关于芯片废水处理技术的探讨

徐梦晏

（无锡市滨环环境技术有限公司，江苏 无锡 214000）

芯片生产促进社会朝着自动化、智能化的方向发展，给社会的发展和进步带来了积极意义。随着芯片生产的与日俱增，芯片生产产生的废水也越来越多，芯片废水和传统的工业废水与城市污水有着较大区别，芯片废水中的污染物种类更多，成分更为复杂，使其在废水处理方面具有一定难度。目前芯片生产企业对于芯片废水都是简单处理后就排放到污水处理厂，这种方式不仅不利于降低企业用水成本，而且还会增加污水处理厂的工作难度。因此，相关企业必须重视对芯片生产废水的科学处理。

1 芯片废水概述

芯片指的是内部含有集成电路的硅片，体积虽小，功能却十分强大，是电子设备的重要组成部分。芯片生产过程较为复杂，包括清洗硅片、化学气沉积等，其在生产过程中会产生大量废水，废水中污染物成分复杂，含有多种有害物质，通过单一的处理方式无法让废水得到净化，相关人员应该根据实际情况，进行分质处理。

1.1 常见废水处理工艺

芯片废水成分复杂，不同废水中含有不同的污染物，需要进行分质处理。对于酸碱性废水，其pH值一般在2～12范围内，在处理这类废水时，需要将其收集到调节池中，主要作用有两个，一是均衡水质，二是调节水量。在集中到调节池后需发挥提升泵的作用，对酸碱性废水进行中和处理，调节废水的pH值，将废水pH值调节至中性后，就可以进行排放。对于含氟废水，在收集后需要对废水中的氟离子进行处理，相关人员可以利用氟化钙进行絮凝沉淀，以此达到去氟的目的。处理时首先需要提供酸性环境，在废水中加入钙离子，让其与废水中的氟离子进行反应，生成氟化钙沉淀，然后进行固液分离处理，使废水达到排放标准。对于含磷废水，可使用化学沉淀方式进行处理。在废水池中加入相关的化学试剂，让其和废水中的磷发生反应，产生含磷沉淀物，再进行固液分离。这种处理含磷废水的方式起源于欧洲，一般是用亚铁盐、铝铁聚合物等作为化学试剂，去除废水中的磷。处理有机废水时，由于有机废水中重铬酸钾、氨氮等污染物的含量较高，需要将有机废水集中到调节池，进行中和处理，然后再将中和后的有机废水集中到生化池处理，再放入沉淀池进行分离处理，经过一系列处理后方可进行排放。在进行芯片废水处理时，相关人员还应该重视对污泥的处理，在沉淀池中会产生大量污泥，污泥中的水分仍然含有污染物，因此需要对污泥进行干化处理，利用脱水设备将污泥制成泥饼，再运输出去。

1.2 芯片废水处理工艺的风险控制

芯片废水含污染物多，且污染性强，处理芯片废水容易造成安全风险。因此相关人员在进行芯片废水处理时，必须保证生产线的安全，控制企业生产带来的风险，确保废水处理系统能够稳定运行，这就需要废水处理厂工作人员在以下几方面进行控制。（1）保证废水收集系统管道的密闭性。防止发生渗漏，对附近的环境造成影响。废水处理池除了调节池外，还需要设置事故池，起到及时容纳事故废水的作用[1]。（2）保证电量的稳定供应。废水处理设备需要电力支持，为避免突然断电带来的影响，应该采用双回路供电，配备不间断电源系统。（3）构建现代化处理系统。芯片废水调控系统主要由PLC柜、操作柜以及监测系统等组成，具备自动控制功能，如果检测到废水没有达到排放标准，系统会发出指示，自动回流进行二次处理。（4）保证废水处理设备的质量。对于处理废水的水泵、风机等设备，质量必须合格，同时还要有一定的备用设备，如果相关设备在运行中出现问题，能够立即进行替换，保证设备正常运行。

2 芯片废水处理工艺的设计和流程

本工程是对某企业的芯片生产废水进行处理，该企业芯片废水中的污染物主要有酸碱性废水、有机废水以及含铜废水等。相关人员经过对该企业芯片废水的分析，发现其不具有可生化性，因此将芯片废水和生活污水融合在一起处理，能够显著增强芯片废水的可生化性。经过检测，芯片废水中污染物含量如表1所示。

表1 芯片废水污染物含量

此次芯片废水处理工程的处理水量为100 m3/d，根据本地的废水排放标准，废水中含氟量每升要小于20毫克，COD小于300毫克，铜量小于0.5毫克，pH值应该处于6～9范围内。

2.1 芯片废水工艺设计

芯片废水成分复杂，想要让其达到本地的废水排放标准，相关人员首先应该进行分质处理，然后再进行深度处理，确保净化效果。（1）首先是对分质预处理的设计。在利用生化工艺进行芯片废水处理时，会产生一定的冲击负荷，需要进行分质预处理来改变这一情况。对于含铜废水而言，其主要的污染物为亚铜离子和铜离子，处理总铜的方式较多，可以通过电解法将铜离子电离，也可以采用离子交换、化学沉淀等方式进行处理。在众多处理方式中，化学沉淀法应用较为广泛，成本较低，处理效果也较好。通过表1，我们可以发现有机废水中的污染物较多，COD含量为37 000～38 200 m3/L，氨氮的含量为200～240 m3/L，TP浓度达到了65～85 mg/L，因此对于有机废水需要采用芬顿氧化进行预处理，这种方式可以在一定程度上使芯片废水中的污染物含量降低[2]。对于含氟废水，可以利用氟化钙进行絮凝沉淀，此法能够有效清除氟离子。（2）其次是深度处理设计。经过预处理后，芯片废水中的有机物以及重金属等污染物的含量还是超过了相关标准，因此需要通过深度处理使废水能够达到排放要求。相关人员可以通过工艺组合的方式，进行废水的深度处理。将MBR膜处理系统、活性污泥法以及IC厌氧反应系统进行组合，可以高效降解氨氮和有机物等。其中厌氧反应系统可以承受较高的负荷，处理有机物的效果良好，但是难以对氨氮进行处理，所以设计了活性污泥法进行脱氮处理，氨氮在系统中能够进行硝化反应，既可以实现脱氮，还能显著降解有机物。在芯片废水集中到MBR膜处理系统后，MBR膜能够对相关污染物起到过滤的作用。增加好氧系统中的生物，对于废水中剩余有机物的处理具有关键作用。此外，为了去除难以生化降解的污染物，相关人员还可以设计芬顿氧化与二级物化进行处理，其对于有机废水中的COD处理效果较为显著。此外，为了增强芯片废水的可生化性，相关人员可在厌氧反应系统前端设计水解酸化池，这对提高芯片废水生化处理效率可以起到促进作用。相关人员经过实验研究，最终确定芯片废水处理工艺设计为化学沉淀、酸化池处理、厌氧处理、活性污泥处理、MBR膜处理、芬顿氧化处理、再次沉淀处理。

2.2 芯片废水工艺处理流程

在进行芯片废水处理时，首先要进行预处理来降低有机废水、含铜废水、氟废水中的污染物。含铜废水的处理流程为：收集池+混凝反应池+综合调节池处理。本工程通过在混凝反应池中加入氢氧化物，生成相关沉淀物，在处理池中加入氢氧化钠中和废水，让其pH值达到8左右，然后加入硫酸铁以及重补剂等物质，让生成的沉淀物和胶体进行絮凝沉淀，可以实现对废水中总铜的处理。有机废水的处理流程为：收集池+芬顿氧化池+混凝反应池+综合调节池处理。芬顿反应池中的处理可以分成两个阶段。一是在氧化池中加入硫酸调节废水的酸性，将pH值调节至3.5左右，然后在氧化池中加入过氧化氢和硫酸铁，让其反应半个小时左右，以此来氧化废水中的一些有机物；二是在混凝反应池中加入氢氧化钠，将废水pH值调节至8，然后加入聚合氯化铝和有机高分子，促进芯片废水中的沉淀物、胶体等进行沉淀反应。含氟废水处理流程为：收集池+混凝反应池+综合调节池处理[3]。对于含氟废水一般采用的是化学沉淀法，为提高氟离子的去除效果，会在混凝反应池中加入相应的混凝剂，同时还要加入氢氧化钠进行中和处理，将废水pH值调节至9左右，然后加入氢氧化钙对氟离子进行吸附，再加入聚合氯化铝以及有机高分子等进行絮凝。芯片废水经过预处理后，应该进行静置过程，静置过后将废水中的上层清液统一引入到综合调节池。此外，需要注意的是，芯片废水处理过程中会产生大量污泥，需要将这些污泥进行脱水处理，可以利用污泥脱水机完成污泥脱水工作，最后将污泥运送出去。

其次是通过深度处理，彻底净化芯片废水中的污染物。芯片废水在经过分质预处理后会形成三类废水、酸碱性废水，以及为提高芯片废水的可生化性，本工程将生活污水与芯片废水进行了融合，因此深度处理需要对上述几种类型废水进行处理。废水深度处理的流程为：综合调节池+物化反应系统+酸化池+厌氧反应系统+活性污泥处理系统+膜处理系统+芬顿氧化池+物化反应系统+清水池处理。在进行预处理后，所有废水都集中在了综合调节池中，其中铜的含量在40 mg/L左右，可以继续利用混凝沉淀的方式进行处理。废水从物化反应系统中出来后，被直接引入到酸化池中，利用酸化池的环境培养微生物，可以形成酸化和水解微生物，能够在一定程度上提高芯片废水的可生化性。废水经过酸化池处理后，生化需氧量与化学需氧量的比值显著提高，由原来的0.2上升到0.4，大大提高了废水的可生化性。接下来可以将废水引入到厌氧反应系统中，利用系统中的厌氧微生物进行降解，再通过生成沼气的方式排出，经过厌氧反应系统处理，有机污染物可以减少70%左右。处理过的废水会进入到活性污泥反应系统中，通过硝化作用进行脱氮处理[4]。然后废水进入到MBR膜处理系统中，本工程使用的是陶瓷平板微滤膜，其过滤效果非常好，相关微生物能够长时间停留，大大提升了反应效果，并进一步提升出水水质。经过膜系统处理后的废水进入到芬顿氧化池中进行絮凝沉淀。芯片废水经过深度处理后，可以达到排放要求，其中一半的废水外排，另一半废水可进行回用，回用废水可以用来冲洗系统等，有助于节约水资源。

3 芯片废水处理优化措施

优化芯片废水处理，应该重视设备的选择。在进行芯片废水处理的过程中，需要用到各种各样的设备，设备的质量会给废水处理带来直接影响。因此，相关人员必须重视废水处理设备的选择，提高设备质量，为废水处理提供支持。因为芯片废水中的污染物比较特殊，所以一般反应池池体会使用纤维增强复合材料作为池体材料[5]；其次是对传输泵的选择，可以利用无轴封磁力泵，因为其具有较强的密封性，可以防止发生渗漏等情况，避免意外污染；最后是对监测仪表的选择，监测仪表在废水处理中发挥了重要作用，所以需要保证监测仪表的质量，相关人员应选择防腐性较强的仪表，使其能够保持正常工作。

4 结语

综上所述，芯片生产过程中会产生大量的废水，其污染性较强，必须进行科学处理。相关人员应结合芯片废水水质，深入分析处理工艺，对处理工艺风险进行有效控制；为提高芯片废水处理效果，在进行分质预处理后，还要结合实际情况进行深度处理，各种处理都应严格按照相关流程进行；同时，还要通过优化处理设备，进一步提升废水处理质量。