CN103145268A

CN103145268A - 半导体行业工厂节水用水系统

Info

Publication number: CN103145268A
Application number: CN2013100953949A
Authority: CN
Inventors: 丁少华; 孙叶凤
Original assignee: SHANGHAI HUAQIANG ENVIRONMENT PROTECTION EQUIPMENT AND ENGINEERING Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI HUAQIANG ENVIRONMENT PROTECTION EQUIPMENT AND ENGINEERING Co Ltd
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2013-03-25
Publication date: 2013-06-12

Abstract

本发明为一种半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述的节水用水系统首先对原水（市政自来水）采用离子交换剂作软化处理，经软化后的水进入超纯水UPW系统，大部分制成超纯水供企业半导体生产用水；超纯水UPW系统的排水进入第一收集槽后分为三路利用，一路供企业冷却塔系统补水用，一路供企业生活区冲厕所用，还有一路供给预处理过滤器的反冲洗用，所述半导体生产用水经使用后的排水进入第二收集槽进行膜过滤将固液分离，膜过滤后的水回收作为超纯水UPW系统中的第二级反渗透补给水。本发明采用运筹学这一数学和社会科学交叉的学科理论，从水量平衡和适用水质角度建立水资源管理模型，实现水资源的重复利用。

Description

半导体行业工厂节水用水系统

技术领域

本发明涉及一种节水用水工程，特别是公开一种半导体行业工厂节水用水系统，改变了传统的末端净化处理回用节水技术，是一种有益环境的节约用水系统。本发明涉及纯水处理、研磨废水处理和节水管理数学模型等领域，是当今符合国家重点支持的高新技术领域和当前优先发展的高新技术产业化重点领域的关键技术。

背景技术

当今微电子信息技术水平的高低已被视为一个国家现代化水平的重要标志。单晶硅（Si）材料是半导体工业的基础，在高速发展的微电子信息（IC）产业和太阳能光伏（PV）产业中，据不完全统计，6″晶圆耗水1吨/片，8″晶圆和12″晶圆耗水量分别为3吨/片和12吨/片，同时切割（Wafersaw）和减薄（Granding）过程中还会产生含大量高浓度硅粉的乳白色或黑色混浊废水，其中悬浮物（SS）高达400-600mg/L，平均粒径0.19μm，高消耗、高污染已经成为妨碍这一行业发展的瓶颈，众多企业纷纷在寻求节水和减排的有效方法和途径，但是节水率一般也只有30%左右，纯水回收率不超过60%。研究一种经济合理的一水多用和硅粉分离技术，不仅可以提高节约用水率，还可以减少污染物排放，并实现资源回用，将大大降低企业运营成本，有利于半导体产业朝着绿色环保方向健康发展。

半导体及集成电路制备过程中硅片需进行严格的洁净清洗，需要大量超纯水，水质15～18MΩ·cm (25℃)。超纯水制备会涉及到反渗透装置，会有产生大量的排放水，利用率只有40～70%，这种排水硬度较高，没有很好的利用前途，一般都是排放的。

半导体工厂大量使用冷却塔，补水消耗大量市政自来水。

工厂员工生活区大量使用生活用水，大量市政自来水除供饮水、食堂用水外，几乎很大一部分是用于地面冲水、冲厕等杂用水，其水质要求并不高，可以使用一些回收水来替代新鲜自来水，具有节水潜力。

半和体电子行业超纯水经生产线使用后，会产生含硅粉废水，但除固杂外，无离子摄入，电阻率并未受到很大影响，简单说是带些固体杂质的纯水，而目前的废水一般采用化学絮凝沉淀法，不但涉入化学品影响水质纯度，导致水质利用前途受限，同时还由于化学絮凝剂的投入，造成污泥量增加。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术的缺陷，公开一种半导体行业工厂节水用水系统，改变了传统的末端净化处理回用节水技术（即市政自自来水进入工厂经各部门使用直接排放后再集流做各种处理，实现回收的方法），本发明通过分析工厂内不同部门的用水水质要求，进行全厂统筹平衡，采用运筹学这一数学和社会科学交叉的学科理论，从水量平衡和适用水质角度建立水资源管理模型，实现水资源的重复利用。将一些可以不使用新鲜市政自来水的部门或者场合直接或间接地利用处理过程中的排水（一般都采用排放处理后已使用过的市政自来），大量减少新鲜自来水的使用。

本发明是这样实现的：一种半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述的节水用水系统首先对原水（即市政自来水）采用离子交换剂作软化处理，离子交换剂水质软化技术是一项公知技术，经软化后的水进入超纯水UPW系统，大部分制成超纯水供企业半导体生产用水；超纯水UPW系统的排水进入第一收集槽后分为三路利用，一路供企业冷却塔系统补水用，一路供企业生活区冲厕所用，还有一路供给预处理过滤器的反冲洗用，所述半导体生产用水经使用后的排水进入第二收集槽进行膜过滤将固液分离，膜过滤后的水回收作为超纯水UPW系统中的第二级反渗透补给水。所述固液分离用的膜过滤器为管式或者平板式超滤膜过滤器，膜过滤后的排泥水再进行压滤机处理，处理后的水进入第二收集槽，污泥外运并委托有资质的单位处理，膜过滤后的清水返回超纯水UPW系统。所述对原水（即市政自来水）进行软化处理的离子交换剂为市售的强酸阳离子树脂，经软化处理后的水作为制备超纯水（UPW）系统的给水，使其进入超纯水UPW系统后的排水扩展利用的渠道。所述企业冷却塔系统补水用水经过市售的水质稳定剂处理后再供给冷却塔，所述水质稳定剂的投加量为80-120mg/L。

本发明的有益效果是：

1、超纯水制备系统中反渗透装置排放的硬度高不能直接再利用，本发明技术采用了传统的离子交换水质软化技术，使其出水符合预处理反洗水水质要求，是节水途径之一。

2、上述排水可作为冷却塔补水用，只不过有缺陷，由于反渗透浓缩，含盐量被提高2-3倍，可利用传统的挂片试验，通过改变常规市售循环冷却水水质稳定剂配比和用量来弥补这一缺陷，是本发明方法节水途径之二。

3、上述的排水可用于半导体工厂的生活区冲厕用水，是节水途径之三。

4、将半导体工厂生产过程的两个工序的硅粉排水通过以膜技术为核心的固液分离加以处理，用于超纯水系统中第二级反渗透器的补给水，是节水途径之四，也是本方案实现末端“零排放”的措施之一。同时这种方法避免了在硅粉回收和超纯水利用过程中的化学品污染，大大提高了超纯水回收利用率和硅粉回收质量。

本发明采用了经软化后的水作为半导体行业生产用水，并将生产后的排水经膜过滤后进入超纯水UPW系统，再加入市售水质稳定剂后成为企业冷却塔系统补水，冷却塔系统补水利用工厂生产用后的处理水而不是采用市政自来水，这一节水方法是本领域的技术创新。

附图说明

图1 是本发明超纯水制备系统工作流程图。

图中：1、工厂的生活区冲厕用水； 2、冷却塔补充水； 3、预处理过滤器的反冲洗用水；4、第二级反渗透器的补给水。

具体实施方式

根据附图，本发明一种半导体行业工厂节水用水系统，对原水（即市政自来水）采用离子交换剂作软化处理，经软化处理后的水进入超纯水UPW系统，大部分水制成超纯水作为企业半导体生产用水。超纯水UPW系统的排水进入第一收集槽后分别用于企业冷却塔系统补水用水、企业生活区冲厕用水以及超纯水UPW系统中的预处理过滤器的反冲洗用用水。所述半导体生产用水经使用后的排水进入第二收集槽，对第二收集槽的水进行膜过滤将固液分离，膜过滤后的水回收作为超纯水UPW系统中的第二级反渗透器补水所用，固液分离用的膜过滤器为管式或者平板式超滤膜过滤器，膜过滤后的排泥水再进行压滤机处理，经压滤机处理后的排水回流进入第二收集槽，压滤后污泥外运并委托有资质的单位处理，膜过滤后的清水返回超纯水UPW系统。企业冷却塔系统补水用水经过市售的水质稳定剂处理后再供给冷却塔，市售的水质稳定剂的投加量为80-120mg/L。

本发明将第一收集槽的水用于半导体工厂的生活区冲厕用水1和冷却塔补充水2以及超纯水（UPW）系统中一些预处理过滤器的反冲洗用水3。这三种用水原本均需使用市政的自来水（即原水）。但采用本发明成果后，省去了这三部分的自来水消耗，同时使一般无法利用，只能排放的反渗透器浓缩水得到了两次利用，大大节省了排水排污量，一举两得，物尽其用，是一种既有经济效益，又有环境效益的节约用水办法。

此外，本发明还将半导体工厂生产过程的切割（wafersaw）和减薄（Granding）两个工序的硅粉排水通过以膜技术（如公知的管式超滤UF或平板式超滤膜）为核心的固液分离方法加以处理，用于超纯水（UPW）系统中第二级反渗透器的补给水4，做到闭路循环，实现“零排放”。

上述工厂的生活区冲厕用水1、冷却塔补充水2、预处理过滤器的反冲洗用水3和第二级反渗透器的补给水4是通过采用本发明节水用水系统后，可省去原来自来水消耗的用水点（即节水途径）。

实施例：

上海某电子工厂的超纯水UPW系统处理能力为100m³/h，其排水量为44m³/h。排水收集到第一收集槽后，一路作为工厂生活区冲厕用水（6~9m³/h）排放，一路经过水质稳定剂处理后作为工厂冷却塔系统补水（30m³/h），另一路作为超纯水UPW系统中供水预处理设备的反洗用水（88~117m³/d），供水预处理设备反冲洗后的水采用离子交换剂进行软化处理之后重新进入超纯水系统。这样半导体生产过程中的用水得到两次利用，省去了上述三部分的市政自来水消耗，节约了资源。

UPW超纯水主要供Wafer saw和Grounding的生产设备用水，其产生的排水为100m³/h。排水收集到第二收集槽后，通过提升泵送至固液分离装置处理，固液分离用的膜过滤器为管式或者板式过滤器。经固液分离处理后，99m³/h清液作为回用水，用于超纯水UPW系统的补充水，1m³/h的排泥水经压滤机压滤后回流至第二收集槽重新处理，实现“零排放”，最后的污泥外运并委托有资质的单位处理。

Claims

1.一种半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述的节水用水系统首先对原水采用离子交换剂作软化处理，经软化后的水进入超纯水UPW系统，大部分制成超纯水供企业半导体生产用水；超纯水UPW系统的排水进入第一收集槽后分为三路利用，一路供企业冷却塔系统补水用，一路供企业生活区冲厕所用，还有一路供给预处理过滤器的反冲洗用，所述半导体生产用水经使用后的排水进入第二收集槽进行膜过滤将固液分离，膜过滤后的水回收作为超纯水UPW系统中的第二级反渗透器补给水。

2.根据权利要求 1 所述的半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述固液分离用的膜过滤器为管式或者平板式超滤膜过滤器，膜过滤后的排泥水再进行压滤机处理，处理后的水进入第二收集槽，膜过滤后的清水返回超纯水UPW系统。

3.根据权利要求 1 所述的半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述对原水进行软化处理的离子交换剂为强酸阳离子树脂，经软化处理后的水作为制备超纯水UPW系统的给水，使其进入超纯水UPW系统后的排水扩展利用的渠道。

4.根据权利要求 1 所述的半导体行业工厂节水用水系统，其特征在于：所述企业冷却塔系统补给用水经过水质稳定剂处理后再供给冷却塔，所述水质稳定剂的投加量为80-120mg/L。