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二氧化碳液位計在廢水和反洗廢水中的運行結(jié)果與討論
摘要： 二氧化碳液位計制造過程中產(chǎn)生的晶背研磨廢水具有有機物濃度低， 懸浮物含量高的特點， 針對某二氧化碳液位計廠的晶背研磨廢水和反洗廢水， 設(shè)計采用 UF-RO 工藝處理。 工程應(yīng)用表明： 在晶背研磨廢水 TOC 質(zhì)量濃度為 0．5 ~ 5.0 mg ／L， 濁度為 80 ~ 100 NTU， SiO2 質(zhì)量濃度為 2 ~ 4 mg ／ L， 反 洗 廢 水 TOC 質(zhì) 量 濃 度 為 1．5 ~ 3.0 mg ／ L， 濁 度 為 4 ~ 8NTU 時， 處理出水 TOC 質(zhì)量濃度低于 1 mg ／ L， 濁度低于 0．1 mg ／ L， SiO2 質(zhì)量濃度低于 1 mg ／ L， 完全可以回用至超純水預(yù)處理系統(tǒng)。
二氧化碳液位計的制造工藝復(fù)雜， 需要消耗大量的水，且隨著先進制程的推進， 單位耗水量也在不斷上升。 二氧化碳液位計的水種類很多， 大部分成分復(fù)雜， 需分類收集后進行相應(yīng)處理。 晶背研磨廢水（BG）主要來源于芯片制造過程中晶背研磨制程的清洗廢水，主要污染物為懸浮顆粒。 反洗廢水（BWW）主要為超純水制取工藝中多介質(zhì)過濾塔和活性炭塔反洗產(chǎn)生。
膜處理工藝常用于自來水和廢水的深度處理，UF-RO 處理工藝已廣泛應(yīng)用于鋼鐵廢水、 化工廢水、 印染廢水和冷卻水的處理和回用， 取得了良好的效果［4－6］。 針對晶背研磨廢水和反洗廢水的特點，采用膜工藝進行處理及回用， 具有處理效果穩(wěn)定、維護方便等明顯優(yōu)勢。 通過工程應(yīng)用， 旨在探尋和推廣二氧化碳液位計制造行業(yè)廢水回用的新途徑。
1 工程設(shè)計
1．1 設(shè)計水量、 水質(zhì)
國內(nèi)某二氧化碳液位計廠， 晶背研磨廢水產(chǎn)生量為 150 ～160 m3 ／ d， 反洗廢水產(chǎn)生量 為 500 ～ 700 m3 ／ d， 主要污染物為懸浮物， UF-RO 處理系統(tǒng)設(shè)計進水和出水主要水質(zhì)指標見表 1。
1．2 工藝流程
該 UF-RO 處理系統(tǒng)的工藝流程見圖 1。
晶背研磨廢水在排放機臺附近設(shè)置簡易平流式沉淀池， 經(jīng)初沉后進入調(diào)節(jié)槽， 經(jīng)過保安過濾器過濾后， 再進超濾膜組， 產(chǎn)水流入產(chǎn)水槽； 反洗廢水進入調(diào)節(jié)槽， 經(jīng)過保安過濾器過濾后， 再進超濾膜組， 產(chǎn)水流入產(chǎn)水槽。 兩種超濾產(chǎn)水混合后， 經(jīng)保安過濾器， 進入反滲透膜組， 產(chǎn)水回用至超純水預(yù)處理系統(tǒng)， 濃水排放至廢水系統(tǒng)。
2 主要設(shè)備和控制程序
2．1 主要設(shè)備
BG 調(diào)節(jié)槽選用碳鋼（CS）并內(nèi)襯玻璃鋼（FRP）防腐， 設(shè)攪拌器。 BG 產(chǎn)水槽和 BWW 產(chǎn)水槽選用FRP 材質(zhì)。
具體的規(guī)格參數(shù)和附屬設(shè)備見表 2。
超濾膜組件和反滲透膜組件前均設(shè)置保安過濾器， 濾芯和膜組件規(guī)格參數(shù)見表 3。
2．2 主要控制儀表
數(shù)據(jù)采集和過程監(jiān)控采用ADA 系統(tǒng)， PLC等硬件設(shè)備以總線方式連接到服務(wù)器上， 進行數(shù)據(jù)處理和運算。 操作人員可以在ADA 系統(tǒng)上對現(xiàn)場的開關(guān)、 閥門進行操作， 實現(xiàn)現(xiàn)場無人值守。各控制點實時記錄運行數(shù)據(jù)， 生成系統(tǒng)各設(shè)備和在線儀表的運行曲線， 便于分析系統(tǒng)運行狀況。主要控制儀表見表 4。
3 膜的清洗
3．1 超濾膜反洗
膜處理工藝應(yīng)用中， 通量下降過快是影響系統(tǒng)正常運行的主要因素。 而人工清洗需要耗費大量人力， 為此通過程序設(shè)定實現(xiàn)自動反洗。BG 和 BWW 超濾膜采用先氣洗后水洗的清洗模式， 程序設(shè)定見表 5。
3．2 反滲透膜清洗
反滲透膜運行一定時間后， 污染物會在膜表面沉積， 需要定期進行化學(xué)清洗以完全恢復(fù)膜性能。 本系統(tǒng)設(shè)計清洗周期為 3 個月， 清洗包括循環(huán)、 浸泡、 沖洗 3 個過程， 將清洗劑引入反滲透膜 組 ， 按 每 支 膜 11．4 L ／ min 的 流 量 循 環(huán) 5 ～ 15min， 再將單支膜流量調(diào)至 22．8 L ／ min 循環(huán) 5 ～ 15min， 然后再將單支膜流量調(diào)至 35 L ／ min 循環(huán) 30 ～60 min， 隨后進入浸泡階段， 1 ～ 2 h 后進行沖洗，直至濃水電導(dǎo)率與進水電導(dǎo)率相同。 反滲透膜采用先酸洗后堿洗的步驟進行， 酸洗和堿洗均經(jīng)過上述過程， 酸洗劑可選用檸檬酸或 HCl， 堿洗劑選用 NaOH。 清洗劑選擇見表 6。
4 運行結(jié)果與討論
經(jīng)過 1 年的連續(xù)運行， 晶背研磨廢水進水 TOC質(zhì)量濃度為 0．5 ~ 5.0 mg ／ L， 濁度為 80 ~ 100 NTU，SiO2 質(zhì) 量 濃 度 為 2 ~ 4 mg ／ L， 反 洗 廢 水 進 水 TOC質(zhì) 量 濃 度 為 1．5 ~ 3.0 mg ／ L， 濁 度 為 4 ~ 8 NTU，UF-RO 處理出水 TOC 質(zhì)量濃度低于 1 mg ／ L， 濁度低于 0．1 mg ／ L， SiO2 質(zhì) 量 濃 度 低 于 1 mg ／ L， 完 全可以回用至超純水預(yù)處理系統(tǒng)。 UF-RO 處理系統(tǒng)出水電導(dǎo)率和 TOC 濃度見圖 2 ～ 圖 3。
5 效益分析
本工程總投資約為 420 萬元， 年能耗費為 69 890元， 年耗材更換費用為 12 000 元， 運行成本約為 3 元 ／ m3， 低于自來水價格。 工程實施后， 年回收并回用水量 154 260 m3， 節(jié)約了相應(yīng)量的自來水。
6 結(jié)語
采用 UF-RO 工藝處理二氧化碳液位計晶背研磨廢水和反洗廢水， 出水 TOC 質(zhì)量濃度低于 1 mg ／ L， 濁度低于 0．1 mg ／ L， SiO2 質(zhì) 量 濃 度 低 于 1 mg ／ L， 完 全達到設(shè)計要求并回用于超純水預(yù)處理系統(tǒng)。 本工程實施后， 年回收并回用水量達到 154 260 m3， 有效降低了自來水消耗量。 同時， 該系統(tǒng)運行維護簡單， 處理成本低， 取得了良好的節(jié)水效果和經(jīng)濟效益。
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