芯片生产废水处理技术探讨 3页

芯片生产废水处理技术探讨蒋卫刚季连芳甘晓明邢绍文(上海市环境科学研究院,上海200233)摘要通过实地调研,结合工程经验,采用比较分析的方法,就芯片生产废水中典型的含氨废水、含氟废水、研磨废水和酸碱废水的处理分别给出了较优的处理工艺流程,即浓氨吹脱—两段沉淀—三级酸碱中和处理工艺,其处理效果较好,将含氟废水与CMP研磨废水混合处理可节省投资。同时,介绍了设备选型中应注意的问题。关键词芯片生产废水氟氨设备选型自2000年国家“十五”规划的行业鼓励性政策含氨废水有两部分,一部分是浓氨氮废水,主要出台,中国芯片产业掀起一轮前所未有的投资热潮,含氨氮和双氧水,氨氮浓度达400～1200mg/L;另全球著名的芯片厂商,如德州仪器、英特尔、AMD一部分是稀氨废水,主要含氟化氨,氨氮浓度低于等,纷纷在中国建立合资或独资公司。然而关于芯100mg/L。片生产废水排放的国家和地方标准尚未出台。本文2.1.1浓氨废水吹脱吸收工艺(见图1)结合工程实例,通过调研分析得出最优工艺流程,并指出设备选型中应注意的问题。1废水分类与来源集成电路芯片制造生产工艺复杂,包括硅片清洗、化学气相沉积、刻蚀等工序反复交叉,生产中使图1浓氨废水处理系统流程用了大量的化学试剂如HF、H2SO4、NH3·H2O等,该工艺最大优点是去除效率高,运行成本低。从废水的主要污染物分类和来源情况见表1。3A公司二期工程(浓氨废水水量10m/h,NH3-N表1芯片生产废水污染物分类与来源400～800mg/L)的运行情况来看,经一级吹脱,氨氮废水类别主要工艺来源主要污染物的去除率在70%左右,二级吹脱后达90%以上。其含氨废水清洗、刻蚀、去胶氨氮、双氧水主要缺点是一次性投资成本相对较高;由于控制系氟化物、磷酸、氨含氟废水清洗、腐蚀去胶统运行的参数(温度、流量、风速、pH等)较多,系统氮、pH等BG/CMP研磨废水CMP过程SiO2粉末调试的难度相对较大;当进水水质水量波动较频繁、硫酸、硝酸、少量酸碱废水清洗、光刻、去胶较大(加药量的突增或突减)时,系统出水水质不稳有机溶剂有机物(酚醛树定。A公司的一期浓氨废水处理系统(处理量是二有机废水光刻、均胶脂等)期的一半),因受到水质、水量冲击负荷的影响(水量HF、HCl、硫酸废气洗涤塔废水35～8m/h,NH3-N600～1000mg/L),出水雾、NOx、氟、氨氮等NH3-N基本都在100mg/L以上。2废水处理工艺2.1.2稀氨废水化学氧化工艺(见图2)根据生产废水的排放情况及各股废水的主要污染指标,将生产废水处理分为:含氨废水处理系统、含氟废水处理系统、CMP研磨废水处理系统及酸碱废水处理系统。图2稀氨废水处理系统流程2.1含氨废水处理系统因该工艺在处理过程中需要投加大量的化学药给水排水Vol.32No.7200659n剂,稀氨废水化学氧化工艺的运行成本相对浓氨吹子浓度基本达到小于20mg/L的要求。当受到较脱工艺要高得多。其主要优点是一次性投资较低;大、较频繁的水质冲击负荷时,通过过量投加药剂即控制简单,通常采用检测各池内的氧化还原电位来可确保水质达标。该工艺易于改进,可改为二级反控制加药量;运行比较稳定。B公司(稀氨废水水量应→沉淀→一级混合反应→沉淀的两阶段沉淀工315m/h,NH3-N80～120mg/L)和C公司(稀氨艺。C公司采用了两阶段沉淀的改进工艺,其出水3废水水量10m/h,NH3-N80～180mg/L)均采用氟离子浓度可控制在10mg/L以下。了此工艺,但是运行效果相差很大。B公司在一期2.3CMP研磨废水处理系统(见图4)中,采用了氧化还原电位计进行反应过程的控制,同时还采用了氨离子分析仪来检测出水;在一期运行经验的基础上,B公司的二期仍然采用稀氨氧化工艺,但减少了氧化还原电位计和氨离子分析仪表,通过对进水的控制与调节(减小氨浓度变化幅度),来图4CMP研磨废水处理系统流程实现系统的正常运行。而C公司一期同样采用此研磨废水处理与含氟废水处理很相近,若从节3工艺,在未达到设计水量时(仅为7m/h),运行效省投资的角度考虑,可以采用同一系统同时处理含果尚可,但是随着废水量的增加,其运行效果并不理氟和CMP研磨两股废水,否则,将增加额外的投想(出水经常超标),现在二期已改用浓氨吹脱吸收资。上文提到的A公司和B公司均是如此。但A工艺。两公司运行效果相差大的原因,很可能是稀公司在运行过程中出现了一些问题:不易控制,运行氨废水中混入的浓氨废水的比例相差较大(B公司和出水不稳定,药剂投加量和产泥量都大大增加,运仅含10%不到,而C公司超过25%),C公司的稀氨行成本也大增,其原因可能是前端的调节池太小,不废水中的氨氮浓度波动相对较大。能很好地调节进水水质,尤其是pH。2.2含氟废水处理系统(见图3)2.4酸碱废水处理系统(见图5)图3含氟废水处理系统流程因该工艺处理过程中需要投加大量的化学药图5酸碱废水处理系统流程剂,故运行成本较高。工艺中采用CaCl2溶液代替pH的调节是该工艺的关键。一方面,从pH调[1]节和加药量的控制角度考虑,反应级数越多越好、药传统去氟采用的消石灰,可减少氟化钙污泥量、原料用量和碱液,同时,可避免粉态消石灰的逸散,防剂浓度越低越有利于控制;另一方面,从投资成本的止管道堵塞,易于控制投加量,确保系统的稳定高效角度考虑,反应器、药剂储槽越少越好,两方面互相3-矛盾。A公司一期(酸碱废水水量120m3/h,pH运行。如D公司(含氟废水水量15m/h,F300mg/L)虽配备了消石灰加药装置,但在实际运行过1～12),采用了两级反应池、酸碱原液直接投加,运程中由于投加粉态消石灰的种种问题(投加量不易行出水不稳定且药剂消耗量很大。C公司采用了三控制、管路堵塞、运行不稳定、污泥量很大),目前基级反应池、酸碱的稀释液(<10%)投加,运行稳定,[2]药剂消耗量很少。本停用,而改投CaCl2溶液,运行稳定,出水达标。若含氟废水的水量很高,从节省成本角度考虑,可采3主要设备选型[3]根据芯片生产的特点,企业对废水处理系统的用CaCl2与Ca(OH)2固定配比的混和溶液。由于该工艺较成熟、出水较易控制,通常采用二稳定性和自动化要求较高,因此废水处理系统的主级混合反应→一级助凝→一级沉淀,系统出水氟离要设备选型是相当重要的。60给水排水Vol.32No.72006n(1)池体。根据芯片生产废水的性质,一般池从长远的角度来看,其较低的运行成本更具有经济体均采用FRP内衬或者FRP材质储槽。从实际运效益的优势。将含氟废水与CMP研磨废水混合处2行效果来看,可采用SW901乙烯基树脂、450g/m理,节省了投资,若能在运行中有效控制其稳定性,2的玻纤布及30g/m的面毡,FRP内衬层做2.5mm可进一步提高其经济效益。厚即可。表3典型芯片生产企业废水处理成本(投资/运行)对比(2)传输泵。目前,上海的各芯片制造企业普单元A公司C公司B公司浓氨吹脱/元/m310000/115遍采用的是无轴封磁力泵(台湾ASSOMA应用最稀氨氧化/元/m33000/2135000/219广),使用效果也不错。主要原因是普通离心泵机械含氟沉淀/元/m33500/018密封处经常会出现泄漏问题,而磁力泵不存在此问4000/1152800/112CMP沉淀/元/m32500/015题。A公司一期曾使用普通离心泵,后来因检修频3酸碱中和/元/m2500/1181300/1191800/117繁而采用磁力泵替代。但磁力泵的主要缺点是流量总计/元/m33800/2112200/2133200/215相对较小、价格较高。5结论(3)在线监测仪表。废水处理系统的稳定正常芯片废水是伴随着工业的发展而产生的一种新运行与在线监测仪表的正常工作是密切相关的。而型废水,通过对废水的分类收集和单独处理,可以实在线监测仪表(尤其是pH计)的电极探头属易耗现芯片废水的总达标排放的目的。通过对各股废水品,针对各子处理系统的废水特点应选用不同材质处理工艺的实际处理情况的比较,以及各自的环境和防腐等级的电极探头。为确保其正常工作,需要经济效益分析,得出芯片废水处理的最佳组合方案:由专人负责定期清洗、校正及更换。浓氨吹脱吸收工艺—含氟废水两阶段沉淀工艺(含4环境经济效益比较氟废水与CMP研磨废水混合处理)—三级酸碱中表2为A、B、C三家公司芯片生产废水处理效和处理工艺。果情况对比。表3为A、B、C三家公司芯片生产废参考文献水处理工程投资及运行的成本对比(运行成本中不1胡韦林.微电子工业生产废水处理及回收利用.工业水处理,包含人工费与折旧费),由表3可知,浓氨吹脱吸收2001,21(12):40～412周知义,窦佩琼,张耘.含氟废水处理的一种新工艺.设备管理与工艺的一次性成本虽比稀氨化学氧化工艺要高,但维修,2004,(8):31～32表2典型芯片生产企业废水处理情况的对比3高明华,梁云,徐怡珊.氟化工废水处理技术.化工环保,2004,24单元主要参数A公司C公司B公司(91):186～191处理水量m3/h10浓氨☆通讯处:200233上海市钦州路508号进水NH3-N/mg/L800未采用未采用吹脱电话:(021)640851192517出水NH3-N/mg/L<50收稿日期:20060215处理水量/m3/h1515稀氨修回日期:20060418进水NH3-N/mg/L未采用100120氧化出水NH3-N/mg/L<20>353北海市铁山港区供水工程处理水量/m/h152020含氟进水F-/mg/L300300300沉淀该供水工程位于广西壮族自治区北海市铁山港出水F-/mg/L>2020<103区,项目近期建设规模23万m/d,远期建设规模处理水量/m3/h101010CMP4417万m3/d,建设内容为控制闸,双隧洞3278m,进水SS/mg/L200020002000沉淀和输水管道2814km。项目总投资211208亿元人出水SS/mg/L8060<503民币,建成后,年收入404～485万美元,利税157～处理水量/m/h1801501503酸碱进水pH3～133～133～13229万美元(水价按0106美分/m计)。中和出水pH6～96～96～8(通讯员武云甫任晓燕)反应级数234给水排水Vol.32No.7200661