浅析半导体行业废水处理

浅析半导体行业废水处理

何通

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摘要：半导体行业废水质量复杂，携带重金属、有毒氰化物、氟化物、氮气、磷等大量污染物，生物降解性弱，难以直接采用生物方法进行处理。例如，在高科技工业园区建造污水处理厂，采用“高效沉淀池+改良型A2/O+MBR”的处理工艺，在污水处理厂的实际运行中分析了进水水质和出水口。

关键词：半导体行业废水;氟化物;可生化性差;改良型A2/O+MBR

引言

近年来，美国多次出台政策限制我国芯片生产与使用，在中美贸易持续摩擦的大背景下半导体产业作为我国的战略性发展产业，正处于高速发展的阶段。全国简报会“十四五”规划也强调，要加快集成电路关键技术研究，同时推进信息领域核心技术。然而，半导体行业伴随而来的废水处理是制约行业发展的主要因素之一。半导体行业生产过程中的各种连接会产生含氟废水、含磷废水、含氨废水、重金属废水、有机废水、酸碱废水等。该行业废水含水量大，水质复杂，携带重金属、有毒氰化物、氮、磷等污染物大量，有机质浓度高，常为氢氧化四乙酯、银、光子等难以生物利用的相关废水，生物降解性差， 并且很难直接使用生物学方法治疗人类。

1处理工艺及设计

1.1设计进出水水质

某园区的主导产业为化合物半导体产业园区，包括了半导体材料和半导体器件的生产与制情况造等，产生的废水主要有含氟废水、含氨废水、有机废水。含氟废水是半导体制造业产生的主要污染废水，间接排放标准为20mg/L，在含氨废水的情况下，NH4+-N的浓度一般通过企业中的一种吹法降低到100mg/L以下。对于有机废水，半导体工业的生产过程中使用了大量的有机增溶剂，但由于其排放量大，COD浓度相对较低。污水处理厂设计出水水质指标符合《城市污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002-A级标准。

1.2设计思路及工艺路线

污水处理厂进水主要含有氟废水、含氨废水、有机废水，具有可生化性差、低碳氮比的特点，同时清洗废水中还有少量的石油类油脂，进入生化系统后会抑制微生物的活性。目前国内60%以上的污水处理厂采用A2/O工艺进行脱氮除磷，但对于低碳氮比污水，传统的A2/O工艺去除硝态氮时主要依靠污泥回流及硝化液回流，好氧池出水中TN理论上也不能完全去除，在实际运行中存在污泥龄矛盾和碳源竞争，脱氮除磷效率不高。然而，A2/O和MBR工艺的结合，由于其出水水质稳定，污染物指标去除率高，可以解决不同污泥年龄去除氮磷的矛盾，可以解决不同污泥年龄提取氮磷的矛盾。   

针对废水特点，污水处理厂预处理段采用曝气沉砂池重点去除废水中的砂类和油脂，采用高效沉淀池重点去除废水中的氟化物;主体处理工艺采用A2/O+MBR的工艺，提高活性污泥的微生物浓度和活性，使可生化性差、低碳氮比的废水处理后达标排放，并在A2/O工艺和MBR中间增加后置缺氧池等改良措施，理论上提高了工艺的脱氮效率。 

废水处理工艺可分为预处理区(粗格栅池至精细格栅池)、生化处理区及后续消毒区。预处理区采用粗、细格栅进行双层拦截，可有效去除进水中粒径较大的悬浮物。细格栅出水进入曝气沉砂池，由于其流速变小，剩余的砂粒在涡旋运动和重力的作用逐渐沉降到集砂池，通过吸砂机吸出;同时，池底布置的穿孔曝气管产生大量微小气泡，附着在废水中的油粒表面，增大了自身浮力后逐渐上升，漂浮于水面并进行油水分离，有效去除废水中含有的油类、砂粒等污染物质。曝气沉砂池出水进入高效沉淀池，高效沉淀池前端设置凝聚池和絮凝池，分别加入PAC和PAM，后端设置沉淀池进行浆水分离，可有效去除废水中所含的悬浮物、氟化物、TP和重金属等污染物，保证后续生化反应的稳定运行。预处理区末端还设置精细格栅池，可去除粒径在1mm以上的悬浮物，有效延缓后续MBR池中膜组件污染。 

生化处理区采用改良型A2/O及MBR相结合的工艺处理废水。废水进入生化处理区后，依次进入仄氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2, MBR池，MBR池池底设置污泥回流管将污泥回流至仄氧池，好氧池设置硝化液回流管将硝化液回流至缺氧池。由于MBR池内N03-N含量极少，保证了仄氧池内聚磷菌释磷效果，废水进入在MBR池后，在好氧条件下聚磷菌重新吸收磷，TP随剩余污泥排放而去除。废水中的NH+-N在好氧池内完成硝化反应，将NH4+-N转化为N03-N，随后通过硝化液回流至缺氧池1，利用进水中的碳源，在反硝化细菌的作用下生成氮气排出。为进一步去除水中的N03--N，好氧池出水进入缺氧池2再次进行反硝化反应，保证出水TN达标。由于废水中COD在好氧池内消耗殆尽，需向缺氧池2补充适量碳源。改良型A2/O池出水进入MBR池，利用膜组件的高效截留作用进行泥水分离，同时可有效截留水中的大分子有机物，出水水质好。同时，有效截留膜组件的效果可以实现SRT和HRT的完全分离，使硝化细菌富集成为优势物种，硝化能力逐渐增强。

MBR池的出水进入接触式消毒池，并用次氯酸钠溶液消毒，以确保流出物中的微生物含量降低到标准水平以下。最后，废水通过巴氏计量槽计量后直接排放至周围河道。

1.3高效沉淀池

高效沉淀池2座，单座设计规模按2.5万m3/d，结构为钢筋混凝土结构，单座高效沉淀池中混凝池尺寸为2.8 mX2.8 mX7.7 m，有效容积约51m3，水力停留时间约3.0min;沉淀池分两组，单组内径D=9m，总高度H=7.4m，表面负荷q=8.2m3/cm2·h)，沉淀时间约30min，污泥回流量约300%。

2运行效果及成本分析

目前，污水处理厂经调试后进行投产运营，运营前5个月期间改良型A2/O及MBR池MLSS浓度稳定在3000 mg/L，好氧池DO浓度稳定在2 mg/L，污泥龄约20d，污泥回流比和硝化液回流比分别为100%和200%，出水水质能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a类标准，情况如下所述。

2.1对悬浮物的去除效果

由进水悬浮物浓度不稳定，均在60-120 mg/L之间，可能是园区刚建成不久，各企业未达到预定产能，各企业预处理构筑物均低负荷运行所致。但污水处理厂出水悬浮物浓度均保持在4 mg/L以下，去除率高达94%以上，满足设计出水标准。原因在于预处理段采用了高效沉淀池，可去除废水中大部分悬浮物，又采用MBR工艺代替传统二沉池进行泥水分离，利用膜组件的高效截留作用，使出水悬浮物含量保持在较低水平，水质清澈。

2.2对COD的去除效果

污水处理厂进水COD在80-140 mg/L之间，主要是四甲基氢氧化钱、光刻胶等难以被生物利用的有机物，可生化性差，难以有效去除，但出水COD始终稳定在25mg/L以下，远远低于50mg/L的排放限值。原因在于污水处理厂的生化池总水力停留时间约20.8 h，污泥负荷较低;同时利用MBR膜组件的高效截留作用，使微生物不随出水流失，增大了生化系统中的MLVSS的量;此外废水中的大分子有机物也被膜组件截留，从而导致出水COD含量较低。

2.3对TN的去除效果

进水TN含量基本维持在17-26mg/L之间，但出水TN含量维持在3-8 mg/L之间，出水水质符合设计标准。TN去除率基本维持在高达70%-85%，略高于朱宁伟等研究的采用A2/O+MBR工艺的污水处理厂对于TN的去除率。原因在于生化系统不仅设置回流比为300%的硝化液回流系统外，还在好氧池后设置了缺氧池，可将好氧池内剩余的N03--N充分进行反硝化反应，降低出水TN含量。

3结论

采用改良型A2/O+MBR的主体工艺处理半导体行业废水，有效截留悬浮固体膜组件和TP的效果，可有效去除废水中的污染物，同时截留大量微生物，保证污泥活性，提高COD、NH4+-N和TN的去除效果，可靠地满足污水处理厂出水水质达到《城市污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A级标准。

参考文献

[3]韩永萍，张元，李可意，等.高矿化度电子废水MBR处理产水的污染特性[3].膜科学与技术，2016, 36（5）:81-86.

[3]徐雨晴，巫寅虎，吴乾元，等.半导体行业废水的反渗透膜污堵机制与控制策略[3].环境科学研究，2023, 36（3）:535-545.