摘 要：随着半导体行业的快速发展，全球的水资源越来越紧张。半导体生产时需要的连续流动的超纯水以及生产时排放废水，在资本支出和排放成本方面不断上涨。而全球的半导体生产技术及产能要求不断的扩张，解决这个半导体行业用水及排水的难题是合理处理废水及再回收利用废水。
关键词：半导体重金属废水、切割废水、UF膜、RO膜
0引言
半导体行业在我国的迅速发展，生产的半导体产品供应全国及世界。这样产生的废水污染可想而知。废水合理排放已经不能满足需求，废水再回收利用将是未来发展趋势。废水合理利用对我国以后资源利用具有积极意义。本文主要阐述了半导体工业排废水种类及如何处理并且达标排放，以及处理后的废水如何回收利用。
1半导体工业废水处理工艺及回收利用研发的意义
首先企业重视生产工艺的优化和升级，这样可以强化无毒材料及相关产品的研发。一般半导体行业的废水是由于芯片、后道封装测试及芯片生产过程中所产生的废水。工业废水造成了水的浪费及环境污染，所以按照工业生产线特点，其产生的废水，要按照分流方式实施具体处理，为后期废水回收再利用做好充分准备。随着节能减排政策的提出，针对这种废水的研究处理工艺并且合理回收利用方法取得良好效果。废水回收有以下优点：1）可以大量的减少污水排放，减轻排放设备负担；2）降低了废水处理系统的成本；3）回用水作为再生资源，是以后企业污水排放及利用的发展趋势。
2半导体工业废水处理工艺技术
半导体废水主要分三大类：1）含铜，镍，锡重金属废水 2）含氟离子废水 3）切割研磨硅片产生的废水和纯水系统反洗及RO浓水，分流单独处理，重金金属废水和含氟离子废水集中单独处理后再集中处理，合格达到半导体废水排放标准再排放。研磨切割废水单独处理后合格部分回收利用。这样不仅节约占地面积和设备成本及运行成本，还可以优化设计。
以上海某半导体公司生产企业排放的废水为例，参考水质及水量描述废水处理和回收利用研究，水质表参考表1。
表1水质表
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（1）从上面表中可以看出，含镍，铜废水中水质主要含镍<80mg/l，含铜<30mg/l ;含锡废水，锡含量达到520mg/L,含氟研磨废水为间隙排放，水中的SS含量大概为200mg/L，氟离子2100mg/L。切割研磨水量210m3/hr，PH2.5-4，COD浓度20mg/L，SS含量为1500mg/L。合计222.6m3/hr废水在工厂内处理，如果210m3/hr将研磨废水回收再利用，那么可以产生巨大的经济效益，环境效益和社会效益。
（2）含镍，铜废水，先加入NaOH 调节废水的PH，再利用Na2S(硫化钠）与废水中的镍离子反应生成沉淀，添加PAC,PAM，在调节池中形成絮凝。接着在沉淀池中使金属硫化物沉淀下来，经过砂滤去除废水中的悬浮物杂质，最后通过树脂对废水进行深度处理，使废水中的镍浓度达到上海半导体一级污染物排放标准（<0.1mg/L);含锡废水处理工艺与除镍工艺相似，先用NaOH调节PH，再添加Na2S(硫化钠）反应，再添加PAC和PAM加速沉淀，砂滤，最后利用树脂交换器进行深度处理，保证出水离子浓度达标排放。
（3）含氟废水处理常用沉淀法-斜板沉淀法是：1）含氟离子废水和Cacl2发生反应，控制PH值在10-11，保证投加过量的消石灰，通过化学反应生产了氟化钙沉淀。2）进入絮凝池，投加AL2(SO4)2和PAM，结成大片絮凝物，控制PH值在7-8之间，落在斜板沉淀池内。本次作为一级处理工艺，出水水质F-含量<10mg/L，符合排放标准；研磨废水和纯水排放废水一起处理,通过调节池，和浊度仪表查看浊度情况，如果浊度合格，通过2#调节池之后再次调节均匀，再次进入3#调节池，如果水质不合格的情况下，需要回流至1#调节池。重金属废水和含氟废水通过上述方法处理后，再添加AL2(SO4)3和PAM后，再次处理后，出水水质的含氟量和金属含量得到有效控制。
参考下列半导体废水流程总示意图1。
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图1 半导体废水总流程示意图
1 3废水回收利用
半导体处理后的废水经长时间在线仪器观察后，对水质进行连续检测和跟踪分析，发现结果达标，并且可以回收利用。回收后的废水主要用作工艺设备冷却，冷却塔补水。在冷却塔补水时，需要注意分析水质，如果电导率较高时，建议也要使用阻垢剂及非氧化还原剂，防止结垢；多余合格的废水可以排放至城市污水管网。再回收水处理系统，主要组成为UF膜单元+RO膜单元；UF系统的作用是去除颗粒及其他悬浮物。之后还可以再深度处理，再通过RO膜回收利用，处理水可以作为纯水系统原水引入。参考工艺流程示意图2。
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图2回收利用工艺流程示意图
3.1 UF膜的在回收废水中的作用
本回收利用工艺采用的是UF膜+RO膜的方法。所谓滤膜过滤就是利用连续组织间的孔和分子排列间隙进行分离操作。
UF(超滤)膜具孔径0.001μm～0.01μm，膜丝内径0.8mm，从而保证原水中所有尺寸超过膜孔径的颗粒，如胶体，细菌等被完全过滤掉，保证通过膜的出水浊度可以控制到<1NTU以下，出水水质较好，甚至可以作为纯水系统的原用水。
净水处理和回用水一般常用的膜过滤方式有全量过滤方式和错流方式两种。
全量过滤方式是全量过滤供给水的全量方式，与一般砂滤相同，必须定期地进行清洗。但是错流是向膜面平行流动，这样可以抑制膜供给水中的悬浊物质和胶在膜面的堆积。一般在超滤中常常采用错流方式。根据进水水质及试运行，目前回收率控制在60%左右。过滤方式与原水水质、滤膜的材料和分离性能、滤膜组件构造、清洗方法等有很大的关系，因此必须选择适合处理条件的方法。本工艺用采用的NORIT系列的中空纤维膜，膜面积55m2，膜丝材质为PES，膜直径为220mm，长度1.5米。膜通量一般为50-120LmH(升/米/小时)，反洗通量为250LmH。水在很低的跨膜压差（TMP）驱动下透过膜，得益于开放的支撑结构，NORIT X-FLOW膜丝阻力很小，膜组件的内部结构极大地减少了内部压力损失，因此避免固体过多堆积或接近膜面积。本次水量是210m3/hr,设计3套UF膜系统，28支膜/套膜系统，每套膜系统产水量102m3/hr, 两套膜同时运行，一套膜系统备用。
UF膜系统自动运行，气动阀门，浊度仪，压差传感器，进水泵，反洗水泵通过电气程序自动控制。根据本系统水质和特点，运行时间为30分钟，正冲，正冲时间60秒。正冲通量按照60LmH计算，正冲水量为 60(lmh)x55（m2)x28(支）/1000=92m3/hr。之后进行气洗，气洗流量按照10nm3/min，总气洗量为10（nm3/min）x28(支)x1套=280nm3/min; 再进行反洗，反洗流量按照 250(Lmh)x55（m2)x28(支）=385m3/hr。运行10小时后进行化学清洗，CEB（化学清洗）时，添加化学药剂NaOH,NaCLO,先浸泡10分钟，之后每套清洗15分钟，之后再循环运行。
3.2 RO膜在回收废水中作用
通过UF膜单元后的水，再由高压水泵打入RO膜系统。根据本次进入水质特点选择抗污染苦咸水RO膜。反渗透（RO）膜主要作用是对经过预处理的生产水进行脱盐处理，RO膜脱盐率的高低和本身结构和水质有关系。RO膜超薄脱盐层的致密度结构，水质中含有高分子量和高价离子及复杂单价离子脱盐率高于一价单离子。
一般在废水回收利用时，RO膜组件的回收率为50%，设计为两段处理，排列比例为2：1段；也可以考虑设计为一段处理，这样回收率会降低。电导率和水量达到合格的使用，作为原水进入到纯水系统的前处理水系统。剩下一半高电导率产水，可以作为冷却水塔用水或者冲洗地面和厕所用水，充分利用达到节能的目的。本RO膜系统是废水回收水反渗透的应用，系统中包括1μm保安过滤器、高压泵、RO膜组、阻垢剂投加系统及控制系统和就地控制盘。和对应的仪表阀门及其他辅助系统。
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3.3半导体工业废水及回用水处理应用问题与解决措施
1）含SiO2的研磨废水和含氟废水的经过处理后，颗粒减少，浊度降低，并且达标排放。因此，需要注意设计时切割研磨废水和重金属废水及含氟废水先分开处理，再根据水质情况监测进行处理。
2）UF膜单元长时间运行，运行良好，但出现膜堵塞现象。解决方法：在UF膜单元前加前处理设备比如自清洗设备，可以选用阿科的自清洗过滤器，过滤精度大概200uM，做好预处理工作，避免膜污染堵塞；另外UF膜运行时自动反冲洗和药品CEB冲洗。在反冲洗时，可以选择辅助气助擦洗，反洗使用超滤的产水，持续时间短，方向与过滤流方向相反。周期性反洗，避免固体过多的堆积或者接近膜面积。频繁的清洗，将导致膜通量降低，同时投资增加，因此唯一调节的方法就是改善进水的水质，可以根据企业本身情况选择在进水口加药或者进行前处理；当TMP跨膜压差达到预设值，利用压力传感器，和反洗水泵及自动阀门和控制系统，自动清洗。可以有效去除滤饼层。另外也可以通过在超滤单元内增加一个小型循环泵，上述工艺流程即能够得到强化。使单只膜组件的处理能力提高到25%。
3）回收水经过UF膜处理后再通过高压泵打入到RO膜回收系统里面，产水水质保持良好，但是RO膜容易堵塞，造成RO膜污染严重，这样要通过清洗RO膜才能再次利用，所以一般情况设计时都要考虑CIP化学清洗系统。选用RO膜时通常也采用抗污染膜，通量较大的膜，这样就可以避免污染严重，造成损失，延长RO膜使用年限。特别是在RO膜前端增设了1um的保安过滤器，有效截流住较大悬浮物。也可以通过保安过滤器的滤芯压差，初步判断UF膜处理切割废水效果。
4结论
在努力发展我国生产力的同时，也要有效保护和利用我们的资源。半导体企业生产时不得已产生的一系列的废水，通过分流合理处理，再集中处理，再回收利用处理，把废水变成了可回收利用的水；经过废水处理设备后的水，虽然电导率偏高，不能作为直接回收水，但是经过UF膜和RO膜再处理后，水质良好，并且稳定，RO膜产水可以作为工业用水的原水，这是企业今后在废水处理和回收利用生产发展的方向。
【参考文献】
[1]，潘涛，田刚，废水处理工程技术手册，化学工业出版社，2010.
[2]，谢经良，污水处理设备操作维护问答第二版，化学工业出版社，2012.