在全球半導(dǎo)體行業(yè)蓬勃發(fā)展的背景下，制造過程中產(chǎn)生的廢水處理問題逐漸顯現(xiàn)出其重要性。尤其是晶圓研磨與切割過程中產(chǎn)生的廢水，其成分復(fù)雜，處理難度大，不僅對環(huán)境造成威脅，還可能影響企業(yè)的生產(chǎn)效率。近日，針對這一難題的半導(dǎo)體晶圓研磨廢水處理方案引發(fā)了廣泛關(guān)注，成為行業(yè)內(nèi)外熱議的焦點。晶圓研磨廢水主要包含顆粒物、化學(xué)物質(zhì)及有機(jī)成分，這些成分如果不加以有效處理，可能會對水資源造成不可逆轉(zhuǎn)的污染。當(dāng)前，處理這一類廢水的傳統(tǒng)方法往往效率低下、成本高昂，且處理后水質(zhì)難以達(dá)到再利用的標(biāo)準(zhǔn)。因此，開發(fā)一種高效、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的廢水處理方案迫在眉睫。
關(guān)鍵技術(shù)和特性
本次提出的處理方案綜合了物理、化學(xué)及生物處理技術(shù)。首先，利用先進(jìn)的膜分離技術(shù)，對廢水進(jìn)行初步的物理去除，能夠有效截留大顆粒物質(zhì)。同時，結(jié)合化學(xué)沉淀和活性污泥法，通過添加特定的化學(xué)藥劑，將水中難以處理的污染物轉(zhuǎn)化為沉淀物，進(jìn)一步提高處理效率。此外，生物處理技術(shù)提供了自然降解的解決方案，增加了廢水處理的生態(tài)友好性。
創(chuàng)新設(shè)計與用戶體驗
該方案的一大亮點是采用了可持續(xù)性設(shè)計理念，確保了處理系統(tǒng)的能耗低及運營成本控制在合理范圍內(nèi)。通過智能化監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測廢水成分和處理效果，企業(yè)可以根據(jù)實時數(shù)據(jù)調(diào)整處理內(nèi)容，提高系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。此外，模塊化設(shè)計使得處理系統(tǒng)的維護(hù)和升級變得更加便捷，降低了對專業(yè)技術(shù)人員的依賴，增強(qiáng)了企業(yè)的操作安全性。
行業(yè)應(yīng)用與前景展望
在實際應(yīng)用方面，多家半導(dǎo)體工廠已開始嘗試該處理方案，結(jié)果表明，處理后的廢水得到了顯著改善，能夠滿足再利用標(biāo)準(zhǔn)。這不僅降低了企業(yè)的用水成本，也有效減輕了對環(huán)境的影響，展現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙重獲益。隨著技術(shù)的持續(xù)迭代，未來該方案有望推廣至更廣泛的行業(yè)，成為半導(dǎo)體、電子及其他制造行業(yè)的環(huán)保標(biāo)桿。
表1 設(shè)計進(jìn)出水水質(zhì)
項目 | 設(shè)計進(jìn)水水質(zhì) | 設(shè)計出水水質(zhì) |
BOD5/（mg·L-1） | ≤250 | ≤10 |
COD/（mg·L-1） | ≤400 | ≤50 |
懸浮物/（mg·L-1） | ≤250 | ≤10 |
TN/（mg·L-1） | ≤45 | ≤15 |
NH4+-N/（mg·L-1） | ≤40 | ≤5 |
TP/（mg·L-1） | ≤5 | ≤0.5 |
氟化物/（mg·L-1） | ≤20 | ≤2 |
石油類/（mg·L-1） | 15 | 1 |
pH | 6~9 | 6~9 |
1.2 設(shè)計思路及工藝路線
污水處理廠進(jìn)水主要有含氟廢水、含氨廢水和有機(jī)廢水，具有可生化性差、C/N低的特點，同時清洗廢水中還含有少量石油類油脂，進(jìn)入生化系統(tǒng)會抑制微生物活性。目前國內(nèi)60%以上的污水處理廠采用A2/O工藝脫氮除磷，但對于低C/N污水，傳統(tǒng)A2/O工藝主要依靠污泥回流及硝化液回流去除硝態(tài)氮，好氧池出水總氮理論上不能完全被去除，在實際運行中存在污泥齡矛盾和碳源競爭，脫氮除磷效率不高。而A2/O與MBR組合工藝具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、污染物去除率高、能解決脫氮除磷時二者污泥齡不同的矛盾等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外污水處理中。
針對廢水特點，污水處理廠預(yù)處理段采用曝氣沉砂池重點去除廢水中的砂類和油脂，采用高效沉淀池重點去除廢水中的氟化物；主體工藝采用A2/O+MBR工藝，提高活性污泥微生物濃度和活性，使可生化性差、C/N低的廢水處理達(dá)標(biāo)后排放，并在A2/O和MBR中間增加后置缺氧池等改良措施，從理論上提高工藝的脫氮效率。
整體廢水處理工藝流程見圖1。
圖1 廢水處理工藝流程
廢水處理工藝可分為預(yù)處理區(qū)（粗格柵池至精細(xì)格柵池）、生化處理區(qū)及后續(xù)消毒區(qū)。預(yù)處理區(qū)采用粗、細(xì)格柵雙層攔截，可有效去除進(jìn)水中粒徑較大的懸浮物。細(xì)格柵出水進(jìn)入曝氣沉砂池，由于流速變小，剩余砂粒在渦旋運動和重力作用下逐漸沉降到集砂池，通過吸砂機(jī)吸出；同時，池底布置的穿孔曝氣管產(chǎn)生大量微小氣泡附著在廢水中的油粒表面，油粒自身浮力增大后逐漸上升，漂浮在水面便于油水分離，可有效去除廢水中的油類、砂粒等污染物。
曝氣沉砂池出水進(jìn)入高效沉淀池，高效沉淀池前端設(shè)置凝聚池和絮凝池，分別投加PAC和PAM，后端設(shè)置沉淀池進(jìn)行泥水分離，可將廢水中的懸浮物、氟化物、TP及重金屬等污染物有效去除，保證后續(xù)生化反應(yīng)的穩(wěn)定運行。
預(yù)處理區(qū)末端還設(shè)置精細(xì)格柵池，可去除粒徑在1 mm以上的懸浮物，有效延緩后續(xù)MBR池中膜組件污染。
生化處理區(qū)采用改良型A2/O和MBR的結(jié)合工藝。廢水進(jìn)入生化處理區(qū)后，依次進(jìn)入?yún)捬醭亍⑷毖醭?、好氧池、缺氧池2和MBR池。
MBR池池底設(shè)置污泥回流管將污泥回流至厭氧池，好氧池設(shè)置硝化液回流管將硝化液回流至缺氧池。MBR池由于NO3--N極少，污泥回流后厭氧池內(nèi)NO3--N濃度較低，減少了對聚磷菌的抑制作用，保證了聚磷菌的釋磷效果，廢水進(jìn)入MBR池后，在好氧條件下聚磷菌重新吸收磷，TP隨剩余污泥排放去除。
廢水中的NH4+-N在好氧池完成硝化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為NO3--N，隨后通過硝化液回流至缺氧池1，利用進(jìn)水中的碳源，在反硝化菌作用下生成N2排出；為進(jìn)一步去除廢水中的NO3--N，好氧池出水進(jìn)入缺氧池2再次進(jìn)行反硝化反應(yīng)，保證出水TN達(dá)標(biāo)。由于廢水中COD在好氧池內(nèi)消耗殆盡，需向缺氧池2補(bǔ)充適量碳源。
改良型A2/O池出水進(jìn)入MBR池，利用膜組件的高效截留作用進(jìn)行泥水分離，同時有效截留大分子有機(jī)物。膜組件的高效截留作用可實現(xiàn)SRT（污泥停留時間）與HRT（水力停留時間）的徹底分離，使硝化細(xì)菌得以富集并成為優(yōu)勢菌種，硝化能力逐漸增強(qiáng)。
MBR池出水進(jìn)入接觸消毒池，通過次氯酸鈉溶液消毒，保證出水中微生物含量降低至標(biāo)準(zhǔn)水平以下。最后，廢水通過巴氏計量槽計量后直接排放至周圍河道。
2.1 粗格柵及提升泵房
粗格柵及提升泵房1座，設(shè)計規(guī)模按5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中粗格柵池總尺寸12.7 m×4.0 m×9.3 m，分2組，提升泵房尺寸10.7 m×8.0 m×9.3 m。
配套機(jī)械格柵2臺，柵寬B=1 580 mm，柵隙b=20 mm，N=1.5 kW；柵渣輸送機(jī)1臺，B=500 mm，N=1.5 kW；潛污泵5臺，Q=800 m3/h，H=15 m，N=55 kW；電動葫蘆1套，G=2 t，提升高度16 m，N=0.8 kW。
2.2 細(xì)格柵及曝氣沉砂池
細(xì)格柵及曝氣沉砂池1座，設(shè)計規(guī)模按5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中細(xì)格柵池總尺寸8.3 m×4.6 m×1.70 m，曝氣沉砂池尺寸27 m×9.2 m×5.6 m，分2組，曝氣沉砂池總有效容積約520 m3，HRT約15 min。
配套機(jī)械格柵2臺，柵寬B=2.0 m，柵隙b=5 mm，N=1.5 kW；柵渣輸送機(jī)1臺，B=500 mm，N=1.5 kW；橋式吸砂機(jī)2臺，單臺跨距L=4.3 m，N=4 kW；砂水分離器1臺，Q=12~20 L/s，N=0.37 kW；羅茨鼓風(fēng)機(jī)2臺，Q=30 m3/min，N=30 kW，P=34.5 kPa，1用1備。
2.3 高效沉淀池
高效沉淀池2座，單座設(shè)計規(guī)模按2.5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。單座高效沉淀池中混凝池尺寸2.8 m×2.8 m×7.7 m，有效容積約51 m3，HRT約3.0 min；
絮凝池分2組，單組尺寸4.5 m×4.0 m×7.4 m，總有效容積約230 m3，HRT約13 min；沉淀池分2組，單組內(nèi)徑D=9 m，總高度H=7.4 m，表面負(fù)荷q=8.2 m3/（m2·h），沉淀時間約30 min，污泥回流量約300%。
單座高效沉淀池配套混合攪拌機(jī)1臺，N=11.0 kW；絮凝攪拌機(jī)2臺，直徑D=1.2 m，N=2.2 kW；污泥回流泵4臺，Q=41 m3/h，H=20 m，N=7.5 kW，2用2備。
2.4 精細(xì)格柵池
精細(xì)格柵池1座，設(shè)計規(guī)模按5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總尺寸13.7 m×4.6 m×4.0 m，分2組。配套內(nèi)進(jìn)流式孔板精細(xì)格柵2臺，柵寬B=2 m，柵隙b=1 mm，N=2.2 kW；柵渣清洗壓榨機(jī)槽寬b=350 mm，P=2.2 kW，排渣高度1.6 m，配備1套恒高壓沖洗系統(tǒng)。
2.5 改良型A2/O及MBR池
改良型A2/O及MBR池共2座，單座設(shè)計規(guī)模按2.5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總尺寸147.0 m×37.5 m×5.2 m。單座改良型A2/O及MBR池包括厭氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2及MBR池，有效容積分別為1 550、4 000、12 230、2 890、800 m3，HRT分別為1.5、3.8、11.7、2.8、0.8 h。單座配套硝化液回流泵3臺，Q=724 L/s，H=0.8 m，N=15 kW，2用1備；產(chǎn)水泵6臺，Q=334 m3/h，H=10 m，N=15 kW；剩余污泥泵2臺，Q=35 m3/h，H=16 m，N=3.7 kW；PVDF中空纖維內(nèi)襯膜膜組器25組，單組平均產(chǎn)水量1 000 m3/d。
2.6 接觸消毒池
接觸消毒池1座，設(shè)計規(guī)模按5萬m3/d，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，總尺寸16.7 m×24.5 m×3.5 m，有效容積約1 415 m3，HRT約30 min。
3.1 運行效果
目前，污水處理廠經(jīng)調(diào)試后投產(chǎn)運營，運營前5個月改良型A2/O及MBR池MLSS穩(wěn)定在3 000 mg/L，好氧池DO穩(wěn)定在2 mg/L，污泥齡約20 d，污泥回流比和硝化液回流比分別為100%和300%，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到GB 18918—2002一級A類標(biāo)準(zhǔn)。
