半导体行业废水处理现状

半导体行业废水处理现状

程雅琳

中国电子系统工程第四建设有限公司

【摘要】近年来，半导体行业快速发展，伴随而来的是严重的环境问题，尤其是生产废水带来的危害。文章总结了半导体行业产生的典型废水：含氟废水、研磨废水、有机废水、酸碱废水、切割废水、重金属废水的处理现状，为类似废水处理项目提供技术参考。

【关键词】半导体行业；典型废水；废水处理工艺

1 废水分类与来源

1.1 废水来源

半导体制造及封装测试的各个工艺步骤都有大量的废水产生，主要工序有光刻、显影、湿法/干法刻蚀、离子注入、化学气相沉积、化学机械抛光、芯片研磨以及芯片抛光等。

半导体制造过程中废水排放情况见表1：

表1 半导体制造废水排放情况

类别	污染来源	产生的主要污染物种类
酸、碱废水	硅片清洗	碱性废水、酸性废水
	光刻	废显影液
	湿法刻蚀	含磷酸、硫酸废水
	干法刻蚀	氨水、硝酸、盐酸废水
含氟废水	硅片清洗	含HF废水
	湿法刻蚀	含HF废水
研磨废水	CMP抛光	CMP废水

2 废水处理工艺

2.1 含氟废水

含氟废水的处理技术主要为化学沉淀法，即投加化学药品形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共沉淀，然后分离固体沉淀物即可去除氟化物。通常使用的药剂为CaCl₂或Ca(OH)₂，化学反应式为：

C a²⁺+2F⁺ CaF₂

具体处理工艺流程为：从生产厂房工艺机台排出的含氟废水经收集进入调节池，经充分混合后出水经水泵加压输送至pH调节池，在pH调节池中调至中性或碱性后重力流进入下一级反应池，在该反应池中将废水调节至沉淀反应所需的最佳pH值同时投加CaCl₂药剂，去除水中的氟离子，CaCl₂和氟离子通过化学反应生成CaF₂沉淀，随后废水流入混凝池，在池内投加混凝剂（PAC），在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，充分反应后的废水再流入絮凝池，继续投加絮凝剂（PAM），使产生的矾花继续增大，随后废水流入沉淀池进行泥水分离，沉淀池上清液出水经三角堰溢流至含氟废水出水池，并对经过混凝絮凝沉淀单元处理过的水进行F^-在线监测，合格的废水经水泵加压输送至酸碱中和系统进行下一步操作，不合格的废水返回至含氟废水调节池重新处理，直至废水达标。沉淀池池底污泥经污泥泵输送至污泥系统进行处理。

该工艺采用两段化学沉淀，可以使F^-<10mg>；另一方面，加药采用CaCl₂代替传统的Ca(OH)₂，减少了管道堵塞的发生，操作方便，易于控制。

2.2 研磨废水

研磨废水主要产生在晶圆减薄研磨过程，主要污染因子为SS、COD、少量盐分。研磨废水宜采用化学混凝沉淀法处理。

研磨废水与含氟废水处理工艺相近，从节省投资方面考量可以将研磨废水与含氟废水合并处理。

2.3 有机废水

有机废水主要污染因子为SS、COD、氮磷，处理方法一般使用生物降解的方法，其中包括好氧生物处理和厌氧生物处理。某项目有机废水进水水质，PH：8～10，COD：364.9 mg/L，氨氮：37.2 mg/L，总氮：86.7 mg/L；出水水质为，PH：6～8，COD：54.9 mg/L，总氮：34.7 mg/L。

具体处理工艺流程为：有机废水通过水泵提升至综合废水PH调节池，加入H₂SO₄和NaOH将pH值调至中性，出水继而进入厌氧池，在厌氧池内，将水中的大分子、难降解的有机物转化为易生物降解的小分子有机物，水中CODCr、BOD、NO₃^--N浓度都有所下降。在好氧池内，在硝化作用下，氨氮被氧化为硝酸盐氮，浓度快速下降。好氧池出水进入MBR池，通过膜微滤使泥水分离，达到净化水质的目的。MBR膜生物反应器将生物法和膜技术结合，可代替传统的二沉池，设备紧凑，占地小；固液分离效率高。

2.4 酸碱废水

酸碱废水主要污染因子为PH、SS、少量COD。具体处理工艺流程为：分别收集各洗涤塔排水、一般酸碱废水以及其它经处理合格的废水均集中于该系统进行处理。该系统由两个PH调节池、一个放流监测池和一个应急水池构成。放流监测池中在线连续监测流量、PH值、COD、NH₃^-N、TN、TP、F^-和SS浓度，如果水质检测达到废水排放标准，出水直接排入室外排水管网；如果水质检测没达到废水排放标准，则关闭排水阀并将不达标废水引入应急水池暂时贮存，然后用水泵将该废水打回酸碱废水调节池再次进行处理直至达标排放。

2.5 切割废水

切割废水通过提升泵输送至自清洗过滤器过滤器和超滤膜进行过滤，处理水进入回用水槽，再通过水泵送至纯水系统原水池。超滤膜运行一段时间后，膜丝会堵塞，需要定期反洗。反洗废水排入研磨废水调整槽，进行再处理。

2.6 重金属废水

半导体封装过程中会用到电镀工艺，电镀中会使用一些金属如：银、镍、锡、铬等，芯片在电镀后需要清洗，这一过程中上述金属离子会排放出来，产生重金属废水。

某项目含银废水进水水质为，PH：6～10，COD：＜180 mg/L，总银：＜10 mg/L；出水水质为，PH：7～9，COD：＜150 mg/L，总银：＜0.1 mg/L。

具体处理工艺流程为：含银废水通过水泵将废水提升到序批反应池，通过流入、反应、沉淀、排水和闲置5个阶段并在期间加入NaOH、PAC以及PAM。产生的沉淀通过板框压滤机实现固液分离。项目采用化学沉淀处理系统，去除水中的Ag⁺。其方程式如下：

O H^－ ＋ Ag⁺ AgOH↓

上清液进入滤液储存桶送至自清洗过滤器和螯合树脂塔，通过螯合树脂吸附沉淀法去除化学沉淀法无法去除的金属离子，螯合树脂塔出水进入清水池。螯合树脂吸附金属离子的机理是树脂上的功能原子与金属离子发生配位反应，形成类似小分子螯合物的稳定结构，可广泛应用于各种金属离子的回收与分离，采用螯合树脂去除重金属技术成熟可行。

3 总结

本文阐述了半导体行业常见的6种废水处理工艺，分别是含氟、研磨、有机、酸碱、切割以及重金属废水。企业可根据需求进行经济比选，选择合适的废水处理工艺，以达到企业经济效益和环境效益和谐统一。

参考文献：

[1] 张心怡.我国集成电路产业前三季度销售额近7000亿元[N].中国电子报，2021-11-30（第008版）.

[2]蒋卫刚，季连芳，甘晓明，等. 芯片生产废水处理技术探讨[J]. 给水排水，2006，32（7）：59-61.