TFT-LCD廢水處理工藝的研究進展

李華琳 徐錚 張文富 果銀虎 趙炙成

摘? 要：針對TFT-LCD行業日常生產過程中會消耗大量的水資源，并且在處理廢水的過程中采用傳統的方式方法，綜述了目前TFT-LCD行業中廢水處理工藝的研究進展，分別詳述了水解厭氧法、沉淀法、膜分離法與吸附法的處理工藝，并且分析對比了它們的優勢與不足。指出：TFT-LCD行業中廢水的處理一方面符合當下環保的要求，另一方面該廢水中具有大量可回收的有價值資源;處理過程中，可依據廢水的實際組分狀態選擇相應的處理工藝。

關鍵詞：廢水處理;沉淀法;膜分離法;吸附法

中圖分類號：TQ085+.4? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）23-0112-02

Abstract： In view of the fact that a lot of water resources will be consumed in the daily production process of TFT-LCD industry， and the traditional ways and methods are adopted in the process of wastewater treatment， the research progress of wastewater treatment process in TFT-LCD industry is reviewed. The treatment processes of hydrolysis anaerobics， precipitation， membrane separation and adsorption were described in detail， and their advantages and disadvantages were analyzed and compared. It is pointed out that on the one hand， the treatment of wastewater in TFT-LCD industry meets the requirements of current environmental protection; on the other hand， there are a large number of recyclable valuable resources in the wastewater; in the process of treatment， the corresponding treatment process can be selected according to the actual composition of the wastewater.

Keywords： wastewater treatment; precipitation; membrane separation; adsorption

引言

當前我國電子行業發展迅猛，各種電子產品已成為人類生活中不可或缺的必需品，最具代表性的當屬顯示產品。薄膜晶體管液晶顯示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，簡稱TFT-LCD）作為一種新興技術，將液晶顯示技術與微電子技術相結合，給人帶來全新的視覺體驗與科技創新體驗。為滿足全球液晶面板市場的巨大需求，我國目前正在逐步建立更加完備更具創新型的面板生產線。TFT-LCD行業在生產過程中，勢必會產生大量的工業廢水，該廢水如果沒有進行妥善的處理，會對周圍的環境乃至生態造成極大的危害，并且往往很多污染具有不可逆轉性，恢復處理將會耗費更大的時間與精力。另一方面，該廢水的妥善處理，可實現廢水中有價值資源的回收再利用，這一行為既符合了當下環保的要求，又符合了發展循環經濟的理念，意義重大[1]。

本文調研了目前TFT-LCD行業中處理工業廢水的多種工藝，并且分析對比了它們的優勢與不足，以期為TFT-LCD制造行業進行工業廢水處理時提供參考。

1 TFT-LCD廢水的主要處理工藝

為了實現TFT-LCD廢水的無害化處理與合理性利用，研究人員開發出了多種處理廢水的處理工藝，如水解厭氧法、沉淀法、膜分離法與吸附法等。

1.1 水解厭氧法

TFT-LCD廢水主要分為三種類型，即酸堿無機廢水，含氟廢水和有機廢水[2]。根據生產線工藝條件不同而產生不同的廢水，其處理工藝相應發生變化。一般性有機廢水中含有氮元素，氮元素在厭氧條件下分解為氨氮，形成初步分解，提高了其生化性。其原理是有機溶液中難以降解的大分子物質通過菌類（如水解菌、產酸菌）所釋放的酶類發生生物催化，分子鏈發生斷鏈與水溶，環狀大分子發生開環與斷環等，此時大分子物質即成功轉化為小分子物質，易降解程度明顯提高，為后續的進一步去除提供了便利。

丁淳怡等[2]提出水解厭氧工藝應首先考慮到水解厭氧池的優化設計，應保證有效水深可以達到6.0m，水解時間9.0hour為宜。為解決傳統升流式水池對進水量變化適應性差的特點，加裝了潛水推進器，其推流作用可將水與池內溶液進行充分混合，為水解提供了充分的條件。

1.2 沉淀法

沉淀法即所投物料與預期去除物質發生共沉淀，達到去除的目的。眾所周知，TFT-LCD廢水的成分多比較復雜，各種有機成分與無機成分共存，單純采用沉淀法顯然已無法滿足處理要求，需要與其它試劑協同作用[3，4]，常見試劑如Fenton試劑。

Yu-Jen Shih等[5]利用Fenton試劑有效去除約95%的有機物后，結合化學沉淀法對金屬Ni2+進行沉淀反應，去除率高達99.9%。

Prabir Ghosh等[6]對Fenton試劑進行改性，形成電-芬頓試劑后，對廢水中的COD去除率達到約80%，結合沉淀法對Zn2+的去除率高達約99%。

1.3 膜分離法

膜分離技術出現于20世紀初，至20世紀60年代最早開始應用于海水淡化，從此膜分離技術開始迅速興起。其原理是不同粒徑的分子混合物在通過半透膜時，根據膜的選擇透過性，實現目標物質的分離。

EvinaKatsou等[7]采用膜分離技術對廢水中的Zn2+進行分離去除，去除率為38%～78%;通過進一步研究Zn2+的特性，向廢水中加入礦物質，使礦物質對Zn2+發生選擇性吸附，去除率達到90%以上。

1.4 吸附法

吸附法是利用多孔性物質（吸附劑）對廢水中的一種或多種組分（吸附質）進行吸附，再以適當的方式對吸附劑進行解吸，如吸附劑的高溫水浴，酸系或堿系溶液浸出，超聲波震蕩或吹氣等，由此達到吸附質分離和富集的目的。

FlavianeVilela Pereira等[8]采用乙二胺四乙酸二酐（EDTAD）對木屑和甘蔗渣進行改性，使木質素和EDTA發生酯化反應，引入羧基和氨基官能團，提高其與金屬離子Zn2+形成復合物的能力，Zn2+去除率高達90%。

陳志勇等[9]采用多細胞藻海帶對金屬離子Cu2+和Ni2+進行吸附研究，最佳條件下，去除率達到95.17%和97.23%;同時，研究得出微生物菌體對金屬離子Cd2+具有很好的吸附能力，且解吸率較高，脫附后的微生物菌體可實現重復利用。

2 處理工藝對比分析

如上所述，TFT-LCD廢水成分復雜，與化工廢水類似，處理難度較大。水解厭氧法作為一種資源節約型，環境友好型廢水處理工藝，可實現作業過程中不引入其它物質，實現厭氧環境降解功能，具有很好的實踐意義。由于我國幅員遼闊，各個地區對于廢水處理的應用實踐存在差異，很難保證處理過程中的其它副產物（未完全降解的小分子）對生態環境是否具有永久友好性。因此該項工藝的推廣還需做進一步的技術研究。

沉淀法處理所得產物純度較高，且一般結晶性較好，成分可控度高，處理工藝簡單等，但該方法一般只適用于低濃度金屬離子的處理，一旦成分復雜且濃度較高，均需要配合其它方法使用，且不同的沉淀劑對同一種金屬離子進行沉淀時通常具有對環境體系的選擇性。

由于具有高去除率、低能耗、低污染等優點，使得膜分離法被廣泛應用于重金屬離子廢水的處理。C Blocher等[10]采用膜分離法、浮選法、吸附法組合工藝，成功將廢水中的沸石和金屬離子去除，去除率均接近100%。但是膜分離法始終面臨著膜污染的問題，這大大降低了該工藝的處理能效，因此，研究新型膜材料或對現有膜層進行表面修飾或改性以減少膜面污染是今后需要研究的方向。

吸附法多用于水質凈化，金屬離子回收，目前，吸附劑已不再局限于常見的活性炭、沸石、樹脂等工業產品，經研究，大量的生活廢棄物（如木屑、甘蔗渣、花生殼、椰子殼、廢茶葉等）同樣具有很好的吸附性能，且具備優良吸附劑的多種特性。已有報道表明，吸附法處理重金屬離子廢水已不再限定于低濃度的廢水體系[11，12]，對于高濃度金屬離子廢水仍然具有很強的去除能力，且抗共存離子干擾性較強。但是吸附法目前還多停留于實驗室研究階段，實現工業化仍需做進一步的研究。

3 結束語

TFT-LCD行業所產生的廢水體量大，成分復雜，該廢水會對環境乃至生態造成極大的危害，對其進行妥善處理已成為當務之急。各種處理工藝中，水解厭氧法可實現廢水中大分子有機物的降解，可應用于廢水處理的前期階段;沉淀法可控度高，處理工藝簡單，可操作性強;膜分離法能耗低，去除率高，低污染等，具備了處理工藝中的諸多優勢，但是其膜污染問題仍需做進一步研究;吸附法操作簡便，設備簡單，無二次污染，且吸附劑來源范圍廣。實際應用過程中，可視廢水情況靈活應用處理，如廢水中含有重金屬離子與各種有機物，可優先嘗試水解厭氧法，隨后可采用沉淀法或吸附法;大多數吸附劑對于溶液體系的pH，共存離子，濃度等具有選擇性，可視具體情況而定。

參考文獻：

[1]汪源源.廢液晶顯示面板的資源環境問題與對策[J].上海節能，2018（10）.

[2]丁淳怡，李勇.TFT-LCD電子廢水處理中對水解厭氧工藝的應用實踐[J].資源節約與環保，2017（5）.

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[8]Pereira F V， Gurgel L V， GilL F. Removal of Zn2+ from aqueoussingle metal solutions and electroplating wastewater with woodsawdust and sugarcane bagasse modified with EDTA dianhydride（EDTAD）[J].Journal of Hazardous Materials，2010，176 （1-3）：856-863.

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[10]Blocher C， Dorda J， Mavrov V， et al. Hybrid flotation-membranefiltration process for the removal of heavy metal ions fromwastewater[J].Water Research，2003，37（16）：4018-4026.

[11]李華琳，雒敏婷，張紅玲，等.介孔Cr（OH）3的制備及其對釩（V）離子的吸附性能[J].化工學報，2016，67（12）.

[12]Li P， ZHeng S L， Qing P H， et al. The vanadate adsorption on amesoporousboehmite and its cleaner production application ofchromate[J]. Green Chemistry，2014，16（9）：4214-4222.