王禮春，徐文祥，張雨萌，鄭登虎，凌水義，王曉剛，田永康

（江蘇中電創(chuàng)新環(huán)境科技有限公司，江蘇 無錫 214000）

隨著半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)制造規(guī)模日益擴(kuò)大，半導(dǎo)體廢水處理產(chǎn)量隨之?dāng)U增。半導(dǎo)體生產(chǎn)制造中包含多種工藝廢水，如刻蝕、沖洗等工序中包含多種廢水。這些混合廢水產(chǎn)量大，并且存在一定的毒性作用，對(duì)于人類身體健康和環(huán)境問題造成潛在的隱患。本文主要針對(duì)江蘇無錫某6 寸、12 寸半導(dǎo)體生產(chǎn)及砷化鎵（GaAs）封測(cè)廢水項(xiàng)目（見表1），其中處理工藝包括含氟廢水、有機(jī)廢水、氨氮廢水、研磨廢水、酸堿廢水、重金屬廢水等10 余種廢水系統(tǒng)。特別是本項(xiàng)目中使用“短程硝化+新型厭氧氨氧化”工藝進(jìn)行廢水脫氮，使用生物脫氮代替?zhèn)鹘y(tǒng)氨氮吹托工藝，不僅節(jié)省了投資運(yùn)行成本，而且為同類半導(dǎo)體廢水行業(yè)提供參考。整個(gè)工藝出水水質(zhì)滿足《半導(dǎo)體行業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（江蘇省地方標(biāo)準(zhǔn)）DB 32/3747—2020 間接排放標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表1 廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)

表2 廢水系統(tǒng)排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

1 項(xiàng)目介紹

江蘇無錫某半導(dǎo)體廢水項(xiàng)目主要為6 寸、12 寸半導(dǎo)體生產(chǎn)及砷化鎵（GaAs）封測(cè)項(xiàng)目，其中12 寸半導(dǎo)體產(chǎn)能為5000 片/月，6 寸濾波器產(chǎn)能為15000 片/月，6 寸GaAs 封測(cè)產(chǎn)能為3 000～3 500 片/月。項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理水量為7 267 m3/d，廢水處理系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)如圖1，出水水質(zhì)如圖2。

圖2 氨氮及有機(jī)廢水處理流程圖

2 設(shè)計(jì)工藝

2.1 含氟廢水處理系統(tǒng)

含氟廢水通過廢水收集槽進(jìn)入調(diào)節(jié)池，廢水調(diào)節(jié)池包含可回收含氟廢水RO 濃水及LS（活性污泥）回收水反洗廢水，經(jīng)過廢水調(diào)節(jié)池后廢水中pH 保持在1～3、氟離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 000×10-6、TP 質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20×10-6，流經(jīng)化混反應(yīng)槽時(shí)經(jīng)過與NaOH、H2SO4、CaCl2、PAC、PAM 藥劑混合反應(yīng)，使蘭美拉沉淀槽中pH 在8～9 之間、氟離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至15×10-6、TP質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至3×10-6。此外，為了自動(dòng)調(diào)節(jié)藥劑投加量，在化混反應(yīng)槽中段和蘭美拉沉淀槽管末段設(shè)置氟離子濃度檢測(cè)儀，用于在線監(jiān)測(cè)氟離子排放濃度，可以隨著調(diào)整化學(xué)藥品的加藥量。

2.2 氨氮及有機(jī)廢水處理系統(tǒng)

氨氮廢水處理采用“短程硝化+厭氧氨氧化”新工藝，氨氮廢水經(jīng)過廢水調(diào)節(jié)池，再經(jīng)預(yù)處理進(jìn)入短程硝化處理系統(tǒng)，短程硝化是在好氧條件下，通過氨氧化菌（AOB）以氧氣為電子受體將氨氧化成亞硝酸鹽[1]。短程硝化可節(jié)省曝氣量，減少CO2釋放量及污泥產(chǎn)量等。高氨氮廢水短程硝化過程中N2O 釋放主要通過硝化菌好氧反硝化及羥胺化學(xué)和/或生物氧化作用[2]。

此項(xiàng)目中替換以往的氨氮吹托工藝，使用更環(huán)保的生物處理方法進(jìn)行廢水脫氮。在嚴(yán)格厭氧的條件下，厭氧氨氧化菌（AnAOB）以CO2或HCO-為碳源，以NH4+-N 為電子供體，以NO2--N 為電子受體，將其直接轉(zhuǎn)化為氮?dú)馊コ?，進(jìn)而完成脫氮過程[3]。經(jīng)過厭氧氨氧化處理的廢水和被調(diào)節(jié)的有機(jī)廢水一起匯入pH 中和池，然后經(jīng)過A/O 池和MBR 池處理后最終進(jìn)入RO 水中部分被回用，它的優(yōu)越性是除了使有機(jī)污染物得到降解之外，還具有一定的脫氮除磷功能，是將厭氧水解技術(shù)用為活性污泥的前處理，所以A/O 法是改進(jìn)的活性污泥法。

此外，本項(xiàng)目中MBR 工藝是將膜分離技術(shù)與生物反應(yīng)器相結(jié)合的一種污水生物處理工藝[4]。其原理是生物反應(yīng)器中的微生物降解污水中的有機(jī)物，使水質(zhì)得到凈化，再通過膜組件將大分子有機(jī)物、細(xì)菌等截留于反應(yīng)器內(nèi)，高效的固液分離能有效地將廢水中懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)與已凈化的水分開[5]。MBR 可維持很高的混合液懸浮固體濃度（MLSS），可達(dá)到12～15 g/L，使得難降解的大分子物質(zhì)在反應(yīng)器內(nèi)停留更長(zhǎng)的時(shí)間，使其最終得到去除。

2.3 含重金屬廢水處理系統(tǒng)

本項(xiàng)目中含重金屬廢水處理工藝（圖3）主要以“沉淀系統(tǒng)+樹脂吸附系統(tǒng)”為主。含銅廢水進(jìn)水量為186 m3/d，銅離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)50×10-6，采用化學(xué)加藥法再配置反應(yīng)槽和沉淀槽使銅離子質(zhì)量分?jǐn)?shù)降至1×10-6。含鎳廢水處理工藝主要以“MMF+樹脂吸附”為主，多介質(zhì)過濾器（MMF）罐內(nèi)主要包含了石英砂、鵝暖石、無煙煤3 種濾料，通過注入一定量的PAC，使廢水中懸浮物、膠體、高分子有機(jī)物等絮凝，然后被MMF 中的濾料截留去除[6]。含金、含銀、含鎳廢水進(jìn)水量較小分別為30、45、30 m3/d，采用“ACF+保安過濾+樹脂吸附”可以將重金屬離子吸附并使含廢水質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.1×10-6。使用ACF 過濾器不僅可去除重金屬離子也可以去除水中氧化物質(zhì)（Cl2、H2O2）及部分有機(jī)物，并防止余氯對(duì)RO 膜造成損害[7]。

圖3 含重金屬廢水處理流程圖

2.4 酸堿廢水處理系統(tǒng)

酸堿廢水處理系統(tǒng)作為承接含氟廢水、研磨廢水和含重金屬廢水的再處理系統(tǒng)，在整個(gè)處理系統(tǒng)中處理水量最大。其中進(jìn)入中和反應(yīng)池中廢水包含了含氟系統(tǒng)廢水出水、研磨廢水系統(tǒng)出水、含重金屬廢水系統(tǒng)出水，進(jìn)入放流池中的廢水包含了可回收酸堿及劃片RO 濃水。此外，在放流池末端安裝pH、CODcr、SS、NH3-N、TN、TP、F-、Cu2+在線檢測(cè)儀，確保排入再生水廠水質(zhì)符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

3 項(xiàng)目運(yùn)行情況

該項(xiàng)目于2022 年3 月投入運(yùn)行，運(yùn)行期間新型厭氧氨氧化處理工藝中NH3-N 的去除率可達(dá)到85%，TN 去除率可達(dá)到65%，其他污染因子設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù)如表3?？梢钥吹剑滦蛥捬醢毖趸幚砉に噷?duì)于廢水中氮的去除明顯達(dá)到預(yù)期效果，并且實(shí)際運(yùn)行廢水濃度遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。一方面，此項(xiàng)目為后期擴(kuò)建項(xiàng)目FAB2 和CUB2 預(yù)留部分處理能力，另一方面，考慮到生產(chǎn)制造過程中水質(zhì)水量波動(dòng)較大，預(yù)防在運(yùn)行生產(chǎn)過程中發(fā)生超負(fù)荷處理。

工程實(shí)踐證明，采用“化混+沉淀”“短程硝化+新型厭氧氨氧化”“A/O+MBR 反應(yīng)”“化學(xué)沉淀+ACF/保安過濾+MMF+樹脂吸附”等工藝，可有效去除半導(dǎo)體行業(yè)多種廢水污染因子。特別是采用新型厭氧氨氧化工藝脫氮直接將氨氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，同時(shí)在好氧段只需將氨氮氧化為亞硝氮，不再需要把亞硝氮氧化為硝態(tài)氮，節(jié)省了曝氣量，降低了電耗[8]。此外，厭氧氨氧化菌不再需要傳統(tǒng)反硝化過程所需的外加碳源，對(duì)污水中的有機(jī)物可最大限度地進(jìn)行出產(chǎn)甲烷的回收，而無需被氧化成二氧化碳，產(chǎn)生的甲烷又可以作為能源重新利用[9]。

4 運(yùn)行成本分析

本項(xiàng)目實(shí)際廢水處理量為2 547～4 756 m3/d，運(yùn)行成本主要包含設(shè)備電費(fèi)、化學(xué)藥品費(fèi)、污泥外運(yùn)費(fèi)、自來水費(fèi)、壓縮空氣費(fèi)、人員管理費(fèi)等。其中電費(fèi)為0.65 元/m3，化學(xué)藥品包括NaOH、H2SO4、CaCl2、PAC、PAM、FeCl2、NaClO、雙氧水去除劑、重鋪劑費(fèi)用3.61元/m3，污泥外運(yùn)費(fèi)費(fèi)用1.7 元/m3；自來水費(fèi)用0.05 元/m3；壓縮空氣費(fèi)用0.58 元/m3；人工費(fèi)用0.53元/m3；總運(yùn)行費(fèi)用為7.12 元/m3。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目作為半導(dǎo)體行業(yè)典型多種廢水處理工藝，新型生物處理技術(shù)可供同行業(yè)半導(dǎo)體生產(chǎn)及GaAs封測(cè)項(xiàng)目廢水處理提供參考。采用“短程硝化+新型厭氧氨氧化”工藝進(jìn)行廢水脫氮，氨氮出水濃度達(dá)到20 mg/L，TN 出水質(zhì)量濃度35 mg/L；含氟廢水、研磨廢水、含銅廢水采用“化混反應(yīng)+混凝沉淀”工藝出水氟離子質(zhì)量濃度為15 mg/L，銅離子質(zhì)量濃度為0.3 mg/L；含砷、含金、含銀、含鎳廢水采用“化學(xué)沉淀+ACF/保安過濾+樹脂吸附”工藝均可滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，其中總鎳、總銀、總錫排放質(zhì)量濃度降至0.1 mg/L 遠(yuǎn)高于DB 32/3747—2020 排放標(biāo)準(zhǔn)要求。