтическом производстве постоянно контролируется, а безопасность продукции обеспечивается.

Продукты питания и напитков: Хотя использование сверхчистой воды в пищевой промышленности более ограничено по сравнению с другими, чистая вода предпочтительна в критических точках. Особенно в производстве напитков производстве напитков (например, пива, безалкогольных напитков, молочных продуктов), вкус и чистота Вкус и чистота воды напрямую влияют на качество продукции. Сверхчистая вода может использоваться для контроля рецептур, поскольку в ней отсутствуют посторонние веществ, которые могут вызывать вкус и запах. Например, при производстве безалкогольных производстве безалкогольных напитков вода сначала очищается с помощью обратного осмоса и ионного обмена, а затем реминерализуется контролируемым образом для обеспечения желаемый минеральный профиль. Таким образом, получается микробиологически стабильная и нейтральная в микробиологическом отношении вода, а вкус продукта стандартизирован. Пар котлы и тепловые теплообменники могут также требуют чистой воды на пищевых предприятиях; использование сверхчистой или деионизированной воды в качестве питательной воды для котлов предотвращает накопление известняка в оборудовании и повышает энергоэффективность. Вода высокой степени очистки также может использоваться на таких этапах, как промывка продуктов и ополаскивание бутылок, тем самым продлевая срок хранения. В пищевой промышленности системы водоснабжения регулярно очищаются и контролируются на предмет гигиены; использование сверхчистой воды обеспечивает дополнительные преимущества, особенно в группах рафинированных продуктов (напр. производство детского питания, дистиллированных напитков).

Энергия и электростанций: Котел питательная вода и вода, используемая в турбинах на тепловых электростанциях, атомных электростанциях и других объектах по производству энергии, должна быть сверхчистой. Чем ниже электропроводность воды в паровых контурах высокого давления контурах пара высокого давления, тем ниже риск коррозии и отложений в системе. По этой причине на электростанциях сырая вода проходит через мощные системы деминерализации для подготовки питательной воды с очень низкой электропроводностью . На типичных электростанциях для получения воды с очень низкой электропроводностью используется комбинация обратного осмоса + смолы смешанного слоя или обратного осмоса + EDI. для получения воды с проводимостью <0,1 мкСм/см и <20 ppb кремнезема. Такая вода не вызывает накопления кремнезема на лопатках паровых турбин в паровом контуре и не оставляет коррозионных ионов в трубопроводах. В результате срок службы котлов продлевается, а их эффективность сохраняется. Кроме того, сверхчистая вода может использоваться в системах охлаждения генераторов и безопасность системах впрыска на электростанциях (сверхчистая вода особенно предпочтительна в ядерных реакторах, чтобы избежать нейтронопоглощающих примесей, которые вступают в реакцию). Качество воды на электростанциях электростанциях постоянно контролируется с помощью измерений электропроводности и pH; Если наблюдается какое-либо повышение, немедленно принимаются корректирующие меры, такие как регенерация или дозировка химикатов в питательную воду, немедленно выполняются.

Исследования и аналитических лабораторий: Сверхчистая вода является основным инструментом для надежных аналитических методов в университетских и промышленных лабораториях. Вода для растворителей и реактивов используется в аналитических приборах, таких как ВЭЖХ, ГХ-МС, ИСП-МС, ААС , должны быть быть максимально чистыми, чтобы нежелательные пики или шумы чтобы в измерениях не возникали нежелательные пики или шумы. Например, вода, используемая в ВЭЖХ для приготовления подвижной фазы, должна иметь TOC < 10 ppb и проводимость ~0,06 мкСм/см, чтобы улучшить пределы обнаружения. В лабораториях молекулярной биологии, чтобы предотвратить активность ферментов РНКазы/ДНКазы ферментов в исследованиях ДНК и РНК, вода должна быть сверхчистой и не содержащей этих ферментов. В исследованиях клеточных культур культуральные среды готовятся на основе сверхчистой воды, чтобы исключить ионы металлов ионов металлов и органических веществ, которые могут быть токсичны для клеток. Лабораторные Системы сверхчистой воды лабораторного типа (например, устройства для воды типа I по ASTM) обычно включают в себя малогабаритный обратный осмос, ионный обмен, ультрафиолет и ультрафильтрации в компактный блок и производят воду требуемой чистоты на стенде. требуемой чистоты на стенде. Вода, получаемая с помощью этих устройств, является критически важна для воспроизводимости и точности экспериментов. В результате В результате сверхчистая вода используется в качестве эталонного материала в исследовательских лабораториях и это один из ключевых элементов успеха эксперимента.

Вызовы и будущие разработки

На сайте При производстве и распределении сверхчистой воды необходимо решить ряд технических проблем. производства и распространения сверхчистой воды. В то же время новые технологии разрабатываются в соответствии с растущими потребностями и и целями устойчивого развития. В этом разделе сначала будут рассмотрены текущие проблемы, а затем - будущие разработки.

Технический Проблемы и ограничения:

Микроорганизмы Загрязнение: Один Одна из самых постоянных проблем в системах сверхчистой воды - это рост микроорганизмов. Хотя отсутствие питательных веществ в воде замедляет рост микробов, если бактерии прикрепляются в любой точке системе (например, в мертвых объемах), они могут быстро образовать колонии. Это не только ухудшает качество воды, но и снижает производительность оборудования за счет образования биопленки на поверхности мембран и смол. поверхностях. Периодическая химическая очистка или санитарная обработка горячей водой и паром, чтобы держать микроорганизмы под контролем. В то время как очистка от биопленки проводится регулярно с помощью горячей (~80-90°C) в фармацевтических системах водоснабжения, постоянная дезинфекция озонирование и ультрафиолетовое облучение предпочтительнее в полупроводниковом секторе. Тем не менее, трудно поддерживать абсолютно стерильные Тем не менее, поддерживать полностью стерильные условия сложно, и этот баланс очень хрупок. В современных системах, благодаря бесперебойному потоку в распределительных линиях и фильтрам 0,2 мкм, бактерии обычно не обнаруживаются в местах использования, но достижение этого результата требует серьезной конструкторской и эксплуатационной дисциплины.

Частицы и коллоидных загрязнителей: Наноразмерные частицы, которые могут присутствовать в сверхчистой воде, могут быть критическимисточником источником дефектов, особенно в производстве полупроводников. Каждая поверхность через которую проходит вода (резервуар, труба, клапан и т.д.), может выделять частицы, пусть даже очень незначительные, с поверхности материала. В Кроме того, остатки клеток, образующиеся в результате гибели микроорганизмов в Кроме того, остатки клеток, образующиеся в результате гибели микроорганизмов в системе, также вносят свой вклад в количество частиц. По этой причине цель состоит в том, чтобы в воде практически не было частиц размером более 0,05 мкм. Для достижения этой цели используются такие градиентные барьеры, как мультимедийная фильтрация, картриджные фильтры и ультрафильтрация. Однако из-за ограничений технологии измерения частиц, может оказаться невозможным невозможно обнаружить коллоиды, например, менее 10 нм, а частицы такого размера не могут быть полностью предотвращены даже с помощью развивающихся технологии. Кроме того, такие факторы, как качество сварки (гладкие, свободные от частиц сварные швы) и качественная очистка труб на заводе. швы) и хорошая очистка системы во время сборки являются факторами которые увеличивают или уменьшают риск загрязнения частицами. Ожидается ожидается, что в будущем эта проблема будет сведена к минимуму с помощью более чувствительных счетчиков частиц и передовых методов фильтрации технологий фильтрации.

Органика Контроль органического вещества и ТОС: Органические Примеси представляют собой двойную проблему в системах сверхчистой воды: Хотя они питают бактерии, но также могут вызывать нежелательные реакции в полупроводниковых процессах. Поддерживать содержание органических веществ в воде на невероятно низком уровне в 1-5 ppb является сложной задачей даже при использовании современных технологий. технологии. Хотя мембраны обратного осмоса удаляют многие органические вещества, некоторые низкомолекулярные соединения углерода (например, углеродные соединения с низким молекулярным весом) некоторые низкомолекулярные соединения углерода (например, метан, углерод в ацетоне) могут проникать через мембрану. Ионообменные смолы также могут иногда выделять органические вещества из своей собственной структуры (например, утечка ТОС из новых смол при первом заборе воды). Хотя органические вещества окисляются с помощью УФ-излучения с длиной волны 185 нм и озонирования, побочные продукты реакции (например, формальдегид, ацетат. формальдегид, ацетат) могут образовываться и должны быть уловлены. TOC Анализаторы также имеют предел обнаружения всего ~0,5 ppb, что означает, что даже если содержание ТОС в воде ниже чувствительности прибора. чувствительности, органические молекулы не могут быть полностью удалены. Проблема Задача состоит в том, чтобы поддерживать содержание органических веществ в воде на стабильном уровне уровня, не поддающегося обнаружению с помощью современных технологий измерения. Исследования передовых технологий УФ-светодиодов, фотокаталитических процессов или новых адсорбирующих материалов для более эффективного удаления органических веществ в будущем. удаления органических веществ в будущем.

Ионные Примеси и пределы измерения: Концентрация ионов в сверхчистой воде Концентрация ионов в сверхчистой воде настолько мала, что специальные методы могут потребоваться даже для измерения некоторых критических ионов (напр. бор, натрий, калий). Стандарты чистоты, установленные для воды в полупроводниковой промышленности, иногда превышают пределы обнаружения существующих анализаторов. Например, содержание металлических примесей в воде составляет (частей на триллион), но не существует технологии, позволяющей не существует технологии, которая могла бы регулярно измерять эти показатели. Это создает неопределенность в обеспечении качества обеспечения качества: теоретически вода считается чистой, но, поскольку ее нельзя измерить, она не может быть определенно очищена. ее нельзя измерить, нельзя окончательно убедиться в том, что она действительно ли она так чиста. Кроме того, трудно точно измерить воду с низкой электропроводностью; даже малейшая примесь CO2 или паразитный эффект от окружающей среды в датчике проводимости может нарушить результаты измерения. Поэтому необходимо с особой тщательностью подходить к таким вопросам, как калибровке измерительных приборов и методах отбора проб. В В будущем разработка пределов обнаружения таких методов, как ионная хроматография и ИСП-МС , а также обеспечение возможности онлайн-мониторинга уменьшит эту проблему проблему.

Оборудование Срок службы и техническое обслуживание: На сайте При эксплуатации систем сверхчистой воды износ мембран и смол со временем и снижение эффективности представляют собой значительные трудности. Мембраны обратного осмоса подвергаются обрастанию (засорение) со временем из-за жесткости и коллоидных загрязнений в питательной воде; если мембраны не очищаются с помощью периодической химической очистки (CIP), выходная проводимость увеличивается, а скорость потока снижается. выходная проводимость увеличивается, а скорость потока снижается. Ионообменные смолы, даже если они обновляются с помощью регенерации, имеют ограниченный срок службы и подлежат замене после определенного количества циклов. Если накипь или органические отложения образуются в блоках EDI, производительность блока может ухудшиться, а качество добываемой воды - снизиться. качество добываемой воды может снизиться. Ультрафиолетовые лампы теряют свою эффективность после УФ-лампы теряют свою эффективность через определенное количество часов работы и подлежат замене. Все эти Все эти виды технического обслуживания должны быть хорошо спланированы, чтобы не нарушить производство воды. Крупные предприятия обычно поддерживают качество воды Во время технического обслуживания на крупных предприятиях обычно сохраняется качество воды за счет запасных частей каждого критически важного узла. Отказы оборудования или человеческие ошибки также являются ситуациями, которые ставят под угрозу Например, клапан, оставленный в неправильном положении, может может привести к утечке воды. По этой причине ключевые точки системы защищены двухпроверочными клапанами, а операторы регулярно проходят обучение.

Будущее Разработки и тенденции:

Следующий Технологии очистки нового поколения: Инновационные В области очистки сверхчистой воды продолжают разрабатываться инновационные технологии. Одна из них - передовые мембранные процессы, которые появились в качестве альтернативы или дополнением к обратному осмосу . Например, такие методы, как * прямой осмос * и мембранная дистилляция потенциал для более высокой чистоты и энергоэффективности, чем классический ОБРАТНОГО ОСМОСА. Однако эти технологии еще не полностью освоены в в промышленном производстве сверхчистой воды. Непрерывное совершенствование также происходит постоянное совершенствование в области электродеионизации: Более эффективные модули ЭДИ и фармацевтические системы ЭДИ устойчивые к горячей дезинфекции (до 80°C), появились на рынке. рынок. Электрические методы очистки воды, такие как емкостная электродеионизация (CDI), также разрабатываются и исследуются для для получения воды, по качеству близкой к сверхчистой. В будущем системы, способные отделять соли и органику за один этап с помощью графеновых мембраны на основеграфена будут разработаны. Другой тенденцией в области водоподготовки является использование усовершенствованных окислительных процессов (AOP) для более эффективного уничтожения органических загрязнителей, причем не только с помощью ультрафиолета, но и но и в комбинациях, таких как УФ/H2O2, озон/H2O2 и т.д. Таким образом станет возможным достижение таких труднодостижимых в настоящее время целей, как TOC <1 ppb.

Лучше Материалы и конструкции: Сайт Технология материалов для компонентов систем сверхчистой воды также развивается. В дополнение к нержавеющей стали, высокочистым ПВДФ и ПФА Производные тефлона высокой чистоты начали использоваться в качестве материалов для трубопроводов и резервуаров материалы. Эти материалы минимизируют выделение ионов металлов и повышают устойчивость к образованию биопленки. Кроме того, модульная и компактная конструкция системы является важной тенденцией: Вместо сборки на месте производители предлагают вместо сборки на месте производители предлагают модульные системы водоподготовки в заводской упаковке. Это сокращает время ввода в эксплуатацию и позволяет легко расширять оборудование при необходимости увеличения мощности в будущем. Модульная конструкция также позволяет легко отсоединять, чистить и заменять каждый модуль в случае необходимости. при необходимости. Также разрабатываются модификации поверхности для увеличения срока службы и меньшей склонности к обрастанию в конструкциях мембран и фильтров (например. гидрофильные покрытия, антимикробные поверхности). В будущем также ожидается, что оборудование для очистки воды будет контролировать и сообщать о своем состоянии с помощью интеллектуальных датчиками (предиктивное обслуживание).

Устойчивость и воздействия на окружающую среду: На сайте При производстве сверхчистой воды обычно образуется большое количество сточных вод (концентрата) и потребляется энергия для достижения высокой чистоты. ради высокой чистоты. Новые тенденции направлены на повышение степень извлечения и снижение потребление энергии . Например, если классическая система обратного осмоса работает с эффективностью 75 %, новые многоступенчатые системы обратного осмоса или системы с обратной связью могут обеспечивать до 90% регенерации воды регенерации. Основное внимание уделяется переоценке концентрированной воды, которая которая выбрасывается в качестве отходов (например, использование ее для охлаждения воды объекта). Сокращение потребления химикатов также имеет решающее значение для окружающей среды: Широкое распространение получает использование EDI, что позволяет отказаться от регенерации с помощью кислоты/щелочи, а также минимизации химических отходов благодаря саморазлагающимся дезинфицирующим средствам, таким как озон. Для энергоэффективности используются такие методы, как насосы с регулируемой скоростью вращения, устройства рекуперации энергии (особенно в системах высокого давления обратного осмоса). устройства рекуперации энергии (особенно в линиях высокого давления RO), а также использование отработанного давления для выработки электроэнергии с помощью турбины. Для уменьшения углеродного следа такие проекты, как использование возобновляемых источников энергии для систем сверхчистой воды (например, насосы обратного осмоса, работающие на солнечных батареях). В Таким образом, в будущем производство сверхчистой воды станет более экологичным и более эффективным в будущем является важной целью.

Увеличение Стандарты и цифровая прослеживаемость: По мере того как По мере уменьшения размеров устройств в полупроводниковой промышленности стандарты качества воды стандарты качества воды постоянно ужесточаются. Когда концепция "сверхчистой воды" была впервые представлена в 1980-х годах, существовали ограничения на то, что совместимости с существующими технологиями, но сегодня при производстве микросхем при производстве микросхем с транзисторами 3 нм вода должна быть практически теоретически чистой. Эта тенденция сохранится: в будущем появятся новые определения, такие как "сверхчистая вода" и и соответствующие методы могут выйти на первый план. Кроме того, в рамках Индустрии 4.0, оптимизация систем и автономное управление Благодаря созданию цифровых двойников процессов водоподготовки становится возможным оптимизация систем и автономное управление. Системы управления с поддержкой искусственного интеллекта могут анализировать данные датчиков мгновенно анализировать данные датчиков и выполнять такие процессы, как дозирование и промывка без вмешательства человека. Это позволяет устранить колебания качества воды, вызванные человеческим фактором.

В В целом, исследования и разработки в области сверхчистой воды направлены на как на достижении пределов чистоты, так и на снижении затрат и воздействия на окружающую среду. С внедрением новых технологий в в промышленность, мы увидим еще более надежные, эффективные и надежных, эффективных и устойчивых систем сверхчистой воды в будущем.

Заключение и рекомендации

Сверхчистая Производство воды - сложная задача, сочетающая в себе взаимодополняющие многоступенчатые процессы очистки, точные системы измерения и контроля системы. Как подробно описано в данном отчете, процесс получения воды от источника до сверхчистого конечного продукта требует ряда этапов, таких как префильтрация, обратный осмос, деионизация, электродеионизация, УФ-окисление, дегазация и ультрафильтрация. Каждый процесс направлен на определенную группу примесей в воде, и Все эти этапы должны работать в идеальной последовательности, чтобы в итоге получить чистую H2O. Постоянный контроль качества получаемой воды возможен благодаря мгновенному мониторингу таких параметров, как электропроводность, TOC, количество частиц и автоматическое управление системой.

Сверхчистая Вода играет важнейшую роль во многих областях, от высокотехнологичного производства до здравоохранения. Поэтому оптимизация процессов оптимизация процессов и обеспечение качества имеют огромное значение как с точки зрения экономической эффективности, так и с точки зрения качества продукции качества. При проектировании систем необходимы решения, которые обеспечат достижение целевых показателей с минимальным количеством отходов и минимальным При проектировании систем следует принимать решения, обеспечивающие достижение заданных значений с минимальным количеством отходов и наименьшим потреблением энергии. Например, питательная вода предварительное кондиционирование, чтобы продлить срок службы мембраны и смолы; количество сточных вод должно быть сведено к минимуму с помощью регенерационные установки.

На сайте Кроме того, регулярное регулярное обслуживание и обученный персонал для установок сверхчистой воды. В рамках профилактического планов профилактического обслуживания, CIP-очистка мембран, замена смол и проверка УФ-ламп. не следует пренебрегать проверкой УФ-ламп; калибровка датчиков должна проводиться Калибровка датчиков должна проверяться через определенные промежутки времени. Оператор и инженерная группа должны быть обучены интерпретировать даже малейшие изменения в качестве воды и безопасно эксплуатировать систему. Процедуры для аварийных (например, при внезапном обнаружении загрязнения) должны быть должны быть определены заранее, а резервные источники воды или обводные линии должны быть запланированы резервные источники воды или обходные линии.

из оптимизация процесса , Циклы непрерывного совершенствования могут осуществляться путем анализа данных собранных в существующих системах. Например, данные о тенденциях могут быть использованы для определения идеальных периодов частоты химической очистки путем выявления скорости обрастания мембраны. Аналогичным образом, возможности рециркуляции (например, восстановление части сточных вод) можно определить, проанализировав точки потребления воды. анализируя точки потребления воды. Такие подходы обеспечивают как экономию средств экономию средств и способствуют экологической устойчивости.

Как Таким образом, успех систем сверхчистой воды зависит от их от их проектирования и эксплуатации с учетом целостной инженерной перспективы. Когда правильные технологии сочетаются с эффективной автоматизацией и управления, можно получить воду с надежным качеством 18 MΩ см в течение длительного времени. Поскольку в будущем появятся еще более высокие требования к чистоте и В будущем появятся еще более высокие требования к чистоте и эффективности, рекомендуется, чтобы существующие системы были адаптируемыми и масштабируемыми. существующие системы должны быть адаптируемыми и масштабируемыми. Новые технологии очистки Следует внимательно следить за новыми технологиями очистки и сенсорными решениями, а также необходимо поддерживать системы в актуальном состоянии, интегрируя подходящие из них в интеграции подходящих систем в существующие инфраструктуры.

Как рекомендация , необходимо учитывать следующие принципы при при установке и эксплуатации установок для получения сверхчистой воды:

Правильно Дизайн и интеграция: A последовательность предварительной обработки, соответствующая характеристикам исходной воды должна быть выбрана; удаление твердых и органических веществ должно быть обеспечено таким образом. удаление твердых и органических веществ таким образом, чтобы не перегружать такие компоненты, как мембраны и смолы. Выход каждого этапа процесса должен быть такого качества, чтобы соответствовать условиям входа следующей ступени. Все установки должны быть соединены друг с другом с помощью интегрированной системы автоматизации для обеспечения бесперебойную работу.

Резервирование и бесперебойная работа: Резервные необходимо установить в критически важном оборудовании (насос, система обратного осмоса, модуль EDI, ультрафиолетовая лампа и т.д.), чтобы гарантировать, что производство воды не будет прервано чтобы производство воды не прерывалось в случае планового обслуживания или отказа. Система должна поддерживаться в непрерывном потоке в течение 24 часов, насколько это возможно а остановки должны быть сведены к минимуму.

Регулярно Дезинфекция: На сайте Всю систему или ее участки (резервуар, распределительная линия и т.д.) следует дезинфицировать через регулярные промежутки времени для предотвращения биологического роста. Образование биопленки следует предотвращать заблаговременно, выбирая подходящий метод, такой как озонирование, горячая вода с паром или химический метод. (например, надуксусная кислота).

Калибровка и верификация: Калибровка онлайн-приборов (кондуктометр, анализатор TOC, pH-метр, и т.д.) должна проводиться в соответствии с рекомендациями производителя, и отклонения должны быть немедленно устранены. Кроме того, качество воды качество воды следует периодически проверять с помощью независимого лабораторного периодически проверять качество воды с помощью независимого лабораторного анализа, чтобы убедиться в надежности измерений в режиме онлайн.

Данные Управление и прослеживаемость: Данные из системы должны собираться в центральной базе данных и храниться по крайней мере, для критических параметров. Благодаря этим записям можно отслеживать долгосрочные можно отслеживать долгосрочные тенденции, использовать их для совершенствования процесса и ретроспективный анализ в случае возникновения возможных проблем с качеством. проблемы.

Устойчивость: Вода Возможности регенерации воды и энергоэффективности должны постоянно постоянно оценивать и реализовывать с помощью соответствующих инвестиций. Например, например, комплексные подходы, такие как использование отработанного концентрата обратного осмоса для процесса, требующего воды второго качества, или использование отработанного тепла. должны быть рассмотрены.

Реализация Эти рекомендации позволят оптимизировать как технические, так и экономические показатели процессов производства сверхчистой воды. В результате В результате поддержание превосходных качеств сверхчистой воды станет возможным возможно при дисциплинированном инженерном подходе и тщательной эксплуатационных методов. Таким образом, вода высочайшей чистоты, необходимая как в промышленном производстве, так и в лабораторных условиях. надежное снабжение.