晶圆厂制备纯水会产生废气吗？

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在晶圆制造工厂中，超纯水（Ultra Pure Water, UPW）是用量最大的公用工程介质之一，广泛应用于晶圆清洗、刻蚀后冲洗、药液稀释、设备冷却等核心环节。关于纯水制备是否产生废气，行业内的普遍结论是：超纯水制备的核心主工艺以物理分离、膜过滤、离子迁移为主，本身不产生持续性的工艺废气；但在预处理、树脂再生、消毒灭菌、脱气及配套废水收集等辅助环节，会产生间断性或微量的废气排放，整体属于低风量、低浓度的厂务辅助废气，与晶圆制造前端的工艺废气（刻蚀、沉积、掺杂等）在来源、成分、排放量上有本质区别。

一、晶圆厂超纯水的典型工艺流程框架

为清晰定位废气产生节点，首先明确主流 12 英寸晶圆厂超纯水系统的典型工艺流程： 原水（市政自来水 / 地下水）→ 预处理单元（多介质过滤、活性炭过滤、软化、pH 调节）→ 一级反渗透（RO）→ 脱气单元 → 二级反渗透（RO）→ 电去离子（EDI）→ 抛光混床（Polishing MB）→ 终端超滤（UF）→ 各工艺生产用水点配套辅助系统包括：酸碱再生系统（仅传统工艺或现场再生型混床配置）、臭氧 / 紫外线消毒系统、加药系统、浓水及再生废水收集处理系统。

二、各工艺单元的废气产生来源与特性

（一）预处理单元：微量间断性废气

预处理单元的核心作用是去除原水中的悬浮物、胶体、有机物、余氯及硬度成分，为后续膜系统提供合格进水，该单元废气产生点分散且排放量较低。

加药调节与杀菌环节

1.       为控制结垢、微生物滋生和 pH 值，预处理阶段会投加盐酸 / 硫酸调节 pH、投加次氯酸钠进行杀菌消毒。投加强酸时，药液液面会有微量 HCl 或硫酸雾挥发逸出；次氯酸钠投加后，水中会析出少量游离氯气，尤其在水流扰动、曝气过程中会释放到气相中。这类废气浓度低、风量小，仅在加药点附近局部存在。

活性炭过滤器反洗过程

1.       活性炭滤罐通过吸附作用去除原水中的有机物、余氯、异味物质及少量重金属。在长期运行后，活性炭吸附饱和，需进行反冲洗再生。反洗时，水流高速冲刷炭层，原本吸附在活性炭孔隙中的挥发性有机物（VOCs）、硫化氢（H₂S）等气体会被解吸释放，产生短暂的异味废气。该废气仅在反洗时段产生，属于间断性排放。

脱气塔排气

      为降低水中溶解的二氧化碳（CO₂）、氧气（O₂），减轻后续 EDI 和混床的负荷，一级 RO 产水通常会经过真空脱气塔或膜脱气装置。脱气单元通过负压或膜分离将水中溶解的气体剥离，排出的气体以氮气、氧气、CO₂等空气成分为主，本身不属于污染物；但若原水中含有挥发性有机物，会随脱气过程一同被抽出，形成微量 VOCs 废气。脱气塔排气是纯水站中少数连续排放的废气源，但其污染物浓度通常极低。

（二）离子交换与再生系统：酸碱雾废气的核心来源

离子交换是超纯水中深度除盐的关键环节，根据技术路线不同，废气产生差异极大。

传统离子交换工艺（阳床 + 阴床 + 混床）

1.       早期超纯水系统采用强酸阳床 + 强碱阴床 + 混合离子交换床的工艺，树脂失效后需现场用盐酸、氢氧化钠溶液进行化学再生。再生过程中，酸碱药液的输送、喷射、与树脂接触反应时，会挥发出大量 HCl 酸雾和 NaOH 碱性气溶胶，是纯水站最主要的废气来源。该类废气具有周期性、高浓度的特点，再生周期通常为 1-3 天，每次再生持续 2-4 小时，废气中酸雾浓度可超过国家标准限值，必须收集处理。

EDI + 抛光混床主流工艺

      当前 12 英寸及先进制程晶圆厂普遍采用 “二级 RO+EDI + 一次性抛光混床” 工艺路线。EDI（电去离子）通过电场作用实现离子的定向迁移与连续除盐，无需酸碱化学再生，从根源上消除了大量酸碱雾的产生；而抛光混床多采用一次性抛弃型树脂，失效后整罐更换、交由第三方专业机构离线再生，厂区内不进行再生操作，因此无现场酸碱废气排放。 仅少数仍配置现场再生型抛光混床的工厂，会在树脂再生时段产生少量酸碱雾废气，但其再生周期长达数月，排放量远低于传统工艺。

（三）消毒灭菌单元：臭氧尾气

为控制超纯水输送管网和水箱中的微生物滋生，超纯水系统普遍配置臭氧消毒系统。臭氧发生器产生的高浓度臭氧通入纯水回路中，杀灭细菌、病毒及微生物膜，未完全溶解和反应的过剩臭氧会从水箱排气口、管路末端以尾气形式排出。 臭氧具有强氧化性和毒性，直接排放会危害人员健康和周边环境，属于必须管控的废气。该废气排放量与臭氧投加量、系统密闭性相关，通常在定期消毒时段浓度较高，正常运行维持低浓度投加时尾气量较少。

（四）配套废水收集系统：无组织挥发废气

纯水制备过程中会产生反渗透浓水、树脂再生废水、反冲洗废水等，这些废水收集于厂区废水调节池、收集池内。由于浓水中含有盐分、少量酸碱及有机物，液面会有微量酸雾、碱雾及异味气体无组织挥发。若水池未加盖密闭，会形成面源废气排放；加盖收集后则转为有组织排放。

三、纯水站废气的整体特征与行业管控

（一）废气整体特征

排放量小：与晶圆制造工艺动辄数万风量的酸碱废气、有机废气相比，纯水站废气总风量通常仅为每小时数百至数千立方米，属于厂务系统中的小风量废气源。

间断性为主：除脱气塔排气为连续低浓度排放外，酸碱再生、活性炭反洗、臭氧消毒等均为周期性、间断性排放，全年累计排放时长较短。

污染物类型相对简单：

主要污染物为 HCl 酸雾、NaOH 碱雾、臭氧、微量 VOCs 及硫化氢，不涉及半导体工艺中的特气、重金属、剧毒物质。

（二）行业常规废气治理措施

针对不同来源的废气，晶圆厂通常采取对应治理措施确保达标排放：

酸碱再生废气：设置酸雾净化塔，采用碱液循环喷淋吸收 HCl 酸雾；碱雾采用稀酸喷淋或水洗吸收，去除效率可达 95% 以上。臭氧尾气：配置臭氧破坏器，通过加热分解（300℃以上）或催化分解方式将臭氧转化为氧气，分解效率≥99%。脱气塔及废水池废气：根据污染物浓度选择直接高空排放，或接入活性炭吸附装置处理 VOCs 及异味。加药系统：采用密闭式计量箱、呼吸阀配置酸雾过滤器，减少无组织挥发。

四、常见认知误区澄清

误区一：纯水制备全是物理过程，完全没有废气

1.       核心膜分离过程确实以物理作用为主，但预处理、再生、消毒等辅助环节存在化学过程和气体释放，并非绝对无废气，只是产生量和危害远低于工艺废气。

误区二：纯水站废气属于工艺废气

1.       纯水站属于厂务公用工程系统，其废气归为辅助废气，与刻蚀、沉积等晶圆工艺生产过程产生的废气分属两套独立的排风处理系统，排放口、排放标准均不同。

误区三：所有纯水站废气量都一样

      废气量与工艺路线强相关：传统全离子交换工艺废气量最大，RO + 现场再生混床次之，RO+EDI + 一次性抛光树脂工艺废气最少，先进制程工厂的纯水站废气环保风险极低。

总结

晶圆厂超纯水制备系统并非完全无废气，但其废气主要产生于辅助环节，且随着工艺技术迭代，尤其是 EDI 技术和一次性抛光树脂的普及，酸碱再生废气已大幅削减。当前主流先进晶圆厂的纯水站废气具有排放量低、间断性排放、污染物种类简单的特点，通过常规的废气治理措施即可稳定达标排放，整体环境影响可控。

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