一、预处理阶段：去除原水粗杂质，保护后续精密设备

1. 混凝沉淀 / 澄清

• 原理：向原水中投加混凝剂（如聚合氯化铝、硫酸铝），使水中微小悬浮颗粒和胶体凝聚成大颗粒，通过沉淀或澄清池分离。
• 作用：去除原水中 80% 以上的悬浮颗粒物、胶体及部分有机物，降低浊度（通常降至 1NTU 以下）。

2. 多介质过滤（石英砂过滤）

• 原理：通过多层不同粒径的石英砂、无烟煤等滤料，利用机械筛滤、吸附作用截留水中残留的悬浮颗粒。
• 作用：进一步降低浊度至 0.1NTU 以下，保护后续活性炭过滤器和反渗透膜。

3. 活性炭过滤

• 原理：利用活性炭的多孔结构吸附水中的有机物（如腐殖酸）、余氯（Cl₂、HClO）、异味及部分重金属。
• 作用：去除余氯（避免氧化反渗透膜）和小分子有机物，降低 TOC（总有机碳）初始值。

4. 软化处理（离子交换 / 阻垢剂）

• 离子交换软化：通过钠型阳离子交换树脂吸附钙、镁离子，降低水的硬度（总硬度≤0.03mmol/L），防止后续设备结垢。
• 阻垢剂投加：若原水硬度较低，可直接投加阻垢剂（如有机膦酸盐），抑制钙镁离子结晶沉积，替代传统离子交换。

5. 保安过滤（精密过滤）

• 原理：采用 5-10μm 孔径的 PP 棉或折叠滤芯，截留预处理后残留的微小颗粒。
• 作用：作为反渗透膜的 “最后防线”，防止颗粒物划伤膜表面。

二、初级脱盐阶段：大幅降低离子和有机物含量

1. 反渗透（RO）

• 原理：在压力驱动下，水分子通过半透膜（反渗透膜，孔径约 0.1nm），而离子、有机物、细菌等被截留。
• 性能：可去除 95%-99% 的离子（包括一价 / 二价离子）、90% 以上的有机物（分子量＞200）和微生物，产水电阻率可达 1-5MΩ・cm。
• 应用：通常采用 “一级 RO + 二级 RO” 组合，二级 RO 可进一步降低离子和 TOC（降至 50ppb 以下）。

2. 电渗析（ED）

• 原理：利用阴阳离子交换膜的选择透过性，在电场作用下使水中离子定向迁移并被去除。
• 特点：适用于高盐度原水（如海水、苦咸水）预处理，脱盐率约 80%-90%，但对有机物和微粒去除效果较差，常作为 RO 的前置补充。

三、深度纯化阶段：去除微量杂质，实现超纯水指标

1. 离子交换（混床）

• 原理：将阳树脂（H⁺型）和阴树脂（OH⁻型）按比例混合装填，水中残留离子与树脂交换，生成 H₂O。
• 性能：可将电阻率提升至 18MΩ・cm 以上，TOC 降至 10ppb 以下，但树脂需定期用酸碱再生（产生废液，环保压力大）。
• 应用：传统工艺中作为 RO 后的深度处理，目前逐渐被 EDI 替代。

2. 电去离子（EDI）

• 原理：结合离子交换树脂和电场作用，树脂吸附离子后在电场中被持续再生（无需酸碱），实现连续脱盐。
• 优势：无需再生废液，环保且自动化程度高；产水电阻率稳定在 15-18.2MΩ・cm，TOC＜5ppb，适合大规模连续生产。
• 应用：现代超纯水工艺的核心，常与 RO 串联（RO+EDI），替代传统混床。

3. 紫外线氧化（UV）

• 原理：通过 185nm 或 254nm 波长的紫外线照射，破坏有机物分子结构（如分解 TOC 为 CO₂和 H₂O），同时杀灭细菌和病毒。
• 分类：
  • 254nm UV：主要杀菌消毒，破坏微生物 DNA。
  • 185nm UV：产生羟基自由基（・OH），氧化分解有机物（TOC 去除率 30%-50%）。
• 作用：降低 TOC 至 5ppb 以下，同时避免微生物滋生。

4. 超滤（UF）/ 微滤（MF）

• 原理：通过 0.01-0.1μm 孔径的超滤膜（或 0.1-1μm 微滤膜），截留水中的胶体、细菌、大分子有机物（如腐殖酸）。
• 作用：进一步去除悬浮微粒和微生物，保护后续 EDI 或混床，降低树脂污染风险。

四、终端处理阶段：确保用水点水质稳定

1. 终端精密过滤

• 工艺：采用 0.2μm 或 0.1μm 孔径的折叠滤芯过滤器，截留管道或储存过程中可能引入的微量微粒和细菌。
• 应用：安装在超纯水输送管道末端（如半导体晶圆清洗机入口），作为 “最后把关”。

2. 循环与氮封系统

• 循环系统：超纯水在管道中保持一定流速（＞1m/s）循环，避免死水导致微生物滋生和离子析出。
• 氮封水箱：储存超纯水的水箱采用氮气密封，防止空气中的 CO₂、尘埃进入，避免电阻率下降和 TOC 升高。

3. 在线监测与控制

• 关键指标监测：实时监测电阻率（≥18.2MΩ・cm）、TOC（≤5ppb）、温度、压力、微粒数（≤1 个 /mL，0.1μm 以上）。
• 自动控制：通过 PLC 系统联动阀门、泵和处理单元，当指标超标时自动切换至循环或停机检修。

五、典型工艺组合（以半导体行业为例）

总结