引言

半導(dǎo)體芯片及成品生產(chǎn)的企業(yè)，生產(chǎn)過程中用到大量鹽酸、硫酸、氫氟酸、磷酸、氨水、氟化銨等化學(xué)試劑。硅片在清洗、刻蝕階段、清洗系統(tǒng)CDS、產(chǎn)生大量的含酸廢水，含氟廢水。新建的廢水處理站包括酸性含氟廢水處理系統(tǒng)及污泥處置系統(tǒng)和配套的化學(xué)藥劑投加系統(tǒng)等。本文主要介紹含酸性含氟廢水處理系統(tǒng)。

1工藝設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)水量和進(jìn)出水水質(zhì)半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)在硅片清洗、刻蝕階段、清洗系統(tǒng)CDS等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量酸性含氟廢水。具體廢水來源見表1。設(shè)計(jì)水量為45m3/h，處理后水質(zhì)達(dá)到GB13456—92半導(dǎo)體行業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)1992年后一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和GB8978—1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)出水水質(zhì)見表2。

1.2工藝流程生產(chǎn)廢水處理的工藝流程如圖1所示。

該裝置的運(yùn)行模式為:含氟污水進(jìn)入調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)，池中設(shè)有水位控制裝置，當(dāng)廢水的水位高于一定的預(yù)設(shè)水位后，通過PLC聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)將均質(zhì)后的廢水由提升泵送入一級(jí)反應(yīng)池，一級(jí)反應(yīng)池中設(shè)有機(jī)械攪拌裝置使廢水充分反應(yīng)，向一級(jí)反應(yīng)池中投加一定量的NaOH和CaCl2(定量)，同時(shí)通過在線F表和pH計(jì)控制NaOH投加量和氯化鈣投加量，一級(jí)反應(yīng)池pH值控制在7～8之間，氯化鈣投加量按氟離子濃度定量投加。一級(jí)反應(yīng)池出水通過溢流口自流到二級(jí)反應(yīng)池，向二級(jí)反應(yīng)池中投加一定量的NaOH、氯化鈣，進(jìn)一步降低廢水中F－含量和調(diào)節(jié)pH至8～9。二級(jí)反應(yīng)池出水通過溢流口自流到絮凝反應(yīng)池中，通過定量投加PAC、PAM，將廢水中的沉淀物凝聚成較大的礬花，絮凝池中設(shè)有轉(zhuǎn)速較低的機(jī)械攪拌裝置，攪拌混合反應(yīng)后溢流至沉淀池。絮凝池出水通過溢流口流入斜板沉淀池中進(jìn)行泥水分離，沉淀池內(nèi)的污泥通過啟動(dòng)氣動(dòng)隔膜泵打污泥進(jìn)入污泥濃縮池，濃縮后的污泥由污泥泵輸送至廂式隔膜壓濾機(jī)進(jìn)行干化脫水后外運(yùn)。沉淀后的上清液溢流進(jìn)入出水池，并通過機(jī)械泵打入酸堿廢水收集槽，進(jìn)一步調(diào)節(jié)PH后，達(dá)標(biāo)排放。

2主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1廢水調(diào)節(jié)池廢水調(diào)節(jié)池用于接收半導(dǎo)體芯片生產(chǎn)工藝的酸性含氟廢水，伴隨著不同產(chǎn)能排出流量不定的間歇流廢水在該池得到均化，為系統(tǒng)后續(xù)構(gòu)筑物提供穩(wěn)定流量的廢水。調(diào)節(jié)池的尺寸為:D3800mm×SH4500mm，調(diào)節(jié)池的有效溶劑為51.09m3，池子為玻璃鋼材質(zhì)。池內(nèi)壁設(shè)置混流擋板(寬50mm，高1000mm)。在20m3/h的流量下廢水在調(diào)節(jié)池的停留時(shí)間為2h。調(diào)節(jié)池中采用機(jī)械混合攪拌，調(diào)節(jié)池下游的超聲波流量計(jì)(TDS-100F-1-D-B2-80-4)用于控制到一級(jí)反應(yīng)池的廢水流量。超聲波液位計(jì)用以檢測(cè)酸性含氟廢水調(diào)節(jié)池的液位。輸送泵1備用，通過現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)手動(dòng)控制或通過PLC自動(dòng)控制開啟與關(guān)閉。通過調(diào)節(jié)閘閥開度使泵的流量保持在20m3/h，保證整個(gè)處理工藝的穩(wěn)定。

2.2三級(jí)反應(yīng)池三級(jí)反應(yīng)池:設(shè)三個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)池，每池水力停留時(shí)間為60min，則每池有效容積20m3，D2600×SH4000，玻璃鋼材質(zhì)，在流量20m3/h，停留時(shí)間約為1h。各池內(nèi)還設(shè)有單速攪拌機(jī)，用于保證廢水與投加試劑充分混合及反應(yīng)，同時(shí)避免沉淀在池內(nèi)沉降。從一級(jí)反應(yīng)池到三級(jí)反應(yīng)池采用溢流方式運(yùn)行，其投藥量根據(jù)pH值和F－的濃度的變化自動(dòng)調(diào)整，pH和F－質(zhì)量濃度均采用探頭在線檢測(cè)。一級(jí)反應(yīng)池中投加NaOH和CaCl2，廢水pH調(diào)節(jié)到7～8，生成CaF2沉淀。由于芯片生產(chǎn)過程復(fù)雜，含氟廢水水質(zhì)波動(dòng)較大，因此在二級(jí)反應(yīng)池繼續(xù)投加NaOH和CaCl2，一方面調(diào)節(jié)pH到8～9，便于后續(xù)絮凝沉淀，另一方面，進(jìn)一步去除水中的氟化物，保證出水達(dá)標(biāo)。形成的CaF2沉淀是一種細(xì)微的結(jié)晶物，沉降速度很小，如不經(jīng)凝聚難以沉降，因此，在三級(jí)反應(yīng)池中加配置濃度為30%的混凝劑聚合氯化鋁(簡(jiǎn)稱PAC)及0.1%的分子量為1400萬陰離子型聚丙烯酰胺(PAM)，通過單速攪拌機(jī)攪拌，保證試劑的充分混合和沉淀物的沉降。然后，廢水?dāng)嚢杌旌戏磻?yīng)后溢流進(jìn)入絮凝池，在絮凝池內(nèi)加入配置濃度為0.5%的聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PAM)有機(jī)高分子絮凝劑，通過吸附架橋作用，將小分子成點(diǎn)形成大顆粒的絮狀物，同時(shí)池內(nèi)裝有低速攪拌機(jī)攪拌，保證藥劑充分混合，并不讓沉淀物在罐體內(nèi)沉降。但不會(huì)打碎絮凝體，保證在后級(jí)中能充分沉淀。進(jìn)一步強(qiáng)化化學(xué)沉淀混凝除氟效果，它投加量小，處理效果好。

2.3沉淀池沉淀池采用斜板式沉淀池，由進(jìn)水裝置、出水裝置、沉淀區(qū)、緩沖區(qū)、污泥區(qū)及排泥裝置等組成。池內(nèi)污泥定期采用污泥泵提升的方式提升至污泥濃縮池進(jìn)行濃縮沉淀。沉淀池有效容積40m3/h，L5000m×W3000m×H3800mm，鋼砼防腐結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有錐型泥斗，出水設(shè)置鋸齒型出水堰。沉淀池內(nèi)集合了混合、固/液分離、CaF2沉淀等功能。沉淀池表面溢流率約為0.5m3/(h·m2)。出水通過池頂邊緣的V形堰溢流進(jìn)入出水池，然后通過含氟出水泵打至酸堿廢水收集槽。沉淀的污泥通過啟動(dòng)氣動(dòng)隔膜泵打污泥進(jìn)入污泥濃縮池。污泥輸送泵根據(jù)其流量及污泥沉降比與含氟出水泵聯(lián)動(dòng)，即出水泵運(yùn)行一定時(shí)間后含氟污泥輸送泵啟動(dòng)并運(yùn)行設(shè)定的時(shí)間，

2.4反應(yīng)器中間池有效容積25m3，D3000mm×SH3700mm，可以作為pH最后的調(diào)節(jié)池，也可作為后續(xù)生物濾池的貯水池。根據(jù)實(shí)際需要作用不同。如果中間池中出水合格，可以打開旁通閥，出水就不進(jìn)入生物濾池，直接排放。

2.5生物濾池生物濾池是流程的最后保障，設(shè)備進(jìn)水采用下進(jìn)上出，保證濾料不跑料，廢水進(jìn)入活性炭吸附生物濾池進(jìn)行深度處理，生物濾池有效容積18m3，3.0m×3.5m，鋼砼防腐結(jié)構(gòu)，在流量30m3/h時(shí)停留時(shí)間約為0.5h。取生物濾池排水口的作為出水監(jiān)測(cè)使用，確保處理出水在排入工廠排水系統(tǒng)之前的pH、SS、COD和F－離子濃度都已達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。

2.6污泥濃縮池沉淀池底部沉淀的污泥泵入污泥濃縮池。污泥濃縮池有效容積20m3，D2600mm×SH3800mm，碳鋼防腐。主要作用是貯存污泥并使污泥在其中進(jìn)行壓縮沉淀，達(dá)到污泥濃縮的目的。通過該工藝形成密實(shí)的固體顆粒，能夠得到更好的沉淀和濃縮及過濾性能。

2.7廂式隔膜壓濾機(jī)污泥濃縮池的污泥通過污泥泵打入廂式隔膜壓濾機(jī)(XMZG50/1000-U)，廂式隔膜壓濾機(jī)通過機(jī)械力量壓縮污泥，將污泥中的水?dāng)D壓出來。工作流程:壓緊濾板—進(jìn)料—濾餅壓榨———濾餅吹風(fēng)—卸料。首先過濾的料液通過輸料泵在一定的壓力下，從后頂板的進(jìn)料孔進(jìn)入到各個(gè)濾室，通過濾布，固體物被截留在濾室中，并逐步形成濾餅;液體則通過板框上的出水孔排出機(jī)外。隨著過濾過程的進(jìn)行，濾餅過濾開始，泥餅厚度逐漸增加，過濾阻力加大。進(jìn)料一段時(shí)間后進(jìn)行壓榨，通入壓縮空氣至隔膜板使其鼓脹，進(jìn)一步對(duì)泥餅進(jìn)行壓榨脫水。為保證污泥含水率在70%左右，壓榨壓力需保證在8～12kg。壓榨完成后，對(duì)泥餅進(jìn)行吹風(fēng)，進(jìn)一步降低其含水率。

3技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析處理規(guī)模20m3/h，占地面積800m2，系統(tǒng)總裝機(jī)功率81.1kW，運(yùn)行功率45.9kW。處理成本約2元/m3(不含污泥處理處置部分的費(fèi)用)。

4結(jié)論

試驗(yàn)表明，該工藝用于半導(dǎo)體廠酸性含氟廢水處理系統(tǒng)是切實(shí)可行的。為了能夠很好控制pH調(diào)節(jié)池+三級(jí)反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置在線pH計(jì)，同時(shí)在投加化學(xué)藥品的的管道上要安裝可以調(diào)節(jié)流量的自動(dòng)閥門，pH控制的好壞，是該工藝能否成功的關(guān)鍵所在。

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