ES2969794T3

ES2969794T3 - Método y sistema para proveer agua ultrapura

Info

Publication number: ES2969794T3
Application number: ES12736528T
Authority: ES
Inventors: Bruce Lee Coulter
Original assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Current assignee: Evoqua Water Technologies LLC
Priority date: 2011-01-17
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2024-05-22
Anticipated expiration: 2032-01-16
Also published as: JP2019055404A; MY163097A; SG10201913848TA; WO2012099817A3; TW201441609A; EP2665683C0; EP2665683A2; EP2665683B1; KR102074114B1; JP6479712B2; CN103827040A; CA2824856A1; JP2016196000A; TW201441162A; SG191728A1; IL226924B; JP2014508033A; JP6722253B2; KR20140042784A; KR101993688B1

Abstract

Se proporciona un método y sistema para proporcionar agua ultrapura para operaciones de fabricación de semiconductores. El agua se trata utilizando un sistema de eliminación de radicales libres y un sistema de eliminación de radicales libres. El sistema eliminador de radicales libres puede utilizar radiación actínica con un compuesto precursor de radicales libres, tal como persulfato de amonio. El sistema de eliminación de radicales libres puede comprender el uso de un agente reductor. El agua ultrapura se puede tratar adicionalmente utilizando medios de intercambio iónico y aparatos de desgasificación. Puede utilizarse un sistema de control para regular la adición del compuesto precursor, la intensidad de la radiación actínica y la adición del agente reductor al agua. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método y sistema para proveer agua ultrapura

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de invención

Esta invención se refiere a sistemas y métodos para proporcionar agua ultrapura y, en particular, a sistemas y métodos para reducir o mantener un nivel contaminante de agua ultrapura que se puede usar durante la fabricación de dispositivos semiconductores o componentes de los mismos.

2. Exposición de la técnica relacionada

Ejzak, en la patente de EE. UU. No. 4,277,438, describe un método y aparato que miden la cantidad de carbono y otros compuestos orgánicos en una solución acuosa. Se utiliza un reactor de múltiples etapas que emplea radiación ultravioleta para promover la oxidación de una muestra de prueba. Antes de la irradiación se introducen en la solución oxígeno y un agente oxidante como persulfato de sodio.

Martín, en la patente de EE. UU. No. 6,991,735, describe un generador de radicales libres y un método para desinfectar sistemas de agua. En los documentos US2008/0245737, EP1340719, US6444474, US2008/149485, WO91/06848, EP0498888, US2002/134722, WO2007/146671 hay más ejemplos de diversas técnicas anteriores que se ocupan de la purificación y el tratamiento del agua.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Se dirige la atención a las reivindicaciones que definen la invención expuesta en esta divulgación. Esta divulgación se refiere a un método para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores. El método puede comprender uno o más actos de proporcionar agua de entrada que tenga un valor de carbono orgánico total (TOC) de menos de aproximadamente 25 ppb, introducir al menos un compuesto precursor de radicales libres en el agua, convertir el al menos un compuesto precursor de radicales libres en al menos una especie eliminadora de radicales libres, eliminando al menos una porción de cualquier partícula del agua para producir el agua ultrapura, y entregar al menos una porción del agua ultrapura a la unidad de fabricación de semiconductores.

El método puede comprender además regular una velocidad de adición del al menos un compuesto precursor basándose al menos parcialmente en el valor de TOC del agua de entrada.

También se expone un sistema para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores. El sistema puede comprender una fuente de agua que tiene un valor de TOC de menos de aproximadamente 25 ppb, un reactor de radiación actínica conectado de manera fluida a la fuente de agua y configurado para irradiar agua desde la fuente de agua, una fuente de un compuesto precursor dispuesto para introducir un compuesto precursor de radicales libres al agua, y un filtro de partículas conectado de manera fluida aguas abajo del reactor de radiación actínica y aguas arriba de un sistema de distribución de agua ultrapura conectado de manera fluida a la unidad de fabricación de semiconductores.

El sistema puede comprender un sistema de eliminación de radicales libres conectado de forma fluida a una fuente de agua que tiene una resistividad de al menos 15 megaohmios, un sistema de eliminación de partículas conectado de forma fluida aguas abajo del sistema de eliminación de radicales libres, un sistema de suministro de agua ultrapura conectado de forma fluida aguas abajo del sistema de eliminación de partículas y un sistema de retorno de agua que conecta de manera fluida el sistema de suministro de agua ultrapura al sistema de eliminación de radicales libres.

Un medio legible por ordenador que tiene señales legibles por ordenador almacenadas en el mismo que definen instrucciones que, como resultado de ser ejecutadas por al menos un procesador, pueden indicarle a al menos un procesador que realice un método para regular la adición de al menos un compuesto precursor de radicales libres en un agua de entrada que tiene un valor de TOC inferior a aproximadamente 25 ppb. El método ejecutado puede comprender actos de generar una o más señales de activación basadas al menos parcialmente en el valor de TOC del agua de entrada, y transmitir la una o más señales de activación a al menos una fuente del al menos un compuesto precursor, la al menos una fuente dispuesta para introducir el al menos un compuesto precursor en el agua de entrada.

El sistema puede comprender un reactor de radiación actínica primario y una fuente de un compuesto precursor de persulfato dispuesta para introducir al menos un compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario. El sistema también puede comprender un sensor de concentración de carbono orgánico total (TOC) ubicado aguas arriba del reactor de radiación actínica primario, y un sensor de concentración de persulfato ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. También se puede proporcionar una fuente de un agente reductordispuesta para introducir al menos un agente reductor aguas abajo del reactor de radiación actínica primario, y un sensor de concentración de agente reductor ubicado aguas abajo de un punto de adición del al menos un agente reductor. El sistema también puede comprender un controlador acoplado operativamente para recibir al menos una señal de entrada desde al menos uno de entre el sensor de concentración de TOC, el sensor de concentración de persulfato y el sensor de concentración de agente reductor, y generar al menos una señal de control que regula uno de entre una velocidad a la que el compuesto precursor de persulfato se introduce en el reactor de radiación actínica primario, una intensidad de la radiación actínica en el reactor de radiación actínica primario, y una velocidad a la que el agente reductor se introduce en el sistema.

En algunas formas de realización de la invención, el sistema para tratar agua puede comprender además una unidad de ósmosis inversa ubicada aguas arriba del reactor de radiación actínica primario. El sistema también puede comprender además un reactor de radiación actínica secundario ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. El sistema también puede comprender además un filtro de partículas ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. El sistema también puede comprender además un aparato de ultrafiltración ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. También se puede proporcionar en el sistema al menos una operación unitaria seleccionada del grupo que consiste en un intercambiador de calor, un desgasificador, un filtro de partículas, un aparato de purificación de iones y una columna de intercambio iónico. La columna de intercambio iónico puede ubicarse aguas arriba del sensor de concentración de TOC.

El sistema también puede comprender una fuente de agua ubicada aguas arriba del reactor de radiación actínica primario que comprende una o más operaciones unitarias seleccionadas del grupo que consiste en un filtro de ósmosis inversa, un dispositivo de electrodiálisis, un dispositivo de electrodesionización, un aparato de destilación, una columna de intercambio iónico y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones, el agua de la fuente de agua puede comprender menos de aproximadamente 25 ppb de TOC. El sistema puede comprender además un sensor de concentración de TOC ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. El agente reductor puede ser dióxido de azufre.

Uno o más aspectos de la invención se refieren a un método para tratar agua como se define en las reivindicaciones.

En algunas realizaciones de la invención, el método puede comprender además exponer el agua irradiada a luz ultravioleta en un reactor secundario ubicado aguas abajo del reactor primario. El método también puede comprender eliminar sólidos disueltos y gases disueltos del agua. El método también puede comprender tratar el agua a tratar antes de proporcionar el agua a tratar al recipiente del reactor. El método puede comprender además medir la concentración de agente reductor en el agua irradiada. El método también puede comprender además introducir el agente reductor en el agua irradiada sobre la base de la concentración medida del agente reductor. El agente reductor puede ser dióxido de azufre.

En la divulgación se expone un método para medir una concentración de un compuesto en una corriente líquida que puede comprender medir una primera conductividad de la corriente líquida, irradiar la corriente líquida, medir una segunda conductividad de la corriente líquida después de irradiar y calcular la concentración del compuesto basado al menos en parte en la primera medición de conductividad y la segunda medición de conductividad. El compuesto que se mide puede ser persulfato. Irradiar la corriente líquida puede comprender convertir al menos una porción del compuesto que comprende persulfato en iones sulfato. El compuesto que se mide también puede ser dióxido de azufre. Irradiar la corriente líquida puede comprender convertir al menos una porción del compuesto que comprende dióxido de azufre en iones sulfato. El método puede comprender introducir la corriente de líquido en una primera celda de conductividad para medir una primera conductividad de la corriente de líquidos. El método puede comprender introducir la corriente de líquidos en una segunda celda de conductividad para medir la segunda conductividad de la corriente de líquido. El método puede comprender irradiar la corriente líquida en un reactor de radiación actínica antes de medir la primera conductividad. El método puede comprender introducir un compuesto precursor de persulfato en la corriente líquida antes de irradiar la corriente líquida en el reactor de radiación actínica.

Se divulga un sistema para controlar la introducción de un agente reductor a una corriente líquida, que comprende un sensor de concentración de persulfato en comunicación de fluido con la corriente líquida, una fuente de dióxido de azufre dispuesta para introducir dióxido de azufre a la corriente líquida aguas abajo del sensor de concentración de persulfato, un sensor de concentración de dióxido de azufre en comunicación de fluido con la corriente líquida que está ubicado aguas abajo de un punto de adición de dióxido de azufre, y un controlador configurado para generar una señal de control que regula al menos uno de entre una tasa de adición y una cantidad de dióxido de azufre introducido en la corriente líquida basándose en al menos una señal de entrada desde cualquiera del sensor de concentración de persulfato y el sensor de concentración de dióxido de azufre.

El sensor de concentración de persulfato comprende al menos una celda de conductividad y también comprende una fuente de luz ultravioleta. El sensor de concentración de dióxido de azufre puede comprender una celda de conductividad. El sensor de concentración de dióxido de azufre también puede comprender una fuente de luz ultravioleta. El sistema puede comprender un reactor de radiación actínica situado aguas arriba del sensor de concentración de dióxido de azufre. El sistema puede comprender una fuente de compuesto precursor de persulfato dispuesta para introducir al menos un compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario. El sistema puede comprender un sensor de concentración de carbono orgánico total situado aguas arriba del reactor de radiación actínica. El sistema puede comprender un sensor de concentración de carbono orgánico total ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica.

Uno o más aspectos de la presente invención se refieren a un reactor de radiación actínica que comprende un recipiente y una primera serie de tubos en el recipiente que comprende un primer conjunto de tubos paralelos y un segundo conjunto de tubos paralelos. Cada tubo del segundo conjunto de tubos paralelos puede tener un eje longitudinal respectivo que es ortogonal a un eje longitudinal respectivo de cada tubo del primer conjunto de tubos paralelos, comprendiendo cada tubo al menos una lámpara ultravioleta.

En algunas realizaciones, el reactor de radiación actínica puede comprender además una segunda serie de tubos que comprende un tercer conjunto de tubos paralelos y un cuarto conjunto de tubos paralelos. Cada tubo del cuarto conjunto de tubos paralelos puede tener un eje longitudinal respectivo que es ortogonal a un eje longitudinal respectivo de cada tubo del tercer conjunto de tubos paralelos. Cada tubo puede comprender al menos una lámpara ultravioleta. En algunas realizaciones, cada tubo del cuarto conjunto puede tener un eje longitudinal respectivo que es ortogonal a los respectivos ejes longitudinales de cada tubo de uno de entre el segundo conjunto de tubos paralelos y el primer conjunto de tubos paralelos.

La segunda serie de tubos se puede disponer para definir un plano que se puede colocar a una distancia predeterminada de un plano definido por la primera serie. Cada extremo de cada tubo puede fijarse a una pared del recipiente. Los tubos de al menos una de la primera serie y la segunda serie se extienden a través de un volumen interior del recipiente. Uno del primer conjunto de tubos paralelos y el segundo conjunto de tubos paralelos se puede colocar a una distancia predeterminada de uno del tercer conjunto de tubos paralelos y del cuarto conjunto de tubos paralelos.

Un método para irradiar un líquido en un recipiente puede comprender energizar un primer conjunto de lámparas ultravioleta en el recipiente, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un primer vector de iluminación, y energizar un segundo conjunto de lámparas ultravioleta en el recipiente, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un segundo vector de iluminación que es sustancialmente perpendicular al primer vector de iluminación.

El método puede comprender ajustar una intensidad del primer conjunto de lámparas ultravioleta. El método también puede comprender además ajustar la intensidad del segundo conjunto de lámparas ultravioleta. El método puede comprender energizar al menos una lámpara del primer conjunto de lámparas ultravioleta y el segundo conjunto de lámparas ultravioleta basándose en una medición de al menos uno de una concentración de carbono orgánico total (TOC), una concentración de persulfato y un caudal del líquido introducido en el recipiente. El método puede comprender desenergizar al menos una lámpara del primer conjunto de lámparas ultravioleta y del segundo conjunto de lámparas ultravioleta basándose en una medición de al menos una de una concentración de carbono orgánico total (TOC), una concentración de persulfato y un caudal del líquido introducido en el recipiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Los dibujos adjuntos no están destinados para ser dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en varias figuras está representado por un número igual. Para mayor claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en cada dibujo.

En los dibujos:

Figura 1 es un dibujo esquemático que ilustra un sistema de la técnica anterior (US 2008/245737 A1 - Coulter Bruce Lee);

Figura 2 es un dibujo esquemático que ilustra un sistema descrito en la presente memoria;

Figura 3 es un dibujo esquemático que ilustra un recipiente según una o más realizaciones de la invención;

Figura 4A es un dibujo esquemático que ilustra un recipiente según una o más realizaciones de la invención;

Figura 4B es un dibujo esquemático que ilustra un recipiente según una o más realizaciones de la invención;

Figura 5 es un dibujo esquemático que ilustra un sistema de sensor y controlador según una o más realizaciones de la invención;

Figura 6 es un dibujo esquemático que ilustra un procesador o sistema de control en donde se pueden poner en práctica una o más realizaciones de la invención;

Figura 7 es un gráfico que muestra la calidad del agua del producto de agua ultrapura según algunas realizaciones de la invención;

Figura 8 es un gráfico que muestra una relación entre la concentración de carbono orgánico total (TOC) y el tiempo según una o más realizaciones de la invención;

Figura 9 es un gráfico que muestra una relación entre la concentración de carbono orgánico total (TOC) y el tiempo según una o más realizaciones de la invención;

Figura 10 es un gráfico que muestra una relación entre la concentración de carbono orgánico total (TOC) y el tiempo según una o más realizaciones de la invención;

Figura 11 es un gráfico que muestra una relación entre la concentración de carbono orgánico total (TOC) y el tiempo según una o más realizaciones de la invención;

Figura 12 es un gráfico que muestra una relación entre persulfato residual y tiempo según una o más realizaciones de la invención; y

Figura 13 es un gráfico que muestra una relación entre la concentración de dióxido de azufre y el cambio en la conductividad según una o más realizaciones de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Uno o más aspectos de la invención, tal como se define en las reivindicaciones, pueden estar dirigidos a sistemas y técnicas de tratamiento o purificación de agua. Los diversos sistemas y técnicas de la invención normalmente utilizan o comprenden una o más operaciones unitarias que eliminan especies indeseables de un fluido o corriente de proceso. Se puede utilizar una pluralidad de operaciones unitarias en serie o en una disposición de flujo en paralelo, o una combinación de una disposición de flujo en serie y en paralelo, para facilitar la eliminación no selectiva o selectiva o una reducción de la concentración o nivel de una variedad de especies o compuestos objetivo, que suelen ser indeseables u objetables en un flujo de proceso. Además, los sistemas y técnicas de la invención pueden utilizar una o más operaciones unitarias para facilitar el ajuste de una concentración de una especie o una especie subproducto generada a partir de una operación unitaria del sistema. Algunos aspectos de la invención pueden dirigirse a técnicas y sistemas o componentes de los mismos que tratan o purifican agua que, en algunos casos, puede caracterizarse por tener un bajo nivel de impurezas o contaminantes. Algunos aspectos ventajosos de la invención pueden dirigirse a sistemas y técnicas que proporcionen agua ultrapura. Aspectos particularmente ventajosos de la invención pueden dirigirse a sistemas y técnicas que proporcionan agua ultrapura para su uso en operaciones de fabricación o procesamiento de semiconductores. En algunos casos, la invención proporciona sistemas y técnicas que proporcionan agua de reposición en un sistema de agua en circulación o de agua ultrapura de una manera que mantiene un agua o agua ultrapura característica del circuito de agua que contiene agua o agua ultrapura. Los sistemas y técnicas de la invención pueden, en algunos casos, mezclar agua de reposición o de entrada o agua ultrapura con agua tratada o agua ultrapura. Aún otros aspectos de la invención pueden dirigirse a sistemas y técnicas de control adecuados para su uso con sistemas de purificación o tratamiento de agua. Incluso otros aspectos de la invención pueden dirigirse a sistemas y técnicas de control que faciliten las operaciones de fabricación de semiconductores proporcionando agua ultrapura. De hecho, algunos aspectos de la invención pueden estar dirigidos a sistemas y técnicas de control que facilitan el tratamiento o la purificación del agua o del agua ultrapura mediante la utilización de un enfoque anticipativo o de realimentación o ambos. Incluso otros aspectos de la invención pueden dirigirse a técnicas para medir un nivel o concentración de una especie o compuesto objetivo en el agua o agua ultrapura o una corriente líquida. Las técnicas de medición pueden utilizar sistemas y técnicas de control que faciliten el suministro de agua ultrapura.

Según al menos un aspecto de la invención, algunas realizaciones de la misma pueden implicar un sistema para tratar agua según la reivindicación 1. El sistema y las técnicas de la invención pueden implicar un primer tren de proceso que se basa en la utilización de agua purificada para crear condiciones que sean propicias para la eliminación de radicales libres junto con uno o más trenes de procesos auxiliares con operaciones unitarias que eliminan o al menos reducen la concentración de subproductos de los procesos aguas arriba. El sistema para tratar agua puede comprender al menos un sistema de eliminación de radicales libres conectado de manera fluida a al menos una fuente de agua que puede contener subproductos de uno o más procesos aguas arriba. En ciertos aspectos de la invención, la al menos una fuente de agua puede ser pura, o incluso ultrapura, y preferiblemente agua que tenga una resistividad de al menos 15 megaohmios-cm. El sistema para tratar agua también puede comprender, o estar acoplado de manera fluida a, al menos un sistema de eliminación de partículas que está conectado de manera fluida aguas abajo de al menos un sistema de eliminación de radicales libres y al menos un sistema de suministro de agua ultrapura que está conectado de manera fluida aguas abajo de al menos un sistema de eliminación de partículas. Además, el sistema para tratar agua normalmente también comprende al menos un sistema de retorno de agua que conecta de manera fluida el al menos un sistema de suministro de agua ultrapura con al menos uno de los sistemas de eliminación de radicales libres. El sistema de eliminación de radicales libres, en algunos casos, puede consistir esencialmente en, o preferiblemente, comprender al menos una fuente de al menos un compuesto precursor. Normalmente, la al menos una fuente de al menos un compuesto precursor se dispone o se construye y dispone de otro modo para introducir al menos un compuesto precursor de radicales libres en al menos una porción del agua procedente de al menos una fuente de agua. El sistema de eliminación de radicales libres puede además consistir esencialmente en o comprender al menos una fuente de radiación actínica con o sin al menos un aparato alternativo adicional que también puede iniciar o convertir al menos un compuesto precursor en al menos una especie eliminadora de radicales libres en el agua. En otros casos más, el sistema de eliminación de partículas puede comprender al menos un aparato de ultrafiltración. Normalmente, al menos un aparato de ultrafiltración está conectado de manera fluida aguas abajo de al menos una fuente de radiación actínica o al menos un aparato iniciador de radicales libres y, preferiblemente, aguas arriba de al menos un sistema de suministro de agua ultrapura.

Según al menos un aspecto adicional de la invención, algunas realizaciones de la misma pueden implicar un sistema para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores. El sistema puede comprender una o más fuentes de agua conectadas para fluido a al menos un reactor de radiación actínica. Preferiblemente, el al menos un reactor está configurado para irradiar agua desde la fuente de agua. El sistema puede comprender además una o más fuentes de un compuesto precursor. La una o más fuentes de compuesto precursor se pueden disponer para introducir uno o más compuestos precursores de radicales libres en el agua desde una o más fuentes de agua. El sistema también puede comprender al menos un filtro de partículas conectado para fluido aguas abajo de al menos uno de entre uno o más reactores de radiación actínica y, preferiblemente, aguas arriba de un sistema de distribución de agua ultrapura. En algunas realizaciones ventajosas de la invención, el sistema de distribución de agua ultrapura está conectado para fluido a la unidad de fabricación de semiconductores. La fuente de agua normalmente proporciona agua que tiene un valor de carbono orgánico total (TOC) inferior a aproximadamente 25 ppb. El sistema para proporcionar agua ultrapura puede comprender además una línea de reciclaje que conecta para fluido el sistema de distribución de agua ultrapura, típicamente una lumbrera de salida del mismo, con el al menos uno de entre la fuente de agua, el reactor de radiación actínica y el filtro de partículas.

Según algunos aspectos, algunas realizaciones de la invención pueden implicar un método para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores. El método puede comprender uno o más actos de proporcionar agua de entrada que tenga un valor de TOC de menos de aproximadamente 25 ppb, introducir al menos un compuesto precursor de radicales libres en el agua, y convertir el al menos un compuesto precursor de radicales libres en al menos una especie de eliminación de radicales libres. El método puede comprender además uno o más actos de eliminar al menos una porción de cualquier partícula del agua para producir agua ultrapura y entregar al menos una porción del agua ultrapura a la unidad de fabricación de semiconductores.

Según otros aspectos, algunas realizaciones de la invención pueden implicar un medio legible por ordenador que tiene señales legibles por ordenador almacenadas en el mismo que definen instrucciones que, como resultado de ser ejecutadas por al menos un procesador, instruyen a al menos un procesador para realizar un método para regular la adición de al menos un compuesto precursor de radicales libres en un agua de entrada. El agua de entrada, en algunos casos, puede ser agua pura o ultrapura, pero preferiblemente tiene un valor de TOC inferior a aproximadamente 25 ppb. El método ejecutable por al menos un procesador puede comprender uno o más actos de generar una o más señales de accionamiento basadas al menos parcialmente en el valor de TOC del agua de entrada; y transmitir la una o más señales de activación a al menos una fuente de al menos un compuesto precursor, estando dispuesta a al menos una fuente para introducir el al menos un compuesto precursor en el agua de entrada.

Según otros aspectos de la invención, algunas realizaciones de la invención pueden incluir un sistema para tratar agua. El sistema puede comprender un reactor de radiación actínica primario. El sistema puede comprender además una fuente de un compuesto precursor de persulfato dispuesta para introducir al menos un compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario. El sistema puede comprender además uno o más sensores tales como un sensor de concentración de carbono orgánico total (TOC) ubicado aguas arriba del reactor de radiación actínica primario. El sistema puede comprender además un sensor de concentración de persulfato ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. El sistema puede comprender además una fuente de un agente reductor. El agente reductor puede disponerse para introducir al menos un agente reductor aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. También se puede proporcionar un sensor de concentración de agente reductor. El sensor de concentración de agente reductor puede estar situado aguas abajo de un punto de adición del al menos un agente reductor. También se puede proporcionar un controlador. El controlador puede acoplarse operativamente para recibir al menos una señal de entrada desde al menos uno de entre el sensor de concentración de TOC, el sensor de concentración de persulfato y el sensor de concentración de agente reductor. El controlador puede regular al menos una de entre una velocidad a la que se introduce el compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario, una intensidad de la radiación actínica en el reactor de radiación actínica primario, y una velocidad a la que se introduce el agente reductor en el sistema.

Según otros aspectos más de la invención, se proporciona un método para tratar agua según la reivindicación de método independiente. El método puede comprender proporcionar agua para ser tratada. El método también puede comprender medir un valor de TOC del agua a tratar e introducir aniones persulfato al agua a tratar basándose al menos en parte en al menos una señal de entrada del valor de TOC medido del agua a tratar. El método también puede comprender introducir el agua que contiene aniones persulfato en un reactor primario y exponer los aniones persulfato en el agua a luz ultravioleta en el reactor para producir una corriente de agua irradiada. El método puede comprender además ajustar una intensidad de la luz ultravioleta basándose al menos en parte en al menos una de una señal de entrada seleccionada del grupo que consiste en un valor de TOC del agua a tratar, un valor de persulfato del agua aguas abajo del reactor, y una velocidad de adición de aniones persulfato. Se puede introducir un agente reductor en el agua irradiada.

En un método para medir una concentración de un compuesto en una corriente líquida, el método puede comprender medir una primera conductividad en la corriente líquida e irradiar al menos una porción de la corriente líquida. El método puede comprender además medir una segunda conductividad de la corriente líquida después de la irradiación, y calcular la concentración del compuesto basándose al menos en parte en la primera medición de conductividad y la segunda medición de conductividad. El compuesto puede ser persulfato o dióxido de azufre.

Para controlar la introducción de dióxido de azufre a una corriente líquida, el sistema puede comprender un sensor de concentración de persulfato en comunicación de fluido con la corriente líquida. El sistema puede comprender además una fuente de dióxido de azufre. El dióxido de azufre puede disponerse para introducir dióxido de azufre en la corriente líquida aguas abajo del sensor de concentración de persulfato. El sistema puede comprender además un sensor de concentración de dióxido de azufre en comunicación de fluido con la corriente líquida y ubicado aguas abajo de la fuente de dióxido de azufre. El sistema puede comprender además un controlador. El controlador puede configurarse para generar una señal de control que regula al menos una de una tasa de adición y una cantidad del dióxido de azufre introducido en la corriente líquida basándose en al menos una señal de entrada desde cualquiera del sensor de concentración de persulfato y la corriente de dióxido de azufre.

El reactor de radiación actínica puede comprender un recipiente y una primera serie de tubos en el recipiente. La primera serie de tubos puede comprender un primer conjunto de tubos paralelos y un segundo conjunto de tubos paralelos. Cada tubo puede comprender al menos una lámpara ultravioleta y cada uno de los tubos paralelos del primer conjunto está colocado para tener su eje longitudinal ortogonal con respecto al eje longitudinal de los tubos del segundo conjunto.

La figura 1 representa esquemáticamente un sistema anterior 100 divulgado en el documento US 2008/245737 A1. El sistema 100 puede ser representativo de un sistema de purificación o tratamiento de agua que proporciona agua incluyendo agua que puede considerarse agua ultrapura. En algunas realizaciones particularmente ventajosas de la invención, el sistema 100 puede estar dirigido a o ser representativo de un sistema de purificación que proporciona agua ultrapura adecuada para su uso en instalaciones de fabricación de semiconductores o al menos mantiene una calidad de agua ultrapura. Se puede considerar el sistema 100 para utilizar agua ultrapura para proporcionar agua ultrapura tratada a una o más unidades de fabricación de semiconductores (no mostradas). Por tanto, el sistema 100 puede ser un sistema de tratamiento de agua que reduce la concentración, el contenido o el nivel de una o más impurezas o contaminantes que pueden estar presentes en el agua de reposición o de entrada de una o más fuentes de agua 110, y proporcionar el agua tratada a un sistema que utiliza agua ultrapura.

Como se ilustra a modo de ejemplo, el sistema 100 puede comprender uno o más trenes o sistemas 101 de tratamiento primeros o primarios acoplados a uno o más trenes o sistemas 102 de tratamiento segundos o secundarios. El sistema 100 puede comprender además al menos un sistema 103 de distribución de agua conectado para fluido a al menos un sistema de tratamiento secundario y, en algunas configuraciones aún más ventajosas, a al menos un sistema de tratamiento primario. Otras realizaciones ventajosas pueden implicar configuraciones que implican al menos un dispositivo de control direccional del flujo en al menos uno de entre el sistema de tratamiento primario, el sistema de tratamiento secundario y el sistema de distribución de agua. Ejemplos no limitativos de dispositivos de control de flujo direccional incluyen válvulas de retención y aliviaderos.

Preferiblemente, la fuente 110 proporciona agua que consiste, que consiste esencialmente en, o que comprende un bajo nivel de impurezas. Más preferiblemente, el agua de la fuente 110 consiste, consiste esencialmente en, o comprende agua ultrapura que tiene al menos una característica seleccionada del grupo que consiste en un nivel o valor de carbono orgánico total de menos de aproximadamente 25 ppb o incluso menos de aproximadamente 20 ppb, como urea, y una resistividad de al menos aproximadamente 15 megaohmios-cm o incluso al menos aproximadamente 18 megaohmios-cm. El sistema de tratamiento primero o primario 101 puede comprender además al menos una fuente 122 de un compuesto de tratamiento precursor conectado para fluido al reactor 120.

El agua introducida en el sistema 100 desde la fuente 110 normalmente, o incluso preferentemente, puede caracterizarse por tener un bajo nivel de impurezas. Por ejemplo, algunas realizaciones de la invención utilizan agua pura o ultrapura o mezclas de las mismas que han sido previamente tratadas o purificadas mediante uno o más trenes de tratamiento (no mostrados) tales como aquellos que utilizan ósmosis inversa, electrodiálisis, electrodesionización, destilación, intercambio iónico, o combinaciones de tales operaciones. Como se señaló, las realizaciones ventajosas de la invención implican agua de entrada ultrapura desde la fuente 110 que típicamente tiene baja conductividad o alta resistividad de al menos aproximadamente 15 megaohmios-cm, preferiblemente al menos aproximadamente 18 megaohmios-cm, y/o tiene un bajo nivel de contaminantes como, por ejemplo, un nivel bajo de carbono orgánico total de menos de aproximadamente 50 ppb, y preferiblemente, menos de aproximadamente 25 ppb, típicamente como urea u otro compuesto o sustituto de carbono. En ciertas realizaciones, el agua de entrada puede ser tan baja como 1 ppb. En otras realizaciones, el agua de entrada puede ser tan baja como 0,5 ppb. Aún en otras realizaciones, la resistividad del agua de entrada puede ser de aproximadamente 1 megaohmio- cm.

En algunas realizaciones particulares de la invención, el primer sistema de tratamiento 101 puede caracterizarse o comprender al menos un sistema de eliminación de radicales libres. El sistema de eliminación de radicales libres 101 puede comprender al menos un reactor eliminador de radicales libres 120, tal como un reactor de irradiación, conectado para fluido a al menos una fuente 110 de agua. El reactor 120 puede ser un reactor de flujo de pistón o un reactor de tanque agitado continuamente, o combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, se puede usar un reactor de flujo de pistón para evitar la probabilidad de que las lámparas dentro del reactor queden cegadas o en regiones de menor intensidad de irradiación, tales como cortocircuitos, de la iluminación. Un reactor de flujo de pistón puede definirse como un reactor que opera en condiciones que facilitan trayectorias de flujo laminar de fluido a través del reactor, teniendo trayectorias de flujo paralelas y no turbulentas. El reactor 120 normalmente tiene un tamaño que proporciona un tiempo de residencia suficiente para permitir que las especies de radicales libres en el agua que fluye en el reactor eliminen, degraden o conviertan de otro modo al menos una de las impurezas, típicamente las impurezas orgánicas a base de carbono, en un compuesto inerte, uno o más compuestos que pueden eliminarse del agua, o al menos uno que puede eliminarse más fácilmente con respecto a la al menos una impureza.

El reactor puede dimensionarse adicionalmente basándose en el caudal esperado del sistema para proporcionar un tiempo de residencia suficiente o deseado en el reactor. En ciertas realizaciones, el caudal de agua a través del sistema puede basarse en la demanda de agua tratada aguas abajo del sistema, o el caudal de agua que se utiliza aguas arriba del sistema, o ambos. En ciertos ejemplos, el caudal de agua a través del sistema, o a través de cada reactor, puede estar entre aproximadamente 0,27 m3/h (1 galón por minuto (gpm)) y 545,53 m3/h (2000 gpm). En ejemplos particulares, el caudal puede ser de aproximadamente 109,1 m3/h (400 gpm) a aproximadamente 354,6 m3/h (1300 gpm). En otros ejemplos particulares, el caudal puede ser de aproximadamente 109,1 m3/h (400 gpm) a aproximadamente 518,2 m3/h (1900 gpm). El reactor y otras operaciones unitarias y equipos del sistema, tales como bombas y válvulas de flujo, pueden seleccionarse y dimensionarse para permitir fluctuaciones o cambios en los caudales desde aproximadamente 109,1 m3/h (400 gpm) hasta aproximadamente 518,2 m3/h (1900 gpm).

En el sistema de eliminación de radicales libres, los compuestos orgánicos en el agua pueden ser oxidados por una o más especies de radicales libres en dióxido de carbono, que puede eliminarse en una o más operaciones unitarias aguas abajo. El reactor 120 puede comprender al menos un dispositivo de activación de radicales libres que convierte uno o más compuestos precursores en una o más especies de eliminación de radicales libres. Por ejemplo, el reactor 120 puede comprender una o más lámparas, en una o más cámaras de reacción, para irradiar o de otro modo proporcionar radiación actínica al agua y dividir el compuesto precursor en una o más especies de radicales libres.

El reactor puede dividirse en dos cámaras mediante uno o más deflectores entre las cámaras. El deflector se puede usar para proporcionar mezcla o turbulencia al reactor o evitar la mezcla o promover trayectorias de flujo laminares paralelas a través del interior del reactor, tal como en las cámaras. En ciertas realizaciones, una entrada del reactor está en comunicación de fluido con una primera cámara y una salida del reactor está en comunicación de fluido con una segunda cámara.

En algunas realizaciones, al menos tres cámaras de reactor, cada una con al menos una lámpara ultravioleta (UV) dispuesta para irradiar el agua en las respectivas cámaras con luz de aproximadamente 185 nm, 220 nm y/o 254 nm, o que oscila entre aproximadamente 185 nm y aproximadamente 254 nm, a diversos niveles de potencia, están dispuestos en serie en el reactor 120. Se pueden disponer en paralelo conjuntos de reactores dispuestos en serie. Por ejemplo, un primer conjunto de reactores en serie puede colocarse en paralelo con un segundo conjunto de reactores en serie, teniendo cada conjunto tres reactores, para un total de seis reactores. Uno o más de los reactores de cada conjunto pueden estar en servicio en cualquier momento. En determinadas realizaciones, todos los reactores pueden estar en servicio, mientras que, en otras realizaciones, sólo un conjunto de reactores está en servicio.

Las fuentes comercialmente disponibles de sistemas de radiación actínica como componentes de sistemas de eliminación de radicales libres incluyen aquellas de, por ejemplo, Quantrol, Naperville, Illinois, como sistema AQUAFINE® UV, y de Aquionics Incorporated, Erlanger, Kentucky.

Como se señaló, la invención no se limita a un único compuesto precursor y puede utilizar una pluralidad de compuestos precursores. En determinadas realizaciones, el compuesto precursor se puede utilizar para degradar una especie indeseable. En otras realizaciones, el compuesto precursor se puede usar para convertir un componente indeseable en un constituyente eliminable, tal como una especie ionizada o una especie débilmente cargada. Se pueden utilizar una pluralidad de compuestos precursores para generar una pluralidad de especies de radicales libres. Esta disposición complementaria puede ser ventajosa en condiciones en donde una primera especie de eliminación de radicales libres degrada selectivamente un primer tipo de compuesto indeseable y una segunda especie de radical libre degrada selectivamente otros compuestos indeseables. Alternativamente, se puede utilizar un primer compuesto precursor que pueda convertirse fácilmente en una primera especie convertida o una primera especie de radical libre. La primera especie de radical libre puede convertir entonces un segundo compuesto precursor en una segunda especie convertida o una segunda especie de radical libre. Este conjunto de reacciones en cascada también puede ser ventajoso en condiciones en donde la primera especie de radical libre degrada o convierte selectivamente un primer tipo de compuesto indeseable y la segunda especie de radical libre degrada o convierte selectivamente otros compuestos indeseables o en casos en donde la conversión o activación del segundo compuesto precursor en la segunda especie de radical libre requiere indeseablemente altos niveles de energía. Se pueden usar una pluralidad de compuestos para proporcionar una pluralidad de especies de eliminación.

El uno o más compuestos precursores puede ser cualquier compuesto que pueda convertirse o facilite la conversión de una especie de eliminación de radicales libres. Los ejemplos no limitativos incluyen sales de persulfato tales como persulfatos alcalinos y de metales alcalinos y persulfato de amonio o persulfato de amonio, peróxido de hidrógeno, sales de peróxido tales como peróxidos alcalinos y de metales alcalinos, sales de perborato tales como perboratos alcalinos y de metales alcalinos, sales de peroxidisulfato tales como alcalinos y peroxidisulfato de metal alcalino y peroxidisulfato de amonio, ácidos tales como ácido peroxidisulfúrico, ácido peroximonosulfúrico o ácido de Caro, y ozono, así como combinaciones de los mismos tales como solución piraña. La cantidad de uno o más compuestos precursores puede variar dependiendo del tipo de contaminante. El compuesto precursor puede consistir o consistir esencialmente en persulfato de amonio, lo que puede ser ventajoso en operaciones de fabricación de semiconductores porque probablemente proporcionaría subproductos que no se consideran contaminantes de tales operaciones o porque pueden eliminarse fácilmente mediante, por ejemplo, sistemas de intercambio iónico en contraste con los compuestos precursores que comprenden persulfato de sodio que pueden producir especies de sodio que no son fácilmente eliminables y/o pueden contaminar de manera indeseable un dispositivo semiconductor.

En algunos casos, el sistema 100 puede comprender al menos un desgasificador 160 y, opcionalmente, al menos un filtro de partículas aguas abajo del reactor 120. En algunos casos, el sistema 100 puede comprender además al menos un aparato que elimina al menos una porción de cualquier iónico o especies cargadas del agua. Por ejemplo, el sistema 100 en uno o ambos del sistema de eliminación 101 o del sistema de eliminación de partículas 102 puede comprender un lecho de medios de intercambio iónico o un aparato de purificación de iones accionado eléctricamente, tal como un aparato de electrodiálisis o un aparato de electrodesionización. En configuraciones particularmente ventajosas de la invención, el sistema 100 puede comprender una primera columna de intercambio iónico primaria o principal 140L que comprende un lecho de resina de intercambio iónico y una segunda columna de intercambio iónico de retraso o pulido 140P, que también comprende un lecho de resina de intercambio iónico, cada una dispuesta en serie, entre sí, a lo largo de una trayectoria de flujo del agua a través del sistema 100. Las columnas de intercambio iónico pueden comprender un lecho mixto de medios de intercambio aniónico y medios de intercambio catiónico. Sin embargo, se pueden utilizar otras configuraciones. Por ejemplo, la columna de intercambio iónico principal 140L puede comprender capas o columnas dispuestas en serie; la primera capa o columna puede comprender predominantemente medios de intercambio aniónico y la segunda columna puede comprender predominantemente medios de intercambio catiónico. Asimismo, aunque la columna de pulido 140P puede comprender un lecho mixto de medios de intercambio aniónico y medios de intercambio catiónico, la columna de pulido 140P puede comprender capas de columnas dispuestas en serie de un tipo de medio de intercambio; la primera columna puede comprender predominantemente medios de intercambio aniónico y la segunda columna puede comprender predominantemente medios de intercambio catiónico. Cualquiera de las capas o columnas primera y segunda se puede disponer dentro de un único recipiente que comprende 140L o 140P y se puede poner en práctica como lechos en capas de medios contenidos dentro de las columnas. Los medios de intercambio iónico en las columnas de intercambio iónico 140L y 140P pueden ser cualquier resina adecuada, incluidas aquellas que eliminan especies de sulfato, dióxido de carbono y amoniaco o amonio y cualquier otra especie o contaminante no deseable en el agua de la fuente 110 o como un subproducto del proceso de eliminación de radicales libres. Las columnas de intercambio iónico pueden ser columnas de intercambio iónico de lecho mixto que contienen resina aniónica y catiónica.

Los medios o resinas de intercambio iónico disponibles comercialmente que se pueden utilizar incluyen, pero no se limitan a ellos, resinas NR30 MEG PPQ, USF™ MEG PPQ y USF™ NANO de Siemens Water Technologies Corp., Warrendale, Pennsylvania y resina DOWEX® de The Dow Chemical Company, Midland, Michigan.

En algunas realizaciones adicionales de la invención, el segundo sistema de tratamiento 102 puede comprender o caracterizarse como un sistema de eliminación de partículas. Por ejemplo, el sistema 100 puede comprender además al menos un filtro de partículas 150. El filtro 150 normalmente comprende una membrana filtrante que elimina o atrapa partículas de al menos un tamaño objetivo. Por ejemplo, el filtro 150 puede construirse con medios filtrantes o una o más membranas que atrapen todas o al menos la mayoría de las partículas con un diámetro promedio de al menos aproximadamente 10 micrómetros, en algunos casos, al menos aproximadamente 1 micrómetro, en otros casos, al menos aproximadamente 0,05 micrómetros, e incluso otros casos, al menos aproximadamente 0,02 micrómetros, dependiendo de los requisitos de servicio del punto de uso conectado al sistema de distribución 103. El filtro 150 puede comprender un filtro de cartucho con una membrana que retiene partículas que son mayores que aproximadamente 0,01 micrómetros.

Opcionalmente se puede utilizar un filtro de partículas (no mostrado) para eliminar las partículas introducidas con uno o más compuestos precursores de la fuente 122. Este filtro, al igual que el filtro 150, también puede eliminar partículas de más de 0,02 micrómetros.

En algunos casos, el sistema de eliminación de partículas 102 puede comprender uno o más aparatos de ultrafiltración 172 y 174, cada uno de los cuales comprende una membrana que evita que las partículas que tienen una característica de tamaño indeseable fluyan hacia el sistema de distribución de agua con agua de producto. Preferiblemente, al menos dos aparatos de ultrafiltración están dispuestos en serie para facilitar la eliminación de partículas de, por ejemplo, más de aproximadamente 0,1 micrómetros y, en algunos casos, más de 0,05 micrómetros, y en otros casos, más de 0,02 micrómetros. Por ejemplo, el aparato de ultrafiltración 172 y 174 puede comprender membranas que reducen o de otro modo proporcionan una concentración objetivo o deseada de partículas mayores de 0,05 micrómetros a un nivel de menos de aproximadamente 100 cuentas por litro de agua de producto hasta el punto de uso. La construcción y disposición de los aparatos de ultrafiltración 172 y 174 pueden depender de la concentración de partículas objetivo y del tamaño de las partículas en el producto de agua ultrapura. En algunas realizaciones de la invención, el filtro 172 elimina al menos la mayoría de las partículas del tamaño objetivo y el filtro 174 sirve como abrillantador para garantizar que la concentración de partículas en el sistema de distribución de agua 103 esté en un nivel que sea menor o igual a la concentración de partículas objetivo o deseada. En tales configuraciones, una corriente de agua retenida del filtro 172 normalmente contiene la mayoría de las partículas atrapadas y puede descargarse o descartarse o usarse en otros procesos. Preferiblemente, sin embargo, al menos una porción de la corriente de agua retenida se introduce en un filtro de partículas 180 que comprende una membrana o medio que atrapa al menos una porción de las partículas; la corriente de permeado del mismo, de la cual se elimina una porción sustancial de partículas, puede dirigirse y mezclarse con una operación unitaria aguas arriba del sistema 100 tal como, pero sin limitarse a, un agua de producto ultrapura no utilizada que regresa o circula del sistema de distribución 103, agua de entrada desde la fuente 110 introducida en el sistema de eliminación de radicales libres 101, agua al menos parcialmente tratada desde el reactor 120, el filtro 150, el desgasificador 160, la columna de intercambio iónico principal 140L o la columna de intercambio iónico de pulido 140P, o combinaciones de las mismas. Al igual que el filtro 150, el filtro 180 también puede construirse para eliminar o reducir un nivel de material particulado de un cierto tamaño a un nivel particular u objetivo.

El desgasificador 160 puede comprender un contactor de membrana o cualquier operación unitaria que reduzca la concentración de cualquier gas disuelto en el agua u otro subproducto gaseoso del compuesto precursor. Preferiblemente, el desgasificador reduce cualquiera de entre el contenido de oxígeno disuelto, el contenido de nitrógeno disuelto y el contenido de dióxido de carbono disuelto en el agua. Normalmente, el desgasificador 160 utiliza una membrana de contacto y una fuente de vacío 162 que facilita la eliminación de los gases disueltos del agua. Los ejemplos no limitativos de desgasificadores que se pueden utilizar en este documento incluyen aquellos disponibles comercialmente como contactores de membrana LIQUI-CEL® de Membrana, Charlotte, Carolina del Norte.

Se pueden utilizar otras operaciones unitarias auxiliares para ajustar al menos una propiedad intensiva o extensiva del agua proporcionada a un punto de uso, que puede ser la unidad de fabricación de semiconductores. Por ejemplo, se puede disponer un intercambiador de calor, tal como un enfriador 130, aguas arriba del sistema de distribución de agua ultrapura 103 para reducir la temperatura de al menos una porción del agua ultrapura que puede entregarse a al menos una unidad de fabricación de semiconductores. Como se ilustra, el enfriador 130 está dispuesto aguas abajo del reactor 120 pero aguas arriba del desgasificador 160. Uno o más intercambiadores de calor pueden estar, por ejemplo, en comunicación térmica con el producto de agua ultrapura aguas abajo del sistema de eliminación de partículas 102 pero aguas arriba del sistema de distribución de agua 103. De hecho, se puede utilizar una pluralidad de intercambiadores de calor. Por ejemplo, un primer intercambiador de calor, tal como un calentador, puede calentar el agua que tiene al menos un compuesto precursor de radicales libres para ayudar a iniciar o convertir el compuesto precursor en una o más especies de eliminación de radicales libres y un segundo intercambiador de calor, tal como un enfriador, puede enfriar el agua ultrapura tratada antes de su entrega a través del sistema de distribución de agua.

Otros sistemas auxiliares más incluyen, por ejemplo, una o más bombas 166 que proporcionan fuerza motriz para hacer circular el agua a través del sistema 100. La bomba 166 puede ser una bomba de desplazamiento positivo o una bomba centrífuga. Preferiblemente, la bomba 166 comprende componentes que no contribuyen de manera indeseable a las características de contaminación del agua de producto.

El sistema de distribución de agua 103 puede comprender una lumbrera de entrada y al menos una lumbrera de salida conectada para fluido y proporcionando agua de producto ultrapura a uno o más puntos de uso (no mostrados), tales como una o más unidades de fabricación de semiconductores.

En algunos casos, por ejemplo, el sistema de distribución de agua comprende un colector 190 que tiene una lumbrera de entrada conectada para fluido al sistema de eliminación de radicales libres 101, al sistema de eliminación de partículas 102, o ambos, y al menos una salida de producto conectada para fluido a al menos un punto de uso, y al menos una lumbrera de salida de retorno conectada para fluido a uno o más sistemas de circulación 178 y 179 para reciclar el agua de producto no utilizado a uno o ambos del sistema de eliminación de radicales libres y el sistema de eliminación de partículas o a cualquier punto en el sistema 100.

La figura 2 representa esquemáticamente un sistema 200 según uno o más aspectos de la invención. El sistema 200 puede ser representativo de un sistema de purificación o tratamiento de agua que proporciona agua incluyendo agua que puede considerarse agua ultrapura. En algunas realizaciones particularmente ventajosas de la invención, el sistema 200 puede estar dirigido o ser representativo de un sistema de purificación que proporciona agua ultrapura adecuada para instalaciones de fabricación de semiconductores o al menos mantiene una calidad de agua ultrapura. Aún otros aspectos de la invención implican un sistema 200 que se puede considerar que utiliza agua ultrapura para proporcionar agua ultrapura tratada a una o más unidades de fabricación de semiconductores (no mostradas). En aún aspectos adicionales de la invención, el sistema 200 puede estar dirigido a o ser representativo de un sistema de purificación que proporciona agua ultrapura adecuada para ser procesada por el sistema 100 de la figura 1, o al menos una parte de un sistema que pueda proporcionar agua ultrapura. Por tanto, según algunos aspectos de la invención, el sistema 200 puede ser un sistema de tratamiento de agua que reduce la concentración, el contenido o el nivel de una o más impurezas o contaminantes que pueden estar presentes en el agua de reposición o de entrada de una o más fuentes de agua 210 y proporcionar el agua tratada a un sistema que utiliza agua ultrapura.

Al igual que con el sistema 100, el sistema de tratamiento 200 puede comprender subsistemas o componentes que convierten o transforman al menos una parte de una o más especies objetivo en una especie que puede eliminarse en una o más operaciones unitarias de separación tales como, pero sin limitarse a ellos, sistemas de desgasificación, sistemas de eliminación de partículas y sistemas de atrapamiento, captura o intercambio iónico.

Como se ilustra a modo de ejemplo, el sistema 200 puede comprender una serie de operaciones unitarias 212, 214 y 216. El agua a tratar desde la fuente de agua 210 puede introducirse opcionalmente en una unidad de ósmosis inversa para eliminar partículas de la corriente de agua. Los compuestos precursores de la fuente 216 de compuestos precursores se pueden introducir en el filtrado 214 desde la unidad de ósmosis inversa 212. La corriente de filtrado con los compuestos precursores dispuestos en ella se puede introducir en el sistema de eliminación de radicales libres 218. El sistema de eliminación de radicales libres 218 puede comprender al menos un reactor eliminador de radicales o reactor de radiación actínica conectado para fluido a al menos una fuente 210 de agua.

El sistema de eliminación de radicales libres 218 puede comprender uno o más reactores o recipientes, cada uno de los cuales puede estar dispuesto en serie o en paralelo. En determinadas realizaciones, se pueden disponer en paralelo conjuntos de reactores dispuestos en serie. Por ejemplo, un primer conjunto o tren de reactores en serie puede colocarse en paralelo con otro conjunto o tren de reactores, también en serie, teniendo cada conjunto tres reactores, para un total de seis reactores en el sistema de eliminación de radicales libres 218. Uno cualquiera o más de los reactores de cada conjunto podrán estar en servicio en cualquier momento. En determinadas realizaciones, todos los reactores pueden estar en servicio, mientras que, en otras realizaciones, sólo un conjunto de reactores está en servicio. El sistema de eliminación de radicales libres 218 también puede considerarse un reactor de radiación actínica primario.

El reactor puede ser un reactor de flujo de pistón o un reactor de tanque con agitación continua, o combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, se puede usar un reactor de flujo de pistón para prevenir o reducir la probabilidad de que las lámparas dentro del reactor queden cegadas o en regiones de menor intensidad de irradiación, tales como cortocircuitos, de la iluminación. El reactor normalmente tiene un tamaño para proporcionar un tiempo de residencia suficiente para generar y/o permitir que las especies de radicales libres en el agua que fluye en el reactor eliminen, degraden o conviertan de otro modo al menos una porción de al menos una de las impurezas, típicamente la impurezas orgánicas a base de carbono en un compuesto inerte o ionizado, uno o más compuestos que pueden eliminarse del agua, o al menos uno que puede eliminarse más fácilmente con respecto a al menos una impureza. Además, el reactor puede dimensionarse basándose en el caudal esperado del sistema para proporcionar un tiempo de residencia suficiente en el reactor. El tamaño del reactor también se puede dimensionar en función del caudal de agua a través del sistema. En ciertas realizaciones, el caudal de agua a través del sistema puede basarse en la demanda de agua tratada aguas abajo del sistema, o en el caudal de agua que se utiliza aguas arriba del sistema. En ciertos ejemplos, el caudal puede estar entre aproximadamente 0,227 m3/h (1 galón por minuto (gpm)) y 545,5 m3/h (2000 gpm). En ejemplos particulares, el caudal puede estar entre aproximadamente 136,4 m3/h (500 gpm) y aproximadamente 354,6 m3/h (1300 gpm). En otros ejemplos particulares, el caudal puede ser de aproximadamente 354,6 m3/h (1300 gpm) a aproximadamente 518,2 m3/h (1900 gpm).

En el sistema de eliminación de radicales libres, los compuestos orgánicos en el agua pueden ser oxidados por una o más especies de radicales libres en dióxido de carbono, que puede eliminarse en una o más operaciones unitarias aguas abajo. El reactor puede comprender además al menos un dispositivo de activación de radicales libres que convierte uno o más compuestos precursores en una o más especies de eliminación de radicales libres. Por ejemplo, el reactor puede comprender una o más lámparas, en una o más cámaras de reacción, para irradiar o de otro modo proporcionar radiación actínica al agua que activa, convierte o divide uno o más compuestos precursores en una o más especies de radicales libres.

Por tanto, el tamaño del reactor se puede basar en el número de lámparas ultravioleta necesarias para eliminar, degradar o convertir de otro modo al menos una de las impurezas, típicamente las impurezas a base de carbono orgánico, en un compuesto inerte, ionizado o eliminable de otro modo, uno o más compuestos que pueden eliminarse del agua, o al menos uno que puede eliminarse más fácilmente con respecto a al menos una impureza. El número de lámparas requerido puede basarse, al menos en parte, en las características de rendimiento de la lámpara, incluida la intensidad de la lámpara y las longitudes de onda del espectro de la luz ultravioleta emitida por las lámparas. El número de lámparas requeridas puede basarse al menos en parte en al menos una de la concentración o cantidad de TOC esperada en la corriente de agua de entrada y la cantidad de persulfato añadido a la corriente de alimentación o al reactor.

La corriente de agua irradiada 220 puede salir del sistema de eliminación de radicales libres 218 y puede introducirse opcionalmente en un sistema de irradiación secundario que también puede incluir uno o más reactores de radiación actínica 221. El reactor de radiación actínica secundario 221 puede comprender uno o más recipientes, cada uno de los cuales contiene una o más lámparas ultravioleta. Al igual que con el sistema 218, cada uno de los recipientes puede disponerse en serie o en paralelo. En determinadas realizaciones, se pueden disponer en paralelo conjuntos de reactores secundarios dispuestos en serie. Por ejemplo, se pueden colocar en paralelo dos o más conjuntos de reactores secundarios dispuestos en serie, teniendo cada conjunto de reactores secundarios dispuestos en serie dos o más reactores. Uno cualquiera o más de los reactores secundarios de cada conjunto pueden estar en servicio en cualquier momento. En determinadas realizaciones, todos los reactores secundarios pueden estar en servicio, mientras que, en otras realizaciones, sólo un conjunto de reactores secundarios puede estar en servicio. En ciertas realizaciones, las lámparas ultravioleta pueden emitir luz ultravioleta a una longitud de onda en un rango de aproximadamente 185 nm a aproximadamente 254 nm.

El sistema 200 puede tener una fuente de agente reductor 224 que puede introducir uno o más agentes neutralizantes o reductores tales como dióxido de azufre, a la corriente de agua irradiada adicional 222 en, por ejemplo, el punto de adición 230. El agente neutralizante o reductor puede ser cualquier compuesto o especie que puede reducir o neutralizar cualquiera de los compuestos precursores residuales o derivados de los mismos en la corriente de agua irradiada 222 hasta un nivel deseado.

La corriente 226 puede introducirse en uno o más procesos aguas abajo 228, o puede usarse como agua ultrapura en una aplicación deseada, tal como en un proceso de fabricación de semiconductores.

En algunas realizaciones ventajosas, el sistema 200 puede comprender además una o más operaciones unitarias que eliminan adicionalmente cualquier material no disuelto, tal como filtros de partículas. Un filtro de partículas, tal como un aparato de ultrafiltración, puede ubicarse aguas abajo del reactor de radiación actínica primario 218.

Otras realizaciones ventajosas pueden implicar configuraciones que impliquen al menos un dispositivo de control direccional de flujo en el sistema. Ejemplos no limitativos de dispositivos de control de flujo direccional incluyen válvulas de retención y aliviaderos.

Cualquiera de las fuentes 110 y 210 puede proporcionar agua que consiste, que consiste esencialmente en o que comprende un bajo nivel de impurezas. Más preferiblemente, el agua de la fuente 110 o 210 consiste, consiste esencialmente en, o comprende agua ultrapura que tiene al menos una característica seleccionada del grupo que consiste en un nivel o valor de carbono orgánico total de menos de aproximadamente 25 ppb o incluso menos de aproximadamente 20 ppb, como urea, y una resistividad de al menos aproximadamente 15 megaohmios-cm o incluso al menos aproximadamente 18 megaohmios-cm. El sistema de eliminación de radicales libres 101 puede comprender además al menos una fuente 122 de un compuesto precursor conectado de manera fluida al reactor 120.

El agua introducida en el sistema 100 y/o el sistema 200 desde la fuente 110 y la fuente 210 normalmente, o incluso preferiblemente, pueden caracterizarse por tener un bajo nivel de impurezas. Por ejemplo, algunas realizaciones de la invención utilizan agua pura o ultrapura o mezclas de las mismas que han sido previamente tratadas o purificadas mediante uno o más trenes de tratamiento (no mostrados) tales como aquellos que utilizan ósmosis inversa, electrodiálisis, electrodesionización, destilación, intercambio iónico, o combinaciones de tales operaciones. Como se señaló, las realizaciones ventajosas de la invención implican agua de entrada ultrapura procedente de, por ejemplo, la fuente 110 y/o la fuente 210 que normalmente tiene baja conductividad o alta resistividad, de al menos aproximadamente 15 megaohmios-cm, preferiblemente al menos aproximadamente 18 megaohmios-cm, y/o tiene un nivel bajo de contaminantes como, por ejemplo, un nivel bajo de carbono orgánico total de menos de aproximadamente 50 ppb, y preferiblemente, menos de aproximadamente 25 ppb, típicamente como urea u otro compuesto de carbono, o un sustituto del mismo.

Se pueden utilizar una o más lámparas en los reactores para iluminar o irradiar el fluido contenido en ellos. Realizaciones particulares de la invención pueden implicar reactores que tienen una pluralidad de lámparas, cada una ventajosamente dispuesta o colocada en el mismo para irradiar el fluido con uno o más niveles de intensidad de iluminación durante uno o una pluralidad de períodos de iluminación. Aspectos adicionales de la invención pueden implicar la utilización de una o más lámparas dentro de cualquiera de los reactores en configuraciones que acomoden o faciliten una pluralidad de intensidades de iluminación simultáneas.

Las lámparas ultravioleta se pueden colocar o distribuir ventajosamente dentro de uno o más reactores del sistema de eliminación de radicales libres para irradiar o de otro modo proporcionar radiación actínica al agua según se desee. En ciertas realizaciones, se desea distribuir las lámparas dentro de uno o más reactores para distribuir uniformemente la radiación actínica por todo el reactor. En cualquiera de los sistemas 218 y reactores 221, las lámparas ultravioleta del sistema de eliminación de radicales libres se pueden ajustar para proporcionar iluminación a diversas intensidades o diversos niveles de potencia. Por ejemplo, se pueden usar lámparas ultravioleta que se pueden ajustar para funcionar en una pluralidad de modos de iluminación, tales como modo tenue, estipulado y potenciado, por ejemplo, un modo bajo, medio o alto.

Las una o más lámparas se pueden colocar dentro de los uno o más reactores de radiación actínica colocándolas dentro de uno o más manguitos o tubos dentro del reactor. Los tubos pueden mantener las lámparas en su lugar y protegerlas del agua dentro del reactor. Los tubos pueden estar hechos de cualquier material que no se degrade sustancialmente por la radiación actínica y el agua o componentes del agua dentro del reactor, permitiendo al mismo tiempo que la radiación pase a través del material. Los tubos pueden tener un área de sección transversal circular. En determinadas realizaciones, los tubos pueden ser cilíndricos y el material de construcción de los mismos puede ser cuarzo. Cada uno de los tubos puede tener la misma forma o tamaño o diferente que uno o más tubos. Los tubos pueden disponerse dentro del reactor en diversas configuraciones, por ejemplo, los manguitos pueden extenderse a lo largo de una parte o de toda la longitud o anchura del reactor. Los tubos también pueden extenderse a través de un volumen interior del reactor.

Se pueden obtener lámparas ultravioleta y/o manguitos de cuarzo disponibles comercialmente en Hanovia Specialty Lighting, Fairfield, Nueva Jersey, Engineered Treatment Systems, LLC (ETS), Beaver Dam, Wisconsin, y Heraeus Noblelight GmbH de Hanau, Alemania. El material de cuarzo seleccionado puede basarse al menos en parte en la longitud o longitudes de onda particulares que se utilizarán en el proceso. El material de cuarzo puede seleccionarse para minimizar los requisitos de energía de las lámparas ultravioleta en una o más longitudes de onda. La composición del cuarzo se puede seleccionar para proporcionar una transmitancia de luz ultravioleta deseada o adecuada al agua en el reactor y/o para mantener un nivel deseado o adecuado de transmisividad de luz ultravioleta al agua. En determinadas realizaciones, la transmisividad puede ser al menos aproximadamente el 50 % durante un período de tiempo predeterminado. Por ejemplo, la transmisividad puede ser aproximadamente del 80 % o mayor durante un período de tiempo predeterminado. En ciertas realizaciones, la transmisividad puede estar en un rango de aproximadamente 80 % a 90 % durante aproximadamente 6 meses a aproximadamente un año. En ciertas realizaciones, la transmisividad puede estar en un rango de aproximadamente 80 % a 90 % durante hasta aproximadamente dos años.

Los tubos pueden sellarse en cada extremo para no permitir que el contenido del reactor entre en los manguitos o tubos. Los tubos se pueden asegurar dentro del reactor para que permanezcan en su lugar durante todo el uso del reactor. En determinadas realizaciones, los tubos están asegurados a la pared del reactor. Los tubos pueden fijarse a la pared mediante el uso de una técnica mecánica adecuada u otras técnicas convencionales para fijar objetos entre sí. Los materiales utilizados para asegurar los tubos son preferiblemente inertes y no interferirán con el funcionamiento del reactor ni afectarán negativamente a la pureza del agua, ni liberarán contaminantes al agua.

Las lámparas pueden disponerse dentro del reactor de manera que queden paralelas entre sí. Las lámparas también pueden estar dispuestas dentro del reactor en distintos ángulos entre sí. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, las lámparas pueden disponerse para iluminar caminos o regiones de cobertura que forman un ángulo de aproximadamente 90 grados de modo que sean aproximadamente ortogonales o perpendiculares entre sí. Las lámparas se pueden disponer de esta manera, de modo que formen un ángulo de aproximadamente 90 grados sobre un eje vertical o un eje horizontal, o cualquier eje entre ellos.

En ciertas realizaciones, el reactor puede comprender una serie de tubos en el reactor o recipiente que comprende un primer conjunto de tubos paralelos y un segundo conjunto de tubos paralelos. Cada tubo puede comprender al menos una lámpara ultravioleta y cada uno de los tubos paralelos del primer conjunto puede disponerse para formar un ángulo deseado con respecto al segundo conjunto de tubos paralelos. El ángulo puede ser de aproximadamente 90 grados en ciertas realizaciones. Los tubos de uno cualquiera o ambos de la primera serie y de la segunda serie pueden extenderse a través de un volumen interior del reactor. Los tubos del primer conjunto y del segundo conjunto pueden estar dispuestos aproximadamente a la misma altura dentro del reactor.

Configuraciones adicionales pueden implicar tubos y/o lámparas que están dispuestos para proporcionar un nivel uniforme de intensidad en las respectivas regiones ocupadas o de cobertura en el reactor. Otras configuraciones pueden implicar tubos dispuestos equiespacialmente con una o más lámparas en su interior.

El reactor puede contener una o más series de tubos dispuestos dentro del reactor o recipiente. Una segunda serie de tubos puede comprender un tercer conjunto de tubos paralelos y un cuarto conjunto de tubos paralelos ortogonales al tercer conjunto de tubos paralelos, comprendiendo cada tubo al menos una lámpara ultravioleta. El cuarto conjunto de tubos paralelos también puede ser ortogonal a al menos uno del segundo conjunto de tubos paralelos y el primer conjunto de tubos paralelos.

En ciertas realizaciones, cada serie dentro del reactor o recipiente se puede colocar a una distancia o elevación predeterminada de otra serie dentro del reactor. La distancia predeterminada entre un conjunto de dos series puede ser igual o diferente.

La figura 3 muestra a modo de ejemplo una vista en sección transversal de un recipiente de reactor 300 que se puede usar en el sistema 100 o el sistema 200 o ambos. El recipiente de reactor 300 normalmente comprende una entrada 310, una salida 320 y un deflector 315 que divide el recipiente de reactor 300 en una cámara superior 325 y una cámara inferior 330. El recipiente de reactor 300 también puede comprender un colector 305 que puede configurarse para distribuir el agua introducida a través de la entrada 310 por todo el recipiente. En ciertas realizaciones, el colector 305 se puede configurar para distribuir uniformemente el agua por todo el recipiente. Por ejemplo, el colector 305 puede configurarse para distribuir uniformemente agua por todo el recipiente de modo que el reactor funcione como un reactor de flujo de pistón.

En algunas realizaciones, el recipiente de reactor puede comprender más de un deflector 315 para dividir el recipiente de reactor en más de dos cámaras. Se puede utilizar el deflector 315 para proporcionar mezcla o turbulencia al reactor. En ciertas realizaciones, como se muestra en la figura 3, la entrada de reactor 310 está en comunicación de fluido con la cámara inferior 330 y la salida de reactor 320 está en comunicación de fluido con la cámara superior 325.

En algunas realizaciones, al menos tres cámaras de reactor, cada una con al menos una lámpara ultravioleta (UV) dispuesta para irradiar el agua en las respectivas cámaras con luz de aproximadamente o que varía de aproximadamente 185 nm a aproximadamente 254 nm, 220 nm y/o 254 nm a un nivel de potencia deseado o a varios niveles de potencia, están dispuestos en serie en el reactor 120.

El recipiente de reactor también puede comprender una pluralidad de lámparas ultravioleta colocadas dentro de tubos, por ejemplo, los tubos 335a-c y 340a-c. En una realización de la invención, como se muestra en la figura 3, el recipiente de reactor 300 comprende un primer conjunto de tubos paralelos, los tubos 335a-c y un segundo conjunto de tubos paralelos (no mostrados). Cada conjunto de tubos paralelos del primer conjunto es aproximadamente ortogonal al segundo conjunto para formar la primera serie 345. Los tubos 335a-c y el segundo conjunto de tubos paralelos están aproximadamente a la misma elevación en el recipiente de reactor 300, uno con relación a otro.

Además, la vasija del reactor puede comprender un tercer conjunto de tubos paralelos y un cuarto conjunto de tubos paralelos. Cada conjunto de tubos paralelos del primer conjunto es aproximadamente ortogonal al segundo conjunto para formar, por ejemplo, una segunda serie 350. Como se ilustra a modo de ejemplo, los tubos 340a-c y el segundo conjunto de tubos paralelos están aproximadamente a la misma elevación en el recipiente de reactor 300, uno respecto al otro. Como se muestra en la figura 3, la primera serie 345 se puede colocar a una distancia predeterminada de la segunda serie 350. El recipiente 300 puede comprender adicionalmente una tercera serie 355 y una cuarta serie 360, teniendo cada uno opcionalmente configuraciones similares a las de la primera serie 340 y la segunda serie 345.

En otra realización, se puede disponer un primer tubo 335b ortogonal a un segundo tubo 340b para formar una primera serie. Además, un conjunto de tubos, el tubo 365a y el tubo 365b, se pueden disponer ortogonalmente a otro conjunto de tubos, el tubo 370a y el tubo 370b para formar una segunda serie. La posición de las lámparas de la segunda serie se muestra en la figura 4A, incluidas las lámparas 414, 420, 422 y 424. Las posiciones de las lámparas en la primera serie y la segunda serie se muestran en la figura 4B, incluyendo las lámparas 426 y 428 de la primera serie y las lámparas 414, 420, 422 y 424 de la segunda serie.

Las lámparas pueden generar un patrón, dependiendo de diversas propiedades de la lámpara, incluidas las dimensiones, la intensidad y la potencia entregada a la lámpara. El patrón de luz generado por la lámpara es el volumen general de espacio al que la lámpara emite luz. En ciertas realizaciones, el patrón de luz o volumen de iluminación se define como el área o volumen de espacio que la lámpara puede irradiar o proporcionar de otro modo radiación actínica y permitir la división o conversión del compuesto precursor en una o más especies de radicales libres.

Como se muestra en las figuras 4A y 4B, que muestra vistas en sección transversal a modo de ejemplo del reactor 400 en donde un primer conjunto de tubos 410a-c están dispuestos paralelos entre sí, y un segundo conjunto de tubos 412a-c están dispuestos paralelos entre sí. Como se muestra, el primer conjunto de tubos 410a-c está dispuesto ortogonalmente con respecto al segundo conjunto de tubos 412a-c. Las lámparas, tales como las lámparas 414, están dispersas dentro de los tubos 410a-c y 412a-c, y cuando se iluminan, pueden generar un patrón de luz 416.

Una o más lámparas ultravioleta, o un conjunto de lámparas, pueden caracterizarse por proyectar radiación actínica paralela a un vector de iluminación. El vector de iluminación se puede definir como una dirección en la una o más lámparas emiten radiación actínica. En una realización a modo de ejemplo, como se muestra en la figura 4A, un primer conjunto de lámparas, que incluye las lámparas 420 y 422, está dispuesto para proyectar radiación actínica paralela al vector de iluminación 418.

Se puede energizar un primer conjunto de lámparas ultravioleta, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un primer vector de iluminación. También se puede activar un segundo conjunto de lámparas ultravioleta, cada una de las cuales está dispuesta para proyectar radiación actínica paralela a un segundo vector de iluminación. Se puede ajustar al menos una de la dirección de la iluminación y la intensidad de al menos uno del primer conjunto de lámparas ultravioleta y el segundo conjunto de lámparas ultravioleta. Cada conjunto de lámparas ultravioleta puede comprender una o más lámparas ultravioleta.

El número de lámparas utilizadas o energizadas y la configuración de las lámparas en uso se pueden seleccionar basándose en las condiciones o requisitos operativos particulares del sistema. Por ejemplo, el número de lámparas utilizadas para un proceso particular se puede seleccionar y controlar en función de las características o parámetros medidos o calculados del sistema. Por ejemplo, los parámetros medidos del agua de entrada o del agua tratada pueden incluir uno cualquiera o más de concentración de TOC, temperatura y caudal. La cantidad de lámparas energizadas también se puede seleccionar y controlar según la concentración o cantidad de persulfato agregado al sistema. Por ejemplo, se pueden usar 12 lámparas en una configuración particular si el caudal del agua a tratar está en o por debajo de un cierto valor umbral, por ejemplo, un caudal nominal o de diseño, tal como 354,6 m3/h (1300 gpm), mientras que se pueden usar más lámparas si el caudal del agua a tratar se eleva por encima del valor umbral. Por ejemplo, si el caudal aumenta de 354,6 m3/h (1300 gpm) a un valor umbral más alto seleccionado, se pueden energizar lámparas adicionales. Por ejemplo, se pueden utilizar 24 lámparas si el caudal del agua a tratar alcanza los 518,2 m3/h (1900 gpm). Por lo tanto, el caudal de agua puede ser parcialmente determinante de qué lámparas y/o el número de lámparas energizadas en cada reactor.

En determinadas realizaciones, las lámparas ultravioleta pueden funcionar en uno o más niveles de intensidad de iluminación. Por ejemplo, se pueden usar una o más lámparas que se pueden ajustar para funcionar en una pluralidad de modos de iluminación, tal como en cualquiera de los modos tenue, estipulado y potenciado, por ejemplo, un modo bajo, medio o alto. La intensidad de iluminación de una o más lámparas se puede ajustar y controlar basándose en características o parámetros medidos o calculados del sistema, tales como parámetros medidos del agua de entrada o agua tratada, incluyendo concentración de TOC, temperatura y caudal. La intensidad de iluminación de una o más lámparas también se puede ajustar y controlar en función de la concentración o cantidad de persulfato agregado al sistema. Por ejemplo, la una o más lámparas se pueden usar en un modo tenue hasta un valor umbral predeterminado de un parámetro medido del sistema, tal como una primera concentración de TOC. La una o más lámparas se pueden ajustar al modo estipulado si la concentración de TOC medida o calculada alcanza o está por encima de una segunda concentración de TOC, que puede estar por encima del valor umbral. La una o más lámparas se pueden ajustar además a un modo potenciado si la concentración de TOC medida o calculada alcanza o está por encima de un segundo valor umbral.

Las lámparas y la intensidad de iluminación de estas se pueden controlar juntas o por separado, utilizando los mismos o diferentes parámetros y valores medidos como umbrales para el ajuste.

En algunas realizaciones, el reactor puede funcionar en un primer modo que es indicativo de una primera configuración de lámpara y una primera intensidad de lámpara. El reactor puede funcionar en el primer modo durante un rango particular o hasta un valor seleccionado o deseado de uno o más parámetros del sistema. Por ejemplo, el reactor puede funcionar en el primer modo durante un rango particular o hasta un valor seleccionado o deseado, tal como un primer valor umbral, de uno o más de la concentración de TOC, la cantidad y/o la velocidad de adición de persulfato, y caudal del agua de entrada o el caudal del agua que pasa a través del reactor. En o por encima del valor seleccionado o deseado de uno o más de los parámetros, o un primer valor umbral, el reactor puede funcionar en un segundo modo que es indicativo de al menos una de una segunda configuración de lámpara y una segunda intensidad de lámpara. El reactor puede funcionar en el segundo modo para un rango particular o hasta un valor seleccionado o deseado, tal como un segundo valor umbral, de uno o más parámetros del sistema. En el segundo valor umbral o por encima de él, el reactor puede funcionar en un tercer modo que es indicativo de al menos una o una tercera configuración de lámpara y una tercera intensidad de lámpara.

El sistema también puede diseñarse de manera que el reactor pueda operarse para permitir el ajuste del tercer modo al segundo modo, o del segundo modo al primer modo basándose en uno o más valores umbral seleccionados o deseados. El sistema puede funcionar de manera que se seleccionen o introduzcan uno o más niveles umbral en el sistema, y el sistema puede funcionar en uno o más modos de funcionamiento.

En algunas realizaciones particulares, por ejemplo, el primer modo puede ser indicativo de que el sistema funciona a menos del 30 % de la capacidad de caudal diseñada del sistema, o menos del 30 % de la concentración de TOC de la concentración de TOC objetivo del agua de entrada, o menos del 30 % de la cantidad o velocidad máxima de adición de persulfato que se puede añadir al reactor. El segundo modo puede ser indicativo de que el sistema funciona entre el 30 % y el 100 % de la capacidad de caudal diseñada del sistema, o entre el 30 % y el 100 % de la concentración de TOC de la concentración objetivo de TOC del agua de entrada, o entre el 30 % y el 100 % de la cantidad o tasa máxima de adición de persulfato que se puede agregar al reactor. El tercer modo puede ser indicativo de que el sistema está funcionando a más del 100 % de la capacidad de caudal diseñada del sistema, o a más del 100 % de la concentración de TOC de la concentración objetivo de TOC del agua de entrada, o a más del 100 % de la cantidad o velocidad máxima de adición de persulfato que se puede añadir al reactor.

Las mediciones de TOC se pueden realizar en uno o más puntos a lo largo de la trayectoria de flujo del agua a través del sistema, por ejemplo, el sistema 100 o el sistema 200. Las mediciones de TOC se pueden realizar antes de la adición de un compuesto precursor al reactor de radiación actínica o a la corriente de agua. En ciertas realizaciones, las mediciones de TOC se realizan en una muestra de agua que se ha procesado a través de una columna de intercambio iónico de lecho mixto para eliminar compuestos iónicos de la muestra de agua que pueden interferir con la medición de TOC. La columna de intercambio iónico de lecho mixto puede comprender resinas aniónicas y catiónicas que permiten la transferencia de especies iónicas del agua en la resina, eliminando así al menos una porción de estas especies del agua. Al eliminar las especies iónicas del agua, la medición de TOC se puede realizar con mayor precisión. En ejemplos particulares, la columna de intercambio iónico de lecho mixto puede estar situada aguas abajo de una unidad de ósmosis inversa y aguas arriba del reactor de radiación actínica. La columna de intercambio iónico de lecho mixto puede utilizar resina USF™ NANO de Siemens Water Technologies Corp., Warrendale, PA.

Las mediciones de TOC también se pueden realizar aguas abajo del reactor de radiación actínica primario 218 o aguas abajo del reactor de radiación actínica secundario 221.

En algunos aspectos de la invención, se puede realizar la medición de un compuesto en el agua que se va a tratar o que se está tratando. Esto puede implicar medir una característica del agua. La medición también puede implicar convertir una primera especie en el agua en una especie objetivo, o cambiar una característica del agua y volver a medir la característica del agua. En ciertos ejemplos, las especies objetivo pueden ser iones sulfato. La medición del compuesto se puede realizar hasta niveles, por ejemplo, inferiores a 1 ppm. En algunos ejemplos, la medición del compuesto se puede realizar hasta niveles de, por ejemplo, menos de 100 ppb, 1 ppb o 0,5 ppb.

En ciertas realizaciones, la medición de un compuesto en el agua puede implicar medir una primera conductividad de la corriente de agua o líquido, irradiar al menos una porción de la corriente de agua o líquido, medir una segunda conductividad de la corriente de agua o líquido después de irradiar, y calcular una concentración del compuesto basándose al menos en parte en la primera medición de conductividad y la segunda medición de conductividad. El compuesto que se mide puede ser persulfato. Irradiar la corriente de agua o líquido puede comprender convertir al menos una porción del compuesto que comprende persulfato en iones sulfato. El compuesto que se mide también puede ser un agente reductor como el dióxido de azufre. Irradiar la corriente de agua o líquido puede comprender convertir al menos una porción del compuesto que comprende dióxido de azufre en iones sulfato. La medición del compuesto en el agua se puede realizar en la corriente de agua que se está tratando, por ejemplo, en el sistema 100 o el sistema 200, o se puede realizar en una corriente lateral del agua que se está tratando en el sistema 100 o el sistema 200.

Como se muestra en la figura 2, usando el sensor 207, se puede proporcionar una medición de la cantidad de un compuesto en la corriente de agua o líquido mediante, por ejemplo, mediciones de concentración o conductividad. En algunas realizaciones de la invención, se puede medir una primera conductividad de la salida de la corriente de agua del recipiente 220. Esta corriente de agua se puede irradiar con luz ultravioleta y se puede medir una segunda conductividad de la corriente de agua. Comparando la primera medición de conductividad con la segunda medición de conductividad, se puede determinar una concentración o cantidad de persulfato en la corriente de agua. En algunas realizaciones, se puede usar un catalizador en lugar de utilizar luz ultravioleta.

De manera similar, usando el sensor 208, se puede proporcionar una medición de la cantidad de agente reductor en la corriente de agua o líquido. Una primera conductividad de la corriente de agua aguas abajo desde el punto de adición 230 de agente reductor desde la fuente de agente reductor 224 se puede medir usando el sensor 208. Esta corriente de agua se puede irradiar con luz ultravioleta, y luego se puede medir una segunda conductividad de la corriente de agua. Comparando la primera medición de conductividad con la segunda medición de conductividad, se puede determinar una concentración o cantidad de agente reductor en la corriente de agua. En algunas realizaciones, se puede usar un catalizador en lugar de utilizar luz ultravioleta.

En la figura 5 se muestra una realización de la invención que utiliza el sensor 207 y el sensor 208. Una corriente de agua 520 que puede ser una salida de un reactor de radiación actínica primario o un reactor de radiación secundario puede medirse con un sensor 507. El sensor 507 puede medir una primera conductividad de la corriente de agua 520. Esta corriente de agua puede luego irradiarse con luz ultravioleta, y se puede medir una segunda conductividad de la corriente de agua 520. Usando el controlador 532, se puede determinar una concentración o cantidad de persulfato en la corriente de agua comparando la primera medición de conductividad con la segunda medición de conductividad.

De manera similar, usando el sensor 508, se puede proporcionar una medición de la cantidad de agente reductor, tal como dióxido de azufre, en una corriente de agua o líquido 526. Una primera conductividad de la corriente de agua 526, que está aguas abajo del punto de adición 530 de agente reductor, se puede medir usando el sensor 508. El sensor puede irradiar la corriente de agua 526 con luz ultravioleta, y luego se puede medir una segunda conductividad de la corriente de agua 526. Usando el controlador 532, se puede determinar una concentración o cantidad de agente reductor en la corriente de agua comparando la primera medición de conductividad con la segunda medición de conductividad. La corriente de agua de salida 528 del sensor 508 puede entonces continuar a través del sistema.

Al menos una de la concentración o cantidad calculada de persulfato y la concentración o cantidad calculada de agente reductor en la corriente de agua 520 y la corriente de agua 526 puede ser utilizada por el controlador 532 para controlar la tasa o cantidad de agente reductor añadido a la corriente de agua 522. En ciertas realizaciones de la invención, la tasa o cantidad de agente reductor se controla para proporcionar una cantidad mínima de agente reductor en función de la concentración calculada de persulfato medida usando el sensor 507. La tasa o cantidad de agente reductor también se puede controlar para proporcionar una cantidad mínima de agente reductor basándose en la concentración calculada de agente reductor medida usando el sensor 508.

En ciertas realizaciones, la concentración de persulfato (S<2>O<8>), por ejemplo, en la corriente 222 o 522, se puede calcular basándose en la siguiente fórmula:

SjOn (jiph)

en donde y es una constante determinada basándose, por ejemplo, en la conductividad del sulfato y la conductividad del persulfato.

Aunque la figura 5 se ilustra con cada uno de los sensores 507 y 508 comprendiendo dos celdas de conductividad, se puede imaginar que cada uno de los sensores 507 y 508 pueda comprender una celda de conductividad en la que se mide una primera conductividad de una muestra de agua, ocurre la irradiación de la muestra de agua y se mide una segunda conductividad de la muestra de agua. La ecuación anterior se puede utilizar para determinar la concentración de persulfato, representando la 'celda de conductividad 2' la segunda conductividad medida del agua y representando la 'celda de conductividad 1' la primera conductividad medida del agua.

En ciertas realizaciones, se desea reducir o neutralizar el persulfato residual en el agua irradiada que sale del reactor de radiación actínica a un nivel objetivo. Esto se puede lograr incluyendo lámparas ultravioleta o lámparas de radiación actínica adicionales aguas abajo del reactor de radiación actínica primario, lo que puede ayudar a reducir el persulfato residual y reducir el TOC. Por ejemplo, la figura 2 incluye un reactor de radiación actínica secundario 220 que se puede agregar para ayudar a reducir el persulfato residual y reducir el TOC en el agua.

Se pueden usar técnicas tales como la utilización de catalizadores o agentes reductores para reducir o neutralizar el persulfato residual en la corriente de agua. Los agentes reductores pueden incluir bisulfitos y dióxido de azufre. El agente reductor se puede agregar a la corriente de agua basándose en las mediciones de persulfato y agente reductor, u otras características o propiedades del sistema. La tasa de adición se puede ajustar durante el proceso a medida que cambian las necesidades del sistema.

Los sistemas 100 y 200 pueden comprender además uno o más sistemas de control o controladores 105 y 232. Los sistemas de control 105 y 232 normalmente están conectados a uno o más sensores o dispositivos de entrada configurados y dispuestos para proporcionar una indicación o representación de al menos una propiedad, característica, estado o condición de al menos uno de entre una corriente de proceso, un componente o un subsistema de los sistemas de tratamiento 100 y 200. Por ejemplo, el sistema de control 105 puede acoplarse operativamente para recibir señales de entrada desde una cualquiera o más de la fuente 110 y los sensores 106, 107 y 108. El sistema de control 232 puede acoplarse operativamente para recibir señales de entrada desde una cualquiera o más de la fuente 210 y los sensores 206, 207, 208 y 209. Las señales de entrada pueden ser representativas de cualquier propiedad intensiva o cualquier propiedad extensiva del agua de la fuente 110, o corriente de agua en el sistema. Por ejemplo, las señales de entrada pueden ser representativas de cualquier propiedad intensiva o cualquier propiedad extensiva del agua ultrapura tratada de la columna de intercambio iónico 140L y la columna de intercambio iónico 140P de la figura 1. Las señales de entrada también pueden ser representativas de cualquier propiedad intensiva o cualquier propiedad extensiva del agua ultrapura tratada de la unidad de ósmosis inversa 212, del reactor de radiación actínica secundario 220, o después del punto de adición del agente reductor 230. Por ejemplo, una o más las señales de entrada procedentes de la fuente 110 o la fuente 210 pueden proporcionar una indicación de la resistividad o conductividad, el caudal, el valor de TOC, la temperatura, la presión, la concentración de metales, el nivel o cantidad de bacterias, el contenido de oxígeno disuelto, y /o el contenido de nitrógeno disuelto del agua de entrada o de reposición. Los dispositivos de entrada o sensores 106, 107 y 108, y 206, 207, 208 y 209 también pueden proporcionar una o más de tales representaciones del agua al menos parcialmente tratada a través del sistema 100 o el sistema 200. En particular, cualquiera de los sensores puede proporcionar una indicación de la temperatura, conductividad o concentración de un compuesto o especie particular en el agua al menos parcialmente tratada o en el agua ultrapura. Aunque solo se representan particularmente los sensores 106, 107 y 108 y 206, 207, 208 y 209, se pueden utilizar sensores adicionales que incluyen, por ejemplo, uno o más sensores de temperatura, conductividad o resistividad en los sistemas 100 y 200.

Los sistemas de control 105 y 232 pueden configurarse para recibir una o más señales de entrada y generar una o más señales de accionamiento, salida y control para una o más operaciones unitarias o subsistemas de los sistemas de tratamiento 100 y 200. Como se ilustra, los sistemas de control 105 y 232 pueden, por ejemplo, recibir una indicación de un caudal, un nivel de TOC, o ambos, de agua desde la fuente 110 y/o 210, o desde otra posición dentro del sistema. Los sistemas de control 105 y 232 pueden generar y transmitir entonces una señal de activación a la fuente 122 o a la fuente 216 de compuesto precursor para, si es necesario, ajustar la velocidad de adición del compuesto precursor introducido en la corriente de agua que entra al reactor 120 o al reactor 218. En una realización, el sistema de control 232 puede, por ejemplo, recibir una indicación de una concentración de un compuesto o especie particular en el agua desde el sensor 207 y el sensor 208. El sistema de control 232 puede entonces generar y transmitir una señal de accionamiento a la fuente 224 de agente reductor para, si es necesario, ajustar la velocidad de adición del agente reductor introducido en la corriente de agua en el punto de adición 230. La señal de accionamiento normalmente se basa en una o más señales de entrada y un valor o punto de ajuste objetivo o predeterminado. Por ejemplo, si la señal de entrada que proporciona una representación del valor de TOC del agua de entrada desde la fuente 110 o la fuente 210 está por encima del valor de TOC objetivo o un rango de valor de TOC aceptable, es decir, un rango de tolerancia, entonces la señal de accionamiento puede generarse para aumentar una cantidad o una tasa de adición del compuesto precursor de la fuente 122 o la fuente 216. Los valores objetivo particulares normalmente se seleccionan en el campo y pueden variar de una instalación a otra y depender de los requisitos del punto de uso aguas abajo. Esta configuración evita de manera inventiva proporcionar agua que tenga características indeseables al abordar proactivamente la eliminación de contaminantes y también evita compensar la residencia del sistema o el tiempo de respuesta retardada, que puede ser el resultado del agua que fluye a través del sistema y/o el tiempo requerido para el análisis.

En algunas realizaciones, los sistemas de control 105 y 232 pueden, por ejemplo, recibir una indicación de un caudal, una concentración o nivel de TOC y/o una cantidad o velocidad de adición de persulfato, y generar y transmitir una señal de accionamiento al reactor 120 o al reactor 218 o 220, o más específicamente a las lámparas del reactor para ajustar o modificar al menos una de la una o más lámparas en funcionamiento y la intensidad de las lámparas. La señal de accionamiento puede basarse en una o más señales de entrada y un valor objetivo o predeterminado o punto de ajuste o valor umbral. Por ejemplo, si la señal de entrada que proporciona una representación del valor de TOC del agua de entrada desde la fuente 110 o la fuente 210 está por encima del valor de TOC objetivo o valor umbral, o un rango de valor de TOC aceptable, es decir, un rango de tolerancia, entonces la señal de accionamiento se puede generar para ajustar el modo de funcionamiento del reactor ajustando al menos una de la configuración de la lámpara y la intensidad de la lámpara.

Los sistemas de control 105 y 232 pueden además generar y transmitir señales de control adicionales para, por ejemplo, energizar o ajustar una intensidad o potencia de radiación de salida emitida por al menos una fuente de radiación en el reactor 120, 218 o 220. Por lo tanto, dependiendo de la cantidad o la velocidad de adición del compuesto precursor, o en el nivel de TOC en la corriente de agua que entra a los reactores, la señal de control se puede aumentar o disminuir de manera apropiada, incremental o proporcional. Esta característica sirve para prolongar la vida útil de una o más fuentes de radiación y reducir el consumo de energía.

Los sistemas de control 105 y 232 también pueden configurarse en una disposición de realimentación y generar y transmitir una o más señales de control a cualquiera o a ambas de las fuentes de compuesto precursor 122 y 214, y los reactores 120, 218 y 220, y la fuente de agente reductor 224. Por ejemplo, el valor de TOC o la resistividad, o ambos, del agua de producto ultrapura en el sistema de distribución 103, o de los sensores 107 o 108, se pueden utilizar para generar señales de control a cualquiera de la fuente 122 y el reactor 120.

Durante períodos de altas fluctuaciones iniciales de TOC, el control anticipativo se puede utilizar para compensar el retraso del instrumento. Este enfoque preventivo inyecta el compuesto precursor, normalmente en un excedente en relación con la cantidad de contaminantes. Durante períodos de niveles estables de TOC, el enfoque de realimentación se puede utilizar con o sin control anticipado.

El sistema de control 105 puede además generar y transmitir una señal de control que ajusta una tasa de transferencia de calor en el enfriador 130 basándose, por ejemplo, en una señal de entrada de los sensores 107 o 108, o ambos. La señal de control puede aumentar o disminuir el caudal y/o la temperatura del agua de refrigeración introducida en el enfriador 130 para proporcionar agua tratada al sistema de distribución 103 a una temperatura deseada o predeterminada.

El sistema de control 105 puede además generar y transmitir una señal de control que energice la bomba 166 o ajuste el caudal del agua al menos parcialmente tratada que fluye a su través. Si la bomba utiliza un variador de frecuencia, la señal de control se puede generar para ajustar apropiadamente el nivel de actividad del motor de la bomba para lograr un valor de caudal objetivo. Alternativamente, una señal de actuación puede accionar una válvula que regula el caudal del agua al menos parcialmente tratada desde la bomba 166.

Los sistemas de control 105 y 232 de la invención se pueden implementar usando uno o más procesadores como se representa esquemáticamente en la figura 6. El sistema de control 105 puede ser, por ejemplo, un ordenador de propósito general tal como los basados en un procesador de tipo Intel PENTIUM®, un procesador Motorola PowerPC® , un procesador Sun UltraSPARC® , un procesador Hewlett-Packard PA-RISC® , o cualquier otro tipo de procesador o combinaciones de los mismos. Alternativamente, el sistema de control puede incluir hardware especialmente programado y para fines especiales, por ejemplo, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o controladores destinados a sistemas analíticos.

Los sistemas de control 105 y 232 pueden incluir uno o más procesadores 605 típicamente conectados a uno o más dispositivos de memoria 650, que pueden comprender, por ejemplo, uno cualquiera o más de entre una memoria de unidad de disco, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM u otro dispositivo para almacenar datos. El dispositivo de memoria 650 se usa típicamente para almacenar programas y datos durante el funcionamiento de los sistemas 100 y 200 y/o los sistemas de control 105 y 232. Por ejemplo, el dispositivo de memoria 650 se puede usar para almacenar datos históricos relacionados con los parámetros durante un período de tiempo, así como datos operativos. El software, incluido el código de programación que implementa realizaciones de la invención, puede almacenarse en un medio de grabación no volátil legible y/o escribible por ordenador, y luego típicamente copiarse en el dispositivo de memoria 650 en donde luego puede ser ejecutado por el procesador 605. Dicho código de programación puede ser escrito en cualquiera de una pluralidad de lenguajes de programación, por ejemplo, Java, Visual Basic, C, C# o C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL o cualquiera de una variedad de combinaciones de los mismos.

Los componentes del sistema de control 105 y 232 pueden acoplarse mediante un mecanismo de interconexión 610, que puede incluir uno o más buses, por ejemplo, entre componentes que están integrados dentro de un mismo dispositivo, y/o una red, por ejemplo, entre componentes que residen en dispositivos discretos separados. El mecanismo de interconexión normalmente permite que se intercambien comunicaciones, por ejemplo, datos e instrucciones, entre componentes del sistema.

Los sistemas de control 105 y 232 también pueden incluir uno o más dispositivos de entrada 620 que reciben una o más señales de entradaii, i2, Í3, ..,in,desde, por ejemplo, un teclado, ratón, trackball, micrófono, pantalla táctil y uno o más dispositivos de salida 630, que generan y transmiten una o más señales de salida, de accionamiento o de control,si, S2 , S3,.., Sn,a, por ejemplo, un dispositivo de impresión, una pantalla de visualización o un altavoz. Además, los sistemas de control 105 y 232 pueden contener una o más interfaces 660 que pueden conectar los sistemas de control 105 o 232 a una red de comunicación (no mostrada) además o como alternativa a la red que puede estar formada por uno o más de los componentes del sistema.

Según una o más realizaciones de la invención, uno o más dispositivos de entrada 620 pueden incluir componentes, tales como, pero sin limitarse a ellos, válvulas, bombas y sensores 106, 107 y 108, y 206, 207, 208 y 209 que típicamente proporcionan una medida, indicación o representación de una o más condiciones, parámetros o características de uno o más componentes o corrientes de proceso de los sistemas 100 y 200. Alternativamente, los sensores, las válvulas y/o bombas dosificadoras, o todos estos componentes pueden conectarse a una red de comunicación que está acoplada operativamente a los sistemas de control 105 y 232. Por ejemplo, los sensores 106, 107 y 108 y 206, 207, 208 y 209 pueden configurarse como dispositivos de entrada que están conectados directamente a los sistemas de control 105 y 232, las válvulas dosificadoras y/o las bombas de los subsistemas 122 y 124 pueden configurarse como dispositivos de salida que están conectados al sistema de control 105, y uno o más de los anteriores pueden estar acoplados a un sistema informático o un sistema automatizado, para comunicarse con los sistemas de control 105 y 232 a través de una red de comunicación. Tal configuración permite que un sensor esté ubicado a una distancia significativa de otro sensor o permite que cualquier sensor esté ubicado a una distancia significativa de cualquier subsistema y/o el controlador, sin dejar de proporcionar datos entre ellos.

Los sistemas de control 105 y 232 pueden comprender uno o más medios de almacenamiento tales como un medio de grabación no volátil legible y/o grabable por ordenador en donde se pueden almacenar señales que definen un programa o partes del mismo para ser ejecutadas, por ejemplo, por uno o más procesadores 605. Uno o más medios de almacenamiento pueden, por ejemplo, ser o comprender una unidad de disco o memoria flash. En una operación típica, el procesador 605 puede hacer que datos, tales como el código que implementa una o más realizaciones de la invención, se lean desde uno o más medios de almacenamiento en, por ejemplo, el dispositivo de memoria 640 que permite un acceso más rápido a la información por el uno o más procesadores que el uno o más medios. El dispositivo de memoria 640 es típicamente una memoria volátil de acceso aleatorio tal como una memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM) o una memoria estática (SRAM) u otros dispositivos adecuados que facilitan la transferencia de información hacia y desde el procesador 605.

Aunque los sistemas de control 105 y 232 se muestran a modo de ejemplo como un tipo de sistema informático en donde se pueden poner en práctica diversos aspectos de la invención, se debe apreciar que la invención no se limita a implementarse en software o en el sistema informático, como se muestra a modo de ejemplo. De hecho, en lugar de implementarse, por ejemplo, en un sistema informático de propósito general, el sistema de control, o sus componentes o subsistemas, pueden implementarse como un sistema dedicado o como un controlador lógico programable (PLC) dedicado o en un sistema de control distribuido. Además, se debe apreciar que una o más características o aspectos de la invención pueden implementarse en software, hardware o firmware, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, uno o más segmentos de un algoritmo ejecutable por el procesador 605 se pueden realizar en ordenadores separados, cada una de los cuales puede estar en comunicación a través de una o más redes.

El sistema 100 puede comprender además un subsistema 176 para desinfectar y/o eliminar cualquier residuo, partículas u otro material retenido en la superficie de las membranas del aparato de filtración 172 y 174. El subsistema 176 puede comprender uno o más intercambiadores de calor y bombas que permiten ciclos de temperatura de las membranas de los aparatos 172 y 174. Los ciclos de temperatura pueden controlarse mediante el sistema de control 105 proporcionando alternativamente agua caliente y fría a cualquiera de los aparatos 172 y 174 para permitir la expansión y contracción de sus componentes, lo que facilita la eliminación de cualquier material retenido. Aunque no se ilustra, el subsistema 176 también puede conectarse a cualquier operación unitaria del sistema 100 para facilitar también la limpieza y la desinfección con agua caliente de dichas operaciones unitarias.

Ejemplo

La función y las ventajas de estas y otras realizaciones de la invención se pueden entender mejor a partir de los ejemplos siguientes, que ilustran los beneficios y/o ventajas de uno o más sistemas y técnicas de la invención, pero no ejemplifican el alcance completo de la invención que se define exclusivamente en las reivindicaciones.

Ejemplo de referencia (técnica anterior)

Este ejemplo describe un sistema como se describe en el documento US2008/245737 A1 y como se representa sustancialmente en la ilustración esquemática de la figura 1.

El sistema 100 está conectado para fluido a una fuente 110 de agua de entrada y está diseñado para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores que tiene la calidad y características respectivas enumeradas en la Tabla 1.

La fuente 122 de compuesto precursor utiliza una bomba para proporcionar persulfato de amonio.

El reactor 120 comprende tres lámparas UV conectadas en serie (SCD-120) que proporcionan radiación UV a aproximadamente 254 nm.

El enfriador 130 es un intercambiador de calor de placas y bastidor diseñado para reducir la temperatura del agua en 3° C.

La columna de intercambio iónico principal 140L incluye lechos paralelos de resina de intercambio iónico USF™ MEG PPQ.

El filtro de partículas 150 está clasificado para retener partículas superiores a 0,05 micrómetros.

El desgasificador 160 incluye dos contactores de membrana en paralelo conectados a una fuente de vacío 162 a 30 mm Hg.

La bomba 166 utiliza un variador de velocidad y está clasificada para proporcionar 9,5 m3/h (35 gpm) a 100 psig.

La columna de intercambio iónico pulida 140P incluye lechos de resina de intercambio iónico USF™ MEG PPQ conectados en serie.

El aparato de ultrafiltración utiliza membranas de ultrafiltración OLT-5026G de Asahi Chemical Company.

Los sensores en línea utilizados se enumeran en la Tabla 2.

Tabla 1.

La figura 7, que presenta la calidad del producto de agua ultrapura, muestra que el agua que tiene la característica deseada puede tratarse mediante los sistemas y técnicas de la invención (etiquetados como "LUPW") y compararse con un sistema de suministro de agua existente (etiquetado como "pulido") así como un aparato alternativo (etiquetado como "Entegris"). Como se muestra en la figura 7, los sistemas de la invención pueden mantener niveles bajos de TOC incluso durante fluctuaciones en la calidad del agua de entrada.

Ejemplo de referencia 2 (no reivindicado)

Este ejemplo describe un sistema representado sustancialmente en la ilustración esquemática de la figura 2. En este ejemplo, no se utilizó ningún reactor de radiación actínica secundario y no se utilizó ninguna fuente de agente reductor 224.

El sistema 200 se puede conectar para fluido a una fuente 210 de agua de entrada y está diseñado para proporcionar agua ultrapura a una unidad de fabricación de semiconductores.

La fuente 216 de compuesto precursor proporciona persulfato de amonio a la corriente de agua 214.

El reactor primario 218 comprende un primer conjunto de tres reactores de radiación actínica conectados en serie, que están colocados en paralelo con un segundo conjunto de tres reactores de radiación actínica conectados en serie. Cada reactor proporciona radiación UV en un intervalo de aproximadamente 185 nm a aproximadamente 254 nm.

La figura 8, que presenta un gráfico de la concentración de carbono orgánico total (TOC) frente al tiempo, donde la calidad del agua de entrada aguas arriba del reactor 218 se muestra mediante puntos de datos representados por el símbolo ♦ , y la calidad del agua tratada se muestra mediante puntos de datos representados por el símbolo *. La figura 8 muestra que los niveles de carbono orgánico total (TOC) se pueden reducir a aproximadamente 1 ppb o menos. ;;Debido al ruido observado en el TOC del agua de entrada como se muestra en la figura 8, una columna de lecho mixto que incluía una resina de agua ultrapura (resina USF™ NANO, Siemens Water Technologies Corp., Warrendale, Pennsylvania) se añadió aguas arriba del sensor de concentración de TOC del agua de entrada y aguas abajo de una membrana de ósmosis inversa para eliminar los constituyentes iónicos que pueden haber sido la causa de las mediciones irregulares. ;;La figura 9, que presenta un gráfico de la concentración de carbono orgánico total (TOC) frente al tiempo, muestra que las mediciones de TOC del agua de entrada se pueden estabilizar mediante el uso de una columna de lecho mixto aguas arriba del sensor de concentración de TOC. Como se muestra en la figura 9, los niveles de TOC se pueden reducir a aproximadamente 1 ppb o menos utilizando los sistemas y técnicas de la invención, y los niveles bajos de TOC se pueden mantener durante las fluctuaciones en la calidad del agua de entrada. Nuevamente, la calidad del agua de entrada aguas arriba del reactor 218 se muestra mediante puntos de datos representados por el símbolo ♦ , y la calidad del agua tratada aguas abajo del reactor 218 se muestra mediante puntos de datos representados por el símbolo *. La figura 9 demuestra que se pueden lograr altos niveles de control incluso con altas fluctuaciones del TOC de entrada. Por ejemplo, la calidad del agua tratada permaneció en 1 ppb de TOC o menos durante una alta fluctuación en el TOC entre aproximadamente las 20:10 y las 21:35 del día 1, y entre aproximadamente las 5:24 y las 8:00 del día 2.

Ejemplo de referencia 3 (no reivindicado)

Este ejemplo describe un sistema representado sustancialmente en la ilustración esquemática de la figura 2, y se describe en el Ejemplo de referencia 2.

Las figuras 10 y 11, que presentan gráficos de concentración de carbono orgánico total (TOC) versus tiempo, muestran que el nivel de TOC del agua de entrada se puede reducir a aproximadamente 3 ppb o menos, y en casi todos los casos a menos de 1 ppb o menos, utilizando los sistemas y técnicas de la invención. La figura 10 muestra datos relacionados con el agua de entrada que contiene urea, y la figura 11 muestra datos sobre el agua de entrada que contiene alcohol isopropílico. En la figura 10, la concentración de TOC fluctúa a lo largo del período de tiempo mostrado. Es evidente que los sistemas y técnicas de esta invención pueden tratar agua que contiene urea y proporcionar consistentemente agua tratada a bajas concentraciones de TOC. En la figura 11, la concentración de TOC aumenta significativamente el día 3. Los sistemas y técnicas divulgados aquí pueden tratar el agua que contiene alcohol isopropílico para proporcionar agua a concentraciones bajas de TOC, y tienen la capacidad de gestionar el pico de concentración de TOC para mantener la concentración de TOC en el agua tratada a 3 ppb o menos. En este ejemplo particular, sería posible lograr concentraciones de TOC más bajas del agua tratada, por ejemplo, a menos de 1 ppb, mediante modificaciones del sistema, por ejemplo, aumentando la capacidad de bombeo de la bomba de persulfato.

Ejemplo 1

Este ejemplo describe un sistema representado sustancialmente en la ilustración esquemática de la figura 2, y descrito en los Ejemplos de referencia 2 y 3, pero modificado como se analiza a continuación.

Las mediciones de la concentración de persulfato se realizaron utilizando el sensor 207 que mide una primera conductividad de la corriente de agua, aplica luz ultravioleta a la corriente de agua y mide una segunda conductividad de la corriente de agua. La concentración de persulfato se calculó basándose en la siguiente ecuación,

SjOs (ppfe) 3 ÍJJ S) — dJ<J : i : i d a U v Jud>I (piS )J<X>y,

donde<y>es una constante calculada sobre la base de la conductividad del sulfato y la conductividad del persulfato.

La figura 12, que presenta una gráfica de persulfato residual versus tiempo. Como se muestra en la figura 12, se detectó una cantidad mensurable de persulfato en el agua tratada. Para reducir la cantidad de persulfato residual en la corriente de agua tratada y permitir una reducción adicional de TOC, se añadió un reactor de radiación actínica secundario aguas abajo del reactor de radiación actínica primario. El reactor secundario 221 comprende un primer conjunto de dos reactores de radiación actínica conectados en serie, que están colocados en paralelo con tres conjuntos adicionales de dos reactores de radiación actínica conectados en serie. Cada reactor proporciona radiación UV de aproximadamente 185 nm a aproximadamente 254 nm.

Además, se añadió dióxido de azufre a la corriente para reducir o neutralizar el persulfato residual en la corriente de agua tratada. También se agregó al sistema un sensor de concentración de dióxido de azufre para medir y controlar la cantidad de dióxido de azufre agregado al sistema, como se muestra en la figura 5. Las mediciones de dióxido de azufre se pueden calcular utilizando el gráfico presentado en la figura 13, concentración de dióxido de azufre versus el cambio en la conductividad entre una primera medición de conductividad y una segunda medición de conductividad, se puede utilizar para determinar la cantidad de dióxido de azufre en una corriente de agua.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema (100; 200) para eliminar carbono orgánico total (TOC) de agua ultrapura que comprende:

un reactor de radiación actínica primario (120, 218) que comprende un recipiente (300), y una primera serie (345) de tubos en el recipiente (300), comprendiendo la primera serie (345) de tubos un primer conjunto de tubos paralelos (335a-c), teniendo cada tubo un eje longitudinal y comprendiendo al menos una lámpara ultravioleta, y una segunda serie (350) de tubos en el recipiente (300), comprendiendo la segunda serie (350) de tubos un segundo conjunto de tubos paralelos, teniendo cada tubo un eje longitudinal y comprendiendo al menos una lámpara ultravioleta, siendo el eje longitudinal de los tubos paralelos de la primera serie (345) ortogonal a un eje longitudinal respectivo de los tubos paralelos de la segunda serie (350);

una fuente (122) de compuesto precursor de persulfato conectada para fluido al reactor de radiación actínica primario (120, 218) y dispuesta para introducir al menos un compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario;

un sensor de concentración de TOC situado aguas arriba del reactor de radiación actínica primario;

un sensor de concentración de persulfato (106; 207) ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario (120, 218), comprendiendo el sensor de concentración de persulfato (106; 207) al menos una celda de conductividad y una fuente de luz ultravioleta, y configurado para medir una primera conductividad, irradiar con luz ultravioleta y medir una segunda conductividad;

una fuente de un agente reductor (224) dispuesta para introducir al menos un agente reductor aguas abajo del reactor de radiación actínica primario;

un sensor de concentración de agente reductor (208) ubicado aguas abajo de un punto de adición (230) del al menos un agente reductor; y

un controlador (105; 232) acoplado operativamente para recibir al menos una señal de entrada desde al menos uno de entre el sensor de concentración de TOC, el sensor de concentración de persulfato y el sensor de concentración de agente reductor, y generar al menos una señal de control que regula uno de entre una velocidad a la que se introduce el compuesto precursor de persulfato en el reactor de radiación actínica primario, una intensidad de la radiación actínica en el reactor de radiación actínica primario, y una velocidad a la que se introduce el agente reductor en el sistema.

2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además una unidad de ósmosis inversa (212) ubicada aguas arriba del reactor de radiación actínica primario (218).

3. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un reactor de radiación actínica secundario (221) ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario (218).

4. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un filtro de partículas (150) ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario.

5. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un aparato de ultrafiltración (172, 174) ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario.

6. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además al menos una operación unitaria seleccionada del grupo que consiste en un intercambiador de calor (130), un desgasificador (160), un filtro de partículas (150, 180), un aparato de purificación de iones y una columna de intercambio iónico (140L, 140P).

7. Sistema según la reivindicación 6, en el que la columna de intercambio iónico está situada aguas arriba del sensor de concentración de TOC.

8. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además una fuente de agua (110, 210) ubicada aguas arriba del reactor de radiación actínica primario que comprende una o más operaciones unitarias seleccionadas del grupo que consiste en un filtro de ósmosis inversa, un dispositivo de electrodiálisis, un dispositivo de electrodesionización, un aparato de destilación, una columna de intercambio iónico y combinaciones de los mismos.

9. Sistema según la reivindicación 8, en el que el agua de la fuente de agua comprende menos de aproximadamente 25 ppb de TOC.

10. Sistema según la reivindicación 1, que comprende además un sensor de concentración de TOC ubicado aguas abajo del reactor de radiación actínica primario.

11. Sistema según la reivindicación 1, en el que el agente reductor es dióxido de azufre.

12. Método para tratar agua que comprende:

proporcionar agua pura o ultrapura que tenga una resistividad de al menos 15 megaohmios-cm para ser tratada;

medir un valor de carbono orgánico total (COT) del agua a tratar;

introducir aniones persulfato en el agua a tratar basándose en parte en al menos una señal de entrada del valor de TOC medido del agua a tratar;

introducir el agua que contiene aniones persulfato en un reactor de radiación actínica primario (120, 218) que comprende un recipiente (300), y una primera serie (345) de tubos en el recipiente (300), comprendiendo la primera serie (345) de tubos un primer conjunto de tubos paralelos (335a-c), teniendo cada tubo un eje longitudinal y comprendiendo al menos una lámpara ultravioleta, y una segunda serie (350) de tubos en el recipiente (300), comprendiendo la segunda serie (350) de tubos un segundo conjunto de tubos paralelos, teniendo cada tubo un eje longitudinal y comprendiendo al menos una lámpara ultravioleta, siendo el eje longitudinal de tubos paralelos de la primera serie (345) ortogonal a un eje longitudinal respectivo de tubos paralelos de la segunda serie (350);

exponer los aniones persulfato en el agua a luz ultravioleta en el reactor de radiación actínica primario (120, 218) para producir una corriente de agua irradiada;

ajustar una intensidad de la luz ultravioleta basándose en parte en al menos uno de entre una señal de entrada seleccionada del grupo que consiste en un valor de TOC del agua a tratar, un valor de persulfato del agua aguas abajo del reactor de radiación actínica primario (120, 218), y una velocidad de adición de aniones persulfato; e

introducir un agente reductor en la corriente de agua irradiada.

13. Método según la reivindicación 12, que comprende además exponer la corriente de agua irradiada a luz ultravioleta en un reactor secundario ubicado aguas abajo del reactor primario.

14. Método según la reivindicación 12, que comprende además eliminar los sólidos disueltos y los gases disueltos del agua.

15. Método según la reivindicación 12, que comprende además tratar el agua a tratar antes de proporcionar el agua a tratar al recipiente de reactor.

16. Método según la reivindicación 12, que comprende además medir un valor de agente reductor de la corriente de agua irradiada.

17. Método según la reivindicación 16, que comprende además introducir el agente reductor en la corriente de agua irradiada basándose en que el agente reductor medido es dióxido de azufre.

18. Método según la reivindicación 12, en el que el agente reductor es dióxido de azufre.