Aufbereitung des REINSTWASSER durch den Einsatz der kontinuierlichen Elektrodeionisation

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1 Aufbereitung des REINSTWASSER durch den Einsatz der kontinuierlichen Elektrodeionisation Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen werden die Siliziumwafer häufig mit Wasser gespült. Das hierfür verwendete Reinstwasser muss so sauber wie möglich sein, um den empfindlichen Herstellungsprozess nicht zu stören. Deswegen wird das Leitungswasser von den Halbleiterwerken in einem aufwendigen Prozess zum Reinstwasser gereinigt. Dabei wird kontrolliert, dass das Wasser so wenig wie möglich partikulare, ionische oder organische Verunreinigungen enthält. In diesem Bericht werden die Erfahrungen beim Einsatz einer Elektrodeionisationsanlage zur Wasseraufbereitung dargestellt. Es zeigt sich, dass diese Anlage deutliche Vorteile gegenüber den sonst üblichen Ionentauscher aufweist. Aufbau einer Reinstwasseranlage Neben der Luftaufbereitung sichert die Reinraumtechnik die Versorgung mit bestimmten Grundmedien. An die Qualität der flüssigen und gasförmigen Prozessmedien werden sehr hohe Reinheitsanforderungen gestellt. Deshalb werden nur besonders prozesstaugliche Chemikalien verwendet, die extrem sauber und deshalb auch ausgesprochen teuer sind. Die Anforderungen an die Chemikalien lassen nur wenige ppb Verunreinigungenzu (parts per billion = Teile Verunreinigung auf Chemikalienteile). Da die eingesetzten Chemikalien durch den Gebrauch sehr schnell verunreinigt werden, müssen sie oft und regelmäßig gewechselt werden, um die Kontamination der Wafer durch die Chemikalien zu verhindern. Entscheidend ist, dass die Reinheit der Chemikalien am Point of use gewährleistet ist. Dazu sind hochreine Chemikalien und ein hochreines Versorgungsnetz notwendig. Die verwendeten Rohrleitungsmaterialien müssen chemisch neutral sein und möglichst wenige Partikel, z.b. durch Reibung erzeugen. Daher werden Edelstahlrohre mit elektropolierter Innenseite für Gasleitungen eingesetzt und am Einsatzort werden die Medien nochmals mit einem Feinfilter (point of use-filter; Porenweite 0,03 µm) gefiltert. Dies gilt besonders für die Medien, die direkt mit den Wafern in Kontakt kommen, und am häufigsten kommen die Wafer mit Wasser in Berührung. Dieses Reinstwasser wird bei jeder Waferreinigung sowie beim nasschemischen Ätzen zum Spülen verwendet. Mögliche Verunreinigungen Das normale Leitungswasser (Rohwasser) ist dafür nicht geeignet, da es neben vielen Schwebstoffteilchen (Partikel) auch eine große Menge an ionischen und organischen Verunreinigungen enthält. Dies sind insbesondere: Natrium (Na), Chlor (Cl), Calcium (Ca), Magnesium (Ma), Ammonium (NH 4 ), Fluoride (F), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni). Diese Elemente bilden im Wasser Ionen und bestimmen im wesentlichen die Leitfähigkeit des Wassers. Typische Leitfähigkeitswerte des Rohwasser bei 25 C liegen zwischen 300 und 800 µs/cm [1], was einem spezifischen Widerstand von ca. 1KOhm/cm entspricht. Neben diesen ionischen Verunreinigungen enthält das Rohwasser auch ein große Zahl an organische Verunreinigungen, wie organische Lösungsmitteln aber auch Viren und Bakterien. Die gesamte organische Belastung des Wassers wird mit dem sogenannten TOC-Wert (total organic concentration) angegeben. Die Messung des TOC- Wertes erfolgt über eine Oxidation der organischen Materie durch eine Bestrahlung mit intensivem UV-Licht. Dabei werden die organischen VerbindungenzumKohlendioxid (CO 2 ) oxidiert. Dieses Gas erzeugt in wässriger Lösung Kohlensäure, durch die die Leitfähigkeit des Wassers erhöht wird. Damit kann durch eine Leitfähigkeitsmessung nach der Oxidation die Menge der organischen Verunreinigungen im Wasser bestimmt werden. Auch im Wasser gelöste Gase wie O 2 oder CO 2 können schädlich sein und müssen entfernt werden. All diese Verunreinigungen führen zu Schäden auf der Waferoberfläche und zur Störung des 14 REINRAUMTECHNIK 2/2003

2 Herstellungsprozesses für ICs [2]. Deshalb wird in der Halbleiterindustrie, aber auch in der Pharmaindustrie, sowie in der Bio- und Medizintechnik, das Rohwasser zum Reinstwasser aufbereitet, dass die folgenden Anforderungen erfüllen muss: Partikelzahl < 500 pro Liter elektrischer Widerstand > 18MOhm/cm TOC-Werte < 2ppb Aufgrund der Autoprotolyse des Wassermoleküls (H 2 O zerfällt in H 3 O + und OH Ionen) sind im Reinstwasser immer eine gewisse Menge an Ionen vorhanden (107mol/l H 3 O + -Ionen und 107mol/l OH -Ionen bei ph = 7). Damit besitzt Reinstwasser eine minimale Leitfähigkeit von 0,055 µs/cm bei einer Temperatur von 25 C [3]. Dies entspricht einem elektrischen Widerstand des Reinstwassers von maximal 18,2 MOhm. Die Qualität des Reinstwassers kann durch eine Leitfähigkeitsmessung kontinuierlich überwacht werden. Zu beachten ist, dass Reinstwasser Gasmoleküle aus der Umgebungsluft sehr schnell wieder aufnimmt um seine Gleichgewichtskonzentration zu erreichen. So ist bekannt, dass die Sauerstoff- Gleichgewichtskonzentration bei einem offenen Behälter schon nach 30 Minuten wieder erreicht ist. Auch Kohlendioxid wird aus der Atmosphäre schnell wieder aufgenommen [1], wodurch es zu einer Herabsenkung des ph- Wertes kommt [3]. Dies kann mit einem geschlossenen Reinstwasserkreislauf oder auch mit einer Stickstoffatmosphäre über dem Wasser verhindert werden. Um alle Verunreinigungen aus dem Rohwasser effektiv zu entfernen ist eine mehrstufige, komplexe Anlage notwendig, deren genauer Aufbau von der Qualität des vorhandenen Rohwassers sowie von den geforderten Bedingungen abhängt. Das Prinzip entspricht dem beim Luftsystem von Reinräumen. Zuerst wird das Rohwasser zum Reinstwasser aufbereitet, das dann ständig im Kreis gepumpt wird um die neu entstandenen Verunreinigungen durch eine weitere Reinigungsstufe kontinuierlich zu entfernen. Das Reinstwasser, das dem Kreislauf entnommen wurde, wird entweder recycelt oder entsorgt. Dreistufige Aufbereitung für die Halbleiterindustrie Im folgenden wird eine dreistufige Aufbereitung beschrieben, wie sie oft in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird (Abb. 1). Stufe 1 Zur Aufbereitung des Rohwassers wird es in der ersten Stufe zuerst durch einen Filter (40 µm große Poren) gedrückt, um grobe Partikel zu entfernen. Anschließend wird das Wasser durch einen Enthärter geleitet, der die im Wasser vorhandenen Calcium- und Magnesiumionen sowie Eisen aus dem Wasser entfernt. Die Calciumund Magnesiumsalze bilden Kalk im Wasser und werden deshalb als Härtebildner bezeichnet. Als Enthärter werden häufig Ionenaustauscher eingesetzt, die die Calcium- und Magnesiumionen gegen Natriumionen austauscht. Diese Ionentauscher bestehen aus vielen kleinen Harzkugeln, an deren Oberfläche die Natriumionen gebunden sind. Wenn Calcium- oder Magnesiumionen an die Harzoberfläche gelangen, werden die Natriumionen gelöst und die Calciumund Magnesiumionen an der Harzoberfläche gebunden. Dieser Prozess läuft ab, da die Konzentration von Natrium an der Oberfläche der Harzkugeln sehr viel größer ist als in dem umgebenden Wasser. Andererseits ist die Konzentration an Magnesium und Calcium im Wasser sehr viel höher als an den Harzkugeln. Um diekonzentrationenauszugleichen werden die Ionen ausgetauscht. Dem Wasser werden dadurch die Kalkbildner entzogen und durch Natriumionen ersetzt. Der Gesamtsalzgehalt im Wasser bleibt dabei gleich,sodassauch der spezifische Widerstand sich kaum ändert. Wenn der Ionentauschers keine Natriumionen mehr enthält, kann er mit einem Überschuss an Kochsalz (NaCl) regeneriert werden. Dafür wird eine verdünnte Salzsole über die Harzkugeln geleitet. Der Ionenaustausch läuft dabei in umgekehrter Reihenfolge ab, um ein Konzentrationsgleichgewicht in der Salzsole und auf den Harzkugeln herzustellen. Die Harzkugeln nehmen deshalb wieder Natriumionen auf und geben die Calcium- und Magnesiumionen ab, die mit dem Spülwasser ausgewaschen werden. Ionentauscher sind einfach zu handhaben und haben geringe Anz. Denios Anz. UK Solite REINRAUMTECHNIK 2/

3 Reinstwasser-Erzeugung Abb. 1: Das Stadtwasser wird über mehrer Stufen z.b. mit Ionentauschern gereinigt und dann in den Reinstwassertank gepumpt. Aus diesem Tank wird es kontinuierlich durch eine weitere Reinigungsstufe im Kreis gepumpt Investitionskosten. Ihr Nachteil ist jedoch der hohe Chemieverbrauch für das Recyceln. Dadurch entstehen bei Ionentauschern sehr hohe Betriebskosten. Stufe 2 Das kalkfreie Wasser wird nach dieser Vorbehandlung in einem Weichwassertank gespeichert. Die Entkalkung des Wassers ist notwendig, da die zweite Stufe der Wasseraufbereitung häufig eine Umkehrosmose-Anlage enthält, die durch den Kalk im Rohwasser zerstört werden würde. Bei der Umkehr-Osmose (Abb. 2) wird eine Membran oder ein Keramikfilter mit sehr feinen Poren eingesetzt. Durch diese halbdurchlässige Membrane können Wassermoleküle durchtreten, während die Verunreinigungen insbesondere auch die Salzmoleküle zurückgehalten werden. Da nun die Konzentration der Verunreinigungen auf der einen Seite der Membran sehr viel höher ist als auf der anderen Seite, wird das reine Wasser wieder durch die Membranzurückfließen um die Lösung auf der verunreinigten Seite so weit zu verdünnen, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Dadurch baut sich auf der verunreinigten Seite ein osmotischer Druck auf, der sehr hoch sein kann wenn sehr kleine Moleküle zurückgehalten werden sollen. Mit Hilfe der Umkehrosmose können bis zu 99,9 % aller Moleküle mit einem Molekulargewicht > 56 ausgefiltert werden. Es wird deshalb auch als molekulares Sieb bezeichnet. Dazu muss jedoch auf das verunreinigte Wasser ein Druck ausgeübt werden, der größer ist als der osmotische Druck. Umkehr-Osmoseanlagen werden daher mit Drücken bis zu 80 bar betrieben[3]. Zur Erzeugung dieser hohen Drücke ist sehr viel Energie notwendig. Die Kalkfreiheit des eingespeisten Wassers ist wichtig, da die feinen Poren der Filter durch zu viele Calcium-, Magnesium- oder Eisenmoleküle verstopft werden können. Die Umkehrosmose entfernt den größten Teil der ionischen Verunreinigungen aus dem Wasser, so dass hier schon ein spezifischer Widerstand von 17 MOhm erreicht werden kann. Auch sämtliche Bakterien und Viren werden entfernt, so dass das Wasser jetzt keimfrei ist. Mit Hilfe eines Mischbett-Ionen- Anz. Proficon 16 REINRAUMTECHNIK 2/2004

4 austauschers (Abb. 3) werden anschließend die Natrium- und auch Chlor-Ionen aus dem Wasser entfernt. Dieser Ionentauscher beinhaltet ein Gemisch aus stark sauren Harzkugeln (Kationentauscher) und stark basischen Harzkugeln (Anionentauscher). Der Kationentauscher tauscht die positiven Natriumionen gegen Wasserstoffionen (H + ) aus, und der Anionentauscher tauscht die im Wasser gelösten Anionen z.b. Chloride gegen Hydroxidionen (OH ) aus [3]. Die Wasserstoff- und Hydroxidionen reagieren zusammen zu Wassermolekülen (H 2 O). Ist der Ionentauscher vollständig mit Natrium und Chlor belegt, müssen die beiden Komponenten getrennt regeneriert werden. Die Regeneration ist sehr aufwendig und wird häufig extern durchgeführt. Sie führt auch immer zu einer Verschlechterung der Harzqualität. In der Wasseraufbereitung wird daher häufig ein Harz eingesetzt, bei dem bereits regeneriertes Harz mit neuem Harz gemischt wurde. Um die Qualität des Ionentauschers zu garantieren muss das Harz regelmäßig gewechselt werden. Stufe 3 Nach dieser zweiten Stufe hat das Wasser bereits Reinstwasserqualität, so dass mit ihm je nach Bedarf der Reinstwassertank aufgefüllt werden kann. Aus diesem Tank wird das Wasser ständig durch eine dritte Reinigungsstufe und den Verbraucherring gepumpt. Durch diese dritte Reinigungsstufe wird die Qualität des Wassers noch weiter erhöht und hinzugekommene Verunreinigungen ständig entfernt. Diese Endreinigung besteht üblicherweise aus einer UV-Oxidationsanlage, einem Polishing- Ionenaustauscher und einer Mikrofiltration. Die UV-Oxidationsanlage (Abb. 4) benutzt eine hochenergetische UV-Strahlung, dessen Frequenzen oberhalb des sichtbaren Lichtes liegt (Wellenlängen 254 nm oder 186 nm). Durch diese Strahlung werden die im Wasser befindlichen Sauerstoffmoleküle zum Ozon (O 3 ) umgewandelt, das dann Hydroxidionen (OH ) erzeugt. Die Hydroxidionen sind ein starkes Oxidationsmittel, so dass sehr schnell alle organischen Verunreinigungen zum Kohlendioxid (CO 2 ) oxidiert werden [3]. Dadurch werden auch sehr effektiv alle Mikroorganismen (Bakterien, Viren und Algen) im Wasser abgetötet. Durch einen weiteren Ionenaustauscher wird das CO 2 sowie die restlichen Ionen aus dem Wasser entfernt. Bei diesem Polishing- Ionenaustauscher wird ausschließlich hochgereinigtes Harz verwendet, dem oft auch Aktivkohle und ein spezielles Adsorberharz beigemengt ist. Dieses reine Harz ist deutlich teurer als regeneriertes Harz, es hat aber auch die beste Qualität. Auch hier muss das Harz in regelmäßigen Abständen gewechselt werden. In einer letzten Ultrafiltration (0,1 µ) werden Partikel, organische Substanzen und Bakterien aus dem Wasser gefiltert, bevor das Wasser in den Verbraucherring geleitet wird. Durch diese kontinuierliche Endreinigung wird sichergestellt, das im Verbraucherring ständig Reinstwasser mit einem Widerstand des Wassers größer als 18MOhm/cm zur Verfügung steht. Aus diesem Ring können sich die unterschiedlichen Verbraucher das Wasser abzweigen. Nicht benötigtes Wasser gelangt wieder in den Reinstwassertank und wird von dort kontinuierlich durch die dritte Reinigungsstufe gereinigt. Sollte der Ring für längere Zeit stillstehen, muss er einige Zeit gespült werden, bis wieder eine gute Wasserqualität erreicht ist. Bei stillstehendem Wasser können sich Bakterien oder Algen im Wasser schnell vermehren, was zu einer Verschmutzung des Reinstwassers führt. Um dies zu verhindern, ist das kontinuierliche Pumpen durch die Endreinigung wichtig. Auch die anderen Teilanlagen sollten möglichst kontinuierlich betrieben werden. Außerdem müssen die Rohre des Versorgungsnetzes sowie die Tanks aus dem richtigen Material bestehen. Aus dem Material darf kein Weichmacher oder Lösungsmittel ausgasen, da diese organischen Verbindungen als Nahrungsquelle für die Bakterien dienen und ihre Vermehrung dadurch stark gefördert wird. Die Innenflächen der Tanks und Rohre müssen möglichst glatt sein, damit sich Bakterien hier nicht festsetzen können. Außerdem dürfen im Rohrleitungssystem keine Toträume z.b. in Winkeln vorkommen, in denen das Wasser immer steht und so zu einem ständigen Bakterienherd wird. Da Licht die Vermehrung ebenfalls fördert, sollten die Tanks möglichst lichtundurchlässig (schwarz) sein, und direkte Lichteinstrahlung auf das Wasser weitgehendst vermieden werden. Hohe TOC-Werte sind ein gutes Indiz für eine starke Bakterienvermehrung im Wasser. Wasser, welches aus dem Reinstwassserring entnommen wurde kann wieder recycelt werden, wenn der Widerstand des gebrauchten Wassers nicht zu klein und die organische Belastung nicht zu hoch ist. Dieses Wasser kann in den Weichwassertank geleitet werden und dann die Aufbereitungsanlage neu durchlaufen. Dadurch werden Kosten gespart. Zu stark verunreinigtes Wasser muss jedoch durch eine Neutralisationsanlage, die den ph-wert des Abwassers auf ph = 7 einstellt, entsorgt werden. Da das Abwasser in der Regel zu sauer ist, geschieht dies, indem dem sauren Abwasser eine konzentrierte Natronlauge zugegeben wird. Die Elektrodeionisations-Anlage (EDI) In modernen Wasseraufbereitungsanlagen mit einem hohen Wasserdurchsatz wird oft anstelle, oder in Kombination, des Mischbettionentauschers in der Wasseraufbereitung eine Anlagen zur kontinuierlichen Elektrodeionisation eingesetzt. Diese Anlage verbindet die beiden Reinigungsprozesse der Elektrodialyse und dem Ionenaustauscherharz miteinander. Sie ersetzt die sich im Wasser befindenden Chloridionen (Cl ) durch Hydroxidionen (OH ) sowie die Natrium (Na + ) durch Wasserstoffionen (H + ). Der Aufbau einer EDI Zelle ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Zelle bilden eine Kombination Anzeige Argo Hytos REINRAUMTECHNIK 2/2004

5 3 Abb. 2: Die Umkehr-Osmoseanlage entfernt einen Großteil der Verunreinigungen aus dem Wasser. 5 Abb. 4: Durch die Oxidationsanlage werden organische Verunreinigungen zum CO 2 oxidiert. aus Ionentauscherharzen und ionensensitiven Membranen, die aufgrund ihrer Wasserundurchlässigkeit als Barrieren bezeichnet werden. Durch zwei Elektroden wird von außen eine Gleichspannung an die Zelle angelegt. Die Austauschreaktion wird in dem mittleren mit Harzkugeln gefüllten Produktwasserbereichen der Zelle durchgeführt. Die sich im eingespeisten Wasser befindlichen Na + - bzw. Cl -Ionen werden an der Oberfläche der Harzkugeln gegen H + bzw. OH -Ionen ausgetauscht. Die angelegte Spannung treibt die adsorbierten Ionen an der Oberfläche der Harzkugeln entlang zu den entsprechenden Membranen. Dabei ermöglicht das Harz den Ionen eine wirkungsvolle Wanderung in sehr gering leitfähigem Wasser. Durch die positive Spannung, die an der Anode anliegt, werden die negativ geladenen Anionen (Cl und OH ) zur anionenselektiven Membranengezogen. Diese Anionen können durch diese Membran durchtreten und gelangen in den Konzentratstrom. Da die Anionen die folgende kationenselektiven Membranen nicht durchdringen können, bleiben die Anionen in dem Konzentratstrom gefangen und fließen ab. Die positiv geladenen Kationen (z.b. Na + und H + ) werden von der Kathode angezogen und gelangen durch die kationendurchlässige Membran in den Konzentratstrom. Dieser Membran liegt die anionenselektiven Membranen der nächsten Zelle gegenüber, durch die wieder Cl und OH -Ionen treten. Da sich die transportierten Ionen gegenseitig neutralisieren herrscht, im Konzentratbereich elektrische Neutralität. Durch die angelegte Spannung wird auch die Zersetzung des Wassermoleküls H 2 O in H + und OH -Ionen gefördert, so das im Produktwasserbereich auch immer eine gewisse Anzahl dieser Ionen vorhanden ist. Verlässt ein Na + - bzw. Cl -Ion durch die Membran den Produktwasserbereich, so wird sein Platz an der Oberfläche der Harzkugeln wieder durch ein H + - bzw. OH -Ion eingenommen. Auf diese Weise regeneriert sich die Elektrodeionisations-Anlage kontinuierlich, ohne das von außen Chemie zugeführt werden muss. Ein Harzaustausch ist bei der EDI- Zelle ebenfalls nicht notwendig, da das Harz hierbei nicht als Ionenspeicher, sondern nur als Ionenleiter arbeitet. Diese Zellenanordnung wiederholt sich einige Male, wobei am Ende eines EDI-Moduls die jeweilige Anode bzw. Kathode steht. Da an diesen Elektroden Gase (Sauerstoff und Wasserstoff) entstehen können, werden die Elektroden vom sogenannten Elektrolytstrom umspült, der sowohl die Ionen als auch die entstandenen Gasmoleküle aus der Zelle herausspült. Optimierung der Bedingungen Die von außen angelegte Spannung muss optimal eingestellt werden. IstdieSpannungzu gering, dann ist die treibende Kraft für die Ionen zu gering und sie bleiben im Produktwasserstrom hängen. Außerdem werden nicht genug Wassermoleküle in H + und OH - Ionen aufgespalten, so dass die Selbstregeneration nicht richtig arbeitet. Ist die Spannung dagegen zu hoch, dann wird zu viel Wasser aufgespalten und die Konzentration der H + - und OH - Ionen wird zu groß. Damit kann die Austauschreaktion an der Oberfläche der Harzkugeln nicht mehr ablaufen und es kommt zusätzlich zu einer starken Gasentwicklung an der Anode und der Kathode. Auch der Stromfluss muss gut eingestellt werden. Dabei ist zu beachten, dass im unteren Teil eines Moduls die Stromdichte höher ist als im 4 Abb. 3: Der Ionentauscher tauscht Natrium- und Chlorionen gegen Wasser aus. 3 Abb. 5: Die EDI-Anlage tauscht die Natrium- und Chlorionen gegen H + und OH -Ionen aus. oberen Teil, da hier noch mehr Na + - bzw. Cl -Ionen vorhanden sind. Dies bedeutet aber, dass der Spannungsabfall im oberen Teil des Moduls höher ist, wodurch es zu einer verstärkten Aufspaltung der Wassermoleküle kommen kann. Die Zelle arbeitet am besten, wenn die Stromdichten möglichst gleichmäßig verteilt sind. Da die elektrische Neutralität sowohl im Produktwasserstrom als auch im Konzentratstrom erhalten bleiben muss, werden aus dem Produktwasserstrom immer genauso viele Kationen wie Anionen herausgetrieben. Sind aber im Speisewasser der EDI-Zelle von einer Ionensorte mehr vorhanden, so können diese nicht vollständig entfernt werden. Dabei ist auch zu beachten, dass die kleineren Kationen (Na + und H + ) eine höhere Beweglichkeit haben als die Anionen (Cl und OH -Ionen). Daher ist die Prozessgeschwindigkeit für die Kationen höher und es ist sinnvoll mit einem Überschuss an Kationen zu arbeiten. Deshalb wird dem Speisewasser häufig 18 REINRAUMTECHNIK 2/2004

6 Natronlauge (NaOH) zugegeben und damit der ph-wert auf 5 eingestellt. Damit der Elektrodeionisationsprozess störungsfrei ablaufen kann, muss das Speisewasser sorgfältig vorbehandelt werden. Befinden sich im Speisewasser Kontaminationen, wie z.b. Partikel oder zuviel Calcium und Magnesium, kommt es genauso wie bei der Umkehrosmose-Anlage zu einer Verstopfung oder Verkalkung der Membran und der Ionenfluss würde reduziert. Daraufhin folgt eine Verstopfung der Harze in den Zwischenräumen, und der Druckabfall über das Modul vergrößert sich. Eisen-, Nickel- und Kupfer-Kontaminationen sowie andere aktive Metalle wirken als Katalysator für die Oxidation des Harzes und können somit die Kapazität reduzieren. Oxidationsmittel, wie Chlor (Cl 2 ) oder Ozon (O 3 ) erhöhen den TOC-Wert und greifen das Ionenaustauscherharz sowie die Membranen an. Die daraus verursachten Kreuzverbindungen zwischen Produkt- und Konzentratseite reduzieren die erforderliche Kapazität der EDI- Zellen. Die Nebenprodukte der Oxidationsmittel können zu einer Verkeimung des Anionenharzes und der Membranen führen. Außerdem führen organische Kontaminationen zu einer Reduzierung der Ionengeschwindigkeit. Organische Kontaminationen werden vor allem von der Oberfläche der Harzkugeln und Membranen aufgenommen. Verschmutzte Harze und Membranen verlieren ihre Wirksamkeit beim Ionentransport. Demzufolge nimmt der elektrische Widerstand der EDI Zelle zu. Kohlendioxid (CO 2 ) gilt einerseits als Kalkbildner und andererseits wird es sehr schlecht durch den Prozess der Umkehrosmose sowie der Elektrodeionisation zurückgehalten. All dies führt zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Moduls. Vorteile des EDI-Systems Die Inbetriebnahme der EDI- Anlage ergab bei unserer Anlage insbesondere eine Verringerung der Partikel im Reinstwasser. Vor demeinbauderedi-anlagen wiesen die Partikelmessungen erhebliche Schwankungen und einige Spitzenwerte auf. Wir können jedoch nicht sicher sagen, dass dies ausschließlich durch den Einsatz der EDI-Anlage hervorgerufen wurde. Durch die EDI-Anlage konnte jedoch die Zahl der Harzwechsel von ca. 24 auf 1 Wechsel pro Jahr reduziert werden. Damit wurden durch die Einführung der Elektrodeionisation die Betriebskosten deutlich gesenkt. Hier ist auch der Arbeitsaufwand und damit die Personalkosten mit einzurechnen. Auch der Chemikalieneinsatz zur Regeneration der Ionentauscher wurde stark verringert, da die EDI-Anlage weitensgehend automatisch arbeitet und keinen Harzwechsel mehr benötigt. Es entstehen allerdings höhere Stromkosten und Kosten für die Natronlauge (NaOH) die zugeführt werden muss. Diese Kosten sind jedoch deutlich geringer. Gegen die niedrigeren Betriebskosten sind jedoch die hohen Investitionskosten, die für eine neue Elektrodeionisationsanlage notwendig sind, zu setzen. Daher lohnt sich eine EDI-Anlage nur bei einem genügend hohen Wasserdurchsatz. Mein Dank gilt: Jörg Moschüring, Peter Spindler, Christian Rogowski, Oliver Loer, Thomas Naehrig, Magarethe Walla sowie Markus Thiemermann und Andreas Weith. Literatur: [1] Matthias Kremer; Sicherheit gewährleistet; Validieren von Reinstwassermesseinrichtungen; Pharma + Food (2/2000) [2] J. Albers, S. O. Schellenberg; Partikulare Defektmechanismen im CMOS-Prozeß; GIT ReinRaum- Technik 2 (2002); GIT VERLAG [3] H. Bendlin; Reinstwasser von A bis Z; Wiley-VCH-Verlag (1995) DER AUTOR Dr. Jan Albers Institut für Mikrosensorik IFM Fachhochschule Dortmund Sonnenstrasse Dortmund Tel / jan.albers@fh-dortmund.de INFORMATIONEN Easy Info XXX Anzeige BSR REINRAUMTECHNIK 2/