CN107531513A - 用可变的灯配置提供超纯水的方法和系统 - Google Patents

用可变的灯配置提供超纯水的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了为半导体制造操作提供超纯水的方法和系统。水通过利用自由基清除系统被处理。自由基清除系统可以利用采用自由基前体化合物例如过硫酸铵的光化辐射。可以通过利用离子交换介质和脱气装置进一步处理超纯水。可以利用控制系统来调节光化辐射的连续可变强度。

Description

用可变的灯配置提供超纯水的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2015年5月4日提交的题为“FLEXIBLEELECTRICAL LAMP CONFIGURATION FOR AN ADVANCED OXIDATION PROCESS”的美国临时申请第62/156,487号以及于2015年5月12日提交的题为“VARIABLE INTENSITY LAMP FOR ANADVANCED OXIDATION PROCESS”的美国临时申请第62/160,128号的优先权，这些美国临时申请中的每个为了所有目的通过引用以其整体并入本文。
背景
本文公开的方面和实施方案涉及提供超纯水的系统和方法，并且特别地涉及减少或维持在制造半导体器件或其部件期间可以被使用的超纯水的污染物水平的系统和方法。
概述
一个或更多个方面涉及一种用于处理水的系统。该系统包括：主光化辐射反应器；过硫酸根前体化合物源，所述过硫酸根前体化合物源被设置成将至少一种过硫酸根前体化合物引入主光化辐射反应器中；总有机碳(TOC)浓度传感器，所述总有机碳浓度传感器位于主光化辐射反应器的上游；过硫酸根浓度传感器，所述过硫酸根浓度传感器位于主光化辐射反应器的下游；以及控制器，所述控制器被可操作地联接以接收来自TOC浓度传感器和过硫酸根浓度传感器中的至少一个的至少一个输入信号，并且以产生控制信号，所述控制信号至少部分地基于至少一个输入信号来调节在主光化辐射反应器中的光化辐射的连续可变强度。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的上游的反渗透单元。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的下游的次级光化辐射反应器(secondary actinic radiation reactor)。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的下游的颗粒过滤器。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的下游的超滤装置。
在一些实施方案中，该系统还包括至少一个单元操作，该至少一个单元操作选自由热交换器、脱气器、颗粒过滤器、离子纯化装置和离子交换柱组成的组。
在一些实施方案中，离子交换柱位于TOC浓度传感器的上游。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的上游的水源，所述主光化辐射反应器包括一个或更多个单元操作，该一个或更多个单元操作选自由反渗透过滤器、电渗析设备、电去离子设备、蒸馏装置、离子交换柱及其组合组成的组。
在一些实施方案中，来自水源的水包含小于约25ppb的TOC。
在一些实施方案中，该系统还包括位于主光化辐射反应器的下游的TOC浓度传感器。
在一些实施方案中，还原剂是二氧化硫。
在一些实施方案中，控制器还是可操作的以产生控制信号，所述控制信号调节过硫酸根前体化合物被引入主光化辐射反应器中的速率。
在一些实施方案中，主光化辐射反应器包括具有双侧电连接(double sidedelectrical connection)的紫外灯。
在一些实施方案中，具有双侧电连接的紫外灯包括与在灯的第一端上的第一电极的第一电连接、与在灯的第一端上的第二电极的第二电连接以及与在灯的第二端上的第二电极的第三电连接。
在一些实施方案中，该系统还包括还原剂源和还原剂浓度传感器，所述还原剂源被设置成在主光化辐射反应器的下游引入至少一种还原剂，所述还原剂浓度传感器位于至少一种还原剂的添加点的下游。控制器还可以被配置成接收来自还原剂浓度传感器的输入信号并且产生控制信号，所述控制信号至少部分地基于来自还原剂浓度传感器的输入信号来调节在主光化辐射反应器中的光化辐射的连续可变强度。
在一些实施方案中，控制器还是可操作的以产生控制信号，该控制信号调节还原剂被引入系统的速率。
根据另一个方面，提供了一种处理水的方法。该方法包括：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的TOC值的至少一个输入信号将过硫酸根阴离子引入待处理的水；将含有过硫酸根阴离子的水引入主反应器；在反应器中将水中的过硫酸根阴离子暴露于紫外光，以产生经辐照的水流；以及部分地基于选自由待处理的水的TOC值、反应器的下游的水的过硫酸根值和过硫酸根阴离子的添加速率组成的组的输入信号中的至少一个来调整紫外光的连续可变强度。
在一些实施方案中，该方法还包括在位于主反应器的下游的次级反应器中将经辐照的水暴露于紫外光。
在一些实施方案中，该方法还包括从水中除去溶解的固体和溶解的气体。
在一些实施方案中，该方法还包括在将待处理的水提供给反应器容器之前处理待处理的水。
在一些实施方案中，该方法还包括将还原剂引入经辐照的水。
在一些实施方案中，该方法还包括测量经辐照的水的还原剂浓度值。
在一些实施方案中，该方法还包括基于所测量的还原剂浓度值将还原剂引入经辐照的水。
在一些实施方案中，还原剂是二氧化硫。
在一些实施方案中，提供待处理的水包括提供具有小于约25ppb的TOC值的入口水，并且处理水包括将水的TOC值降低到小于1ppb。
根据另一方面，提供了一种向半导体制造单元提供超纯水的方法。该方法包括：提供具有小于约25ppb的TOC值的入口水；将至少一种自由基前体化合物引入水中；通过将该至少一种自由基前体暴露于UV辐射，将至少一种自由基前体化合物转化成至少一种自由基清除物质，该UV辐射来自具有连续可变的UV辐射功率输出的UV辐射源；从水中除去任何颗粒的至少一部分以产生超纯水；以及将超纯水的至少一部分递送到半导体制造单元。
在一些实施方案中，该方法还包括至少部分地基于入口水的TOC值来调节至少一种前体化合物的添加速率。
在一些实施方案中，该方法还包括至少部分地基于入口水的TOC值来调节UV辐射功率输出。
附图简述
附图并不意图是按比例绘制。在附图中，在各个图中图示的每个相同的或近似相同的部件由相同的数字表示。为了清楚起见，在每个图中不是每个部件都被标记。
在附图中：
图1是图示根据一个或更多个实施方案的系统的示意图；
图2是图示根据一个或更多个实施方案的系统的示意图；
图3是图示根据一个或更多个实施方案的容器的示意图；
图4A是图示根据一个或更多个实施方案的容器的示意图；
图4B是图示根据一个或更多个实施方案的容器的示意图；
图5是图示根据一个或更多个实施方案的传感器和控制器系统的示意图；
图6是图示可以在其上实践一个或更多个实施方案的处理器或控制系统的示意图；
图7图示在根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中用于控制连续可变供电的紫外灯的电路；
图8图示在根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中与连续可变供电的紫外灯的点亮(ignition)和操作相关的电参数；
图9A图示用于根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中的双侧电连接灯的实施方案；
图9B图示用于根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中的双侧电连接灯的另一个实施方案；
图9C图示用于根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中的双侧电连接灯的另一个实施方案；并且
图9D图示用于根据一个或更多个实施方案的系统的实施方案中的双侧电连接灯的另一个实施方案。
详述
一个或更多个方面可以涉及水处理或水纯化系统和技术。各种系统和技术通常利用或包括从工艺流体或工艺流中除去不合意的物质的一个或更多个单元操作。多个单元操作可以串行地或以并行流动布置或以串行和并行流动布置的组合来使用，以促进在工艺流中通常是不合意的或妨碍性的多种目标物质或目标化合物的非选择性或选择性的除去或浓度或水平的降低。此外，系统和技术可以利用一个或更多个单元操作来促进从系统的单元操作产生的物质或副产物物质的浓度的调整。一些方面可以涉及处理或纯化水的技术和系统或其部件，所述水在某些情况下可以被表征为具有低水平的杂质或污染物。一些有利的方面可以涉及提供超纯水的系统和技术。特别有利的方面可以涉及提供用于半导体加工操作或半导体制造操作的超纯水的系统和技术。一些方面和实施方案提供了以维持容纳水或超纯水的水回路的水或超纯水特性的方式在循环水系统或超纯水系统中提供补充水的系统和技术。在一些情况下，系统和技术可以将补充水或入口水或超纯水与经处理的水或超纯水共混。还另外的方面可以涉及适用于与水处理系统或水纯化系统一起使用的控制系统和技术。更进一步的方面可以涉及通过提供超纯水促进半导体制造操作的控制系统和技术。实际上，一些方面可以涉及通过利用前馈或反馈方式或两者来促进水或超纯水的处理或纯化的控制系统和技术。更进一步的方面可以涉及用于测量在水或超纯水或液体流中的目标物质或目标化合物的水平或浓度的技术。该测量技术可以利用促进提供超纯水的控制系统和技术。
根据至少一个方面，其一些实施方案可以涉及用于处理水的系统。该系统和技术可以涉及第一工艺序列(process train)以及一个或更多个辅助工艺序列，所述第一工艺序列依赖于利用纯化水来产生增进自由基清除的条件，所述一个或更多个辅助工艺序列具有除去或至少降低上游工艺的副产物的浓度的单元操作。用于处理水的系统可以包括至少一个自由基清除系统，该至少一个自由基清除系统流体连接到可以包含来自一个或更多个上游工艺的副产物的至少一个水源。在某些方面中，所述至少一个水源可以是纯水，或甚至是超纯水，并且优选地是具有至少15兆欧姆cm(megohm cm)的电阻率的水。用于处理水的系统还可以包括或被流体地联接到至少一个颗粒除去系统和至少一个超纯水递送系统，所述至少一个颗粒除去系统流体地连接于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于至少一个颗粒除去系统的下游。此外，用于处理水的系统通常还包括至少一个水返回系统(water return system)，其将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，自由基清除系统可以基本上由至少一种前体化合物的至少一个源组成或优选地包含至少一种前体化合物的至少一个源。通常，将至少一种前体化合物的至少一个源设置成或以其他方式构造和布置成将至少一种自由基前体化合物引入来自至少一个水源的水的至少一部分中。自由基清除系统还可以基本上由至少一个光化辐射源组成或包括至少一个光化辐射源，所述光化辐射源具有或不具有至少一个另外的可选择的装置，该至少一个另外的可选择的装置还可以将至少一种前体化合物引发或转化为水中的至少一种自由基清除物质。在又其他情况下，颗粒除去系统可以包括至少一个超滤装置。通常，至少一个超滤装置被流体地连接于至少一个光化辐射源或至少一个自由基引发装置的下游，并且优选地流体地连接于至少一个超纯水递送系统的上游。
根据至少一个另外的方面，其一些实施方案可以涉及用于向半导体制造单元提供超纯水的系统。该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更多个水源。该至少一个反应器优选地被配置成辐照来自水源的水。该系统还可以包括一种或更多种前体化合物源。可以设置一种或更多种前体化合物源，以将一种或更多种自由基前体化合物引入来自一个或更多个水源的水中。
光化辐射反应器可以是包括产生紫外光的一个或多个紫外(UV)灯的反应器，所述紫外光当被自由基前体化合物吸收时，造成从自由基前体化合物产生自由基。自由基可以将在水中溶解的有机碳物质例如三氯甲烷或尿素氧化成不那么不合意的化学物质，例如二氧化碳和水。用于从流体例如水中除去不合意的物质例如有机碳物质的处理工艺的实施方案可以在本文中被称为高级氧化工艺(Advanced Oxidation Process)(AOP)或自由基清除工艺。这些术语在本文中同义地使用。
该系统还可以包括至少一个颗粒过滤器，该至少一个颗粒过滤器流体地连接于一个或更多个光化辐射反应器中的至少一个的下游，并且优选地流体地连接于超纯水分布系统的上游。在一些有利的实施方案中，超纯水分布系统流体地连接到半导体制造单元。水源通常提供具有小于约25ppb的总有机碳(TOC)值的水。用于提供超纯水的系统还可以包括再循环管线，再循环管线将超纯水分布系统(通常为其出口端口(outlet port))与水源、光化辐射反应器和颗粒过滤器中的至少一个流体地连接。
根据一些方面，一些实施方案可以涉及向半导体制造单元提供超纯水的方法。该方法可以包括以下的一个或更多个动作：提供具有小于约25ppb的TOC值的入口水，将至少一种自由基前体化合物引入水中，以及将至少一种自由基前体化合物转化成至少一种自由基清除物质。该方法还可以包括以下的一个或更多个动作：从水中除去任何颗粒的至少一部分以产生超纯水，以及将超纯水的至少一部分递送到半导体制造单元。
根据其他方面，一些实施方案可以涉及计算机可读介质，计算机可读介质具有存储在其上的计算机可读信号，所述计算机可读信号定义以下指令：作为由至少一个处理器执行的结果，所述指令指示至少一个处理器进行调节至少一种自由基前体化合物到入口水中的添加的方法。入口水在一些情况下可以是纯水或超纯水，但优选地具有小于约25ppb的TOC值。由至少一个处理器可执行的方法可以包括以下的一个或更多个动作：至少部分地基于入口水的TOC值产生一个或更多个驱动信号；以及将一个或更多个驱动信号传送到至少一种前体化合物的至少一个源，所述至少一个源被设置成将至少一种前体化合物引入入口水中。
根据其他方面，一些实施方案可以包括用于处理水的系统。该系统可以包括主光化辐射反应器。该系统还可以包括过硫酸根前体化合物源，所述过硫酸根前体化合物源被设置成将至少一种过硫酸根前体化合物引入主光化辐射反应器中。该系统还可以包括位于主光化辐射反应器的上游的一个或更多个传感器，例如总有机碳(TOC)浓度传感器。该系统还可以包括位于主光化辐射反应器的下游的过硫酸根浓度传感器。该系统还可以包括还原剂源。还原剂可以被设置成在主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。还原剂浓度传感器可以位于至少一种还原剂的添加点的下游。还可以提供控制器。控制器可以被可操作地联接以接收来自TOC浓度传感器、过硫酸根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。控制器可以调节过硫酸根前体化合物被引入主光化辐射反应器中的速率、主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的速率中的至少一种。
根据又其他方面，提供了一种处理水的方法。该方法可以包括提供待处理的水。该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的TOC值中的至少一个输入信号将过硫酸根阴离子引入待处理的水。该方法还可以包括将含有过硫酸根阴离子的水引入主反应器，以及将水中的过硫酸根阴离子暴露于反应器中的紫外光以产生经辐照的水流。该方法还可以包括至少部分地基于选自由待处理水的TOC值、反应器的下游的水的过硫酸根值和过硫酸根阴离子的添加速率组成的组的输入信号中的至少一个来调整紫外光的强度。还原剂可以被引入到经辐照的水。
根据又其他方面，提供了一种用于测量液体流中的化合物的浓度的方法。该方法可以包括测量液体流中的第一电导率，以及辐照液体流的至少一部分。该方法还可以包括测量辐照之后的液体流的第二电导率，以及至少部分地基于第一电导率测量值和第二电导率测量值来计算化合物的浓度。在某些实施方案中，该化合物可以是过硫酸盐或二氧化硫。
根据又其他方面，提供了一种用于控制向液体流引入二氧化硫的方法。该系统可以包括与液体流流体连通的过硫酸根浓度传感器。该系统还可以包括二氧化硫源。可以将二氧化硫设置成将二氧化硫引入到在过硫酸根浓度传感器的下游的液体流。该系统还可以包括与液体流流体连通并且位于二氧化硫源的下游的二氧化硫浓度传感器。该系统还可以包括控制器。控制器可以被配置成产生控制信号，该控制信号基于来自过硫酸根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调节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。
根据又其他方面，提供了一种光化辐射反应器。光化辐射反应器可以包括容器和容器中的第一阵列的管。第一阵列的管可以包括第一组的平行管和第二组的平行管。每个管可以包括至少一个紫外灯，并且第一组的平行管中的每一个被定位成使其纵向轴线相对于第二组的管的纵向轴线正交。
在一个或更多个实施方案中，其中任何一个实施方案可以与一个或更多个方面相关，本文公开的系统和技术可以利用一个或更多个子系统，所述一个或更多个子系统调整或调节或至少促进调整或调节系统的至少一个单元操作或部件的至少一个操作参数、操作状态或操作条件，或工艺流的一个或更多个特性或物理性质。为了促进这样的调整和调节特征，一个或更多个实施方案可以利用控制器以及提供一个或更多个部件或工艺的状况(status)、状态(state)或条件的指示装置。例如，可以使用至少一个传感器来提供例如以下水的强度性质或广度性质的表示：来自源的水、进入或离开自由基清除系统的水、进入或离开颗粒除去系统的水、或进入或离开光化辐射反应器或一个或更多个其他下游工艺的水。因此，根据特别有利的实施方案，系统和技术可以涉及一个或更多个传感器或其他指示装置，例如组成分析器或电导池(conductivity cell)，所述其他指示装置提供例如进入或离开系统的任何单元操作的水的状态、条件、特性或品质的表示。
图1示意性地体现了根据一个或更多个方面的系统100。系统100可以代表提供水的水处理系统或水纯化系统，所述水包括可以被认为是超纯水的水。在一些特别有利的实施方案中，系统100可以涉及或代表纯化系统，该纯化系统提供适合于在半导体制造设施中使用的超纯水或至少保持超纯水品质。还另外的方面涉及可以被认为是利用超纯水将经处理的超纯水提供给一个或更多个半导体制造单元(未示出)的系统100。因此，根据一些方面，系统100可以是水处理系统并且将经处理的水提供至使用超纯水的系统，水处理系统降低可能存在于来自一个或更多个水源110的补充水或入口水中的一种或更多种杂质或污染物的浓度、含量或水平。
如示例性图示的，系统100可以包括一个或更多个第一或主处理序列或系统101，其被联接到一个或更多个第二或次级处理序列或系统102。系统100还可以包括至少一个水分布系统103，其流体地连接到至少一个次级处理系统，并且在一些甚至更有利的配置中，流体地连接到至少一个主处理系统。另外有利的实施方案可以涉及在主处理系统、次级处理系统和水分布系统中的至少一个中包括至少一个流向控制设备(flow directionalcontrol device)的配置。定向流量控制设备(directional flow control device)的非限制性实例包括止回阀和堰(weir)。
优选地，源110提供由低水平的杂质组成的水或基本上由低水平的杂质组成的水或包含低水平的杂质的水。更优选地，来自源110的水由超纯水组成、基本上由超纯水组成或包含超纯水，所述超纯水具有选自由以下组成的组的至少一个特性：以尿素计的小于约25ppb或甚至小于约20ppb的总有机碳水平或总有机碳值，以及至少约15兆欧姆cm或甚至至少约18兆欧姆cm的电阻率。第一处理系统或主处理系统101还可以包括流体地连接到反应器120的前体化合物的至少一个源122。
从源110引入系统100中的水通常或甚至优选地可以以具有低水平的杂质为特征。例如，一些实施方案利用先前已经通过一个或更多个处理序列(未示出)处理或纯化的纯水或超纯水或其混合物，所述一个或更多个处理序列为例如利用反渗透、电渗析、电去离子化、蒸馏、离子交换或这样的操作的组合的处理序列。如提到的，有利的实施方案涉及来自源110的超纯入口水，该超纯入口水通常具有低电导率或至少约15兆欧姆cm、优选地至少约18兆欧姆cm的高电阻率，和/或具有低水平的污染物，例如，典型地以尿素或其他碳化合物或替代物计，小于约50ppb、并且优选地小于约25ppb的低的总有机碳水平。在某些实施方案中，入口水可以低至1ppb。在其他实施方案中，入口水可以低至0.5ppb。在又其他实施方案中，入口水的电阻率可以是约1兆欧姆cm。
在一些特定的实施方案中，第一处理系统101可以被表征为至少一个自由基清除系统或可以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剂反应器120，例如辐照反应器。反应器120可以是塞流式反应器或连续搅拌罐式反应器或其组合。在某些实施方案中，可以使用塞流式反应器来防止通过反应器内的灯照明的盲区或具有较低辐照强度的区域例如短路的可能性。塞流式反应器可以被定义为在促进流体穿过反应器的层流路径的条件下操作的反应器，该层流路径具有平行的、非湍流的流动路径。通常，反应器120的尺寸被设定成提供足够的停留时间，该停留时间足以允许在反应器中流动的水中的自由基物质将杂质中的至少一种(通常为基于有机碳的杂质)清除、降解或以其他方式转化为惰性化合物、一种或更多种可以从水中除去的化合物或至少变为相对于至少一种杂质可以更容易除去的化合物。
另外，可以基于系统的预期流量来设定反应器的尺寸，以提供在反应器中足够的或期望的停留时间。在某些实施方案中，水穿过系统的流量可以基于在系统的下游对经处理的水的需求、或在系统的上游正在使用的水的流量或两者。在某些实例中，水穿过系统或穿过每个反应器的流量可以在约1加仑/分钟(gpm)和2000gpm之间。在特定的实例中，流量可以是从约400gpm至约1300gpm。在其他特定的实例中，流量可以是从约400gpm至约1900gpm。反应器以及系统的其他单元操作和装备例如泵和流量阀，可以被选择并且设定尺寸以允许流量从约400gpm至约1900gpm的波动或变化。
在自由基清除系统中，水中的有机化合物可以被一种或更多种自由基物质氧化成二氧化碳，该二氧化碳可以在一个或更多个下游的单元操作中被除去。反应器120可以包括至少一个自由基活化设备，该至少一个自由基活化设备将一种或更多种前体化合物转化成一种或更多种自由基清除物质。例如，反应器120可以在一个或更多个反应室中包括一个或更多个灯，以辐照水或以其他方式向水提供光化辐射，并且将前体化合物分成一种或更多种自由基物质。
反应器可以通过在室之间的一个或更多个挡板而被分成两个室。挡板可以被用于向反应器提供混合或湍流，或防止混合或促进穿过反应器的内部(例如在室中)的层流、并流路径。在某些实施方案中，反应器入口与第一室流体连通，并且反应器出口与第二室流体连通。
在一些实施方案中，在反应器120中串行地布置至少三个反应器室，每个反应器室具有至少一个紫外(UV)灯，该至少一个紫外灯被设置成用约185nm、220nm和/或254nm或在从约185nm至约254nm的范围内的光以各种功率水平辐照在相应的室中的水。应当理解，在AOP工艺中，185nm或220nm的较短的波长可能是优选的，因为在这些波长处的UV光具有足以从在用于氧化溶解的有机污染物的工艺中使用的自由基前体产生自由基的光子能量。相比之下，其中可以利用UV光杀死或破坏(disable)微生物的消毒工艺可以通过由低压灯产生的254nm波长的UV光有效地操作。消毒系统通常不会使用能够在较短的185nm或220nm波长处提供很大的UV强度的更昂贵的中压UV灯或高压UV灯。
串行布置的反应器的组可以并行布置。例如，串行的第一组的反应器可以与串行的第二组反应器并行放置，其中每组反应器具有三个反应器，总共六个反应器。每组反应器中的任何一个或更多个可以随时运行。在某些实施方案中，所有的反应器可以运行，而在其他实施方案中，只有一组的反应器运行。
作为自由基清除系统的部件的光化辐射系统的可商购的来源包括来自例如Quantrol,Naperville,Illinois的作为UV系统的以及来自AquionicsIncorporated,Erlanger,Kentucky的光化辐射系统。
如提到的，本文公开的方面和实施方案不限于单一前体化合物，并且可以利用多种前体化合物。在某些实施方案中，前体化合物可以被用于降解不合意的物质。在其他实施方案中，可以使用前体化合物将不合意的组分转化为可除去的成分，例如电离的物质或弱带电的物质(weakly charged species)。可以使用多种前体化合物来产生多种自由基物质。这种互补的布置在其中第一自由基清除物质选择性地降解第一类型不合意的化合物并且第二自由基物质选择性地降解其他不合意的化合物的条件下可能是有利的。可选择地，可以使用可以容易地转化为第一转化物质或第一自由基物质的第一前体化合物。然后，第一自由基物质可以将第二前体化合物转化为第二转化物质或第二自由基物质。这种级联的反应组在其中第一自由基物质选择性地降解或转化第一类型不合意的化合物并且第二自由基物质选择性地降解或转化其他不合意的化合物的条件下或在其中第二前体化合物到第二自由基物质的转化或活化不期望地需要高能量水平的情况中也是有利的。可以使用多种化合物来提供多种清除物质。
一种或更多种前体化合物可以是可以被转化为自由基清除物质或促进自由基清除物质的转化的任何化合物。非限制性实例包括过硫酸盐例如碱和碱金属的过硫酸盐和过硫酸铵或过硫酸铵、过氧化氢、过氧化物盐例如碱和碱金属的过氧化物、过硼酸盐例如碱和碱金属的过硼酸盐、过二硫酸盐例如碱和碱金属的过二硫酸盐和过二硫酸铵、酸例如过二硫酸、过一硫酸(peroxymonosulfuric acid)或卡罗酸(Caro’s acid)和臭氧、以及其组合例如食人鱼溶液(piranha solution)。一种或更多种前体化合物的量可以根据污染物的类型而变化。前体化合物可以由过硫酸铵组成或基本上由过硫酸铵组成，这在半导体制造操作中可能是有利的，因为这将可能提供不被认为是此类操作的污染物的副产物，或因为与包括过硫酸钠的前体化合物相对照，这些副产物可以通过例如离子交换系统被容易地除去，所述包括过硫酸钠的前体化合物可以产生不容易除去的和/或可能不期望地污染半导体器件的钠物质。
在一些情况下，系统100可以包括至少一个脱气器160和任选地在反应器120的下游的至少一个颗粒过滤器。在一些情况下，系统100还可以包括从水中除去任何离子物质或带电物质的至少一部分的至少一个装置。例如，系统100在清除系统101或颗粒除去系统102中的一个或两个中可以包括离子交换介质的床或电驱动的离子纯化装置，例如电渗析装置或电去离子装置。在特别有利的配置中，系统100可以包括含有离子交换树脂床的第一主离子交换柱或首离子交换柱(leading ion exchange column)140L以及也含有离子交换树脂床的第二后离子交换柱(lagging ion exchange column)或最终精制离子交换柱(polishing ion exchange column)140P，第一主离子交换柱或首离子交换柱140L和第二后离子交换柱或最终精制离子交换柱140P各自沿着穿过系统100的水的流动路径相对于彼此串行设置。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，可以使用其他配置。例如，首离子交换柱140L可以包括串行布置的层或柱；第一层或第一柱可以主要包含阴离子交换介质，并且第二柱可以主要包含阳离子交换介质。同样，虽然最终精制柱140P可以包括阴离子交换介质和阳离子交换介质的混合床，但最终精制柱140P可以包括一种类型的交换介质的串行布置的层或柱；第一柱可以主要包括阴离子交换介质，并且第二柱可以主要包括阳离子交换介质。第一层或第一柱以及第二层或第二柱中的任何一个可以被布置在包括140L或140P的单个容器内，并且可以被实施为容纳在柱内的介质的分层的床。在离子交换柱140L和140P中的离子交换介质可以是任何合适的树脂，包括除去硫酸盐物质、二氧化碳和氨或铵的树脂以及在来自源110的水中的或作为自由基清除工艺的副产物的任何其他不合意的物质或污染物。离子交换柱可以是含有阴离子树脂和阳离子树脂的混合床离子交换柱。
可以使用的可商购的介质或离子交换树脂包括但不限于来自Siemens WaterTechnologies Corp.,Warrendale,Pennsylvania的NR30MEG PPQ、USFTM MEG PPQ和USFTMNANO树脂以及来自The Dow Chemical Company,Midland,Michigan的树脂。
在一些另外的实施方案中，第二处理系统102可以包括颗粒除去系统或被特征为颗粒除去系统。例如，系统100还可以包括至少一个颗粒过滤器150。过滤器150通常包括除去或捕集至少目标尺寸的颗粒的过滤膜。例如，过滤器150可以构造成具有过滤介质或一个或更多个膜，所述过滤介质或一个或更多个膜捕集所有或至少大部分具有至少约10微米、在一些情况下至少约1微米、在还其他情况下至少约0.05微米并且在甚至其他情况下至少约0.02微米的平均直径的颗粒，这取决于连接到分布系统103的使用点的服务要求。过滤器150可以包括具有保留大于约0.01微米的颗粒的膜的筒式过滤器。
颗粒过滤器(未示出)可以任选地被用于除去与来自源122的一种或更多种前体化合物一起引入的颗粒。此过滤器，如过滤器150那样也可以除去大于0.02微米的颗粒。
在一些情况下，颗粒除去系统102可以包括一个或更多个超滤装置172和174，超滤装置172和174各自包括防止具有不合意的尺寸特征的颗粒与产物水(product water)一起流入水分布系统中的膜。优选地，至少两个超滤装置被串行布置以促进除去例如大于约0.1微米、并且在一些情况下大于0.05微米并且在还其他情况下大于0.02微米的颗粒。例如，超滤装置172和174可以包括膜，该膜将大于0.05微米的颗粒的目标浓度或期望浓度减小到或以其他方式设置到小于约100计数每升产物水的水平用于使用点。超滤装置172和174的构造和布置可以取决于超纯水产品中的目标颗粒浓度和颗粒的尺寸。在一些实施方案中，过滤器172除去至少大部分的目标尺寸的颗粒，并且过滤器174用作最终精制以确保至水分布系统103的颗粒的浓度处于小于或等于目标颗粒浓度或期望的颗粒浓度的水平。在这样的配置中，来自过滤器172的渗余物水流通常包含大部分被捕集的颗粒，并且可以被排出或丢弃或在其他工艺中被使用。然而，优选地，将渗余物水流的至少一部分引入包括膜或介质的颗粒过滤器180中，该膜或介质捕集颗粒的至少一部分；大部分的颗粒从其中被除去的渗透物流可以被引导至系统100的上游单元操作并且与该上游单元操作混合，所述上游单元操作为例如但不限于来自分布系统103的返回或循环的未使用的超纯产物水；来自源110的被引入自由基清除系统101中的入口水；来自反应器120、过滤器150、脱气器160、首离子交换柱140L或最终精制离子交换柱140P的至少部分地经处理的水；或其组合。如过滤器150那样，过滤器180也可以被构造以将一定尺寸的颗粒材料除去或将该颗粒材料的水平降低到特定水平或目标水平。
脱气器160可以包括膜接触器或降低水中任何溶解的气体的或前体化合物的其他气态副产物的浓度的任何单元操作。优选地，脱气器降低在水中的溶解的氧含量、溶解的氮含量和溶解的二氧化碳含量中的任何一种。通常，脱气器160利用接触膜和真空源162，真空源162促进从水中除去溶解的气体。可用于本文的脱气器的非限制性实例包括来自Membrana,Charlotte,North Carolina的作为LIQUI-膜接触器可商购的脱气器。
可以使用其他辅助单元操作来调整提供给使用点的水的至少一种强度性质或广度性质，所述使用点可以是半导体制造单元。例如，诸如冷却器130的热交换器可以设置在超纯水分布系统103的上游，以降低可递送到至少一个半导体制造单元的超纯水的至少一部分的温度。如所图示的，冷却器130设置在反应器120的下游，但在脱气器160的上游。然而，本文公开的方面和实施方案不限于示例性呈现的布置，并且一个或更多个热交换器可以例如与在颗粒除去系统102的下游但在水分布系统103的上游的超纯水产物热连通。实际上，可以使用多个热交换器。例如，第一热交换器例如加热器可以加热具有至少一种自由基前体化合物的水，以帮助将前体化合物引发或转化为一种或更多种自由基清除物质，并且第二热交换器例如冷却器可以在通过水分布系统递送之前冷却经处理的超纯水。
还其他的辅助系统包括例如一个或更多个泵166，该泵166提供用于使水循环通过系统100的动力。泵166可以是容积式泵或离心泵。优选地，泵166包括不会不合意地有助于产物水的污染特性的部件。
水分布系统103可以包括入口端口和至少一个出口端口，所述至少一个出口端口流体地连接到一个或更多个使用点(未示出)，例如一个或更多个半导体制造单元，并且向所述一个或更多个使用点提供超纯产物水。
在一些情况下，例如，水分布系统包括歧管190和至少一个返回出口端口，所述歧管190具有流体地连接到自由基清除系统101、颗粒除去系统102或两者的入口端口以及流体地连接到至少一个使用点的至少一个产物出口，所述至少一个返回出口端口流体地连接到一个或更多个循环系统178和179，以将未使用的产物水再循环到自由基清除系统和颗粒除去系统中的一个或两者或再循环到系统100中的任何点中。
图2示意性地体现了根据一个或更多个方面的系统200。系统200可以代表提供水的水处理系统或水纯化系统，该水包括可以被认为是超纯水的水。在一些特别有利的实施方案中，系统200可以涉及或代表纯化系统，该纯化系统提供适合用于半导体制造设施的超纯水或至少保持超纯水品质。还另外的方面涉及可以被认为是利用超纯水将经处理的超纯水提供给一个或更多个半导体制造单元(未示出)的系统200。在又另外的方面中，系统200可以涉及或代表提供适合用于由图1的系统100加工的超纯水的纯化系统、或可以涉及或代表可以提供超纯水的系统的至少一部分。因此，根据一些方面，系统200可以是水处理系统，其降低可能存在于来自一个或更多个水源210的补充水或入口水中的一种或更多种杂质或污染物的浓度、含量或水平，并且将经处理的水提供给使用超纯水的系统。
与系统100一样，处理系统200可以包括转化或致使一种或更多种目标物质的至少一部分成为可以在任何一个或更多个分离单元操作中被除去的物质的子系统或部件，所述分离单元操作为例如但不限于脱气系统、颗粒除去系统和离子捕集系统、离子捕获系统或离子交换系统。
如示例性图示的，系统200可以包括一系列的单元操作212、214和216。可以将来自水源210的待处理的水任选地引入反渗透单元以从水流中除去颗粒。来自前体化合物源216的前体化合物可以从反渗透单元212被引入滤液214中。具有设置于其中的前体化合物的滤液流可以被引入自由基清除系统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的至少一个自由基清除剂反应器或光化辐射反应器。
自由基清除系统218可以包括一个或更多个反应器或容器，每个反应器或容器可以串行或并行布置。在某些实施方案中，串行布置的反应器的组可以并行布置。例如，串行的第一组或第一序列的反应器可以与另一组或另一序列的也是串行的反应器并行放置，其中每组反应器具有三个反应器，在自由基清除系统218中总共六个反应器。每组中的任何一个或更多个反应器可以随时运行。在某些实施方案中，所有的反应器可以运行，而在其他实施方案中，只有一组的反应器运行。自由基清除系统218还可以被认为是主光化辐射反应器。
反应器可以是塞流式反应器或连续搅拌罐式反应器或其组合。在某些实施方案中，可以使用塞流式反应器以便防止或减小通过反应器内的灯照明的盲区或较低辐照强度的区域例如短路的可能性。通常，反应器的尺寸被设定成提供足够的停留时间，该停留时间足以产生和/或允许在反应器中流动的水中的自由基物质将杂质中的至少一种(通常为基于有机碳的杂质)的至少一部分清除、降解或以其他方式转化为惰性化合物或电离的化合物、一种或更多种可以从水中除去的化合物或至少变为相对于至少一种杂质可以更容易除去的化合物。另外，可以基于系统的预期流量来设定反应器的尺寸，以提供在反应器中足够的停留时间。反应器还可以基于穿过系统的水的流量来设定尺寸。在某些实施方案中，穿过系统的水的流量可以是基于在系统的下游对经处理的水的需求、或在系统的上游正在使用的水的流量。在某些实例中，流量可以在约1加仑每分钟(gpm)和2000gpm之间。在特定的实例中，流量可以在约500gpm和约1300gpm之间。在其他特定的实例中，流量可以是从约1300gpm至约1900gpm。
在自由基清除系统中，水中的有机化合物可以被一种或更多种自由基物质氧化成二氧化碳，该二氧化碳可以在一个或更多个下游的单元操作中被除去。反应器还可以包括至少一个自由基活化设备，该至少一个自由基活化设备将一种或更多种前体化合物转化成一种或更多种自由基清除物质。例如，反应器可以在一个或更多个反应室中包括一个或更多个灯，以辐照水或以其他方式向水提供光化辐射，这将一种或更多种前体化合物活化成、转化成或分成一种或更多种自由基物质。
因此，反应器可以基于以下所需的紫外灯的数目来设定尺寸：将杂质中的至少一种(通常为基于有机碳的杂质)清除、降解或以其他方式转化为惰性化合物、电离的化合物或以其他方式可除去的化合物、一种或更多种可以从水中除去的化合物或至少变为相对于至少一种杂质可以更容易除去的化合物。所需的灯的数目可以至少部分地基于灯性能特性，所述灯性能特性包括灯强度和由灯发出的紫外光的光谱波长。所需的灯的数目可以至少部分地基于在入口水流中的预期的TOC浓度或TOC量以及添加到进料流或反应器的过硫酸根的量中的至少一种。
经辐照的水流220可以离开自由基清除系统218，并且可以任选地被引入次级辐照系统中，所述次级辐照系统还可以包括一个或更多个光化辐射反应器221。次级光化辐射反应器221可以包括一个或更多个容器，每个容器包含一个或更多个紫外灯。与系统218一样，每个容器可以串行或并行布置。在某些实施方案中，串行布置的次级反应器的组可以并行布置。例如，两组或更多组串行布置的次级反应器可以并行放置，其中每组串行布置的次级反应器具有两个或更多个反应器。每组中的次级反应器中的任何一个或更多个可以随时运行。在某些实施方案中，所有的次级反应器可以运行，而在其他实施方案中，只有一组的次级反应器可以运行。在某些实施方案中，紫外灯可以发射在约185nm至约254nm的范围内的波长的紫外光。
系统200可以具有还原剂源224，还原剂源224可以在例如添加点230处将一种或更多种中和剂或还原剂例如二氧化硫引入另外经辐照的水流222。中和剂或还原剂可以是能够将在经辐照的水流222中的任何残余的前体化合物或其衍生物还原或中和至期望的水平的任何化合物或物质。
流226可以被引入到一个或更多个下游工艺228，或可以在期望的应用中例如在半导体制造工艺中被用作超纯水。
在一些有利的实施方案中，系统200还可以包括进一步除去任何不溶解的材料的一个或更多个单元操作，例如颗粒过滤器。诸如超滤装置的颗粒过滤器可以位于主光化辐射反应器218的下游。
另外的有利的实施方案可以涉及在系统中包括至少一个流向控制设备的配置。定向流量控制设备的非限制性实例包括止回阀和堰。
源110和210中的任何源可以提供由低水平的杂质组成的水或基本上由低水平的杂质组成的水或包含低水平的杂质的水。更优选地，来自源110或210的水由超纯水组成、基本上由超纯水组成或包括超纯水，所述超纯水具有选自由以下组成的组的至少一种特性：以尿素计的小于约25ppb或甚至小于约20ppb的总有机碳水平或总有机碳值，以及至少约15兆欧姆cm或甚至至少约18兆欧姆cm的电阻率。自由基清除系统101还可以包括流体地连接到反应器120的前体化合物的至少一个源122。
从源110和源210引入系统100和/或系统200中的水通常或甚至优选地可以以具有低水平的杂质为特征。例如，一些实施方案利用先前已经通过一个或更多个处理序列(未示出)处理或纯化的纯水或超纯水或其混合物，所述一个或更多个处理序列为例如利用反渗透、电渗析、电去离子化、蒸馏、离子交换或这样的操作的组合的处理序列。如提到的，有利的实施方案涉及来自例如源110和/或源210的超纯入口水，该超纯入口水通常具有低电导率或至少约15兆欧姆cm、优选地至少约18兆欧姆cm的高电阻率，和/或具有低水平的污染物，例如，典型地以尿素或其他碳化合物或其替代物计，小于约50ppb、并且优选地小于约25ppb的低的总有机碳水平。
在反应器中可以使用一个或更多个灯来照明或辐照其中所容纳的流体。特定的实施方案可以涉及具有多个灯的反应器，每个灯被有利地设置或定位在其中以采用一个或更多个照明强度水平辐照流体持续一个或多个照明周期。另外的方面可以涉及利用处于以下配置的在任何反应器内的一个或更多个灯，所述配置适应或促进多个同时的照明强度。
紫外灯可以有利地被定位或分布在自由基清除系统的一个或更多个反应器内，以根据需要辐照水或以其他方式向水提供光化辐射。在某些实施方案中，期望的是将灯分布在一个或更多个反应器内以在整个反应器中均匀分布光化辐射。在任何系统218和反应器221中，可以调整自由基清除系统的紫外灯以提供以各种强度或各种功率水平的照明。例如，可以使用紫外灯，该紫外灯可以被调整以在多种照明模式下操作，例如暗淡模式、额定模式和增强模式(boost mode)，例如低模式、中模式或高模式。
在本文公开的任何系统和反应器中，自由基清除系统的紫外灯的功率输出可以在一系列的功率水平内连续地调整或调光(dim)。紫外灯的功率输出可以是可调节的，以提供足以从正在本文公开的系统和反应器中经历处理的流体例如水中除去期望的量的TOC的功率，同时不产生比所需的辐射更多的紫外辐射。对紫外灯的功率输出的此类控制通过降低紫外灯的功率输出和功率消耗来降低操作成本，使得不产生过量的未利用的UV辐射。
UV灯的可用寿命与UV灯的总功率输出有关。例如，具有4.9kW的标称额定功率(nominal power rating)的一种类型的UV灯当以4.9kW操作时呈现出约4,000小时的寿命，当以3.5kW操作时呈现出约6,500小时的寿命，并且当以5.8kW操作时呈现出约1,000小时的寿命。因此，在不高于足以从正在本文公开的系统和反应器中经历处理的流体例如水中除去期望的量的TOC的功率水平的功率水平操作UV灯可以延长UV灯的寿命，这通过降低UV灯更换的频率和随时间消耗的UV灯的数目以及相关的UV灯和人工成本来进一步降低系统操作成本。
与调节应用于正经历处理的流体的总UV功率的系统相比，操作具有连续地可调光或可调整的功率的UV灯的AOP系统可以通过由于另外的原因而选择性地打开或关闭不同的UV灯来降低操作成本。应当认识到，对于高功率UV灯例如AOP系统中的UV灯的每个开-关循环可以将灯寿命减少约50小时。因此，将灯调光而不是将其关闭和打开可以增加灯寿命并降低更换成本。
与调节应用于正经历处理的流体的总UV功率的系统相比，连续地可调光或可调整的功率的UV灯的使用可以通过选择性地打开或关闭不同的UV灯来提供具有对TOC的变化更好的响应时间的系统。在AOP工艺中使用的典型的UV灯可能需要多达5分钟以从关闭状态转换到它们输出额定量的UV辐射的状态。相比之下，如本文所公开的连续地可调整的UV灯系统可能能够大体上瞬时地调整输出UV辐射强度。与反馈系统和/或前馈系统联接，如本文所公开的处理系统可以提供比现有已知系统对输入液体的TOC水平的变化显著更快的响应，所述反馈系统和/或前馈系统以约1分钟、2分钟-4分钟或约5分钟的测量频率、在经历UV辐照之前和/或之后向控制系统提供流体(例如水)中的TOC水平的测量，所述控制系统可操作以连续地调整处理系统的UV灯的功率输出。在如本文公开的系统中，在处理反应器中的UV功率强度可以响应于入口液体的TOC浓度的变化而被快速调整，以避免在经处理的流体中的不合意的TOC水平以及在不需要时降低UV灯功率两者，从而降低操作成本。
在一些实施方案中，在本文公开的系统中使用的UV灯可以具有约4.5kW至约4.9kW的额定功率，并且可以是连续地可调整的以在从约2.5kW至约5.8kW的范围内的功率操作。不同的实施方案可以利用具有不同标称额定功率并且连续地可调节以在不同功率范围内操作的灯。
在图7中图示了可以用于连续地控制提供给在本文公开的系统中使用的UV灯的功率的电路的一个实施方案。在图7中的电子镇流器电路(electronic ballast circuit)框图包括AC线路输入电压源(AC line input voltage source)(例如，120VAC/60Hz)、阻断电路产生的开关噪声的EMI(电磁干扰)滤波器、整流器和平滑电容器、用于DC至AC转换的控制IC和半桥逆变器以及点亮和运行灯的谐振槽回路(resonant tank circuit)。还示出了用于调光的另外的电路框；它包括用于控制灯电流的反馈电路。
灯需要预热灯丝的电流、用于点亮的高电压以及在运行期间的高频AC电流。为了满足这些要求，电子镇流器电路首先在输入处进行低频AC至DC转换，然后在输出处进行高频DC至AC转换。
AC电源电压进行全波整流，并且然后对电容器进行峰值充电，以产生平滑的DC母线电压。然后使用标准半桥开关电路将DC母线电压转换成高频的、50％占空比的、AC方波电压。然后，高频AC方波电压驱动谐振槽回路并且被滤波以在灯处产生正弦电流和电压。
在预点亮期间，谐振槽回路是具有高Q因子的串行LC电路。谐振电路的品质因子Q是谐振电路的“良好”或品质的量度。该优质因数(figure of merit)的较高值对应于较窄的带宽，这在许多应用中是合意的。更正式地，Q是存储的功率与分别在电路电抗和电阻中耗散的功率的比率。在点亮后且在运行期间，槽回路是串行L、并行RC电路，其具有在高位值和低位值之间某处的Q因子，取决于灯的调光水平。
当UV灯首次被打开时，控制IC将半桥频率从最大频率向下扫描到高Q的镇流器输出级的谐振频率。随着频率降低以及灯电压和负载电流增加，灯丝被预热。参见图8。
频率持续下降，直到灯电压超过灯点亮电压阈值，并且灯点亮。在灯点亮之后，灯电流被控制，使得灯以期望的功率和强度水平运行。
为了将UV灯调光，半桥的频率被增加，这导致谐振槽回路的增益减小，并且因此灯电流减小。然后使用闭环反馈电路来测量灯电流，并且通过连续地调整半桥操作频率将电流调节到调光参考水平。
调光可以手动控制，或通过诸如0-10VDC的低控制电压控制。该控制电压可以由在包括连续地可调光的UV灯的光化反应器的上游和/或下游的总有机碳(TOC)监测器产生，使得可以响应于AOP进料液体TOC或流出物TOC的变化来控制UV灯强度。
在一些实施方案中，可以单独地控制在AOP系统或反应器的不同部分中的不同的灯，以在不同的功率水平操作和/或以产生不同强度的UV辐射。例如，如在图3中图示的反应器容器300中的UV灯的子集可以以第一功率水平操作，而UV灯的不同的子集可以以不同的功率水平操作。在反应器容器300中的灯的多个子集可以各自以不同的功率水平操作。在包括串行和/或并行操作的多个反应器的系统中，不同的反应器可以包括以不同功率水平操作的和/或产生不同强度的UV辐射的UV灯。例如，在一些实施方案中，一个或更多个中间TOC传感器可以设置在一个或更多个上游反应器和一个或更多个下游反应器之间。如果在上游反应器中的处理显著降低正在经历处理的流体(例如水)中的TOC水平，并且在下游反应器中仅需要最小的进一步的TOC破坏以产生具有期望的TOC水平的经处理的水，则在上游反应器和/或下游反应器中的UV灯的功率水平可以被降低以仅提供必需的UV强度。在一些实施方案中，在上游反应器中的UV灯的功率水平可以是固定的，并且在下游反应器中的UV灯的功率水平可以基于离开上游反应器的经辐照的水的TOC测量是连续地可调整的。类似地，如果中间TOC传感器指示，在离开上游反应器的经辐照的水中的TOC是不期望地或出乎意料地高的，则在下游反应器中的UV灯的功率水平可以增加到适于破坏在来自上游反应器的经辐照的水中的TOC的期望的量的水平。
应当理解，在图7中所示的调光电路仅用于说明的目的。本文公开的方面和实施方案不受所使用的调光镇流器的类型或所使用的特定电子电路限制。
一个或更多个灯可以通过被放置在反应器内的一个或更多个套筒或管中而被定位在一个或更多个光化辐射反应器内。管可以将灯容纳在适当位置，并且保护灯免于反应器内的水。管可以由不被光化辐射和在反应器内的水或水中的组分明显降解的任何材料制成，同时允许辐射穿过该材料。管可以具有是圆形的横截面。在某些实施方案中，管可以是圆柱形的，并且其构造的材料可以是石英。每个管可以与一个或更多个其他管是相同或不同的形状或尺寸。管可以以各种配置被布置在反应器内，例如，套筒可以延伸跨过反应器的一部分或整个的长度或宽度。管还可以延伸跨过反应器的内部体积。
可商购的紫外灯和/或石英套筒可以从以下获得：Hanovia Specialty Lighting,Fairfield,New Jersey；Engineered Treatment Systems,LLC(ETS),Beaver Dam,Wisconsin以及德国哈瑙的Heraeus Noblelight GmbH。所选择的石英材料可以至少部分地基于将在该工艺中使用的特定波长(wavelength)或波长(wavelengths)。可以选择石英材料以使紫外灯在一个或更多个波长处的能量需求最小化。可以选择石英的组成以提供紫外光对反应器中的水的期望的或合适的透射比和/或以保持紫外光对水的期望的或足够的透射率水平。在某些实施方案中，透射率可以是至少约50％持续预定的时间段。例如，透射率可以是约80％或更大持续预定的时间段。在某些实施方案中，透射率可以在约80％至90％的范围内持续约6个月至约一年。在某些实施方案中，透射率可以在约80％至90％的范围内持续多达约两年。
管可以在每个端部被密封，以便不允许反应器的内容物进入套筒或管。管可以被固定在反应器内，使得它们在反应器的整个使用期间保持在适当位置。在某些实施方案中，管被固定到反应器的壁。管可以通过使用合适的机械技术或用于将物体彼此固定的其他常规技术被固定到壁。用于固定管的材料优选地是惰性的，并且不会干扰反应器的操作或不会不利地影响水的纯度或将污染物释放到水中。
灯可以被布置在反应器内使得它们彼此平行。灯还可以与彼此成不同的角度被布置在反应器内。例如，在某些实施方案中，灯可以被布置成照明形成约90度的角度的路径或覆盖区域，使得它们彼此大致正交或垂直。灯可以以这种方式布置，使得它们在竖直轴线或水平轴线上或其间的任何轴线上形成约90度的角度。
在某些实施方案中，反应器可以包括在反应器或容器中的管的阵列，其包括第一组的平行管和第二组的平行管。每个管可以包括至少一个紫外灯，并且第一组的每个平行管可以被布置成相对于第二组的平行管处于期望的角度。在某些实施方案中，该角度可以是约90度。第一阵列和第二阵列中的任何一个或两者的管可以延伸跨过反应器的内部体积。第一组和第二组的管可以在反应器内以大致相同的高度(elevation)布置。
另外的配置可以涉及管和/或灯，所述管和/或灯被设置为在反应器中的相应的占据区域或覆盖区域处提供均匀的强度水平。另外的配置可以涉及在其中具有一个或更多个灯的等空间布置的(equispacially arranged)管。
反应器可以包含布置在反应器或容器内的管的一个或更多个阵列。第二阵列的管可以包括第三组的平行管以及与第三组的平行管正交的第四组的平行管，每个管包括至少一个紫外灯。第四组的平行管还可以与第二组的平行管和第一组的平行管中的至少一组正交。
在某些实施方案中，反应器或容器内的每个阵列可以被定位在距反应器内的另一阵列预定的距离或高度处。在一组两个阵列之间的预定距离可以是相同的或不同的。
UV灯的机械通路(access)是重要的，因为光强度可以随着时间降低，这使得当UV灯的光输出降到低于可接受的水平时更换灯是合意的。使用UV灯的室或反应器通常具有单侧取向或双侧取向，以提供对灯供电的电引线的通路。灯以这些取向中的任一种进入。单侧灯可以具有布线，该布线在内部按路线经过灯返回并且从该单侧出来。通常将单侧室放置在室的两端的通路抵靠壁不可用的地方或在通路太受限的地方。双侧灯具有在一侧进入而从另一侧出来的电线，并且电线进入的室在室的两侧上具有通路端口，用于放置灯并且用于电引线按路线经过。
仅引线取向改变的几乎相同的灯的制造成本是相对于所制造的单元的数目。因此，如果可以生产可以并入任一种取向的单个零件，则节省价格、库存量、库存空间、交货时间问题，并且简化品质控制。
在一个实施方案中，在AOP反应器中使用具有双侧电连接的UV灯。为了在所有反应器室中使用双侧电连接灯，将电源连接到紫外灯的任一侧的电导体例如跳线、开关或短路位于灯上或引线自身上，以将功率和/或地电位(ground)按路线发送到一侧或两侧。另外或可选择地，将电源连接到灯的电导体可以位于灯的外部。本文公开的方面和实施方案不限于在灯上的电连接的位置或类型。利用具有双侧电连接的UV灯简化了对于反应器室的特定取向的需求。可以使用任何电气开关、跳线或短路，只要其适合用于所需的电压和安培数。此类灯配置还将允许具有双端配置的槽或室或反应器被放置在通路仅在一侧上可用的地方。利用此配置也可以解决为其中引线长度是个问题的灯供电的面板布局(panelplacement)。这一切导致更灵活地安装装置以及更容易维修。
图9A图示了可以结合本文公开的各种系统使用的低压双侧电连接灯700的一个实施方案。在一些实施方案中，灯700是在约100℃的温度额定操作的低压UV灯。灯700被图示为容纳在具有双端配置的石英套筒705中，其中灯700的通路被设置在石英套筒705的两端上。灯700包括电触点710a、710b和710c。电触点710a被电联接到在灯700的第一侧上的电极715a。电触点710b被电联接到在灯的第二侧上的电极715b。电触点710c经由导体720例如电线被电联接到在灯的第二侧上的电极715b，所述导体720在内部穿过灯700的主体。因此，可以通过向触点710a和710b或向触点710a和710c提供功率而将功率应用到相对的电极715a、715b。
图9B图示了以双端入口配置安装在套筒705中的灯700，其中套筒705经由电导体725a和725b与灯700进行电连接，电导体725a和725b分别与电触点710a和710b形成电接触。图9C图示了在套筒705中以单端入口配置安装在套筒705中的灯700，所述套筒705具有封闭端或灯700的通路通过其是可用的仅一端。在图9C中，经由电导体725a和725b与灯700电连接，电导体725a和725b分别与电触点710a和710c形成电接触。为清楚起见，电极715a、715b和导体720从图9B和图9C中被省略。
图9D图示了以单端入口配置安装在套筒705中的灯700的可选择的实施方案。在此实施方案中，经由电导体725a与灯700的第一侧上的电触点710a形成电接触。经由电导体725b与电触点710b通过导体730形成电接触，所述导体730为例如布置在套筒705内的灯700的主体外部的电线或轨道。图9D的实施方案可以适于在约700℃至约900℃的温度操作的中压UV灯，其中如图9A中图示的内部导体可能不提供期望水平的可靠性。
图3示例性地示出了可以用于系统100或系统200或两者的反应器容器300的横截面图。反应器容器300通常包括入口310、出口320和挡板315，挡板315将反应器容器300分成上部室325和下部室330。反应器容器300还可以包括歧管305，歧管305可以被配置成将通过入口310引入的水分布在整个容器中。在某些实施方案中，歧管305可以被配置成将水均匀地分布在整个容器中。例如，歧管305可以被配置成将水均匀地分布在整个容器中，使得反应器作为塞流式反应器操作。
在一些实施方案中，反应器容器可以包括多于一个挡板315，以将反应器容器分成多于两个室。挡板315可以被用于向反应器提供混合或湍流。在某些实施方案中，如图3中所示，反应器入口310与下部室330流体连通，并且反应器出口320与上部室325流体连通。
在一些实施方案中，在反应器120中串行地布置至少三个反应器室，每个反应器室具有至少一个紫外(UV)灯，该至少一个紫外灯被设置成用约185nm至约254nm、220nm和/或254nm或在从约185nm至约254nm、220nm和/或254nm范围内的光以期望的功率水平或以各种功率水平辐照在相应的室中的水。
反应器容器还可以包括被定位在诸如管335a-c和340a-c的管内的多个紫外灯。在一个实施方案中，如图3中所示，反应器容器300包括第一组的平行管(管335a-c)和第二组的平行管(未示出)。第一组平行管中的每组大致与第二组正交，以形成第一阵列345。管335a-c和第二组的平行管在反应器容器300中相对于彼此处于大致相同的高度。
此外，反应器容器可以包括第三组的平行管和第四组的平行管。第一组平行管中的每组大致与第二组正交，以形成例如第二阵列350。如示例性地图示的，管340a-c和第二组的平行管在反应器容器300中相对于彼此处于大致相同的高度。如图3中所示，第一阵列345可以被定位在距第二阵列350预定的距离处。容器300可以另外包括第三阵列355和第四阵列360，每个阵列任选地具有与第一阵列340和第二阵列345相似的配置。
在另一个实施方案中，第一管335b可以被布置成与第二管340b正交以形成第一阵列。此外，一组管，管365a和管365b可以被布置成与另一组管，管370a和管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中示出在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。
灯可以产生图案，这取决于灯的各种性质，包括尺寸、强度和递送到灯的功率。由灯产生的光图案是灯发光至的空间的总体体积(general volume of space)。在某些实施方案中，光图案或照明体积被定义为灯可以辐照或以其他方式提供光化辐射至其、并且允许前体化合物分成或转化成一种或更多种自由基物质的空间的面积或体积。
如示出了反应器400的示例性横截面图的图4A和图4B中所示，其中第一组的管410a-c彼此平行地布置，并且第二组的管412a-c彼此平行地布置。如所示的，第一组的管410a-c被布置成相对于第二组的管412a-c正交。诸如灯414的灯被分散在管410a-c和管412a-c内，并且当被照明时可以产生光图案416。
一个或更多个紫外灯或一组灯可以被表征为投射平行于照明矢量(illuminationvector)的光化辐射。照明矢量可以被定义为其中一个或更多个灯发射光化辐射的方向。在示例性实施方案中，如图4A中所示，设置包括灯420和422的第一组的灯，以投射平行于照明矢量418的光化辐射。
可以使第一组的紫外灯通电，其中的每个紫外灯被设置成投射平行于第一照明矢量的光化辐射。也可以使第二组的紫外灯通电，其中的每个紫外灯被设置成投射平行于第二照明矢量的光化辐射。第一组的紫外灯和第二组的紫外灯中的至少一组的照明方向和强度中的至少一个可以被调整。每组紫外灯可以包括一个或更多个紫外灯。
使用的或通电的灯的数目以及在使用中的灯的配置可以基于系统的特定操作条件或要求来选择。例如，可以基于系统的特性或所测量或计算的参数来选择和控制用于特定工艺的灯的数目。例如，入口水或经处理的水的所测量的参数可以包括TOC浓度、温度和流量中的任何一个或更多个。还可以基于添加到系统的过硫酸根的浓度或量来选择和控制通电的灯的数目。例如，如果待处理的水的流量处于或低于某一阈值，例如标称流量或设计流量例如1300gpm，则可以使用特定配置的12个灯，而如果待处理的水的流量升到高于该阈值，则可以使用更多的灯。例如，如果流量从1300gpm增加到所选择的较高阈值，则可以对另外的灯通电。例如，如果待处理的水的流量达到1900gpm，则可以使用24个灯。因此，水的流量可以部分地确定在每个反应器中的哪些灯和/或通电的灯的数目。
在某些实施方案中，紫外灯可以以一个或更多个照明强度水平操作。例如，可以使用一个或更多个灯，该一个或更多个灯可以被调整以在多个照明模式下操作，例如在暗淡模式、额定模式和增强模式中的任何模式下，例如低模式、中模式或高模式。可以基于系统的特性或所测量或计算的参数来调整和控制一个或更多个灯的照明强度，所述参数为例如入口水或经处理的水的所测量的参数，包括TOC浓度、温度和流量。还可以基于添加到系统的过硫酸根的浓度或量来调整和控制一个或更多个灯的照明强度。例如，一个或更多个灯可以以暗淡模式使用，直到系统的所测量的参数的预定阈值例如第一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，则可以将一个或更多个灯调整至额定模式，所述第二TOC浓度可以高于阈值。如果所测量或计算的TOC浓度达到或高于第二阈值，则可以将一个或更多个灯进一步调整至增强模式。
可以使用相同或不同的所测量的参数和值作为用于调整的阈值一起或分开地控制灯及其照明强度。
在一些实施方案中，反应器可以以指示第一灯配置和第一灯强度的第一模式操作。反应器可以在第一模式下操作持续特定范围或达到系统的一个或更多个参数的所选择的或期望的值。例如，反应器可以在第一模式下操作持续特定范围或达到TOC浓度、过硫酸根的添加量和/或添加速率以及入口水的流量或穿过反应器的水的流量中的一个或更多个的所选择的或期望的值，例如第一阈值。处于或高于参数中的一个或更多个的所选择的或期望的值或第一阈值，反应器可以在指示第二灯配置和第二灯强度中的至少一个的第二模式下操作。反应器可以在第二模式下操作持续特定范围或达到系统的一个或更多个参数的所选择的或期望的值，例如第二阈值。处于或高于第二阈值时，反应器可以在指示第三灯配置和第三灯强度中的至少一个的第三模式下操作。
该系统还可以被设计成使得反应器可以被操作以基于一个或更多个所选择的或期望的阈值允许从第三模式调整到第二模式或从第二模式调整到第一模式。该系统可以被操作使得一个或更多个阈值水平被选择或被输入到系统中，并且系统可以在一种或更多种操作模式下操作。
在一些特定的实施方案中，例如，第一模式可以指示在小于系统的设计流量容量(designed flow rate capacity)的30％、或小于入口水的目标TOC浓度的TOC浓度的30％、或小于可以被添加到反应器的过硫酸根的最大添加量或添加速率的30％时操作的系统。第二模式可以指示在系统的设计流量容量的30％至100％、或入口水的目标TOC浓度的TOC浓度的30％至100％、或可以被添加到反应器的过硫酸根的最大添加量或添加速率的30％至100％时操作的系统。第三模式可以指示在大于系统的设计流量容量的100％、或大于入口水的目标TOC浓度的TOC浓度的100％、或大于可以被添加到反应器的过硫酸根的最大添加量或添加速率的100％时操作的系统。
可以在沿着水穿过系统例如系统100或系统200的流动路径的一个或更多个点处进行TOC测量。TOC测量可以在将前体化合物添加到光化辐射反应器或水流之前进行。在某些实施方案中，对以下水样品进行TOC测量：所述水样品已经通过混合床离子交换柱加工，以便从水样品中除去可能干扰TOC测量的离子化合物。混合床离子交换柱可以包括阴离子型树脂和阳离子型树脂，这些树脂允许将离子物质从水转移到树脂上，从而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，可以更精确地进行TOC测量。在特定的实例中，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。混合床离子交换柱可以使用来自Evoqua Water Technologies LLC.,Warrendale,PA的USFTMNANO树脂。
还可以在主光化辐射反应器218的下游或次级光化辐射反应器221的下游进行TOC测量。
在一些方面中，可以进行在待处理的或正被处理的水中的化合物的测量。这可能涉及测量水的特性。测量还可以涉及将水中的第一物质转化为目标物质或改变水的特性，以及重新测量水的特性。在某些实例中，目标物质可以是硫酸根离子。化合物的测量可以进行到低至例如小于1ppm的水平。在一些实例中，化合物的测量可以进行到低至例如小于100ppb、1ppb或0.5ppb的水平。
在某些实施方案中，在水中的化合物的测量可以涉及测量水流或液体流的第一电导率，辐照该水流或液体流的至少一部分，在辐照之后测量该水流或液体流的第二电导率，以及至少部分地基于第一电导率测量值和第二电导率测量值来计算化合物的浓度。所测量的化合物可以是过硫酸盐。辐照水流或液体流可以包括将包括过硫酸盐的化合物的至少一部分转化成硫酸根离子。所测量的化合物还可以是还原剂，例如二氧化硫。辐照水流或液体流可以包括将包括二氧化硫的化合物的至少一部分转化为硫酸根离子。在水中的化合物的测量可以对例如在系统100或系统200中的、正被处理的水流进行，或可以对在系统100或系统200中的、正被处理的水的侧流进行。
如图2中所示，使用传感器207，可以通过例如浓度或电导率测量来提供在水流或液体流中的化合物的量的测量。在一些实施方案中，可以测量容器220的水流输出的第一电导率。此水流可以通过紫外光辐照，并且可以测量该水流的第二电导率。通过比较第一电导率测量值与第二电导率测量值，可以确定在水流中的过硫酸根的浓度或量。在一些实施方案中，可以使用催化剂代替利用紫外光。
类似地，使用传感器208，可以提供在水流或液体流中的还原剂的量的测量。可以使用传感器208来测量来自还原剂源224的还原剂的添加点230的下游的水流的第一电导率。此水流可以通过紫外光辐照，并且然后可以测量该水流的第二电导率。通过比较第一电导率测量值与第二电导率测量值，可以确定在水流中的还原剂的浓度或量。在一些实施方案中，可以使用催化剂代替利用紫外光。
在图5中示出了利用传感器207和传感器208的一个实施方案。可以用传感器507来测量可以是来自主光化辐射反应器或次级辐射反应器的输出的水流520。传感器507可以测量水流520的第一电导率。然后，此水流可以通过紫外光辐照，并且可以测量水流520的第二电导率。使用控制器532，可以通过将第一电导率测量值与第二电导率测量值进行比较来确定在水流中的过硫酸根的浓度或量。
类似地，使用传感器508，可以提供在水流或液体流526中的还原剂例如二氧化硫的量的测量。可以使用传感器508来测量在还原剂的添加点530下游的水流526的第一电导率。传感器可以用紫外光辐照水流526，并且然后可以测量水流526的第二电导率。使用控制器532，可以通过将第一电导率测量值与第二电导率测量值进行比较来确定在水流中的还原剂的浓度或量。
在水流520和水流526中的计算出的过硫酸根的浓度或量和计算出的还原剂的浓度或量中的至少一种可以被控制器532用来控制添加到水流522的还原剂的速率或量。在某些实施方案中，基于使用传感器507测量的、计算出的过硫酸根的浓度，控制还原剂的速率或量以提供最小量的还原剂。基于使用传感器508测量的、计算出的还原剂的浓度，也可以控制还原剂的速率或量以提供最小量的还原剂。
在某些实施方案中，可以基于下式计算例如在流222或流522中的过硫酸根(S2O8)浓度：
S2O8(ppb)＝[电导池2(μS)-电导池1(μS)]×γ，
其中γ是基于例如硫酸根的电导率和过硫酸根的电导率确定的常数。
虽然图5图示出传感器507和传感器508中的每个包括两个电导池，但可以设想，传感器507和传感器508中的每个可以包括一个电导池，在该一个电导池中测量水样品的第一电导率，发生水样品的辐照，并且测量水样品的第二电导率。以上等式可以被用于确定过硫酸根浓度，其中“电导池2”表示水的第二测量的电导率，并且“电导池1”表示水的第一测量的电导率。
在某些实施方案中，期望的是，将在离开光化辐射反应器的经辐照的水中的残余的过硫酸根减少或中和至目标水平。这可以通过在主光化辐射反应器的下游包括另外的紫外灯或光化辐射灯来实现，这可以帮助减少残余的过硫酸根并且降低TOC。例如，图2包括次级光化辐射反应器220，其可以被添加以帮助减少残余的过硫酸根并且降低水中的TOC。
可以使用诸如利用催化剂或还原剂的技术来减少或中和水流中的残余的过硫酸根。还原剂可以包括亚硫酸氢盐和二氧化硫。还原剂可以基于过硫酸根测量值和还原剂测量值或系统的其他特性或性质被添加到水流。添加速率可以在工艺期间随着系统需求变化而调整。
系统100和200还可以包括一个或更多个控制系统或控制器105和232。控制系统105和232通常连接到一个或更多个传感器或输入设备，该传感器或输入设备被配置和设置成提供处理系统100和200的工艺流、部件或子系统中的至少一个的至少一种性质、特性、状态或条件的指示或表示。例如，控制系统105可以被可操作地联接以接收来自源110和传感器106、107和108中的任何一个或更多个的输入信号。控制系统232可以被可操作地联接以接收来自源210和传感器206、207、208和209中的任何一个或更多个的输入信号。输入信号可以代表来自源110的水或系统中的水流的任何强度性质或任何广度性质。例如，输入信号可以代表来自图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性质或任何广度性质。输入信号还可以代表来自反渗透单元212、次级光化辐射反应器220的或在还原剂230的添加点之后的经处理的超纯水的任何强度性质或任何广度性质。例如，来自源110或源210的一个或更多个输入信号可以提供入口水或补充水的以下的指示：电阻率或电导率、流量、TOC值、温度、压力、金属的浓度、细菌的水平或量、溶解的氧含量和/或溶解的氮含量。输入设备或传感器106、107和108以及206、207、208和209同样可以提供经过系统100或系统200的至少部分地经处理的水的任何一个或更多个这样的表示。特别地，传感器中的任何一个可以提供在至少部分地经处理的水或超纯水中的特定的化合物或物质的温度、电导率或浓度的指示。尽管仅具体描绘了传感器106、107和108以及206、207、208和209，但可以使用另外的传感器，包括例如在系统100和200中的一个或更多个温度传感器、电导率传感器或电阻率传感器。
控制系统105和232可以被配置成接收任何一个或更多个输入信号，并且产生一个或更多个驱动信号、输出信号和控制信号到处理系统100和200的任何一个或更多个单元操作或子系统。如所图示的，控制系统105和232可以例如接收来自源110和/或源210或来自系统内的另一位置的水的流量、TOC水平或两者的指示。然后，控制系统105和232可以产生驱动信号并且将其传送到前体化合物源122或前体化合物源216以便在需要时调整引入到进入反应器120或反应器218的水流中的前体化合物的添加速率。在一个实施方案中，控制系统232可以例如从传感器207和传感器208接收在水中的特定的化合物或物质的浓度的指示。然后，控制系统232可以产生驱动信号并且将其传送到还原剂源224以便在需要时调整在添加点230处引入水流中的还原剂的添加速率。驱动信号通常是基于一个或更多个输入信号和目标值或预定值或设定点。例如，如果提供来自源110或源210的入口水的TOC值的表示的输入信号高于目标TOC值或可接受的TOC值的范围即容差范围(tolerance range)，则驱动信号可以被产生以增加来自源122或源216的前体化合物的添加量或添加速率。特定的目标值通常是现场选择的(field-selected)，并且可以因安装而异(vary frominstallation to installation)并且可以取决于下游的使用点要求。此配置创造性地通过主动地解决污染物的除去来避免提供具有不合意的特性的水，并且还避免补偿系统的停留或滞后响应时间，这可能是水流过系统的结果和/或用于分析所需的时间。
在一些实施方案中，控制系统105和232可以例如接收流量、TOC浓度或TOC水平和/或过硫酸根量或添加速率的指示，并且产生驱动信号并且将其传送到反应器120或反应器218或220，或更具体地传送到反应器的灯，以调整或修改操作中的一个或更多个灯以及灯的强度中的至少一种。驱动信号可以基于一个或更多个输入信号和目标值或预定值或设定点或阈值。例如，如果提供来自源110或源210的入口水的TOC值的表示的输入信号高于目标TOC值或阈值或可接受的TOC值的范围即容差范围，则驱动信号可以被产生以通过调整灯配置和灯强度中的至少一种来调整反应器的操作模式。
控制系统105和232还可以产生和传送另外的控制信号，以例如激发(energize)或调整由反应器120、218或220中的至少一个辐射源发射的输出辐射的强度或功率。因此，取决于前体化合物的添加量或添加速率或取决于进入反应器的水流中的TOC的水平，可以适当地、递增地或成比例地增加或减少控制信号。此特征用于延长一个或更多个辐射源的使用寿命并且降低能量消耗。
控制系统105和232还可以被配置成反馈布置，并且产生一个或更多个控制信号并且将其传送到前体化合物源122和214中的任何一个或两者以及反应器120、218和220以及还原剂源224。例如，分布系统103中的超纯产物水的或来自传感器107或108的TOC值或电阻率或两者可以被用于向源122和反应器120中的任何一个产生控制信号。
在高初始TOC波动的时段期间，可以利用前馈控制来补偿仪器延迟。这种抢先方式(preemptive approach)通常以相对于污染物的量过剩的方式注入前体化合物。在稳定的TOC水平的时段期间，可以在使用或不使用前馈控制的情况下来利用反馈方式。
控制系统105还可以基于例如来自传感器107或108或两者的输入信号来产生和传送控制信号，该控制信号调整冷却器130中的热传递的速率。控制信号可以增加或减小引入冷却器130中的冷却水的流量和/或温度，以在期望的或预定的温度将经处理的水提供到分布系统103。
控制系统105还可以产生和传送对泵166通电或调整流过其的至少部分地经处理的水的流量的控制信号。如果泵使用变频驱动，则可以产生控制信号以适当地调整泵马达活动水平以实现目标流量值。可选择地，致动信号可以致动阀，该阀调节来自泵166的至少部分地经处理的水的流量。
可以使用如图6中示意性表示的一个或更多个处理器来实施控制系统105和232。控制系统105可以是例如通用计算机，例如基于 型处理器、Motorola处理器、Sun处理器、Hewlett-Packard PA-处理器或任何其他类型的处理器或其组合的通用计算机。可选择地，控制系统可以包括专门编程的、特殊用途的硬件，例如，意图用于分析系统的专用集成电路(ASIC)或控制器。
控制系统105和232可以包括通常连接至一个或更多个存储设备650的一个或更多个处理器605，该一个或更多个存储设备650可以包括例如磁盘驱动存储器、闪速存储设备、RAM存储设备或用于存储数据的其他设备中的任一种或更多种。存储设备650通常被用于在系统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可以被用于存储与一段时间内的参数有关的历史数据以及操作数据。包括实施实施方案的编程代码的软件可以被存储在计算机可读的和/或可写的非易失性记录介质上，并且然后通常被拷贝至存储设备650，其中该软件然后可以通过处理器605来执行。这样的编程代码可以以多种编程语言中的任何一种来编写，例如Java、Visual Basic、C、C#或C++、Fortran、Pascal、Eiffel、Basic、COBAL或其多种组合中的任何组合。
控制系统105和232的部件可以通过互联机构610来联接，该互联机构610可以包括一个或更多个总线(例如，在被集成在相同设备内的部件之间)和/或网络(例如，在停留在独立的离散设备上的部件之间)。互联机构通常使通信例如数据、指令在系统的部件之间交换成为可能。
控制系统105和232还可以包括一个或更多个输入设备620和一个或更多个输出设备630，所述一个或更多个输入设备620从例如键盘、鼠标、跟踪球、麦克风、触摸屏接收一个或更多个输入信号i1、i2、i3、...、in，所述一个或更多个输出设备630产生一个或更多个输出信号、驱动信号或控制信号s1、s2、s3、...、sn，并且将其传送到例如打印设备、显示屏或扬声器。另外，控制系统105和232可以包含一个或更多个界面660，界面660能够将控制系统105或232连接至除了可以通过系统的部件中的一个或更多个形成的网络之外的或作为其替代选择的通信网络(未示出)。
根据一个或更多个实施方案，一个或更多个输入设备620可以包括例如但不限于阀、泵和传感器106、107和108以及206、207、208和209的部件，这些部件通常提供系统100和200的一个或更多个部件或工艺流的一种或更多种条件、参数或特性的量度、指示或表示。可选择地，传感器、计量阀和/或泵或这些部件的全部可以连接至可操作地联接至控制系统105和232的通信网络。例如，传感器106、107和108以及206、207、208和209可以被配置为直接地连接到控制系统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更多个可以被联接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距另一个传感器显著的距离处，或允许任何传感器位于距任何子系统和/或控制器显著的距离处，同时仍然在它们之间提供数据。
控制系统105和232可以包括一个或更多个存储介质例如计算机可读的和/或可写的非易失性的记录介质，其中可以存储定义程序或其部分的信号，该程序或其部分通过例如一个或更多个处理器605执行。一个或更多个存储介质可以例如是或包括磁盘驱动器或闪存存储器。在典型的操作中，处理器605可以使数据例如实施一个或更多个实施方案的代码从一个或更多个存储介质读取到例如存储设备640中，该存储设备640允许通过一个或更多个处理器比通过一个或更多个介质更快地访问信息。存储设备640通常是易失性的随机存取存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)或静态存储器(SRAM)或有利于将信息传递到处理器605或信息从处理器605传递的其他合适的设备。
尽管控制系统105和232被示出为例如可以在其上实践各个方面的一种类型的计算机系统，但应认识到，本文公开的方面和实施方案不限于在软件中或在如示例性示出的计算机系统上实施。实际上，胜于在例如通用计算机系统上实施的，控制系统或部件或其子系统可以作为专用系统或作为专用可编程的逻辑控制器(PLC)或在分布式控制系统中实施。另外，应认识到，一个或更多个特征或方面可以在软件、硬件或固件或其任何组合中来实施。例如，通过处理器605可执行的算法的一个或更多个节段可以在单独的计算机中执行，该单独的计算机中的每个可以经由一个或更多个网络通信。
系统100还可以包括子系统176，其用于消毒和/或除去保留在过滤装置172和174的膜的表面上的任何残余物、颗粒或其他材料。子系统176可以包括允许装置172和174的膜的温度循环的一个或更多个热交换器和泵。温度循环可以由控制系统105通过将热水和冷水交替地提供到装置172和174中的任一个中以允许其部件的膨胀和收缩来控制，这促进任何保留的材料的除去。尽管未图示，但子系统176还可以连接到系统100的任何单元操作，以便还促进这样的单元操作的清洁和热水消毒。
现在已经描述了一些说明性实施方案，对于本领域技术人员应当明显的是，前述内容仅仅是说明性的而不是限制性的，仅通过示例的方式呈现。许多修改和其他实施方案在本领域普通技术人员的范围内，并且被预期落入范围内。特别地，尽管本文中呈现的实施例中的许多包括方法动作或系统元件的特定的组合，但应当理解，那些动作和那些元件可以以其他方式组合以实现相同的目的。
本领域的技术人员应当理解，本文所描述的参数和配置是示例性的，并且实际的参数和/或配置将取决于其中使用系统和技术的具体应用。本领域的技术人员还应当认识到或能够仅仅使用常规实验确定具体实施方案的等效物。因此，应当理解，本文所描述的实施方案通过仅实施例的方式被呈现并且在随附的权利要求及其等效物的范围内；本文公开的方面和实施方案可以除如具体描述的之外进行实践。
此外，还应当理解，本文公开的方面和实施方案涉及本文所描述的每个特征、系统、子系统或技术和本文所描述的两个或更多个特征、系统、子系统或技术的任何组合以及两个或更多个特征、系统、子系统和/或方法的任何组合，如果这类特征、系统、子系统和技术不相互矛盾，则被认为在如权利要求中所体现的范围内。此外，仅结合一个实施方案所讨论的动作、元件和特征不意图被排除在其他实施方案中的类似作用之外。
如本文使用的，术语“多个(plurality)”指的是两个或更多个项目或部件。术语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“具有(carrying)”、“具有(having)”、“包含(containing)”和“涉及(involving)”无论在书面描述还是权利要求及类似物中，是开放式术语，即意指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意指包括在其后列出的项目和其等效物，以及另外的项目。相对于权利要求，仅过渡词组“由......组成”和“基本上由......组成”分别是封闭的或半封闭的过渡词组。在权利要求中修饰权利要求要素的序数术语例如“第一”、“第二”、“第三”及类似物的使用，本身并不暗示一个权利要求要素相对于另一个的任何优先、在先或顺序或其中方法的动作被进行的时间顺序，而是仅仅用作标记以区分具有某个名称的一个权利要求要素与具有相同名称的另一个要素(但用于使用序数术语)以区分权利要求要素。

Claims (28)

1.一种用于处理水的系统，包括：
主光化辐射反应器；
过硫酸根前体化合物源，所述过硫酸根前体化合物源被设置成将至少一种过硫酸根前体化合物引入所述主光化辐射反应器中；
总有机碳(TOC)浓度传感器，所述总有机碳浓度传感器位于所述主光化辐射反应器的上游；
过硫酸根浓度传感器，所述过硫酸根浓度传感器位于所述主光化辐射反应器的下游；以及
控制器，所述控制器被可操作地联接以接收来自所述TOC浓度传感器和所述过硫酸根浓度传感器中的至少一个的至少一个输入信号，并且产生控制信号，所述控制信号至少部分地基于所述至少一个输入信号来调节在所述主光化辐射反应器中的光化辐射的连续可变强度。
2.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的上游的反渗透单元。
3.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的下游的次级光化辐射反应器。
4.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的下游的颗粒过滤器。
5.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的下游的超滤装置。
6.如权利要求1所述的系统，还包括至少一个单元操作，所述至少一个单元操作选自由热交换器、脱气器、颗粒过滤器、离子纯化装置和离子交换柱组成的组。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述离子交换柱位于所述TOC浓度传感器的上游。
8.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的上游的水源，所述主光化辐射反应器包括一个或更多个单元操作，所述一个或更多个单元操作选自由反渗透过滤器、电渗析设备、电去离子设备、蒸馏装置、离子交换柱及其组合组成的组。
9.如权利要求8所述的系统，其中来自所述水源的水包含小于约25ppb的TOC。
10.如权利要求1所述的系统，还包括位于所述主光化辐射反应器的下游的TOC浓度传感器。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述还原剂是二氧化硫。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器还是可操作的以产生控制信号，所述控制信号调节所述过硫酸根前体化合物被引入所述主光化辐射反应器中的速率。
13.如权利要求1所述的系统，其中所述主光化辐射反应器包括具有双侧电连接的紫外灯。
14.如权利要求1所述的系统，其中具有所述双侧电连接的所述紫外灯包括与在所述灯的第一端上的第一电极的第一电连接、与在所述灯的所述第一端上的第二电极的第二电连接以及与在所述灯的第二端上的所述第二电极的第三电连接。
15.如权利要求1所述的系统，还包括：
还原剂源，所述还原剂源被设置成在所述主光化辐射反应器的下游引入至少一种还原剂；以及
还原剂浓度传感器，所述还原剂浓度传感器位于所述至少一种还原剂的添加点的下游；
其中所述控制器还被配置成接收来自所述还原剂浓度传感器的输入信号并且产生控制信号，所述控制信号至少部分地基于来自所述还原剂浓度传感器的所述输入信号来调节在所述主光化辐射反应器中的光化辐射的连续可变强度。
16.如权利要求15所述的系统，其中所述控制器还是可操作的以产生控制信号，所述控制信号调节所述还原剂被引入所述系统的速率。
17.一种处理水的方法，包括：
提供待处理的水；
测量所述待处理的水的总有机碳(TOC)值；
部分地基于所述待处理的水的所测量的TOC值中的至少一个输入信号将过硫酸根阴离子引入所述待处理的水；
将含有过硫酸根阴离子的水引入主反应器；
在所述反应器中将所述水中的所述过硫酸根阴离子暴露于紫外光，以产生经辐照的水流；以及
部分地基于选自由所述待处理的水的TOC值、所述反应器的下游的水的过硫酸根值和过硫酸根阴离子的添加速率组成的组的输入信号中的至少一个来调整所述紫外光的连续可变强度。
18.如权利要求15所述的方法，还包括在位于所述主反应器的下游的次级反应器中将所述经辐照的水暴露于紫外光。
19.如权利要求15所述的方法，还包括从所述水中除去溶解的固体和溶解的气体。
20.如权利要求15所述的方法，还包括在将所述待处理的水提供给所述反应器容器之前处理所述待处理的水。
21.如权利要求15所述的方法，还包括将还原剂引入所述经辐照的水。
22.如权利要求21所述的方法，还包括测量所述经辐照的水的还原剂浓度值。
23.如权利要求22所述的方法，还包括基于所测量的还原剂浓度值将所述还原剂引入所述经辐照的水。
24.如权利要求15所述的方法，其中所述还原剂是二氧化硫。
25.如权利要求15所述的方法，其中提供所述待处理的水包括提供具有小于约25ppb的TOC值的入口水，并且处理所述水包括将所述水的TOC值降低到小于1ppb。
26.一种向半导体制造单元提供超纯水的方法，包括：
提供具有小于约25ppb的TOC值的入口水；
将至少一种自由基前体化合物引入所述水中；
通过将所述至少一种自由基前体暴露于UV辐射，将所述至少一种自由基前体化合物转化成至少一种自由基清除物质，所述UV辐射来自具有连续可变的UV辐射功率输出的UV辐射源；
从所述水中除去任何颗粒的至少一部分以产生所述超纯水；以及
将所述超纯水的至少一部分递送到所述半导体制造单元。
27.如权利要求26所述的方法，还包括至少部分地基于所述入口水的TOC值来调节所述至少一种前体化合物的添加速率。
28.如权利要求26所述的方法，还包括至少部分地基于所述入口水的TOC值来调节所述UV辐射功率输出。
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