半导体行业在制造过程中,会产生含有重金属的废水。这些废水成分复杂,含铜、铅、镍、镉、铬等重金属离子,其废水处理的难题包括系统运行稳定性差、药剂消耗高、运行成本高、后段生化工艺处理效率低下、重金属难回收、达标排放困难。

传统沉淀工艺存在的问题:

1、传统沉淀使用重捕剂作为精处理,但药剂仍需要过量投加才能保证出水精度,整体药剂投加量大。

2、水质波动大时,常规投加重捕剂的沉淀,会出现两种问题:相对于变化的进水金属浓度,药量投加少——出水不达标,药量投加大——运行成本高。

3、污泥金属占比低(0.5%重量比以下),污泥处理费用高昂,不可回收产生收益。

4、建设投入成本低,工艺单元少。

自研沉淀与离子交换复合工艺介绍

重金属废水处理中的药剂过耗问题,其核心挑战源自于沉淀物的溶解度特性和药剂与金属离子之间的结合效率。在传统处理工艺中,为了确保出水水质达到严格的排放标准,往往需要过量投加沉淀药剂,这不仅增加了处理成本,还可能产生过多的污泥,形成二次污染问题。

科海思创新性地引入了沉淀与离子交换复合工艺,该工艺巧妙地分担了精处理阶段的负担,通过优化药剂的使用,实现更高效、更经济的废水处理。在这一工艺中,初步处理阶段通过适当加药,利用沉淀作用去除大部分重金属离子,而后续的深度处理阶段则引入离子交换吸附技术,对残留的重金属离子进行高效捕获。离子交换具有高选择性和高吸附容量的特点,能够针对特定的金属离子进行深度净化,确保出水水质稳定达标,同时显著减少了药剂的总体消耗。

在无锡某集成电路板制造工厂,技改复合工艺在低运行成本的情况下,做出了比传统捕集剂加药更佳的效果。随着除重工艺段出水的稳定性提高,后端生化工艺段效果也变得更好。

沉淀与离子交换复合工艺的出水精度远高于重金属捕集剂的沉淀工艺,且投药成本更少、出水更稳定。

智能投药系统

加药沉淀法在处理含重金属工业废水时,尽管其基本原理是通过化学反应形成不溶性金属沉淀物以去除水中的重金属离子,但实际操作中出水水质的稳定性常常波动很大。这主要归因于几个关键因素的相互作用和控制难度。首先,化学药剂的选择必须精确匹配目标重金属种类,不同的重金属离子对沉淀剂的响应各异,错误的选择会导致去除效率低下。即使选对了药剂,投加量的控制也非常关键,不足或过量都会影响沉淀反应的完整性,进而影响去除效果。此外,pH值的适宜范围对于确保重金属离子与沉淀剂有效反应至关重要,偏离最佳pH范围会显著降低沉淀物的生成率和稳定性。此外,操作条件的波动,如温度、搅拌强度、沉淀时间等,也会影响沉淀物的形成和沉降速度,进一步加剧出水水质的不稳定性。

综上所述,确保各项指标能被控制在预定的设计范围内,能够极大地减少沉淀出水水质的波动。

科海思研发一种实时监测联动加药系统的智能投药技术,投药能跟随水质变化投加不同剂量的药剂,最终出水水质,无论稳定性和效果均优于常规加药沉淀工艺。

在北京某储存芯片制造企业的实际含镍废水处理案例中,启用智能投药和人工设定唯一值投药技术相对比,在相近出水结果下智能投药加药量明显更少,一定程度上减少了药剂消耗。

重金属回收工艺

在半导体行业中,重金属虽然作为污染物需要处理,但其本身往往具有较高的回收价值。然而,传统的废水处理工艺,如沉淀法,面临着回收效率低下的挑战。这是因为半导体生产中重金属离子的浓度通常较低,一般在废水中的占比不超过1%,导致通过沉淀生成的污泥中,重金属成分的浓度同样偏低。这种低浓度的重金属在污泥中难以直接回收利用,不仅回收成本高昂,且往往只能作为危险废物处理,经济性和环保性均不理想。

为了解决这一难题,科海思创新性地开发了选择性吸附金属技术,该技术利用高分子材料对特定金属离子的高选择性吸附能力,实现了对低浓度金属离子的有效捕获。吸附后的金属离子,通过特定的解析溶液进行释放,随后可通过电解或再次沉淀的方式,获得高纯度、高浓度的金属产品。这一过程不仅显著提高了金属的回收率,而且由于产品金属含量高,满足了工业回收条件,从而产生了显著的经济效益。

此技术对于半导体行业产出的含有价金属的废水,利用预处理技术除去不溶物质,然后通过离子交换系统将有价金属吸附在离子交换上,通过排空、冲洗和解析,产出一定浓度且纯净的有价金属溶液。此技术适用于金属价值较高,或有一定价值但浓度较低的废水中,相对于混凝沉淀、气浮、膜法工艺等,离子交换吸附工艺可选择性吸附水中特定金属,且精度高、处理效果好。在此过程中,产出的金属溶液经过简单处理可以再次投入生产使用,产生二次价值,使废水处理的运行成本减少,对于一些贵金属的回收,甚至能完全回收运行投入成本,产生盈利。

科海思在金属吸附工艺有丰富的项目经验,针对不同的水质信息,剖析金属的存在形式,匹配不同的特种吸附离子交换回收有价金属。在回收制成高价值产品时,整体回收系统可制成智能控制系统,通过计算和程序精细控制,制得可直接投入生产或售卖的产品。

科海思与传统半导体重金属废水处理工艺对比

当前,同行业多数公司采用的传统重金属废水处理工艺,普遍存在出水浓度难以达到环保排放标准的问题。特别是对于那些直接向地表水排放废水的工厂,为了确保排放达标,不得不大幅增加药剂投入,导致运行成本异常高昂。更为棘手的是,处理后的重金属残留往往不具备经济价值,只能作为危险废物,通过外部处理机构进行处置,这不仅加重了企业的经济负担,也未能实现资源的循环利用。

以成都某电路板镍废水处理系统的运行为例,综合药剂投加吨水成本4.8元,出水可稳定在0.05mg/L以下,出水镍含量在0.03mg/L。

科海思复合工艺的研发,打破了重金属废水处理运行成本高、产水精度低的困境。该工艺中的离子交换吸附段能够将沉淀尾水中的重金属有效分离并浓缩,形成高浓度可回收利用的重金属溶液,这不仅大幅降低了药剂的使用量,减少了化学处理成本,更关键的是,实现了重金属资源的循环利用,变废为宝。

以无锡某封装测试厂技改后的镍废水处理系统为例,综合药剂投加吨水成本3.09元,高浓度含镍解析液提纯后营收合计吨水1.24元,总计吨水运行成本为1.85元,稳定出水可做到0.1mg/L以下,最佳效果可做到未检出(0.05mg/L以下)。

沉淀与离子交换复合工艺的技术优势

(1)自研实现监测水质波动实时调节投药量,同时不需要在预处理阶段大量投药保持出水精度,通过这两种手段降低加药量,投药量大约为重捕剂沉淀工艺的60%~70%。

(2)离子交换技术可产出浓度可达到20g/L(以镍为例)的纯净解析液,经过电解得到粗镍产生收益。

(3)通过降低加药量,减少污泥产生量,从而减少污泥处置费用;再加上金属回收的收益,整体运行成本远远低于传统沉淀。

(4)离子交换出水稳定,精度高,以镍为例,最低可做到常规监测未检出(0.05mg/L以下)。