電子面板廢水處理技術研究與應用

張 劍 尹 威

（深圳市龍崗區水務局 廣東深圳 518172）

引言

顯示器面板行業作為一個重要的制造行業領域，其涉及到各類電子設備的生產與制造。近年來我國已發展成為全球最大的顯示器面板生產國，其中液晶顯示器和有機發光二極管顯示器的生產規模與技術已處在國際領先水平。但伴隨面板行業的快速發展，制造過程中所產生的廢水也成為一個重要的環境問題。顯示器面板生產線工藝復雜，面板制造涉及大量化學品和水的使用，且各家企業使用的化學品種類及劑量存在著一定的差異，如果面板生產過程中含有害物質的廢水未經處理直接排放到環境中，將會對周圍的生態環境和人類健康造成嚴重影響。

根據顯示器面板生產工藝中的特征污染物，大致可以把電子面板廢水分為酸性廢水、堿性廢水、有機廢水和含氟廢水[1]4 大類。酸性廢水和堿性廢水的處理相對簡單，通常先將它們的pH調節至近中性，然后再將出水與其他廢水進行混合處理，詳見圖1。因此，本文重點探討含氟廢水和有機廢水的處理技術研究進展，以期為電子面板廢水處理技術方案選擇提供有價值的參考。

圖1 電子面板廢水處理流程圖

1 電子面板含氟廢水處理技術

電子面板含氟廢水主要指廢氣洗滌塔、陣列濕法刻蝕工序等排放的廢水，主要污染物為磷酸鹽、硝酸鹽、氟化物等。電子面板含氟廢水具有濃度高、難降解的特性，無法通過生化等手段徹底去除或轉化。當含氟廢水與有機廢水混合處理時，需單獨設氟離子去除工藝。為排除氟化物對生物處理的干擾，通常將除氟單元設在常規生化處理段前。除氟方法有沉淀法、吸附法、離子交換法等。沉淀法適用于高濃度氟離子（≥1000mg/L）的去除，是最常用的除氟工藝，而吸附法及離子交換法由于更高的成本與投資在深度除氟（≤5mg/L）中的應用更為廣泛。電子面板含氟廢水主要水質參數如表1 所示。

表1 電子面板含氟廢水主要水質參數表

沉淀法常用的化學藥劑有鈣鹽，可在去除氟離子的同時去除水中的總磷，因此在含氟與有機混合廢水中不需單獨設除磷工藝段，在生化處理中省去厭氧段。蔡志明[2]在弱酸性條件下，針對某電子企業含磷含氟廢水，采用“鈣鹽+鋁鹽”沉淀工藝進行處理，出水氟離子〈15mg/L，總磷〈5mg/L。金月清等[3]采用兩級沉淀法對某企業液晶面板生產中產生的含氟廢水進行處理（進水氟離子濃度60.5 mg/L），在第一級投加1100mg/L氯化鈣，PAM（聚丙烯酰胺） 10mg/L，第二級投加0.2 mg/LPAC（聚合氯化鋁），0.5 mg/LPAM 的條件下，出水氟離子濃度可小于5mg/L，總去除率達90%以上。招霖濟等[4]在實驗中研究了氯化鈉、熟石灰、氯化鈣和PAC 對電子玻璃面板含氟廢水的處理效果，在用氯化鈉去除氟硅酸后，投加沉淀劑氯化鈣以及混凝劑PAC，可使出水中的氟離子濃度下降到10mg/L 以下。羅崢等[5]采用兩級混凝沉淀工藝處理某電子廠含氟廢水，在反應槽投加氯化鈣，在凝集槽與絮凝槽中分別投加了PAC與PAM，最終出水可滿足地方排放標準。

在上述的各個案例中，除了投加氯化鈣作為沉淀劑外，還選用了PAC 以及PAM 作為混凝劑與絮凝劑，其作用原理為通過對廢水中氟離子吸附、絡合后經沉淀沉降去除氟離子。針對不同的電子面板含氟廢水，混凝劑與絮凝劑的最佳投加量各不相同，其具體數值需要通過中試或者實驗獲得，一旦水質水量發生變化，出水水質會有波動。采用多級組合沉淀的方式可以獲得更低的出水氟離子，但在實際工程中也存在用地面積過大的問題，沉淀法的另一個缺點是會生成大量的化學污泥，且化學污泥處置成本較高。同時，一些絮凝劑的使用也會造成水中某些離子濃度過高，如氯離子、鋁離子，且絮凝的效果也會受到攪拌條件以及沉淀時間的影響。電子面板含氟廢水處理技術使用條件、優缺點如表2 所示。

2 電子面板有機廢水處理技術

電子面板有機廢水主要指陣列清洗工序、陣列光刻工序、陣列剝離工序、成盒工程、彩膜顯影工序、彩膜清洗工序等排放的廢水，主要污染物為乙醇、異丙醇、丙酮、RGB 染料、四甲基氫氧化銨（TMAH）、丙二醇甲醚醋酸酯（PGMEA）、季銨鹽等有機化學品。有機廢水廢水中的COD成分中有大量有機氮、有機硫、光阻液高分子等難生物降解物質，而季銨鹽、TMAH 等則對微生物有強烈抑制作用，故預處理工藝應考慮改善廢水的水質結構，將難生物降解、有毒性的COD轉化為易生物降解和無毒性、低毒性的COD。電子面板有機廢水主要水質參數如表3 所示。

表3 電子面板有機廢水主要水質參數表

2.1 厭氧水解工藝

面板有機廢水處理站通常采用厭氧水解工藝對有機廢水進行處理，在降低廢水COD 至納管標準后進入工業園污水處理廠進行后續處理。電子面板有機廢水處理技術使用條件、工藝特點如表4 所示。

表4 電子面板有機廢水處理技術比較表

合肥某化工園區污水處理站（主要處理平板顯示器行業的廢棄物）的生化系統采用水解酸化-UASB-兩級A/O 組合工藝，可在降解高COD的同時，實現氨氮的去除，出水可滿足當地納管標準[6]。張海軍等[7]研究我國南方某城市的電子面板廢水處理站的水解厭氧氧化工藝后發現，厭氧水解可將有機氮轉化成氨氮，降低后續生物處理的負荷，為氨氮和總氮的高效去除提供有利條件。肖凡[8]在處理液晶面板顯影液廢水的中試中采用UASB 工藝去除廢水中的TMAH，出水TMAH 濃度低于0.5mg/L（進水濃度8900mg/L），并將廢水中的大部分有機氮轉化為NH3-N（TN轉化為NH3-N 的質量分數達93%～97%）。

2.2 高級氧化工藝

除了厭氧水解預處理工藝外，高級氧化工藝也被用于處理電子面板有機廢水。唐子杰等[9]采用以氫氧化鐵為基底的觸媒對面板廠（TFT-LCD）廢水進行臭氧催化氧化預處理，COD 去除率約38%～93%，有機氮去除率達78%～96%，預處理后的廢水可生化降解性有了很大的提升。項艷等[10]采用芬頓法處理液晶面板清洗廢水，可達到納管標準。

經過預處理后的電子面板有機廢水，可生化性得到了改善，COD 濃度也大大降低，在達到納管排放標準后進入工業園區污水廠進一步處理。

2.3 MBR 技術

“傳統生物處理+深度處理”的組合工藝可以使有機廢水達到較高的水質，膜生物反應器（Membrane Bioreactor，簡稱MBR）技術常用于替代二沉池，其具有出水水質良好、可直接回用、設備緊湊、運行管理方便、污泥產量少等優點。王懷林等[11]在中試中采用A2/O-MBR 組合工藝處理液晶TFT-LCD 廢水，可穩定達到《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2002）的要求。浙江某工業廢水處理廠（主要處理液晶面板制造廠排放廢水）對傳統污水構筑物進行改良，在生化池后用MBR 膜池，通過超濾膜的高效過濾作用，出水水質穩定，能達到中水回用標準[12]。某電子面板廠采用好氧生化系統和MBR，通過運營與調試，可符合反滲透進水要求[13]。但膜污染問題仍限制著MBR 在面板廢水處理工藝中的應用，谷維梁等[14]通過對MBR系統污泥的電鏡分析，得出進水中的PAM 對MBR 污泥產生包裹，可能不利于膜的長期使用。

2.4 多彩A/O 與懸浮填料

除了MBR 工藝，多級A/O 以及懸浮填料也被用于處理工藝中提質增效。馬國斌等[15]采用二級A/O 工藝處理電子有機廢水，出水水質符合當地排放標準。童波等[16]在某液晶企業生產線有機廢水處理站的提標改造設計中，應用了倍增組合式A2/O-A/O 工藝，并結合使用了疊片展開式懸掛微生物載體以提高整個生物處理系統的生物量、強化系統應對各污染物（COD、TN 等）的沖擊負荷能力，投產運行后取得了良好的效果，出水COD、NH3-N、TN 均穩定達到行業直排限制標準。

結語

電子面板含氟廢水的處理方法有包括沉淀法、吸附法和膜法其中鈣鹽沉淀法的使用最為普遍與經濟，基本能夠滿足國家、地方及行業標準規定的排放限值，其中沉淀法可以同時去除TP，混合廢水后續生化處理時可省去厭氧段。電子面板有機廢水中含有難降解有機物及微生物抑制劑，需要進行厭氧水解預處理后才能進入常規生化處理系統，由于在預處理過程中大部分難生物降解有機物已轉化為容易分解的小分子，因此在進入園區污水廠后可省去水解段工藝，在去除高濃度氟離子后直接進入常規生物處理段。多級A/O工藝配合結合生物載體填料的生物處理工藝，可以滿足出水COD、NH3-N、TN 的排放限制要求，而為了獲得更好的出水水質，可在生物池后使用MBR 替代二沉池，但其對前端進水要求高，存在膜污染的風險。