CN103827040A - 用于提供超纯水的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于为半导体制作操作提供超纯水的方法和系统。通过利用自由基清除系统和自由基除去系统对水进行处理。自由基清除系统可以利用借助自由基原始化合物（诸如过硫酸铵）的光化辐射。自由基除去系统可以包括对还原剂的使用。可以通过利用离子交换介质和除气装置来对超纯水进一步进行处理。可以利用控制系统来调整原始化合物的添加、光化辐射的强度以及还原剂向水的添加。
Description
技术领域
本发明涉及提供超纯水的系统和方法，并且特别涉及减少或维持可以在半导体器件或其组件的制作期间被使用的超纯水的污染物水平的系统和方法。
背景技术
Ejzak在美国专利No. 4,277,438中公开了一种测量水溶液中的碳和其它有机物的量的方法和装置。采用紫外线辐射的多级反应器被用来促进测试样本的氧化。在照射之前，把氧和氧化剂（诸如过硫酸钠）引入到所述溶液中。
Martin在美国专利No. 6,991,735中公开了净化水系统的方法和自由基发生器。
发明内容
本发明的一个或多个方面涉及一种向半导体制作单元提供超纯水的方法。在本发明的一些实施例中，所述方法可以包括以下一个或多个动作：提供具有小于大约25ppb的总有机碳（TOC）值的进水（inlet water）；把至少一种自由基原始化合物引入到水中；把所述至少一种自由基原始化合物转换成至少一种自由基清除物质；从水中除去任何微粒的至少一部分来产生超纯水；以及把超纯水的至少一部分递送到半导体制作单元。
所述方法可以进一步包括至少部分地基于进水的TOC值来调整至少一种原始化合物的添加速率。
本发明的一个或多个方面涉及一种用于向半导体制作单元提供超纯水的系统。在本发明的一些实施例中，所述系统可以包括：具有小于大约25ppb的TOC值的水源；流体地连接到所述水源并且被配置成对来自所述水源的水进行照射的光化辐射反应器；被布置成向水中引入自由基原始化合物的原始化合物源；以及流体地连接在光化辐射反应器下游和超纯水配给系统上游的微粒过滤器，所述超纯水配给系统流体地连接到所述半导体制作单元。
本发明的一个或多个方面涉及一种用于处理水的系统。根据本发明的一些实施例，所述系统可以包括：流体地连接到具有至少15兆欧姆的电阻率的水源的自由基清除系统；流体地连接在所述自由基清除系统下游的微粒除去系统；流体地连接在所述微粒除去系统下游的超纯水递送系统；以及把所述超纯水递送系统流体地连接到自由基清除系统的回水系统。
本发明的一个或多个方面涉及一种计算机可读介质，具有在其上存储的定义指令的计算机可读信号，作为由至少一个处理器执行的结果，所述指令指示所述至少一个处理器执行一种调整至少一种自由基原始化合物向具有小于大约25ppb的TOC值的进水中的添加的方法。所执行的方法可以包括以下动作：至少部分地基于进水的TOC值来生成一个或多个驱动信号；以及向至少一种原始化合物的至少一个源传送所述一个或多个驱动信号，所述至少一个源被布置成把所述至少一种原始化合物引入到进水中。
本发明的一个或多个方面还可以涉及一种用于处理水的系统。在本发明的一些实施例中，所述系统可以包括初级光化辐射反应器，以及被布置成把至少一种过硫酸盐原始化合物引入到所述初级光化辐射反应器中的过硫酸盐原始化合物源。所述系统还可以包括位于所述初级光化辐射反应器上游的总有机碳（TOC）浓度传感器，以及位于初级光化辐射反应器下游的过硫酸盐浓度传感器。还可以提供被布置成在初级光化辐射反应器的下游引入至少一种还原剂的还原剂源，以及位于所述至少一种还原剂的添加点下游的还原剂浓度传感器。所述系统还可以包括控制器，其操作上被耦合成接收来自TOC浓度传感器、过硫酸盐浓度传感器和还原剂浓度传感器中的至少一个的至少一个输入信号并且生成至少一个控制信号，所述至少一个控制信号调整以下各项之一：过硫酸盐原始化合物被引入到初级光化辐射反应器中的速率，初级光化辐射反应器中的光化辐射的强度，以及还原剂被引入到系统中的速率。
在本发明的一些实施例中，所述用于处理水的系统可以进一步包括位于初级光化辐射反应器的上游的反渗透单元。所述系统还可以进一步包括位于初级光化辐射反应器的下游的次级光化辐射反应器。所述系统还可以进一步包括位于初级光化辐射反应器的下游的微粒过滤器。所述系统还可以进一步包括位于初级光化辐射反应器的下游的超滤装置。在所述系统中还可以提供选自由热交换器、除气器、微粒过滤器、离子净化装置和离子交换柱构成的组中的至少一个单元操作。所述离子交换柱可以位于TOC浓度传感器的上游。
所述系统还可以包括位于初级光化辐射反应器的上游的水源，其包括选自由反渗透过滤器、电渗析设备、电去电离作用设备、蒸馏装置、离子交换柱及其组合构成的组中的一个或多个单元操作。在一些实施例中，来自所述水源的水可以包括小于大约25ppb的TOC。所述系统可以进一步包括位于初级光化辐射反应器的下游的TOC浓度传感器。所述还原剂可以是二氧化硫。
本发明的一个或多个方面涉及一种处理水的方法。在本发明的一些实施例中，所述方法可以包括：提供待处理的水；测量待处理的水的总有机碳（TOC）值；至少部分地基于待处理的水的所测量TOC值的至少一个输入信号来把过硫酸盐阴离子引入至待处理的水；把含有过硫酸盐阴离子的水引入至初级反应器；在反应器内把水中的过硫酸盐阴离子暴露于紫外光，以产生被照射的水流；至少部分地基于选自由待处理的水的TOC值、反应器下游的水的过硫酸盐值和过硫酸盐阴离子的添加速率构成的组中的输入信号的至少一个来调节紫外光的强度；以及把还原剂引入至被照射的水。
在本发明的一些实施例中，所述方法可以进一步包括在位于初级反应器下游的次级反应器内将被照射的水暴露于紫外光。所述方法还可以包括从水中除去溶解的固体和溶解的气体。所述方法还可以包括在把待处理的水提供到反应器容器之前对待处理的水进行处理。所述方法可以进一步包括测量被照射的水中的还原剂浓度。所述方法还可以进一步包括基于所测量的还原剂浓度把还原剂引入至被照射的水。所述还原剂可以是二氧化硫。
本发明的一个或多个方面涉及一种用于测量液体流中的化合物浓度的方法。在本发明的一些实施例中，所述方法可以包括：测量液体流的第一传导率；对液体流进行照射；在照射之后测量液体流的第二传导率；以及至少部分地基于第一传导率测量和第二传导率测量来计算化合物浓度。所测量的化合物可以是过硫酸盐。照射液体流可以包括：把包括过硫酸盐的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。所测量的化合物还可以是二氧化硫。照射液体流可以包括：把包括二氧化硫的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。所述方法可以包括把液体流引入到第一传导管（conductivity
cell）中以测量液体流的第一传导率。所述方法可以包括把液体流引入到第二传导管中以测量液体流的第二传导率。所述方法可以包括在测量第一传导率之前在光化辐射反应器内照射液体流。所述方法可以包括在所述光化辐射反应器内照射液体流之前把过硫酸盐原始化合物引入到液体流中。
本发明的一个或多个方面涉及一种用于控制还原剂向液体流的引入的系统，其包括：与液体流流体连通的过硫酸盐浓度传感器；被布置成在过硫酸盐浓度传感器的下游把二氧化硫引入至液体流的二氧化硫源；位于二氧化硫添加点下游的与液体流流体连通的二氧化硫浓度传感器；以及被配置成基于来自过硫酸盐浓度传感器和二氧化硫浓度传感器中的任一个的至少一个输入信号来生成控制信号的控制器，所述控制信号调整被引入到液体流中的二氧化硫的添加速率和量中的至少一个。
在本发明的一些实施例中，过硫酸盐浓度传感器可以包括至少一个传导管。过硫酸盐浓度传感器还可以包括紫外光源。二氧化硫浓度传感器可以包括传导管。二氧化硫浓度传感器还可以包括紫外光源。所述系统可以包括位于二氧化硫浓度传感器的上游的光化辐射反应器。所述系统可以包括被布置成把至少一种过硫酸盐原始化合物引入到初级光化辐射反应器中的过硫酸盐原始化合物源。所述系统可以包括位于光化辐射反应器的上游的总有机碳浓度传感器。所述系统可以包括位于光化辐射反应器的下游的总有机碳浓度传感器。
本发明的一个或多个方面涉及一种光化辐射反应器，其包括容器以及所述容器中的包括第一组平行管道和第二组平行管道的第一管道阵列。第二组平行管道中的每一条管道可以具有与第一组平行管道中的每一条管道的相应纵轴正交的相应纵轴，每一条管道包括至少一盏紫外线灯。
在一些实施例中，所述光化辐射反应器可以进一步包括第二管道阵列，其包括第三组平行管道和第四组平行管道。第四组平行管道中的每一条管道可以具有与第三组平行管道中的每一条管道的相应纵轴正交的相应纵轴。每一条管道可以包括至少一盏紫外线灯。在一些实施例中，第四组中的每一条管道可以具有与第二组平行管道和第一组平行管道之一中的每一条管道的相应纵轴正交的相应纵轴。
第二管道阵列可以被排列成定义一个平面，其可以被定位在与第一阵列所定义的平面相距预定距离。每一条管道的每一个末端可以被固定到容器壁。第一阵列和第二阵列中的至少一个的管道跨越所述容器的内体积（inner
volume）地延伸。第一组平行管道和第二组平行管道之一可以被定位在与第三组平行管道和第四组平行管道之一相距预定距离。
本发明的一个或多个方面涉及一种对容器内的液体进行照射的方法。所述方法可以包括：给容器内的第一组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第一照明矢量的光化辐射；以及给容器内的第二组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第二照明矢量的光化辐射，所述第二照明矢量与所述第一照明矢量基本上垂直。
在一些实施例中，所述方法可以包括调节第一组紫外线灯的强度。所述方法还可以进一步包括调节第二组紫外线灯的强度。所述方法可以包括基于总有机碳（TOC）浓度、过硫酸盐浓度和被引入到容器的液体流量中的至少一个的测量，给第一组紫外线灯和第二组紫外线灯中的至少一盏灯通电。所述方法可以包括基于总有机碳（TOC）浓度、过硫酸盐浓度和被引入到容器的液体流量中的至少一个的测量，将第一组紫外线灯和第二组紫外线灯中的至少一盏灯断电。
附图说明
附图并不意图按比例绘制。在附图中，在各种图中图示的每一个相同或几乎相同的组件由相同的附图标记表示。为了清楚的目的，在每一幅图中可能未标记出每一个组件。
在附图中：
图1是图示了根据本发明的一个或多个实施例的系统的示意图；
图2是图示了根据本发明的一个或多个实施例的系统的示意图；
图3是图示了根据本发明的一个或多个实施例的容器的示意图；
图4A是图示了根据本发明的一个或多个实施例的容器的示意图；
图4B是图示了根据本发明的一个或多个实施例的容器的示意图；
图5是图示了根据本发明的一个或多个实施例的传感器和控制器系统的示意图；
图6是图示了依据其可以实践本发明的一个或多个实施例的处理器或控制系统的示意图；
图7是示出了根据本发明的一些实施例的超纯水产品的水质量的图表；
图8是示出了根据本发明的一个或多个实施例的总有机碳（TOC）浓度与时间之间的关系的图表；
图9是示出了根据本发明的一个或多个实施例的总有机碳（TOC）浓度与时间之间的关系的图表；
图10是示出了根据本发明的一个或多个实施例的总有机碳（TOC）浓度与时间之间的关系的图表；
图11是示出了根据本发明的一个或多个实施例的总有机碳（TOC）浓度与时间之间的关系的图表；
图12是示出了根据本发明的一个或多个实施例的残留过硫酸盐与时间之间的关系的图表；以及
图13是示出了根据本发明的一个或多个实施例的二氧化硫浓度与传导率改变之间的关系的图表。
具体实施方式
本发明的一个或多个方面可以是针对水处理或净化系统和技术。本发明的各种系统和技术典型地利用或包括从工艺流体或流中除去不合期望的物质的一个或多个单元操作。可以串行地或者在并行流程排列或者串行与并行流程排列的组合中利用多个单元操作，以促进非选择性或选择性除去或减少工艺流中的典型地不合期望或应当反对的各种目标物质或化合物的浓度或水平。此外，本发明的系统和技术可以利用一个或多个单元操作来促进对从系统的单元操作生成的物质或副产品物质的浓度的调节。本发明的一些方面可以是针对处理或净化水的技术和系统或其组件，其在一些情况下可以被表征为具有低杂质或污染物水平。本发明的一些有利方面可以是针对提供超纯水的系统和技术。本发明的特别有利的方面可以是针对提供供半导体处理或制作操作使用的超纯水的系统和技术。在一些情况下，本发明提供在循环水或超纯水系统中以维持包含水或超纯水的水回路的水或超纯水特性的方式提供补给水的系统和技术。在一些情况下，本发明的系统和技术可以把补给水或进水或超纯水与经处理的水或超纯水互混。本发明的另外的方面可以是针对适合供水处理或净化系统使用的控制系统和技术。本发明的甚至另外的方面可以是针对通过提供超纯水来促进半导体制作操作的控制系统和技术。实际上，本发明的一些方面可以是针对通过利用前馈或反馈方法或二者来促进水或超纯水处理或净化的控制系统和技术。本发明的甚至另外的方面可以是针对用于测量水或超纯水或者液体流中的目标物质或化合物的水平或浓度的技术。所述测量技术可以利用促进提供超纯水的控制系统和技术。
根据本发明的至少一个方面，本发明的一些实施例可以涉及一种用于处理水的系统。本发明的系统和技术可以涉及第一工艺序列连同一个或多个辅助工艺序列，其中第一工艺序列依赖于利用净化水来创建有助于自由基清除的条件，所述辅助工艺序列具有除去或者至少减少上游工艺的副产品浓度的单元操作。所述用于处理水的系统可以包括至少一个自由基清除系统，其流体地连接到可能包含来自一个或多个上游工艺的副产品的至少一个水源。在本发明的某些方面中，所述至少一个水源可以是纯水或者甚至超纯水，并且优选的是具有至少15兆欧姆厘米的电阻率的水。所述用于处理水的系统还可以包括或者流体地耦合到至少一个微粒除去系统和至少一个超纯水递送系统，其中所述至少一个微粒除去系统流体地连接到所述至少一个自由基清除系统的下游，所述至少一个超纯水递送系统流体地连接在至少一个微粒除去系统的下游。此外，所述用于处理水的系统典型地还包括至少一个回水系统，其把所述至少一个超纯水递送系统流体地连接到自由基清除系统中的至少一个。在一些情况下，所述自由基清除系统可以实质上由至少一种原始化合物的至少一个源构成或者优选地包括至少一种原始化合物的至少一个源。典型地，至少一种原始化合物的至少一个源被布置或者以其它方式被构造和排列成把至少一种自由基原始化合物引入到来自所述至少一个水源的水的至少一部分中。所述自由基清除系统可以进一步实质上由至少一个光化辐射源构成或者包括至少一个光化辐射源，具有或者不具有也可以在水中发起或者把至少一种原始化合物转换成至少一种自由基清除物质的至少一个另外的替换装置。在其它情况下，所述微粒除去系统可以包括至少一个超滤装置。典型地，至少一个超滤装置流体地连接在所述至少一个光化辐射源或至少一个自由基发起装置的下游，并且优选地在至少一个超纯水递送系统的上游。
根据本发明的至少一个另外的方面，本发明的一些实施例可以涉及一种用于向半导体制作单元提供超纯水的系统。所述系统可以包括流体地连接到至少一个光化辐射反应器的一个或多个水源。所述至少一个反应器优选地被配置成对来自水源的水进行照射。所述系统可以进一步包括一个或多个原始化合物源。所述一个或多个原始化合物源可以被布置成把一种或多种自由基原始化合物引入到来自所述一个或多个水源的水中。所述系统还可以包括至少一个微粒过滤器，其流体地连接在所述一个或多个光化辐射反应器中的至少一个的下游，并且优选地在超纯水配给系统的上游。在本发明的一些有利实施例中，所述超纯水配给系统流体地连接到半导体制作单元。所述水源典型地提供具有小于大约25ppb的总有机碳（TOC）值的水。所述用于提供超纯水的系统可以进一步包括再循环线路，其把超纯水配给系统（典型地是其出口端口）与所述水源、光化辐射反应器和微粒过滤器中的至少一个流体地连接。
根据一些方面，本发明的一些实施例可以涉及一种向半导体制作单元提供超纯水的方法。所述方法可以包括以下动作中的一个或多个动作：提供具有小于大约25ppb的TOC值的进水；把至少一种自由基原始化合物引入到水中；以及把所述至少一种自由基原始化合物转换成至少一种自由基清除物质。所述方法可以进一步包括以下动作中的一个或多个动作：从水中除去任何微粒的至少一部分以产生超纯水；以及把超纯水的至少一部分递送到半导体制作单元。
根据其它方面，本发明的一些实施例可以涉及一种计算机可读介质，具有在其上存储的定义指令的计算机可读信号，作为由至少一个处理器执行的结果，所述指令指示该至少一个处理器执行一种调整至少一种自由基原始化合物向进水中的添加的方法。在一些情况下，所述进水可以是纯水或超纯水，但是优选地具有小于大约25ppb的TOC值。由所述至少一个处理器执行的方法可以包括以下动作中的一个或多个动作：至少部分地基于进水的TOC值来生成一个或多个驱动信号；以及向至少一种原始化合物的至少一个源传送一个或多个驱动信号，所述至少一个源被布置成把至少一种原始化合物引入到进水中。
根据本发明的其它方面，本发明的一些实施例可以包括一种用于处理水的系统。所述系统可以包括初级光化辐射反应器。所述系统可以进一步包括被布置成把至少一种过硫酸盐原始化合物引入到初级光化辐射反应器中的过硫酸盐原始化合物源。所述系统可以进一步包括位于初级光化辐射反应器上游的一个或多个传感器，诸如总有机碳（TOC）浓度传感器。所述系统可以进一步包括位于初级光化辐射反应器下游的过硫酸盐浓度传感器。所述系统可以进一步包括还原剂源。所述还原剂可以被布置成在初级光化辐射反应器的下游引入至少一种还原剂。还可以提供还原剂浓度传感器。所述还原剂浓度传感器可以位于所述至少一种还原剂的添加点的下游。还可以提供控制器。所述控制器可以操作上被耦合成接收来自TOC浓度传感器、过硫酸盐浓度传感器和还原剂浓度传感器中的至少一个的至少一个输入信号。所述控制器可以调整以下各项中的至少一个：把过硫酸盐原始化合物引入到初级光化辐射反应器中的速率，初级光化辐射反应器中的光化辐射的强度，以及把还原剂引入到系统中的速率。
根据本发明的其它方面，提供一种处理水的方法。所述方法可以包括：提供待处理的水。所述方法还可以包括：测量待处理的水的TOC值；以及至少部分地基于待处理的水的所测量TOC值的至少一个输入信号把过硫酸盐阴离子引入到待处理的水中。所述方法还可以包括：把含有过硫酸盐阴离子的水引入到初级反应器；以及在反应器内把水中的过硫酸盐阴离子暴露于紫外光，以产生被照射的水流。所述方法可以进一步包括：至少部分地基于选自由待处理的水的TOC值、反应器下游的水的过硫酸盐值和过硫酸盐阴离子的添加速率构成的组中的输入信号的至少一个来调节紫外光的强度。可以把还原剂引入至被照射的水。
根据本发明的其它方面，提供一种用于测量液体流中的化合物浓度的方法。所述方法可以包括：测量液体流中的第一传导率；以及对液体流的至少一部分进行照射。所述方法可以进一步包括：在照射之后测量液体流的第二传导率；以及至少部分地基于第一传导率测量和第二传导率测量来计算化合物浓度。在本发明的某些实施例中，所述化合物可以是过硫酸盐或二氧化硫。
根据本发明的其它方面，提供一种用于控制把二氧化硫引入至液体流的方法。所述系统可以包括与液体流流体连通的过硫酸盐浓度传感器。所述系统可以进一步包括二氧化硫源。所述二氧化硫可以被布置成在过硫酸盐浓度传感器的下游把二氧化硫引入至液体流。所述系统可以进一步包括与液体流流体连通并且位于二氧化硫源下游的二氧化硫浓度传感器。所述系统可以进一步包括控制器。所述控制器可以被配置成基于来自过硫酸盐浓度传感器和二氧化硫流中的任一个的至少一个输入信号来生成控制信号，所述控制信号调整被引入到液体流中的二氧化硫的添加速率和量中的至少一项。
根据本发明的其它方面，提供一种光化辐射反应器。所述光化辐射反应器可以包括容器和所述容器内的第一管道阵列。第一管道阵列可以包括第一组平行管道和第二组平行管道。每一条管道可以包括至少一盏紫外线灯，并且第一组平行管道中的每一条被定位成具有相对于第二组中的管道的纵轴正交的纵轴。
在可能与本发明的一个或多个方面有关的一个或多个实施例中，在本文中所公开的系统和技术可以利用一个或多个子系统，所述子系统调节或调整或者至少促进调节或调整所述系统的至少一个单元操作或组件的至少一个操作参数、状态或条件，或者工艺流的一个或多个特性或物理属性。为了促进这样的调节和调整特征，本发明的一个或多个实施例可以利用控制器以及指示装置，其提供一个或多个组件或工艺的状况、状态或条件。例如，可以利用至少一个传感器来提供例如来自源的水、进入或离开自由基清除系统的水、进入或离开微粒除去系统的水或者进入或离开光化辐射反应器或者一个或多个其它下游工艺的水的强度属性或广延属性的表示。因而，根据一个特别有利的实施例，本发明的系统和技术可以涉及一个或多个传感器或者其它指示装置，诸如成分分析器或传导管，其例如提供进入或离开所述系统的单元操作中的任一个的水的状态、条件、特性或质量的表示。
图1示意性地体现了根据本发明的一个或多个方面的系统100。系统100可以表示提供水的水处理或净化系统，所述水包括可以被视为超纯水的水。在本发明的一些特别有利的实施例中，系统100可以是针对或表示提供适合供半导体制作设施使用的超纯水或者至少维持超纯水质量的净化系统。本发明的另外的方面涉及一种系统100，其可以被视为利用超纯水来向一个或多个半导体制作单元（未示出）提供经处理的超纯水。因而，根据本发明的一些方面，系统100可以是水处理系统，其减少可能存在于来自一个或多个水源110的补给水或进水中的一种或多种杂质或污染物的浓度、含量或水平，并且把经处理的水提供给利用超纯水的系统。
如示例性地图示的那样，系统100可以包括一个或多个第一或初级处理序列或系统101，其被耦合到一个或多个第二或次级处理序列或系统102。系统100可以进一步包括至少一个水配给系统103，其流体地连接到至少一个次级处理系统，并且（在一些甚至更加有利的配置中）流体地连接到至少一个初级处理系统。其它有利实施例可以涉及以下配置：涉及初级处理系统、次级处理系统和水配给系统中的至少一个内的至少一个流动定向控制设备。定向流动控制设备的非限制性示例包括止回阀和堰口。
优选地，源110提供由低杂质水平构成、实质上由低杂质水平构成或者包括低杂质水平的水。更加优选的是，来自源110的水由超纯水构成、实质上由超纯水构成或者包括超纯水，所述超纯水具有选自由以下各项构成的组中的至少一项特性：小于大约25ppb或者甚至小于大约20ppb的总有机碳水平或值（如尿素），以及至少大约15兆欧姆厘米或甚至至少大约18兆欧姆厘米的电阻率。第一或初级处理系统101可以进一步包括流体地连接到反应器120的至少一个原始处理化合物源122。
从源110被引入到系统100中的水典型地或者甚至优选地可以被表征为具有低杂质水平。例如，本发明的一些实施例利用先前已经通过一个或多个处理序列（未示出）被处理或净化了的纯水、超纯水或其混合物，所述处理序列诸如是利用反渗透、电渗析、电去电离作用、蒸馏、离子交换或此类操作的组合的那些处理序列。如前所述，本发明的有利实施例涉及来自源110的超纯进水，其典型地具有至少大约15兆欧姆厘米、优选地至少大约18兆欧姆厘米的低传导率或高电阻率，和/或具有低污染物水平，例如典型地如尿素或者其它碳化合物或替代物的小于大约50ppb并且优选地小于大约25ppb的低总有机碳水平。在某些实施例中，进水可以低至1ppb。在其它实施例中，进水可以低至0.5ppb。在其它实施例中，进水的电阻率可以是大约1兆欧姆厘米。
在本发明的一些特定实施例中，第一处理系统101可以被表征为或包括至少一个自由基清除系统。自由基清除系统101可以包括流体地连接到至少一个水源110的至少一个自由基清除器反应器120，诸如照射反应器。反应器120可以是活塞流反应器或连续搅拌槽反应器或者其组合。在某些实施例中，活塞流反应器可以被用来防止反应器内的灯照明出现致盲或较低照射强度区域（诸如短路）的可能性。活塞流反应器可以被定义为在促进通过反应器的流体的层流路径（具有平行的非湍流流路径）的条件下操作的反应器。反应器120典型地被确定尺寸来提供充足的滞留时间，从而允许在反应器中流动的水中的自由基物质清除、降解或者以其它方式把杂质（典型地是基于有机碳的杂质）中的至少一种转换成惰性化合物、可以从水中除去的一种或更多种化合物、或者至少转换成相对于至少一种杂质可以被更加容易地除去的化合物。
可以基于系统的预期流量来附加地对反应器确定尺寸，以便提供反应器中的充足的或所期望的滞留时间。在某些实施例中，通过系统的水的流量可以是基于系统下游对于经处理的水的需要或者在系统上游正在被利用的水的流量或者二者。在某些示例中，通过系统或者通过每一个反应器的水的流量可以处在大约1加仑每分钟（gpm）到2000gpm之间。在特定示例中，所述流量可以是从大约400gpm到大约1300gpm。在其它特定示例中，所述流量可以是从大约400gpm到大约1900gpm。可以选择所述系统的反应器以及其它单元操作和装备（诸如泵和流量阀）并且对其确定尺寸，以允许从大约400gpm到大约1900gpm的流量的波动或改变。
在所述自由基清除系统中，可以通过一种或多种自由基物质把水中的有机化合物氧化成二氧化碳，其可以在一个或多个下游单元操作中被除去。反应器120可以包括至少一个自由基活化设备，其把一种或多种原始化合物转换成一种或多种自由基清除物质。例如，反应器120可以在一个或多个反应腔室内包括一盏或多盏灯，以便照射或者以其它方式提供对于水的光化辐射，并且把原始化合物分解成一种或多种自由基物质。
可以通过腔室之间的一个或多个挡板把反应器划分成两个腔室。所述挡板可以被用来为反应器提供混合或湍流，或者防止混合或促成诸如在所述腔室中通过反应器内部的平行层流路径。在某些实施例中，反应器入口与第一腔室流体连通，反应器出口与第二腔室流体连通。
在一些实施例中，在反应器120中串行地排列至少三个反应器腔室，每一个具有被布置成在相应腔室内利用大约185nm、220nm和/或254nm或者范围在从大约185nm到大约254nm的光在各种功率水平处对水进行照射的至少一盏紫外线（UV）灯。各组串行地排列的反应器可以被并行地排列。例如，可以把串行的第一组反应器与串行的第二组反应器并行地放置，其中每一个组具有三个反应器，达总共六个反应器。在任意时间，每一个组中的反应器中的任意一个或多个可以处于服务中。在某些实施例中，所有反应器可以都处于服务中，而在其它实施例中，只有一组反应器处于服务中。
作为自由基清除系统的组件的市场上可买到的光化辐射系统源包括例如来自Quantrol，Naperville，Illinois的那些光化辐射系统源（诸如AQUAFINE® UV系统）以及来自Aquionics Incorporated，Erlanger，Kentucky的那些光化辐射系统源。
如前所述，本发明不限于单一原始化合物，而是可以利用多种原始化合物。在某些实施例中，可以使用原始化合物来降解不合期望的物质。在其它实施例中，可以使用原始化合物来把不合期望的成分转换成可以除去的组分，诸如电离物质或微弱带电物质。可以利用多种原始化合物来生成多种自由基物质。这一互补排列在第一自由基清除物质选择性地降解第一类型不合期望的化合物并且第二自由基物质选择性地降解其它不合期望的化合物的情况下可能是有利的。可替换地，可以利用能够很容易地被转换成第一被转换物质或第一自由基物质的第一原始化合物。第一自由基物质然后可以把第二原始化合物转换成第二被转换物质或第二自由基物质。这一级联反应组在第一自由基物质选择性地降解或转换第一类型不合期望的化合物并且第二自由基物质选择性地降解或转换其它不合期望的化合物的情况下也可能是有利的，或者在不合期望地需要高能量水平以把第二原始化合物转换或活化成第二自由基物质的情况下也可能是有利的。可以使用多种化合物来提供多种清除物质。
所述一种或多种原始化合物可以是能够被转换成自由基清除物质或者促进自由基清除物质的转换的任何化合物。非限制性的示例包括过硫酸盐（诸如碱和碱金属过硫酸盐以及过硫酸铵或过硫酸铵）、过氧化氢、过氧化物盐（诸如碱和碱金属过氧化物）、过硼酸盐（诸如碱和碱金属过硼酸盐）、过氧二硫酸盐（诸如碱和碱金属过氧二硫酸盐以及过氧二硫酸铵）、酸（诸如过氧二硫酸、过氧单硫酸或卡罗酸和臭氧）以及其组合（诸如食人鱼溶液）。所述一种或多种原始化合物的量可以根据污染物的类型而不同。所述原始化合物可以由过硫酸铵构成或者实质上由过硫酸铵构成，其在半导体制作操作中可能是有利的，因为其将可能提供不被视为此类操作的污染物的副产品或者是因为其可以很容易通过例如离子交换系统而被除去，这方面与包括过硫酸钠的原始化合物不同，后者可能产生不容易被除去和/或可能不合期望地污染半导体器件的钠物质。
在一些情况下，系统100可以包括处于反应器120下游的至少一个除气器160以及可选地至少一个微粒过滤器。在一些情况下，系统100可以进一步包括从水中除去任何离子或带电物质的至少一部分的至少一个装置。例如，在清除系统101或微粒除去系统102之一或二者中，系统100可以包括离子交换介质床或电驱动离子净化装置，诸如电渗析装置或电去电离作用装置。在本发明的特别有利的配置中，系统100可以包括分别沿着通过系统100的水流路径相对于彼此串行地布置的第一、初级或铅离子交换柱（lead
ion exchange column）140L（其包括离子交换树脂床）和第二、滞后或精制（polish）离子交换柱140P（其也包括离子交换树脂床）。所述离子交换柱可以包括阴离子交换介质和阳离子交换介质的混合床。然而也可以利用其它配置。例如，铅离子交换柱140L可以包括串行地排列的层或柱；第一层或柱可以主导地包括阴离子交换介质，而第二柱可以主导地包括阳离子交换介质。同样地，虽然精制柱140P可以包括阴离子交换介质和阳离子交换介质的混合床，但是精制柱140P可以包括串行地排列的一种类型的交换介质的层或柱；第一柱可以主导地包括阴离子交换介质，而第二柱可以主导地包括阳离子交换介质。第一和第二层或柱中的任一个可以被布置在包括140L或140P的单个容器内，并且可以被实践为被包含在柱内的介质的分层床。离子交换柱140L和140P中的离子交换介质可以是任何适当的树脂，包括除去来自源110或者作为自由基清除工艺的副产品在水中的硫酸盐物质、二氧化碳和氨或铵以及任何其它不合期望的物质或污染物的那些树脂。所述离子交换柱可以是包含阴离子或阳离子树脂的混合床离子交换柱。
可以被利用的市场上可以买到的介质或离子交换树脂包括但不限于来自Siemens Water Technologies Corp.（Warrendale，Pennsylvania）的NR 30 MEG PPQ、USFTM
MEG PPQ和USFTM NANO树脂以及来自The Dow Chemical Company（Midland，Michigan）的DOWEX®树脂。
在本发明的一些另外的实施例中，第二处理系统102可以包括或者被表征为微粒除去系统。例如，系统100可以进一步包括至少一个微粒过滤器150。过滤器150典型地包括除去或者困住至少具有目标尺寸的微粒的过滤隔膜。例如，取决于连接到配给系统103的使用点的服务需求，可以利用困住所有或者至少大部分微粒的过滤介质或者一个或多个隔膜来构造过滤器150，所述微粒具有至少大约10微米的平均直径，在一些情况下具有至少大约1微米的平均直径，在其它情况下具有至少大约0.05微米的平均直径，并且在甚至其它的情况下具有至少大约0.02微米的平均直径。过滤器150可以包括盒式过滤器，其具有保留大于大约0.01微米的微粒的隔膜。
可以可选地利用微粒过滤器（未示出）来除去借助于来自源122的一种或多种原始化合物而被引入的微粒。该过滤器（像过滤器150一样）还可以除去大于0.02微米的微粒。
在一些情况下，微粒除去系统102可以包括一个或多个超滤装置172和174，每一个包括防止具有不合期望的尺寸特性的微粒与产品水一起流入到水配给系统中的隔膜。优选地将至少两个超滤装置串行地排列以便促进除去例如大于大约0.1微米的微粒，在一些情况下是大于0.05微米，在其它情况下则是大于0.02微米。超滤装置172和174例如可以包括隔膜，其把大于0.05微米的微粒浓度减少到一定水平或者以其它方式提供目标或期望浓度，所述水平是到使用点的每升产品水少于大约100计数的水平。超滤装置172和174的构造和排列可以取决于超纯水产品中的微粒的目标微粒浓度和尺寸。在本发明的一些实施例中，过滤器172除去具有目标尺寸的微粒的至少大部分，过滤器174用作精制，以便确保到水配给系统103的微粒浓度处于小于或等于目标或期望微粒浓度的水平。在这样的配置中，来自过滤器172的截留水流包含一大部分所困住的微粒，并且可以被释放或丢弃或者用在其它工艺中。但是优选的是，截留水流的至少一部分被引入到包括困住至少一部分微粒的隔膜或介质的微粒过滤器180中；来自该处的渗透流（从其中除去了很大一部分微粒）可以被引导到系统100的上游单元操作并且与之混合，诸如但不限于来自配给系统103的返回或循环的未经使用的超纯产品水，被引入到自由基清除系统101中的来自源110的进水，来自反应器120、过滤器150、除气器160、铅离子交换柱140L或精制离子交换柱140P或其组合的至少部分地经处理的水。像过滤器150一样，过滤器180也可以被构造成除去具有特定尺寸的微粒材料或者将具有特定尺寸的微粒材料水平减少到特定或目标水平。
除气器160可以包括隔膜接触器或任何单元操作，其减少水中的任何溶解的气体或者原始化合物的气体副产品的浓度。所述除气器优选地减少水中溶解的氧含量、溶解的氮含量和溶解的二氧化碳含量中的任一项。除气器160通常利用接触隔膜以及促进从水中除去溶解气体的真空源162。可以在本文中利用的除气器的非限制性示例包括市场上可买到的除气器，如来自Membrana，Charlotte，North Carolina的LIQUI-CEL®隔膜接触器。
可以利用其它辅助单元操作来调节被提供到使用点（其可以是半导体制作单元）的水的至少一项强度或广延属性。例如，可以把一个热交换器（诸如冷却器130）布置在超纯水配给系统103的上游，以便减少可被递送到至少一个半导体制作单元的超纯水的至少一部分的温度。如图所示，冷却器130被布置在反应器120的下游但是处在除气器160的上游。然而，本发明不限于示例性呈现的排列，并且一个或多个热交换器例如可以在微粒除去系统102的下游但是在水配给系统103的上游与超纯水产品热连通。实际上，可以利用多个热交换器。例如，第一热交换器（诸如加热器）可以对具有至少一种自由基原始化合物的水进行加热以便帮助发起或者把所述原始化合物转换成一种或多种自由基清除物质，并且第二热交换器（诸如冷却器）可以在通过水配给系统进行递送之前对经处理的超纯水进行冷却。
其它辅助系统例如包括一个或多个泵166，其提供用于循环通过系统100的水的原动力。泵166可以是正位移泵或离心泵。泵166优选地包括对于产品水的污染特性没有不合期望的贡献的组件。
水配给系统103可以包括入口端口以及流体地连接到一个或多个使用点（未示出）并且为之提供超纯产品水的至少一个出口端口，所述一个或多个使用点诸如是一个或多个半导体制作单元。
在一些情况下，所述水配给系统例如包括多支管190，其具有流体地连接到自由基清除系统101、微粒除去系统102或二者的入口端口和流体地连接到至少一个使用点的至少一个产品出口，以及流体地连接到一个或多个循环系统178和179以便把未经使用的产品水再循环到自由基清除系统和微粒除去系统之一或二者或者再循环到系统100中的任意点的至少一个返回出口端口。
图2示意性地体现了根据本发明的一个或多个方面的系统200。系统200可以表示提供水的水处理或净化系统，所述水包括可以被视为超纯水的水。在本发明的一些特别有利的实施例中，系统200可以是针对或表示提供适合供半导体制作设施使用的超纯水或者至少维持超纯水质量的净化系统。本发明的另外的方面涉及一种系统200，其可以被视为利用超纯水来向一个或多个半导体制作单元（未示出）提供经处理的超纯水。在本发明的另外的方面，系统200可以是针对或表示提供适于由图1的系统100处理的超纯水的净化系统，或者是可以提供超纯水的系统的至少一部分。因而，根据本发明的一些方面，系统200可以是水处理系统，其减少可能存在于来自一个或多个水源210的补给水或进水中的一种或多种杂质或污染物的浓度、含量或水平，并且把经处理的水提供给利用超纯水的系统。
与系统100一样，处理系统200可以包括子系统或组件，其把一种或多种目标物质的至少一部分转换或变换成可以在任何一个或多个分离单元操作中除去的物质，所述分离单元操作诸如是但不限于除气系统、微粒除去系统、离子陷阱、捕获或交换系统。
如图中示例性地示出的那样，系统200可以包括一系列单元操作212、214和216。可选地可以把来自水源210的待处理的水引入到反渗透单元，以便从水流中除去微粒。可以把来自原始化合物源216的原始化合物引入到来自反渗透单元212的滤出液214中。可以把其中布置有原始化合物的滤出液流引入到自由基清除系统218中。自由基清除系统218可以包括流体地连接到至少一个水源210的自由基清除器反应器或光化辐射反应器。
自由基清除系统218可以包括一个或多个反应器或容器，其中的每一个可以被串行或并行地排列。在某些实施例中，各组串行地排列的反应器可以被并行地排列。例如，可以把串行的第一组或序列反应器与也是串行的另一组或序列反应器并行地放置，其中每一个组具有三个反应器，在自由基清除系统218中达总共六个反应器。在任意时间，每一个组中的反应器中的任意一个或多个可以处于服务中。在某些实施例中，所有反应器可以都处于服务中，而在其它实施例中，只有一组反应器处于服务中。自由基清除系统218也可以被视为初级光化辐射反应器。
所述反应器可以是活塞流反应器或连续搅拌槽反应器或者其组合。在某些实施例中，活塞流反应器可以被用来防止或减少反应器内的灯照明出现致盲或较低照射强度区域（诸如短路）的可能性。所述反应器典型地被确定尺寸成提供充足的滞留时间，从而生成和/或允许在反应器中流动的水中的自由基物质清除、降解或者以其它方式把杂质（典型地是基于有机碳的杂质）中的至少一种的至少一部分转换成惰性或电离化合物（即可以从水中除去的一种或多种化合物），或者至少转换成相对于所述至少一种杂质可以被更加容易地除去的化合物。可以基于系统的预期流量来附加地对反应器确定尺寸，以便提供反应器中的充足滞留时间。还可以基于通过系统的水流量来对反应器确定尺寸。在某些实施例中，通过系统的水流量可以是基于系统下游对于经处理的水的需要或者在系统上游正在被利用的水流量。在某些示例中，所述流量可以处在大约1加仑每分钟（gpm）到2000gpm之间。在特定示例中，所述流量可以处在大约500gpm到大约1300gpm之间。在其它特定示例中，所述流量可以是从大约1300gpm到大约1900gpm。
在所述自由基清除系统中，可以通过一种或多种自由基物质把水中的有机化合物氧化成二氧化碳，其可以在一个或多个下游单元操作中被除去。所述反应器可以进一步包括至少一个自由基活化设备，其把一种或多种原始化合物转换成一种或多种自由基清除物质。例如，所述反应器可以在一个或多个反应腔室内包括一盏或多盏灯，以便照射或者以其它方式提供对于水的光化辐射，把所述一种或多种原始化合物活化、转换或分解成一种或多种自由基物质。
因而，可以基于清除、降解或者以其它方式把杂质（典型地是基于有机碳的杂质）中的至少一种转换成惰性、电离或者能够以其它方式除去的化合物（即可以从水中除去的一种或更多种化合物）或者至少转换成相对于至少一种杂质可以被更加容易地除去的化合物所需的紫外线灯的数目来对反应器确定尺寸。所需灯数目可以至少部分地基于灯性能特性，其中包括灯强度和由灯发出的紫外光的光谱波长。所需灯数目可以至少部分地基于进水流中的预期TOC浓度或量以及添加到馈送流或反应器中的过硫酸盐量中的至少一项。
被照射的水流220可以离开自由基清除系统218，并且可以可选地被引入到同样可以包括一个或多个光化辐射反应器221的次级照射系统中。次级光化辐射反应器221可以包括一个或多个容器，每一个容器包含一盏或多盏紫外线灯。与系统218一样，每一个容器可以被串行或并行地排列。在某些实施例中，各组串行排列的次级反应器可以被并行地排列。例如，两个或更多组串行排列的次级反应器可以被并行地放置，其中每一组串行排列的次级反应器具有两个或更多反应器。在任意时间，每一个组中的次级反应器中的任意一个或多个可以处于服务中。在某些实施例中，所有次级反应器可以都处于服务中，而在其它实施例中，可以只有一组次级反应器处于服务中。在某些实施例中，所述紫外线灯可以在大约185nm到大约254nm的波长范围内发出紫外光。
系统200可以具有还原剂源224，其可以例如在添加点230处把一种或多种中和剂或还原剂（诸如二氧化硫）引入到进一步被照射的水流222中。所述中和剂或还原剂可以是能够把被照射的水流222中的残留原始化合物或其衍生物中的任一个还原或中和到期望水平的任何化合物或物质。
流226可以被引入到一个或多个下游工艺228中，或者可以在所期望的应用中（诸如在半导体制作工艺中）被用作超纯水。
在一些有利实施例中，系统200可以进一步包括进一步除去任何不溶解材料的一个或多个单元操作，诸如微粒过滤器。诸如超滤装置之类的微粒过滤器可以位于初级光化辐射反应器218的下游。
其它有利实施例可以涉及以下配置：涉及系统中的至少一个流动定向控制设备。定向流动控制设备的非限制性示例包括止回阀和堰口。
源110和210中的任一个可以提供由低杂质水平构成、实质上由低杂质水平构成或者包括低杂质水平的水。更加优选的是，来自源110或210的水由超纯水构成、实质上由超纯水构成或者包括超纯水，所述超纯水具有选自由以下各项构成的组中的至少一项特性：小于大约25ppb或甚至小于大约20ppb的总有机碳水平或值（如尿素），以及至少大约15兆欧姆厘米或甚至至少大约18兆欧姆厘米的电阻率。自由基清除系统101可以进一步包括流体地连接到反应器120的至少一个原始化合物源122。
从源110和源210被引入到系统100和/或系统200中的水典型地或者甚至优选地可以被表征为具有低杂质水平。例如，本发明的一些实施例利用先前已经通过一个或多个处理序列（未示出）被处理或净化了的纯水、超纯水或其混合物，所述处理序列诸如是利用反渗透、电渗析、电去电离作用、蒸馏、离子交换或此类操作的组合的那些处理序列。如前所述，本发明的有利实施例涉及例如来自源110和/或源210的超纯进水，其典型地具有至少大约15兆欧姆厘米、优选地至少大约18兆欧姆厘米的低传导率或高电阻率，和/或具有低污染物水平，例如典型地如尿素或其它碳化合物或者其替代物的小于大约50ppb并且优选地小于大约25ppb的低总有机碳水平。
在反应器中可以利用一盏或多盏灯来照明或照射包含在其中的流体。本发明的特定实施例可以涉及具有多盏灯的反应器，每一盏灯被有利地布置或定位在其中以对于一个或多个照明周期以一个或多个照明强度水平来照射流体。本发明的其它方面可以涉及在容许或促进多个同时照明强度的配置中利用反应器中的任一个内的一盏或多盏灯。
可以将紫外线灯有利地定位或配给在自由基清除系统的一个或多个反应器内，以便任意地照射或者以其它方式提供对于水的光化辐射。在某些实施例中，期望把灯配给在一个或多个反应器内以便遍及反应器均匀地配给光化辐射。在系统218和反应器221中的任一个中，可以对自由基清除系统的紫外线灯进行调节以提供各种强度或各种功率水平处的照明。例如，可以使用能够被调节成在多种照明模式（诸如昏暗、额定和增强模式，例如低、中或高模式）处进行操作的紫外线灯。
可以通过把一盏或多盏灯放置在反应器内的一个或多个套筒或管道中来将其定位在一个或多个光化辐射反应器内。所述管道可以把灯固定就位，并且保护灯使其免受反应器内的水的影响。所述管道可以由基本上不会被反应器内的光化辐射和水或者水的成分降解同时允许辐射穿过材料的任何材料制成。所述管道可以具有圆形截面积。在某些实施例中，所述管道可以是圆柱形的，并且其构造材料可以是石英。管道中的每一条可以是与一条或多条其它管道相同或不同的形状或尺寸。所述管道可以按照各种配置被排列在反应器内，例如所述套筒可以跨越反应器的一部分或者整个长度或宽度地延伸。所述管道还可以跨越反应器的内体积地延伸。
可以从Hanovia Specialty Lighting（Fairfield，New Jersey）、Engineered
Treatment Systems, LLC (ETS)（Beaver Dam，Wisconsin）和Heraeus
Noblelight GmbH of Hanau（德国）获得市场上可买到的紫外线灯和/或石英套筒。所选择的石英材料可以至少部分地基于在所述工艺中将使用的一个或多个特定波长。石英材料可以被选择成最小化紫外线灯在一个或多个波长下的能量需求。石英的成分可以被选择成提供紫外光到反应器中的水的所期望的或适当的透射比，和/或维持紫外光到水的所期望的或足够的透射率水平。在某些实施例中，所述透射率对于一个预定时间段而言可以是大约50%。例如，所述透射率对于一个预定时间段而言可以是大约80%或更大。在某些实施例中，所述透射率对于大约6个月到大约一年而言可以处在大约80%到90%的范围内。在某些实施例中，所述透射率可以对于长达大约两年而言处在大约80%到90%的范围内。
所述管道可以在每一个末端处被密封，使得不允许反应器的内容进入套筒或管道。所述管道可以被固定在反应器内，使得遍及反应器的使用它们都维持就位。在某些实施例中，所述管道被固定到反应器壁。可以通过使用适当的机械技术或者用于将物体彼此固定的其它传统技术而将管道固定到壁。在固定管道时所使用的材料优选地是惰性的，并且将不会妨碍反应器的操作或者负面地影响水的纯度或者将污染物释放于水。
可以把灯排列在反应器内，使得它们彼此平行。还可以彼此成各种角度地将灯排列在反应器内。例如，在某些实施例中，可以将灯排列成照明形成近似90度角使得它们彼此近似正交或垂直的路径或覆盖区域。可以按照这种方式排列灯，使得它们在垂直轴或水平轴或者其间的任意轴上形成近似90度角。
在某些实施例中，反应器可以在所述反应器或容器内包括一个管道阵列，其包括第一组平行管道和第二组平行管道。每一条管道可以包括至少一盏紫外线灯，并且第一组平行管道中的每一条可以被排列成相对于第二组平行管道处于所期望的角度处。在某些实施例中，所述角度可以是近似90度。第一阵列和第二阵列中的任一个或二者的管道可以跨越反应器的内体积地延伸。第一组和第二组中的管道可以被排列在反应器内的近似相同的高度处。
其它的配置可以涉及被布置成在反应器中的相应的被占用或覆盖区域处提供均匀强度水平的管道和/或灯。其它的配置可以涉及其中具有一盏或多盏灯的等间距排列的管道。
反应器可以包含排列在所述反应器或容器内的一个或多个管道阵列。第二管道阵列可以包括第三组平行管道和与第三组平行管道正交的第四组平行管道，每一条管道包括至少一盏紫外线灯。第四组平行管道还可以与第二组平行管道和第一组平行管道中的至少一个正交。
在某些实施例中，所述反应器或容器内的每一个阵列可以被定位在与该反应器内的另一个阵列相距预定距离或高度。一组两个阵列之间的预定距离可以是相同的或不同的。
图3示例性地示出了可以被用在系统100或系统200或二者中的反应器容器300的剖面图。反应器容器300典型地包括入口310、出口320以及将反应器容器300划分成上腔室325和下腔室330的挡板315。反应器容器300还可以包括多支管305，其可以被配置成遍及该容器配给通过入口310被引入的水。在某些实施例中，多支管305可以被配置成遍及该容器均匀地配给水。例如，多支管305可以被配置成遍及该容器均匀地配给水，使得该反应器作为活塞流（plug flow）反应器来进行操作。
在一些实施例中，所述反应器容器可以包括多于一个挡板315以便把该反应器容器划分成多于两个腔室。挡板315可以被用来向反应器提供混合或湍流。在某些实施例中，如图3中所示，反应器入口310与下腔室330流体连通，并且反应器出口320与上腔室325流体连通。
在一些实施例中，在反应器120中串行地排列至少三个反应器腔室，每一个具有至少一盏紫外线（UV）灯，其被布置成利用大约或范围在大约185nm到大约254nm、220nm和/或254nm的光在所期望的功率水平下或者在各种功率水平下照射相应腔室中的水。
所述反应器容器还可以包括被定位在管道（例如管道335a-c和340a-c）内的多盏紫外线灯。在本发明的一个实施例中，如图3中所示，反应器容器300包括第一组平行管道（管道335a-c）和第二组平行管道（未示出）。第一组中的每一组平行管道与第二组近似正交，以形成第一阵列345。管道335a-c和第二组平行管道在反应器容器300中相对于彼此处于近似相同的高度处。
此外，所述反应器容器可以包括第三组平行管道和第四组平行管道。第一组中的每一组平行管道与第二组近似正交，以形成例如第二阵列350。如示例性地图示的那样，管道340a-c和第二组平行管道在反应器容器300中相对于彼此处于近似相同的高度处。如图3中所示，第一阵列345可以被定位在与第二阵列350相距预定距离处。容器300可以附加地包括第三阵列355和第四阵列360，每一个可选地具有与第一阵列340和第二阵列345类似的配置。
在另一个实施例中，第一管道335b可以被排列成与第二管道340b正交，以形成第一阵列。此外，一组管道（管道365a和管道365b）可以被排列成与另一组管道（管道370a和管道370b）正交，以形成第二阵列。在图4A中示出了第二阵列的灯的位置，包括灯414、420、422和424。在图4B中示出了第一阵列和第二阵列中的灯的位置，包括第一阵列的灯426和428以及第二阵列的灯414、420、422和424。
取决于灯的各种属性（包括尺寸、强度和递送到灯的功率），灯可以生成图案。由灯生成的光图案是灯向其发出光的一般空间体积。在某些实施例中，光图案或照明体积被定义为灯可以照射或者以其它方式为之提供光化辐射而允许原始化合物向一种或多种自由基物质的分裂或转换的区域或空间体积。
如图4A和4B中所示，其示例性地示出了反应器400的剖面图，其中第一组管道410a-c被排列成彼此平行，并且第二组管道412a-c被排列成彼此平行。如所示出的那样，第一组管道410a-c被排列成相对于第二组管道412a-c正交。诸如灯414之类的灯被散布在管道410a-c和412a-c内，并且在被照明时可以生成光图案416。
一盏或多盏紫外线灯或者一组灯可以被表征为投射出平行于照明矢量的光化辐射。所述照明矢量可以被定义为一盏或多盏灯沿着其发出光化辐射的方向。在一个示例性实施例中，如图4A中所示，第一组灯（包括灯420和422）被布置成投射出平行于照明矢量418的光化辐射。
可以为第一组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第一照明矢量的光化辐射。还可以为第二组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第二照明矢量的光化辐射。可以调节第一组紫外线灯和第二组紫外线灯中的至少一个的照明方向和强度中的至少一项。每一组紫外线灯可以包括一盏或多盏紫外线灯。
可以基于系统的特定操作条件或需求来选择所利用或通电的灯的数目以及使用中的灯的配置。例如，可以基于系统的特性或者所测量或计算的参数来选择及控制针对特定工艺所利用的灯的数目。例如，进水或经处理的水的所测量参数可以包括TOC浓度、温度和流量中的任一个或多个。还可以基于添加到系统的过硫酸盐的浓度或量来选择及控制所通电的灯的数目。例如，如果待处理的水的流量处于或低于特定阈值（例如诸如1300gpm的标称或设计流量），则可以使用特定配置的12盏灯，而如果待处理的水的流量升高到高于所述阈值，则可以使用更多的灯。例如，如果流量从1300gpm增加到所选择的更高阈值，则可以为附加的灯通电。例如，如果待处理的水的流量达到1900gpm，则可以使用24盏灯。因而，水的流量可以部分地确定每一个反应器中的哪些灯和/或所通电的灯的数目。
在某些实施例中，紫外线灯可以在一个或多个照明强度水平处进行操作。例如，可以使用能够被调节成在多种照明模式（诸如以昏暗、额定和增强模式中的任一个，例如低、中或高模式）处进行操作的一盏或多盏灯。可以基于系统的特性或者所测量或计算的参数（诸如进水或经处理的水的所测量参数，包括TOC浓度、温度和流量）来调节及控制一盏或多盏灯的照明强度。还可以基于添加到系统的过硫酸盐的浓度或量来调节及控制一盏或多盏灯的照明强度。例如，一盏或多盏灯可以在昏暗模式中被使用，一直到系统的所测量的参数的一个预定阈值，诸如第一TOC浓度。如果所测量或计算的TOC浓度达到或高于第二TOC浓度（其可以高于所述阈值），则可以把所述一盏或多盏灯调节到额定模式。如果所测量或计算的TOC浓度达到或高于第二阈值，则可以把所述一盏或多盏灯进一步调节到增强模式。
可以使用与用于调节的阈值相同或不同的所测量参数和值来共同地或者单独地控制灯及其照明强度。
在一些实施例中，反应器可以在第一模式中进行操作，其指示第一灯配置和第一灯强度。反应器可以针对系统的一个或多个参数的特定范围或者一直到所选择或所期望的值而在第一模式处进行操作。例如，反应器可以针对以下参数中的一个或多个的特定范围或者一直到所选择或所期望的值（诸如第一阈值）而在第一模式处进行操作：TOC浓度、过硫酸盐的添加速率和/或量、以及进水流量或者流经反应器的水流量。在参数中的一个或多个的所选择或所期望的值（或第一阈值）处或者高于该值，反应器可以在第二模式中进行操作，其指示第二灯配置和第二灯强度中的至少一个。反应器可以针对系统的一个或多个参数的特定范围或者一直到所选择或所期望的值（诸如第二阈值）而在第二模式中进行操作。在第二阈值处或高于第二阈值，反应器可以在第三模式中进行操作，其指示第三灯配置和第三灯强度中的至少一个。
所述系统还可以被设计使得反应器可以被操作成允许基于一个或多个所选择或所期望的阈值从第三模式调节到第二模式，或者从第二模式调节到第一模式。所述系统可以被操作使得选择一个或多个阈值或将其输入到系统中，并且所述系统可以在一种或多种操作模式中进行操作。
在一些特定实施例中，例如，第一模式可以指示以系统设计流量容量的小于30%、或者进水目标TOC浓度的小于30%的TOC浓度、或者可以被添加到反应器的过硫酸盐添加的最大量或速率的小于30%进行操作的系统。第二模式可以指示以系统设计流量容量的30%到100%、或者进水目标TOC浓度的30%到100%的TOC浓度、或者可以被添加到反应器的过硫酸盐添加的最大量或速率的30%到100%进行操作的系统。第三模式可以指示以系统设计流量容量的大于100%、或者进水目标TOC浓度的大于100%的TOC浓度、或者可以被添加到反应器的过硫酸盐添加的最大量或速率的大于100%进行操作的系统。
可以在沿着通过系统（例如系统100或系统200）的水流路径的一个或多个点处进行TOC测量。可以在原始化合物向光化辐射反应器或向水流的添加之前执行TOC测量。在某些实施例中，对已经通过混合床离子交换柱处理了的水样本进行TOC测量，以便从水样本中除去可能妨碍TOC测量的离子化合物。所述混合床离子交换柱可以包括阴离子和阳离子树脂，其允许把离子物质从水中转移到树脂上，由此从水中除去这些物质的至少一部分。通过从水中除去离子物质，可以更加精确地执行TOC测量。在特定示例中，所述混合床离子交换柱可以位于反渗透单元的下游并且位于光化辐射反应器的上游。所述混合床离子交换柱可以利用来自Siemens
Water Technologies Corp.（Warrendale，PA）的USFTM
NANO树脂。
还可以在初级光化辐射反应器218的下游或者次级光化辐射反应器221的下游进行TOC测量。
在本发明的一些方面，可以执行待处理或正在被处理的水中的化合物的测量。这可以涉及测量水的特性。所述测量还可以涉及把水中的第一物质转换成目标物质，或者改变水的特性，以及重新测量水的特性。在某些示例中，目标物质可以是硫酸根离子。化合物的测量可以被执行成低至例如小于1ppm的水平。在一些示例中，化合物的测量可以被执行成低至例如小于100ppb、1ppb或0.5ppb的水平。
在某些实施例中，对水中的化合物的测量可以涉及：测量水或液体流的第一传导率；照射水或液体流的至少一部分；在照射之后测量水或液体流的第二传导率；以及至少部分地基于第一传导率测量和第二传导率测量来计算化合物浓度。所测量的化合物可以是过硫酸盐。对水或液体流进行照射可以包括：把包括过硫酸盐的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。所测量的化合物还可以是诸如二氧化硫之类的还原剂。对水或液体流进行照射可以包括：把包括二氧化硫的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。可以对例如在系统100或系统200中正在被处理的水流执行对水中的化合物的测量，或者可以对系统100或系统200中正在被处理的水的一条支流执行对水中的化合物的测量。
如图2中所示，使用传感器207，例如通过浓度或传导率测量，可以提供对水或液体流中的化合物量的测量。在本发明的一些实施例中，可以测量容器220的水流输出的第一传导率。可以通过紫外光来照射该水流，并且可以测量水流的第二传导率。通过把第一传导率测量与第二传导率测量进行比较，可以确定水流中的过硫酸盐的浓度或量。在一些实施例中，可以使用催化剂而不是利用紫外光。
类似地，使用传感器208，可以提供对水或液体流中的还原剂量的测量。可以使用传感器208测量来自还原剂源224的还原剂的添加点230的下游的水流的第一传导率。可以通过紫外光来照射该水流，并且然后可以测量水流的第二传导率。通过把第一传导率测量与第二传导率测量进行比较，可以确定水流中的还原剂的浓度或量。在一些实施例中，可以使用催化剂而不是利用紫外光。
在图5中示出了利用传感器207和传感器208的本发明的一个实施例。可以利用传感器507来测量可以从初级光化辐射反应器或次级辐射反应器输出的水流520。传感器507可以测量水流520的第一传导率。然后可以通过紫外光来照射该水流，并且可以测量水流520的第二传导率。使用控制器532，可以通过把第一传导率测量与第二传导率测量进行比较来确定水流中的过硫酸盐的浓度或量。
类似地，使用传感器508，可以提供对水或液体流526中的诸如二氧化硫之类的还原剂量的测量。可以使用传感器508来测量还原剂添加点530的下游的水流526的第一传导率。所述传感器可以利用紫外光来照射水流526，并且然后可以测量水流526的第二传导率。使用控制器532，可以通过把第一传导率测量与第二传导率测量进行比较来确定水流中的还原剂的浓度或量。传感器508的输出水流528然后可以继续通过系统。
水流520和水流526中的所计算的过硫酸盐的浓度或量和所计算的还原剂的浓度或量中的至少一个可以被控制器532利用来控制向水流522添加的还原剂的速率或量。在本发明的某些实施例中，基于使用传感器507测量的过硫酸盐的所计算浓度来控制还原剂的速率或量，以提供最少量的还原剂。还可以基于使用传感器508测量的还原剂的所计算浓度来控制还原剂的速率或量，以提供最少量的还原剂。
在某些实施例中，可以基于下面的公式来计算例如在流222或522中的过硫酸盐（S2O8）浓度：
其中，γ是例如基于硫酸盐的传导率和过硫酸盐的传导率而确定的常数。
虽然图5被图示为传感器507和传感器508中的每一个包括两个传导管，但是可以想象的是，传感器507和传感器508中的每一个可以包括一个传导管，其中测量水样本的第一传导率、发生对水样本的照射并且测量水样本的第二传导率。上述等式可以被用来确定过硫酸盐浓度，其中“传导管2”表示水的第二所测量传导率，而“传导管1”表示水的第一所测量传导率。
在某些实施例中，期望把离开光化辐射反应器的被照射的水中的残留过硫酸盐还原或中和到目标水平。这可以通过在初级光化辐射反应器的下游包括附加的紫外线灯或光化辐射灯来实现，这可以帮助减少残留过硫酸盐并且减少TOC。例如，图2包括次级光化辐射反应器220，其可以被添加来帮助减少残留过硫酸盐并且减少水中的TOC。
诸如利用催化剂或还原剂之类的技术可以被用来还原或中和水流中的残留过硫酸盐。还原剂可以包括亚硫酸氢盐和二氧化硫。可以基于过硫酸盐和还原剂测量或者系统的其它特性或属性把还原剂添加到水流中。可以随着系统需要改变在工艺期间调节添加速率。
系统100和200可以进一步包括一个或多个控制系统或控制器105和232。控制系统105和232典型地连接到一个或多个传感器或输入设备，其被配置并布置成提供处理系统100和200的工艺流、组件或子系统中的至少一个的至少一项属性、特性、状态或条件的指示或表示。例如，控制系统105可以操作上被耦合成接收来自源110和传感器106、107和108中的任一个或多个的输入信号。控制系统232可以操作上被耦合成接收来自源210和传感器206、207、208和209中的任一个或多个的输入信号。所述输入信号可以表示来自源110的水或者系统中的水流的任何强度属性或任何广延属性。例如，输入信号可以表示来自图1的离子交换柱140L和离子交换柱140P的经处理的超纯水的任何强度属性或任何广延属性。所述输入信号还可以表示来自反渗透单元212、次级光化辐射反应器220或者还原剂230的添加点之后的经处理的超纯水的任何强度属性或任何广延属性。例如，来自源110或源210的一个或多个输入信号可以提供进水或补给水的电阻率或传导率、流量、TOC值、温度、压力、金属浓度、细菌的水平或量、溶解的氧含量和/或溶解的氮含量的指示。输入设备或传感器106、107和108以及206、207、208和209可以同样地提供通过系统100或系统200的至少部分地经处理的水的任何一个或多个此类表示。特别地，传感器中的任何一个可以提供至少部分地经处理的水或超纯水中的温度、传导率或者特定化合物或物质的浓度的指示。虽然仅特别描绘了传感器106、107和108以及206、207、208和209，但是可以利用附加的传感器，例如包括系统100和200中的一个或多个温度、传导率或电阻率传感器。
控制系统105和232可以被配置成接收任何一个或多个输入信号，并且向处理系统100和200的任何一个或多个单元操作或子系统生成一个或多个驱动、输出和控制信号。如所图示的那样，控制系统105和232例如可以接收来自源110和/或210或者来自系统内的另一位置的水的流量、TOC水平或二者的指示。控制系统105和232然后可以生成驱动信号并且将其传送到原始化合物的源122或源216，以（如果必要的话）调节被引入到进入反应器120或反应器218的水流中的原始化合物的添加速率。在一个实施例中，控制系统232例如可以从传感器207和传感器208接收水中的特定化合物或物质的浓度的指示。控制系统232然后可以生成驱动信号并且将其传送到还原剂源224，以（如果必要的话）调节在添加点230处被引入到水流中的还原剂的添加速率。所述驱动信号典型地基于一个或多个输入信号以及目标或预定值或设定点。例如，如果提供来自源110或源210的进水的TOC值的表示的输入信号高于目标TOC值或可接受TOC值的范围（即容限范围），则可以生成驱动信号来增加来自源122或源216的原始化合物的添加速率或量。特定目标值典型地是现场选择的，并且可以因设施而异，并且还可以取决于下游的使用点需求。这一配置独创性地通过主动解决污染物的除去而避免提供具有不合期望的特性的水，并且还避免补偿系统的滞留或滞后响应时间（这可能是流经系统的水和/或分析所需的时间的结果）。
在一些实施例中，控制系统105和232例如可以接收流量、TOC浓度或水平和/或过硫酸盐的添加速率或量的指示，并且生成驱动信号并将其传送到反应器120或者反应器218或220，或者更具体地传送到反应器的灯，以调节或修改操作中的一盏或多盏灯中的至少一个以及灯的强度。所述驱动信号可以是基于一个或多个输入信号以及目标或预定值或设定点或阈值。例如，如果提供来自源110或源210的进水的TOC值的表示的输入信号高于目标TOC值或阈值或者可接受TOC值的范围（即容限范围），则可以生成驱动信号，以通过调节灯配置和灯强度中的至少一项来调节反应器的操作模式。
控制系统105和232可以进一步生成并传送附加控制信号，以例如通电或者调节由反应器120、218或220中的至少一个辐射源发出的输出辐射的强度或功率。因而，取决于原始化合物的添加速率或量或者取决于进入反应器的水流中的TOC水平，可以适当递增地或按比例地增加或减小所述控制信号。这一特征用来延长一个或多个辐射源的服务寿命并且减少能量消耗。
控制系统105和232还可以被配置在反馈装置中，并且生成一个或多个控制信号并将其传送到还原剂源224和反应器120、218和220以及原始化合物源122和214中的任一个或二者。例如，配给系统103中的或者来自传感器107或108的超纯产品水的TOC值或电阻率或二者可以被利用来向源122和反应器120中的任一个生成控制信号。
在高初始TOC波动周期期间，可以利用前馈控制来补偿仪器延迟。这种占先的方法注入原始化合物，典型地以相对于污染物量的剩余。在稳定的TOC水平周期期间，可以在进行或不进行前馈控制的情况下利用反馈方法。
控制系统105可以进一步基于例如来自传感器107或108或二者的输入信号而生成并传送对冷却器130中的传热速率进行调节的控制信号。所述控制信号可以增加或减小被引入到冷却器130中的冷却水的流量和/或温度，以便在所期望或预定的温度处把经处理的水提供到配给系统103。
控制系统105可以进一步生成并传送控制信号，该控制信号给泵166通电或者调节流经那的至少部分地经处理的水的流量。如果所述泵利用可变频率驱动，则可以生成控制信号以适当地调节泵电动机活动水平来实现目标流量值。可替换地，致动信号可以致动对来自泵166的至少部分地经处理的水的流量进行调整的阀。
可以使用如图6中示意性地表示的一个或多个处理器来实施本发明的控制系统105和232。控制系统105例如可以是通用计算机，诸如基于Intel PENTIUM®类型处理器、Motorola
PowerPC®处理器、Sun UltraSPARC®处理器、Hewlett-Packard PA-RISC®处理器或者任何其它类型的处理器或其组合的那些通用计算机。可替换地，所述控制系统可以包括专门编程的专用硬件，例如专用集成电路（ASIC）或供分析系统用的控制器。
控制系统105和232可以包括一个或多个处理器605，其典型地连接到一个或多个存储设备650，所述存储设备650例如可以包括硬盘驱动器存储器、闪存设备、RAM存储设备或者用于存储数据的其它设备中的任何一个或多个。存储设备650典型地被用于在系统100和200和/或控制系统105和232的操作期间存储程序和数据。例如，存储设备650可以被用于存储在一段时间内的与参数有关的历史数据以及操作数据。包括实施本发明的实施例的编程代码的软件可以被存储在计算机可读和/或可写的非易失性记录介质上，并且然后典型地被复制到存储设备650中，其中它然后可以由处理器605执行。这样的编程代码可以用多种编程语言（例如Java、Visual
Basic、C、C#或C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBAL或其各种组合中的任一种）中的任一种来编写。
控制系统105和232的组件可以通过互连机制610被耦合，所述互连机制610可以包括例如集成在同一设备内的组件之间的一条或多条总线，和/或例如驻留在分开的分立器件上的组件之间的网络。所述互连机制典型地实现要在系统的组件之间交换的通信（例如数据、指令）。
控制系统105和232还可以包括例如从键盘、鼠标、跟踪球、传声器、触摸屏接收一个或多个输入信号i1 、i2 、i3 ...in 的一个或多个输入设备620，以及例如向打印设备、显示屏或扬声器生成并传送一个或多个输出、驱动或控制信号s1 、s2 、s3 ...sn 的一个或多个输出设备630。此外，控制系统105和232可以包含一个或多个接口660，其可以把控制系统105或232连接到除可由所述系统的组件中的一个或多个形成的网络之外或作为其可替换方案的通信网络（未示出）。
根据本发明的一个或多个实施例，所述一个或多个输入设备620可以包括典型地提供系统100和200的一个或多个组件或工艺流的一个或多个条件、参数或特性的测量、指示或表示的组件，诸如但不限于阀、泵和传感器106、107和108以及206、207、208和209。可替换地，传感器、计量阀和/或泵或者所有这些组件可以连接到通信网络，该通信网络操作上耦合到控制系统105和232。例如，传感器106、107和108以及206、207、208和209可以被配置为直接连接到控制系统105和232的输入设备、子系统122和124的计量阀和/或泵可以被配置为连接到控制系统105的输出设备，并且上述中的任何一个或多个可以被耦合到计算机系统或自动化系统，以便通过通信网络与控制系统105和232通信。这样的配置允许一个传感器位于与另一个传感器相距很远的距离处，或者允许任何传感器位于与任何子系统和/或控制器相距很远的距离处，同时仍然在其间提供数据。
控制系统105和232可以包括一个或多个存储介质，诸如可以在其中存储信号的计算机可读和/或可写的非易失性记录介质，所述信号定义例如将由一个或多个处理器605执行的程序或其部分。所述一个或多个存储介质例如可以是或者包括硬盘驱动器或闪存。在典型的操作中，处理器605可以使数据（诸如实施本发明的一个或多个实施例的代码）从一个或多个存储介质被读取到例如存储设备640中，这与所述一个或多个介质相比允许由一个或多个处理器进行的对信息的更加快速访问。存储设备640典型地是易失性随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器（DRAM）或静态存储器（SRAM）或者促进信息转移到处理器605和从其转移信息的其它适当设备。
虽然通过示例的方式将控制系统105和232示出为依据其可以实践本发明的各种方面的一种类型的计算机系统，但是应当认识到的是，本发明不限于如示例性地示出的那样用软件或者在计算机系统上被实施。实际上，不是例如在通用计算机系统上被实施，而是控制系统或者其组件或子系统可以被实施为专用系统或专用可编程逻辑控制器（PLC）或者被实施在分布式控制系统中。此外应当认识到的是，本发明的一个或多个特征或方面可以用软件、硬件或固件或者其任意组合来实施。例如，可由处理器605执行的算法的一个或多个片段可以在单独的计算机中被执行，其中的每一台可以通过一个或多个网络进行通信。
系统100可以进一步包括子系统176，其用于净化和/或除去保留在过滤装置172和174的隔膜表面上的任何残留物、微粒或其它材料。子系统176可以包括一个或多个热交换器和泵，其允许装置172和174的隔膜的温度循环。可以由控制系统105来控制温度循环，通过交替地将热水和凉水提供到装置172和174的任一个中以允许其组件的膨胀和收缩，这促进对任何保留材料的除去。虽然未图示，但是子系统176还可以被连接到系统100的任何单元操作，从而也促进此类单元操作的清洁和热水净化。
示例
根据下面的示例，可以进一步理解本发明的这些和其它实施例的功能和优点，其说明了本发明的一种或多种系统和技术的益处和/或优点，但是并不例示本发明的完全范围。
示例1
本示例描述了如基本上在图1的示意图示中所表示的利用本发明的技术的系统。
系统100流体地连接到进水的源110，并且被设计成向半导体制作单元提供具有表1中列出的相应质量和特性的超纯水。
原始化合物源122利用泵来提供过硫酸铵。
反应器120包括三盏串行连接的UV灯（SCD-120），其提供在大约254nm处的UV辐射。
冷却器130是板框式热交换器，其被设计成把水温减少3℃。
铅离子交换柱140L包括USFTM
MEG PPQ离子交换树脂的并行床。
微粒过滤器150被额定为保留大于0.05微米的微粒。
除气器160包括并行连接到30mmHg处的真空源162的两个隔膜接触器。
泵166利用可变速度驱动，并且被额定为在100psig处提供35gpm。
精制离子交换柱140P包括USFTM
MEG PPQ离子交换树脂的串行连接床。
超滤装置利用来自Asahi Chemical Company的OLT-5026G超滤隔膜。
在表2中列出了所利用的在线传感器。
表1.
表2.
呈现了超纯水产品的质量的图7示出可以通过本发明的系统和技术（被标记为“LUPW”）来处理具有所期望特性的水，并且将其与现有供水系统（被标记为“精制”）以及一种替换装置（被标记为“因特格（Entegris）”）进行比较。如图7中所示，本发明的系统即使在进水质量波动期间也可以维持低TOC水平。
示例2
本示例描述了如基本上在图2的示意图示中所表示的利用本发明的技术的系统。在本示例中，没有利用次级光化辐射反应器，并且没有利用还原剂源224。
系统200可流体地连接到进水的源210，并且被设计成向半导体制作单元提供超纯水。
原始化合物源216向水流214提供过硫酸铵。
初级反应器218包括第一组三个串行连接的光化辐射反应器，其与第二组三个串行连接的光化辐射反应器并行地进行定位。每一个反应器提供处在大约185nm到大约254nm的范围内的UV辐射。
图8呈现了总有机碳（TOC）浓度对时间的绘图，其中通过由符号◆表示的数据点示出反应器218上游的进水质量，并且通过由符号﹡表示的数据点示出经处理的水的质量。图8示出了可以将总有机碳（TOC）水平减少到近似1ppb或更少。
由于如图8中所示在进水TOC中观察到的噪声，在进水TOC浓度传感器的上游并且在反渗透隔膜的下游添加了包括超纯水树脂（USFTM
NANO树脂，Siemens Water Technologies Corp.，Warrendale，Pennsylvania）的混合床柱，以除去可能已经是不规则测量的成因的离子组分。
呈现了总有机碳（TOC）浓度对时间的绘图的图9示出可以通过在TOC浓度传感器的上游使用混合床柱来稳定进水TOC测量。如图9中所示，利用本发明的系统和技术，可以将TOC水平减少到近似1ppb或更少，并且在进水质量波动期间可以维持低TOC水平。此外，通过由符号◆表示的数据点示出反应器218上游的进水质量，并且通过由符号﹡表示的数据点示出反应器218下游的经处理的水的质量。图9展示了即使对于高进水TOC波动也可以实现高水平的控制。例如，在第1天的大约20:10与21:35的时间之间以及在第2天的大约5:24与8:00的时间之间的高TOC波动期间，经处理的水的质量维持在1ppb的TOC处或其以下。
示例3
本示例描述了如基本上在图2的示意图示中所表示并且在示例2中所描述的利用本发明的技术的系统。
呈现了总有机碳（TOC）浓度对时间的绘图的图10和11示出了利用本发明的系统和技术可以把进水TOC水平减少到近似3ppb或更少，并且在几乎所有实例中可以减少到小于1ppb或更少。图10示出了关于含有尿素的进水的数据，图11示出了关于含有异丙醇的进水的数据。在图10中示出了TOC浓度遍及时间段波动。显而易见的是，本发明的系统和技术可以处理含有尿素的水，并且一贯在低TOC浓度处提供经处理的水。在图11中，TOC浓度在第3天显著形成峰值。本发明的系统和技术可以处理含有异丙醇的水以便在低TOC浓度处提供水，并且具有能力管理TOC浓度高峰以把经处理的水中的TOC浓度维持在3ppb处或其以下。在该特定示例中，通过修改所述系统，例如增加过硫酸盐泵的泵浦容量，将有可能实现经处理的水的更低TOC浓度，例如低到小于1ppb。
示例4
本示例描述了如基本上在图2的示意图示中所表示并且在示例2和3中所描述的利用本发明的技术的系统。
利用传感器207进行了过硫酸盐浓度测量，该传感器测量水流的第一传导率、对水流施加紫外光并且测量水流的第二传导率。基于下面的等式来计算过硫酸盐浓度：
其中，γ是基于硫酸盐的传导率和过硫酸盐的传导率来计算的常数。
图12呈现了残留过硫酸盐对时间的绘图。如图12中所示，在经处理的水中检测了可测量的过硫酸盐。为了减少经处理的水流中的残留过硫酸盐的量并且允许附加的TOC减少，在初级光化辐射反应器的下游添加了次级光化辐射反应器。次级反应器221包括第一组两个串行连接的光化辐射反应器，其与两个串行连接的光化辐射反应器的三个附加组并行地进行定位。每一个反应器在大约185nm到大约254nm处提供UV辐射。
附加地，将二氧化硫添加到流中以还原或中和经处理的水流中的残留过硫酸盐。还把二氧化硫浓度传感器添加到所述系统以测量并控制被添加到系统中的二氧化硫的量，如图5中所示出的那样。可以利用图13中呈现的绘图来计算二氧化硫测量，二氧化硫浓度对在第一传导率测量和第二传导率测量之间的传导率改变可以被用来确定水流中的二氧化硫的量。
现在已经描述了本发明的一些说明性实施例，对于本领域中的技术人员而言应当显而易见的是，前述仅仅是说明性而非限制性的，已经仅仅通过示例的方式将其呈现。许多修改和其它实施例处于本领域中的技术人员的范围内，并且该许多修改和其它实施例被设想为落在本发明的范围内。特别地，虽然在本文中呈现的示例中的许多涉及方法动作或系统元件的具体组合，但是应当理解的是，可以通过其它方式来组合这些动作和元件以实现相同的目的。
本领域中的技术人员应当认识到的是，在本文中所描述的参数和配置是示例性的，并且实际的参数和/或配置将取决于在其中使用本发明的系统和技术的具体应用。在不超出使用例行实验范围的情况下，本领域中的技术人员还应当认识到或者能够确定针对本发明的具体实施例的等同物。因此应当理解的是，在本文中所描述的实施例仅仅是通过示例的方式被呈现，并且在所附权利要求书及其等同物的范围内，可以按照如具体描述的以外的其它方式来实践本发明。
此外，还应当认识到的是，本发明是针对本文中所描述的每一项特征、系统、子系统或技术，并且如果这些特征、系统、子系统和技术不会互相不一致，则在本文中所描述的两项或更多项特征、系统、子系统和技术的任意组合和两项或更多项特征、系统、子系统和/或方法的任意组合都被视为落在如权利要求书中所体现出的本发明的范围内。此外，不意图从其它实施例中的类似角色排除仅仅结合一个实施例讨论的动作、元件和特征。
如本文中所使用的，术语“多个”指代两个或更多项或组件。术语“包括”、“包含”、“带有”、“具有”、“含有”和“涉及”不管是在书面描述中还是在权利要求等中都是开放性术语，即意味着“包含但不限于”。因而，使用这样的术语是意图涵盖随后列出的项及其等同物以及附加项。关于权利要求，只有过渡短语“由...构成”和“实质上由...构成”分别是封闭性或半封闭性的过渡短语。在权利要求中使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等之类的序数词来修饰某一权利要求元素本身并不表示任何优先级、优先权、一个权利要求元素高于另一个权利要求元素的顺序或者执行方法的动作的时间顺序，而是仅仅被用作把具有特定名称的一个权利要求元素与具有相同名称的另一个元素（仅仅为了使用序数词）进行区分的标签以便区分权利要求元素。
Claims (50)
1.一种用于处理水的系统，其包括：
初级光化辐射反应器；
过硫酸盐原始化合物源，其被布置成把至少一种过硫酸盐原始化合物引入到所述初级光化辐射反应器中；
总有机碳（TOC）浓度传感器，其位于所述初级光化辐射反应器的上游；
过硫酸盐浓度传感器，其位于所述初级光化辐射反应器的下游；
还原剂源，其被布置成在所述初级光化辐射反应器的下游引入至少一种还原剂；
还原剂浓度传感器，其位于所述至少一种还原剂的添加点的下游；以及
控制器，其操作上被耦合成接收来自所述TOC浓度传感器、所述过硫酸盐浓度传感器和所述还原剂浓度传感器中的至少一个的至少一个输入信号并且生成至少一个控制信号，所述至少一个控制信号调整以下各项之一：过硫酸盐原始化合物被引入到初级光化辐射反应器中的速率、所述初级光化辐射反应器中的光化辐射的强度、以及还原剂被引入到所述系统的速率。
2.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的上游的反渗透单元。
3.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的下游的次级光化辐射反应器。
4.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的下游的微粒过滤器。
5.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的下游的超滤装置。
6.权利要求1的系统，其进一步包括选自由热交换器、除气器、微粒过滤器、离子净化装置和离子交换柱构成的组中的至少一个单元操作。
7.权利要求6的系统，其中，所述离子交换柱位于所述TOC浓度传感器的上游。
8.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的上游的水源，其包括选自由反渗透过滤器、电渗析设备、电去电离作用设备、蒸馏装置、离子交换柱及其组合构成的组中的一个或多个单元操作。
9.权利要求8的系统，其中，来自所述水源的水包括小于大约25ppb的TOC。
10.权利要求1的系统，其进一步包括位于所述初级光化辐射反应器的下游的TOC浓度传感器。
11.权利要求1的系统，其中，所述还原剂是二氧化硫。
12.一种处理水的方法，其包括：
提供待处理的水；
测量待处理的水的总有机碳（TOC）值；
部分地基于待处理的水的所测量TOC值的至少一个输入信号来把过硫酸盐阴离子引入至待处理的水；
把含有过硫酸盐阴离子的水引入至初级反应器；
在所述反应器内把水中的过硫酸盐阴离子暴露于紫外光，以产生被照射的水流；
部分地基于选自由待处理的水的TOC值、反应器下游的水的过硫酸盐值和过硫酸盐阴离子的添加速率构成的组中的输入信号的至少一个来调节紫外光的强度；以及
把还原剂引入至被照射的水。
13.权利要求12的方法，其进一步包括在位于所述初级反应器下游的次级反应器内将被照射的水暴露于紫外光。
14.权利要求12的方法，其进一步包括从水中除去溶解的固体和溶解的气体。
15.权利要求12的方法，其进一步包括在把待处理的水提供到反应器容器之前对待处理的水进行处理。
16.权利要求12的方法，其进一步包括测量被照射的水的还原剂值。
17.权利要求16的方法，其进一步包括基于所测量的还原剂值把还原剂引入至被照射的水。
18.权利要求12的方法，其中，所述还原剂是二氧化硫。
19.一种向半导体制作单元提供超纯水的方法，其包括：
提供具有小于大约25ppb的TOC值的进水；
把至少一种自由基原始化合物引入到水中；
把所述至少一种自由基原始化合物转换成至少一种自由基清除物质；
从水中除去任何微粒的至少一部分，以产生超纯水；以及
把超纯水的至少一部分递送到所述半导体制作单元。
20.权利要求19的方法，其进一步包括至少部分地基于进水的TOC值来调整至少一种原始化合物的添加速率。
21.一种用于测量液体流中的化合物浓度的方法，其包括：
测量所述液体流的第一传导率；
对所述液体流进行照射；
在照射之后测量所述液体流的第二传导率；以及
部分地基于所述第一传导率测量和所述第二传导率测量来计算所述液体流中的化合物浓度。
22.权利要求21的方法，其中，所述化合物是过硫酸盐。
23.权利要求22的方法，其中，照射液体流包括：把包括过硫酸盐的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。
24.权利要求21的方法，其中，所述化合物是二氧化硫。
25.权利要求24的方法，其中，照射液体流包括：把包括二氧化硫的化合物的至少一部分转换成硫酸根离子。
26.权利要求21的方法，其进一步包括把液体流引入到第一传导管中以测量液体流的第一传导率。
27.权利要求26的方法，其进一步包括把液体流引入到第二传导管中以测量液体流的第二传导率。
28.权利要求21的方法，其进一步包括在测量第一传导率之前在光化辐射反应器内照射液体流。
29.权利要求28的方法，其进一步包括在光化辐射反应器内照射液体流之前把过硫酸盐原始化合物引入到液体流中。
30.一种光化辐射反应器，其包括：
容器；以及
所述容器中的第一管道阵列，其包括第一组平行管道和第二组平行管道，所述第二组平行管道中的每一条管道具有与所述第一组平行管道中的每一条管道的相应纵轴正交的相应纵轴，每一条管道包括至少一盏紫外线灯。
31.权利要求30的光化辐射反应器，其进一步包括第二管道阵列，其包括第三组平行管道和第四组平行管道，所述第四组平行管道中的每一条管道具有与所述第三组平行管道的相应纵轴正交的相应纵轴，每一条管道包括至少一盏紫外线灯。
32.权利要求31的光化辐射反应器，其中，所述第四组平行管道中的每一条管道具有与所述第二组平行管道和所述第一组平行管道之一的相应纵轴正交的纵轴。
33.权利要求31的光化辐射反应器，其中，第二阵列被定位在与第一阵列相距预定距离。
34.权利要求31的光化辐射反应器，其中，每一条管道的每一个末端被固定到容器壁。
35.权利要求31的光化辐射反应器，其中，第一阵列和第二阵列中的至少一个的管道跨越所述容器的内体积地延伸。
36.权利要求31的光化辐射反应器，其中，所述第一组平行管道和所述第二组平行管道之一被定位在与所述第三组平行管道和所述第四组平行管道之一相距预定距离。
37.一种用于控制还原剂向液体流的引入的系统，其包括：
过硫酸盐浓度传感器，其与所述液体流流体连通；
二氧化硫源，其被布置成在所述过硫酸盐浓度传感器的下游把二氧化硫引入至所述液体流；
二氧化硫浓度传感器，其与所述液体流流体连通并且位于所述二氧化硫源的下游；以及
控制器，其被配置成基于来自所述过硫酸盐浓度传感器和所述二氧化硫浓度传感器之一的至少一个输入信号来生成控制信号，所述控制信号调整被引入到所述液体流中的二氧化硫的添加速率和量中的至少一个。
38.权利要求37的系统，其中，所述过硫酸盐浓度传感器包括至少一个传导管。
39.权利要求38的系统，其中，所述过硫酸盐浓度传感器包括紫外光源。
40.权利要求37的系统，其中，所述二氧化硫浓度传感器包括至少一个传导管。
41.权利要求40的系统，其中，所述二氧化硫浓度传感器包括紫外光源。
42.权利要求37的系统，其进一步包括位于所述二氧化硫浓度传感器的上游的光化辐射反应器。
43.权利要求42的系统，其进一步包括被布置成把至少一种过硫酸盐原始化合物引入到初级光化辐射反应器中的过硫酸盐原始化合物源。
44.权利要求43的系统，其进一步包括位于光化辐射反应器的上游的总有机碳浓度传感器。
45.权利要求44的系统，其进一步包括位于光化辐射反应器的下游的总有机碳浓度传感器。
46.一种对容器内的液体进行照射的方法，其包括：
给容器内的第一组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第一照明矢量的光化辐射；以及
给容器内的第二组紫外线灯通电，其中的每一盏被布置成投射出平行于第二照明矢量的光化辐射，所述第二照明矢量与所述第一照明矢量基本上垂直。
47.权利要求46的方法，其进一步包括调节所述第一组紫外线灯中的至少一盏紫外线灯的强度。
48.权利要求47的方法，其进一步包括调节所述第二组紫外线灯中的至少一盏紫外线灯的强度。
49.权利要求46的方法，其进一步包括基于总有机碳（TOC）浓度、过硫酸盐浓度和被引入到容器的液体流量中的至少一个的测量，给所述第一组紫外线灯和所述第二组紫外线灯中的至少一盏灯通电。
50.权利要求46的方法，其进一步包括基于总有机碳（TOC）浓度、过硫酸盐浓度和被引入到容器的液体流量中的至少一个的测量，将所述第一组紫外线灯和所述第二组紫外线灯中的至少一盏灯断电。
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