半導體行業廢水的處理現狀及展望

張少鋒

（合肥鑫晟光電科技有限公司，安徽 合肥230012）

2018 年全球半導體仍維持高景氣度，全球半導體營收額到達4000 億美元，隨著半導體應用更加廣泛，整個行業進入加速發展期。此外，高性能運算，數據中心，智能汽車，物聯網等新興需求帶動的新一輪半導體應用，展現出強有力的發展潛力。半導體市場的快速發展，各種需求和機遇也顯現出來，很多半導體生產基地在中國建立，如：京東方，華星光電，長江存儲，紫光等。半導體生產不僅給中國帶來了巨大的經濟利益，也產生了新的環境污染問題。在半導體生產過程中，不可避免的會產生各種污染物的廢水，以含氟離子，含銅離子，含磷廢水的危害最為嚴重。

本文闡述以上三種污染廢水的處理現狀，涉及到的具體工藝流程及生產條件進行分析。介紹離子交換樹脂法在各廢水的應用[1]，未來在處理含銅，含磷，含氟廢水的展望。

1 半導體行業廢水處理現狀

1.1 含氟離子廢水的處理

在半導體行業中，化學沉淀和混凝沉降法的組合工藝是最為經濟型處理方法[2]，形成氟化鈣絮凝沉淀法，含氟廢水的具體處理過程如下圖1：

圖1 含氟廢水處理工藝流程

由上述可知，化學沉淀法進行含氟廢水的處理原理：

調整pH 為6-7 左右，加入的過量的CaCl2和適量的絮凝劑，形成的沉淀CaF2成為礬花，部分污泥循環成為載體，促進絮凝效果，在沉淀池通過重力沉降實現泥水分離，一級反應能夠去除80%的氟，二級絮凝添加PAC 進一步處理氟，氟化鈣及其其他形態沉淀，利用污泥泵輸送到污泥沉淀池，用板框式脫水機壓成泥餅外運，產生的壓濾液進入其他的系統進一步處理。此工藝流程比較簡單，費用也比較低，處理水中含有5-10ppm 的氟離子，和CaF2本身的溶解度有關系，但對于半導體行業的含氟廢水處理還是具有很大的適用性。

1.2 含磷廢水處理現狀

半導體行業的含磷廢水中磷主要以PO43-為主，可以通過調整pH，加入CaCl2生成Ca5(PO4)3OH 沉淀，難溶于水。采用的方法為化學沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝[3]，形成羥基磷酸鈣，含磷廢水的具體處理過程如下圖2：

圖2 含磷廢水處理工藝流程

由上述可知，化學沉淀法進行含磷廢水的處理原理：

含磷廢水pH 一般在2 左右，一級反應池的pH 調整到5-6左右，二級反應池pH 調整到8.5-9，三級反應池pH 調整到9-9.5（確保完全生成羥基磷酸鈣），加入的過量的CaCl2和適量的絮凝劑，形成的Ca5(PO4)3OH 沉淀，部分污泥循環成為載體，促進絮凝效果，在沉淀池通過重力沉降實現泥水分離。此工藝流程比較簡單，費用也比較低，但是要求系統調整及時，處理水含磷波動比較大，影響處理水的排放，對于半導體行業的含磷廢水處理還是具有很大的適用性。

1.3 含銅廢水處理現狀

半導體行業的含銅廢水有其特殊性，并非都是以Cu2+離子形式存在，還有銅的螯合物或絡合物形式，需利用Ca2+、Mg2+離子置換Cu2+離子。采用化學沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝，形成氫氧化銅或氧化銅等沉淀物，含銅廢水的具體處理過程如下圖3：

圖3 含銅廢水處理工藝流程

由上述可知，化學沉淀法進行含銅廢水的處理原理：

含銅廢水pH 調節到9-10 左右，加入一定比例的CaCl2和MgCl2，適量的PAC 和絮凝劑，形成的Cu(OH)2沉淀，在沉淀池通過重力沉降實現泥水分離。此工藝流程比較簡單，費用也比較低，但是要求對CaCl2和MgCl2加入量調整及時，置換出絡合物或螯合物中銅，處理水含銅波動比較大，影響處理水的排放，對于半導體行業的含銅廢水處理還是具有很大的適用性。

2 半導體行業廢水處理展望

離子交換樹脂，是具有交換離子能力的官能團、網狀結構、不溶性的高分子化合物，單元結構包括：不溶性的三維網狀骨架、骨架上連接的功能基團和功能基團所帶的交換離子。離子交換樹脂法已經在廢水處理中得到廣泛應用，主要因其操作簡單，整體流程簡短，占地面積小，工藝技術成熟等優點，可處理重金屬、有毒金屬和稀有金屬，回收金屬重新利用，去除水中的有毒物質，有機廢水中的酸性或堿性的物質。

樹脂的性質和類別是其中的化學活性基團種類決定的。劃分成陽樹脂和樹脂，交換溶液中陽離子和陰離子。離子交換樹脂法是利用離子交換樹脂交換重金屬離子，重金屬濃度降低，去除廢水中的金屬離子。離子交換樹脂交換吸附飽和后可進行再生，將離子交換樹脂上的離子交換下來，使離子交換樹脂恢復其交換能力，并且回收脫附下來的金屬離子，濃縮回收利用。楊明平[4]等以苯氧基乙酸和甲醛為原料合成含醚鍵的離子交換樹脂來處理含Cu2+的廢水，去除率達到98 %以上。Seo 等[5]利用堿改性的泡沫鋁合金過濾器過濾含磷廢水，在較短的接觸時間內實現了90%的磷去除率。離子交換除磷是利用OH-與污水中的PO43-通過交換而除磷的一種方法。陳楠[6]利用D406 螯合樹脂吸附氟離子，吸附率可達到90%以上。離子交換樹脂法對廢水選擇性分離，可以更好地實現廢水中各物質的處理與回收，變廢為寶。

3 結論

半導體行業產生的含氟，含銅，含磷廢水的處理主要采用化學沉淀法和混凝劑沉降法的組合工藝，形成沉淀物實現泥水分離。簡單的工藝流程，低費用，適用于現階段的半導體產生廢水處理，但是考慮到資源的浪費和對環境的污染，此工藝不能從根本上解決廢水問題。離子交換樹脂法技術逐漸趨于成熟，未來在廢水處理領域將替代傳統的化學混凝等工藝，因此，研制對各廢水具有交換容量大、高選擇性、再生性能好、價格便宜以及吸附解吸過程可逆性好的離子交換樹脂，也是今后廢水處理工作者的研究方向。