Actiflo工藝技術應用于硅片研磨廢水處理

王永健

（威立雅水處理技術（上海）有限公司，上海 200001）

在硅片的切割研磨生產過程中，會產生大量的高濁度廢水，這種廢水濁度非常高、顆粒細小、在水中穩定、極難沉淀。不過由于有機物及其他污染物含量少，該種廢水可以成為很好的回用水水源。目前常用的處理工藝有傳統混凝沉淀和超濾膜過濾[1-4]。但是，傳統混凝沉淀工藝藥劑投加量大，沉淀面積要求大，處理效果不佳。超濾膜過濾工藝存在很多問題，如膜容易堵塞、反洗頻率高、水的回收率小、超濾膜的更換成本昂貴。

蘇州工業園區某半導體企業產生的廢水主要來源于硅片切割研磨生產線。該股研磨廢水平均流量約 35 m3／h，CODCr一般不大于 15 mg／L，平均濁度約2 000 NTU，最高可達3 000 NTU以上。該企業先后采用傳統混凝沉淀和超濾膜過濾工藝進行研磨廢水的處理，但沒能得到良好的處理效果。隨著企業產能的增加以及工業園區對水回用的要求，Actiflo微砂壓載絮凝工藝被應用于原研磨廢水處理設施的升級改造。

1 Actiflo微砂壓載絮凝工藝

廢水需經過細格柵攔截去除大的顆粒及雜質后進入 Actiflo澄清池，防止堵塞后續處理設備。化學混凝劑（一般為鋁鹽或鐵鹽）在廢水進入混凝區前被投加到廢水中。

被預先注入混凝劑的廢水，從進水管進入混凝區的底部。投加混凝劑的廢水進入混凝區后，采用機械攪拌方式進行快速混合，保證了混凝劑和廢水快速和完全的混合。混凝反應使廢水中的固體脫穩，有利于后續的沉淀過程。

圖1 Actiflo工藝流程圖Fig.1 Diagram of Actiflo

圖 2 Actiflo工藝原理Fig.2 Principle of Actiflo

混凝后的廢水從混凝區溢出進入注射區的頂部。同時，粒徑為130～150 μm的微砂和高分子聚合物被注入該池中。動態混合提高了混凝固體、高分子聚合物和微砂之間相互接觸的可能性，使微砂成為絮體的凝核，能夠提高絮凝效果，增加絮體質量，并在高分子聚合物的吸附架橋作用下加大絮體、懸浮固體和微砂之間的黏結，形成體積和密度均較大的絮體，以利于后續沉淀。

含砂絮凝物的廢水，從注射區底部進入熟化區。根據實際情況需要，此時可在該池中注入額外的高分子。得益于微砂的加速絮凝，在攪拌時間有限和絮凝體積有限的情況下，顆粒間碰撞機率極大增加。已形成的絮體在分子間的作用力和物理攪拌作用下生長，進一步變大、變密實，以利于后續沉淀（見圖3）。相對于混凝區和注射區攪拌裝置的強力混合作用，熟化區溫和的攪拌需要保證既不造成絮體的破碎，又足夠能保持絮體的懸浮狀態。

圖3 熟化區中的絮體Fig.3 Floc in Maturation Zone

沉淀區由污泥收集系統、斜管和澄清水收集槽組成。熟化的絮體一旦進入沉淀區很快就沉降到澄清池底部。由于沉淀區內污泥收集系統的獨特設計，大部分污泥在未進入斜管區已經沉淀下來，污泥不會大量地累積以至堆積在斜管內，所以Actiflo澄清池的斜管不需要如普通斜管沉淀池那樣需要經常停產沖洗。污泥在沉淀區底部的污泥斗中收集并稠化，水流通過斜管升至池面的清水收集槽。

污泥循環泵連續抽取污泥斗中的泥沙混合污泥到注射區上方的水力旋流裝置進行泥沙分離。根據進水濁度和懸浮固體濃度的不同，混合污泥的回流量約為處理水流量的5%～8%。由于離心旋流的作用，水力旋流器將污泥從可再使用的微砂中分離出來，并將分離出來的微砂直接投加到注射區中繼續參與反應，約占回流量的20%（容積比）。污泥從分離裝置上部溢出排放，約占回流量的80%。

在系統啟動階段，需要向系統內一次投加足夠的微砂，確保運行時系統內微砂濃度達到3～5 kg／m3。如此之高的微砂濃度提高了Actiflo系統的穩定性。以4 kg／m3為例，當進水懸浮固體濃度由100 mg／L增加到400 mg／L時，固體負荷增加了300%，而對于 Actiflo系統，僅相當于增加了7%。

水力旋流器能保證微砂和污泥的高效分離（見圖4）。通過水力旋流器溢流損失的微砂極少，回流污泥中99%以上的微砂被分離循環使用。微砂的損失不超過3 g／m3處理水，這個損失可以連續投加補充，也可以定期進行投加補充。

排出的污泥中含有少量的微砂。根據經驗可知污泥中含有的少量微砂不會對污泥的性質和處理產生特別的影響。其污泥可以按照通常的化學混凝沉淀污泥進行處理，而不需要特殊的要求，通常采用的污泥脫水工藝有離心、板框、帶式或疊螺。為減少污泥處理流量，可以對水力旋流器分離出來的污泥進行濃縮預處理。根據實際的研磨廢水運行經驗，板框壓濾后的泥餅固含量高達30%以上。

圖4 水力旋流器Fig.4 Hydrocyclone

2 研磨廢水處理設施的升級改造

考慮到廢水流量的增加，水處理站占地有限等要素，研磨廢水處理設施的升級改造最終選擇了APWW-1 型 Actiflo一體化成套設備（見圖5）。其主要運行參數如表1所示。

圖 5 Actiflo一體化成套設備Fig.5 Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一體化成套設備主要參數Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一體化成套設備主要參數Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

參數 數值 參數 數值混凝池HRT／min注射池HRT／min熟化池HRT／min裝置尺寸2 2 6 4.1m×1.8m×3.2m設計流量／（m3·h-1）澄清區表面負荷／（m·h-1）泥沙回流比／%微砂濃度／（kg·m-3）40 40 5～8 3～5

3 Actiflo工藝調試運行結果

圖6 Actiflo裝置進出水Fig.6 Influent and Effluent of Actiflo Package Unit

對于研磨廢水的處理效果，主要根據處理前后廢水濁度的變化來進行分析。Actiflo一體化成套設備分別在系統進水和沉淀出水區設置在線濁度儀進行濁度的測定。濁度儀每秒鐘取一次讀數，每半小時由人工記錄一次進出水的濁度。由于進水濁度經常超出濁度儀的檢測上限，需要人工對進水的濁度進行測定。

圖7 調試期間Actiflo○R裝置進出水濁度Fig.7 Turbidity of Actiflo○RPackage Unit during Testing

4 結論

［1］韓玉珠,馬青蘭.混凝沉淀法污水深度處理條件優化[J].凈水技術,2011,30(1)：42-44,86.

［2］呂尤,李星,俞嵐,等.典型的高效混凝與沉淀工藝[J].凈水技術,2012,31(1)：38-41.

［3］馬永恒,董秉直.有機物不同組分對于超濾膜污染的中試試驗[J].凈水技術,2011,30(5)：19-27,71.

［4］錢伶琤,雷曉玲,何棟奎.超濾膜系統內部結構對膜過濾性能的影響[J].凈水技術,2012,31(5)：42-45.

［5］Guibelin,E.,Delsalle,F.,Binot,P.The Actiflo process：A highly compact and efficient process to prevent water pollution by stormwater flows[J].Wat.Sci.Tech.,1994,30(1)：87-96.

［6］羅啟達,周克明,陳偉,等.ACTIFLO——一種新型高效水處理澄清工藝[J].凈水技術,2004,23(1)：38-41.

［7］楊淑霞.渤海灣海水Actiflo工藝預處理中試試驗[J].凈水技術,2012,31(6)：59-60,90.

［8］Plum,V.,Dahl,C.P.,Bentzen,L.,et al.The Actiflo Method[J].Wat.Sci.Tech.,1998,37(1)：269-257.

［9］Janssens J.G.,Buekens A.Theoretical analysis and practical application of the kinetic model of flocculation in the interpretation of Jar Tests[J].Aqua N.1987,2：91-97.