LED芯片制造業(yè)廢水處理工程工藝及優(yōu)化

劉 嵩

(上海三邦水處理技術(shù)有限公司，上海 201107)

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)寫為LED)，是一種將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體發(fā)光器件[1]。隨著發(fā)光二極管技術(shù)的提高，作為新型高效固體光源，其在照明和顯示兩大領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多[2-4]。與現(xiàn)行照明設(shè)備相比，LED照明具有節(jié)能、耗電量少,安全環(huán)保，壽命長，結(jié)構(gòu)牢固，節(jié)省安裝空間等優(yōu)點(diǎn)，因此，在我國LED作為新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，近年來得到了飛速的發(fā)展[5-6]。同時(shí)，由于LED產(chǎn)品單位耗水量較高，隨著產(chǎn)品產(chǎn)量的大幅增加勢(shì)必會(huì)造成生產(chǎn)過程中污染物的大量排放，工業(yè)廢水的排放量也呈現(xiàn)出了跳躍式的增長，如何在行業(yè)大發(fā)展的同時(shí)，有效治理這些廢水成為該行業(yè)和企業(yè)面臨的主要課題之一[7]。

LED芯片制造主要工藝流程為：外延片→清洗→鍍透明電極層→透明電極圖形光刻→腐蝕→去膠→平臺(tái)圖形光刻→干法刻蝕→去膠→退火→SiO2沉積→窗口圖形光刻→SiO2腐蝕→去膠→N極圖形光刻→預(yù)清洗→鍍膜→剝離→退火→P 極圖形光刻→鍍膜→剝離→研磨→切割→芯片→成品測(cè)試。工藝流程中的清洗工藝需要消耗超純水，清洗時(shí)添加的化學(xué)試劑和有機(jī)溶劑隨著清洗液的排出，廢水中會(huì)含有塵埃顆粒、有機(jī)溶劑、金屬離子、無機(jī)酸等污染物[8-9]。因此，LED芯片產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目主要會(huì)產(chǎn)生含磷、含氟、含酸堿和含有機(jī)物等類型污染物的廢水。

1 廢水處理工藝流程

圖1 工藝流程圖

由于該類廢水中污染物成分復(fù)雜，所以不能使用單一的處理方式。針對(duì)不同性質(zhì)的廢水，多采用分類收集、分質(zhì)處理的模式，工藝流程如圖1所示。

1.1 酸堿廢水工藝

在酸堿廢水處理系統(tǒng)中，pH=2～12的酸堿廢水首先進(jìn)入酸堿廢水調(diào)節(jié)池進(jìn)行收集，調(diào)節(jié)池的作用是進(jìn)行水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均衡。后經(jīng)提升泵進(jìn)入兩級(jí)中和反應(yīng)池進(jìn)行pH值的調(diào)節(jié)，待調(diào)節(jié)至中性后進(jìn)入排放水池達(dá)標(biāo)排放。

1.2 含氟廢水工藝

在含氟廢水處理系統(tǒng)中，含氟廢水經(jīng)含氟廢水調(diào)節(jié)池收集后，采用氟化鈣絮凝沉淀法去除廢水中的氟離子。即在酸性條件下，向廢水中投加中和劑鈣離子，使其發(fā)生如下反應(yīng)：

Ca2++2F-=CaF2↓

調(diào)節(jié)pH=6～9之間，析出的沉淀物質(zhì)與絮凝劑混合，形成釩花，完成絮凝后進(jìn)入含氟廢水沉淀池進(jìn)行固液分離，沉淀池上清液經(jīng)排放水池達(dá)標(biāo)排放。

1.3 含磷廢水工藝

含磷廢水采用化學(xué)沉淀法進(jìn)行處理?；瘜W(xué)沉淀法是指用化學(xué)試劑與污水中的磷反應(yīng)，生成化學(xué)沉淀，達(dá)到除磷目的的方法，這是歐洲較早應(yīng)用的除磷方法?；瘜W(xué)沉淀法采用的化學(xué)試劑一般是鋁鹽、亞鐵鹽、石灰和鋁鐵聚臺(tái)物(AVR)等。處理出水進(jìn)入有機(jī)廢水處理系統(tǒng)與有機(jī)廢水一同處理。

1.4 有機(jī)廢水工藝

有機(jī)廢水的主要污染物為CODCr、BOD5、TN、NH3-N等。在有機(jī)廢水處理系統(tǒng)中，有機(jī)廢水首先進(jìn)入有機(jī)廢水調(diào)節(jié)池進(jìn)行收集，調(diào)節(jié)池的作用是進(jìn)行水量調(diào)節(jié)和水質(zhì)均衡。后經(jīng)提升泵進(jìn)入pH值的調(diào)節(jié)，在廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)前調(diào)節(jié)pH值至中性，為后續(xù)生化處理的平穩(wěn)運(yùn)行提供條件。而后進(jìn)入生化池，生化池出水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，沉淀池上清液經(jīng)排放水池達(dá)標(biāo)排放。

生化系統(tǒng)工藝繁多，常見的有水解酸化工藝、接觸氧化工藝、SBR工藝、A/O工藝以及BARDENPHO工藝等，需根據(jù)水質(zhì)特點(diǎn)和處理要求選擇合適的生化工藝對(duì)廢水進(jìn)行有效的處理。

1.5 污泥處理工藝

沉淀池污泥進(jìn)入污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，濃縮后污泥通過泵進(jìn)入污泥脫水設(shè)備，污泥脫水設(shè)備可選用板框式壓濾機(jī)，壓出泥餅外運(yùn)處理，壓濾液進(jìn)入濾液池后回流到調(diào)節(jié)池重新處理。

1.6 工藝風(fēng)險(xiǎn)控制

廢水處理站作為公輔系統(tǒng)，為主生產(chǎn)線提供必要的保障，確保上游生產(chǎn)事故的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，以及下游處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行：

(1)廢水收集系統(tǒng)采用密閉管路輸送，廢水處理系統(tǒng)設(shè)置調(diào)節(jié)池和事故池，緩解事故廢水的沖擊排放對(duì)后續(xù)處理系統(tǒng)的影響。

(2)廢水處理設(shè)備供電采用雙回路，并配套UPS系統(tǒng)，確保關(guān)鍵設(shè)備不斷電。

(3)控制系統(tǒng)主要由就地操作柜、MCC柜、PLC柜、工程師站、監(jiān)控系統(tǒng)以及配套軟件系統(tǒng)等組成，采用全自動(dòng)在線控制，達(dá)到無人值守水平。并設(shè)置在線儀表檢測(cè)，當(dāng)系統(tǒng)處理不達(dá)標(biāo)時(shí)回流重新處理，確保達(dá)標(biāo)排放。

(4)廢水處理設(shè)備(如水泵、風(fēng)機(jī)等)采用N+1的設(shè)備備用模式，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障立即啟動(dòng)備用裝置，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2 出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法

2.1 出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

LED芯片產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目排出的污水，經(jīng)處理后出廠水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到污水處理廠進(jìn)水指標(biāo)并滿足《GB 8978-1996污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》和《CJ 343-2010污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》B等級(jí)的要求。出水水質(zhì)的采用如表1所示。

表1 出水水質(zhì)及市政污水處理廠進(jìn)水指標(biāo)要求

*：GB 8978-1996三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；**：CJ 343-2010)B等級(jí)。

2.2 檢測(cè)方法

表2 控制項(xiàng)目檢驗(yàn)方法

出水水質(zhì)項(xiàng)目采用如表2所示的方法進(jìn)行檢測(cè)。

3 工藝優(yōu)化措施

3.1 過濾器反洗排水

在超純水制備系統(tǒng)中，多介質(zhì)過濾器和活性炭過濾器等的反洗排水，含有大量懸浮物，若直接排入廢水系統(tǒng)的酸堿廢水處理系統(tǒng)中，由于酸堿廢水處理系統(tǒng)無沉淀等功能，故無法保證出水水質(zhì)，該類廢水可排入含氟廢水處理系統(tǒng)，或在酸堿廢水處理系統(tǒng)中增設(shè)沉淀系統(tǒng)。

反洗水進(jìn)入含氟系統(tǒng)，稀釋了廢水中氟離子濃度，同時(shí)提供了懸浮物沉淀所需的晶核，使得該系統(tǒng)藥劑耗量減少20%，出水污染物指標(biāo)下降15%。

3.2 混床再生廢水

混床再生廢水由于水質(zhì)較好，可進(jìn)入有機(jī)廢水處理系統(tǒng)，統(tǒng)一處理。

3.3 RO濃水

RO濃水可通過回收RO系統(tǒng)進(jìn)一步處理，產(chǎn)水用于純水制備系統(tǒng)，濃水用于廢氣洗滌系統(tǒng)。氫氟酸廢氣洗滌產(chǎn)生少量含氟廢水，排水進(jìn)入含氟廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。揮發(fā)性有機(jī)溶劑洗滌產(chǎn)生少量有機(jī)廢水，排水進(jìn)入有機(jī)廢水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

4 結(jié) 論

LED產(chǎn)業(yè)作為新興發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展不可避免的產(chǎn)生大量廢水污染物，如何有效的控制和處理廢水也成為該行業(yè)的一大課題。由于生產(chǎn)工藝不盡相同，以及原料、藥劑等在使用上的差異，使得LED產(chǎn)業(yè)廢水的種類繁多，水質(zhì)相對(duì)復(fù)雜。為達(dá)到好的處理效果，通常采用分類收集、分質(zhì)處理的模式，經(jīng)實(shí)踐證明，該效果較好。

LED產(chǎn)業(yè)耗水量較高，所以產(chǎn)生的廢水量也很高，為企業(yè)帶來巨大負(fù)擔(dān)。如何在行業(yè)大發(fā)展的同時(shí)，有效的回用部分水質(zhì)較好的廢水，達(dá)到循環(huán)使用，已成為今后水處理工作研究的主要課題之一。而UF/MBR+RO的膜法處理技術(shù)逐漸成熟，也成為了LED行業(yè)廢水回用的主要技術(shù)之一。企業(yè)可根據(jù)自身需求，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析對(duì)比，選擇合適的廢水處理工藝路線，從而達(dá)到企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。