在半导体生产领域,某半导体生产企业每天排放高达 1800 吨的工业废水,这些废水的处理成为一个关键问题。半导体生产过程极为复杂,涉及众多工艺和技术,且使用大量有机溶剂,使得废水处理难度极大。
半导体工业废水主要包含以下几类污染物:一、重金属污染。在半导体制造中,各种蚀刻液和清洗剂常含有铜、锌、镉、铅、锡、镍等重金属。这些重金属若不妥善处理,进入环境后会对生态系统和人类健康造成严重危害。二、有机化合物。生产过程中使用的溶剂(如异丙醇、丙酮等)、光阻剂以及其他有机添加物会排放到废水中,增加了废水的处理难度。三、酸碱物质。晶圆生产和清洗过程会用到大量酸性(如硫酸、盐酸、硝酸)和碱性(如氢氧化钠和氢氧化钾)化学品,导致废水酸碱度失衡。四、悬浮固体。硅片切割时产生硅屑,以及其他固体残留物可能出现在废水中,影响废水的水质。五、含氨废水。在显影、清洗、湿法刻蚀等过程中会排放大量含氨废水,氨氮含量过高会对水体造成富营养化等问题。
处理半导体工业废水主要有化学法、物理法和生物法三种类型。一、化学法化学沉淀法和氧化还原法在半导体工业废水治理中应用较多。化学沉淀法操作简单、价格便宜,主要用于去除废水中的重金属污染物,包括中和沉淀法、铁氧体沉淀法、硫化物沉淀法等。其原理是通过投入化学药剂与重金属离子发生反应,将重金属离子转化为难溶的沉淀物质,再通过过滤或沉淀的方法进行分离,从而达到去除目的。例如,在中和沉淀法中,通过加入碱性物质,使重金属离子与氢氧根离子结合形成沉淀。
氧化还原法主要是利用氧化还原反应改变废水中污染物的化学性质,使其转化为易于处理的物质。
二、物理法蒸发结晶法和膜分离法是实现半导体工业废水回用的重要方法。膜分离法具有分离效率高、无二次污染、操作简便、占地面积小等特点,在半导体工业废水处理中具有很强的技术优势,也是目前 “中水回用系统” 的主要废水处理方法。
该方法包括反渗透法、超滤法、电渗析等。其中,反渗透是利用反渗透原理,在工业废水一侧施加较高压力,使作为溶剂的水分子透过半透膜,实现水与重金属及其他溶质的分离。
蒸发结晶法是通过加热废水使水分蒸发,溶质结晶析出,从而实现废水的浓缩和分离。
三、生物法生物法分为厌氧生物和好氧生物处理,主要用于去除废水中的有机物,也可设计出脱氮除磷的处理工艺,去除废水中的氨氮和磷。目前可去除重金属的生物法有生物吸附法、生物絮凝法、植物修复法以及生物化学法。
生物法具有简便实用、过程控制简单、污泥量少、二次污染少、效益高等特点。厌氧生物处理是高浓度有机废水的常用处理方法,在无需提供氧的情况下,利用厌氧微生物的代谢过程,将有机物转化为大量生物气(沼气)和少量细胞物质。其过程分为水解阶段、酸化阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。
处理半导体工业废水并非易事,需要结合多种废水处理方法(分质分流),设计一个废水处理系统,才能使废水稳定达到所需标准。