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核心问题。半导体生产的全部过程极为复杂,涉及众多工艺和技术,且使用大量有机溶剂,使得废污水处理难度极大。
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导致非常严重危害。二、有机物。生产的全部过程中使用的溶剂(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也许会出现在废水中,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。
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。化学沉淀法简单易操作、价格实惠公道,大多数都用在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办法来进行分离,进而达到去除目的。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。
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、操作简单便捷、占地面积小等特点,在半导体工业废水净化处理中具有很强的技术优势,也是目前 “中水回用系统” 的主要废水净化处理方法。
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,以此来实现废水的浓缩和分离。
生物法分为厌氧生物和好氧生物处理,大多数都用在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,需要结合多种废污水处理方法(分质分流),设计一个废污水处理系统,才能使废水稳定达到所需标准。