CN110316871B - 一种半导体研磨废水的处理方法 - Google Patents

一种半导体研磨废水的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：取研磨废水，调节研磨废水的pH值为8.5‑10.5；向处理后的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度和悬浮物的质量浓度之比为1:9‑13，然后搅拌10‑50min，得破稳废水；向破稳废水中依次加入絮凝剂和助凝剂，使得破稳废水中絮凝剂的质量浓度与悬浮物的质量浓度之比为1:90‑120，助凝剂与悬浮物的质量浓度之比为1:9‑13，然后进行沉降分离即可。该方法可有效解决现有的处理方法存在的絮凝剂投加量大，导致投入成本增加和产生的污泥量大的问题。

Description

一种半导体研磨废水的处理方法
技术领域
本发明涉及半导体废水处理技术领域，具体涉及一种半导体研磨废水的处理方法。
背景技术
近年来我国半导体产业发展迅猛，半导体芯片行业使用大量研磨液进行芯片打磨抛光，产生各种研磨液废水，但随着民众环保意识和环保要求的提高，环境污染也日益受到人们的关注。现有的研磨废水一般需要进行处理，达到标准后才能排放，现有的处理工艺一般采用普通絮凝沉淀、电絮凝、高pH膜过滤等的处理工艺。添加絮凝剂为常用的絮凝方式，但是由于研磨液呈现强稳定性需要投加大量的絮凝剂才能起到絮凝作用，这无疑增加了企业的投入成本，而且，投加的絮凝剂量大，产生的污泥量也随着增加，使得后续污泥处理的难度也随之增大。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种半导体研磨废水的处理方法，该方法可有效解决现有的处理方法存在的絮凝剂投加量大，导致投入成本增加和产生的污泥量大的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种半导体研磨废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取研磨废水，调节研磨废水的pH值为8.5-10.5；
(2)向经步骤(1)处理后的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度和悬浮物的质量浓度之比为1:9-13，然后搅拌10-50min，得破稳废水；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入絮凝剂和助凝剂，使得破稳废水中絮凝剂的质量浓度与悬浮物的质量浓度之比为1:90-120，助凝剂与悬浮物的质量浓度之比为1:9-13，然后进行沉降分离即可。
进一步地，步骤(1)中所述pH调节剂为为氢氧化钠或硫酸。
进一步地，步骤(2)中破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.90-1.10:0.10-0.30:0.10-0.20的质量比混合制成。
进一步地，步骤(2)中破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.9:0.3:0.2的质量比混合制成。
进一步地，步骤(3)中絮凝剂为聚丙烯酰胺。
进一步地，步骤(3)中助凝剂为质量浓度为25％的聚合氯化铝。综上所述，本发明所产生的有益效果为：
本发明中在添加絮凝剂、助凝剂之前先加入由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙制成的破稳剂，首先，破稳剂形成的物质表面带有正电荷，正好与研磨废水中的悬浮颗粒表面的负电荷发生电中和，使得研磨废水中的悬浮物聚集成絮凝体，研磨废水中的电位降低，研磨废水中悬浮颗粒的稳定状态被破坏，悬浮颗粒聚集为较大的颗粒，发生沉降，由于研磨废水中悬浮颗粒的稳定状态被破坏，因此，后续只需加入很少量的絮凝剂便可实现悬浮物沉降的目的；其次，加入的破稳剂在研磨废水中形成多孔的具有吸附作用的物质，可对研磨废水中的悬浮颗粒进行吸附，进一步提高悬浮颗粒去除速度，最终实现水体净化的作用。
附图说明
图1为研磨废水处理前的ZETA电位检测图；
图2为研磨废水处理前的悬浮物粒径检测图；
图3为实施例4中处理后的ZETA电位检测图；
图4为实施例4中处理后的悬浮物粒径检测图；
图5为研磨废水处理前的实物图；
图6为按照对比例4的方法处理后的实物图；
图7为按照实施例4的方法处理后的实物图；
具体实施方式
某砷化镓半导体生产项目产生的研磨废水。主要污染物为次氯酸钠，抛光液、研磨液以及二氧化硅等悬浮物，研磨废水水量256m3/d。研磨废水中主要污染物质量浓度为：次氯酸钠465mg/L，COD45mg/L，悬浮物680mg/L。
实施例1
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取上述研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为8.5；
(2)向步骤(1)中pH值为8.5的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为75mg/L，然后搅拌50min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.90:0.10:0.10的质量比混合制成；破稳剂使用时向其中加入8倍破稳剂重量的水，制得破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废液中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中絮凝剂的质量浓度为5.5mg/L，助凝剂与悬浮物的质量浓度之比为52mg/L，然后进行沉降分离即可。
实施例2
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10.4；
(2)向步骤(1)中pH值为10.4的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为52mg/L，然后搅拌30min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.90:0.15:0.10的质量比混合制成；破稳剂使用时向其中加入10倍混合物重量的水溶解，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度7.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为75mg/L，然后进行沉降分离即可。
实施例3
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为9；
(2)向步骤(1)中pH值为9的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为62mg/L，然后搅拌20min，得破稳废水；其中，破稳剂为硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照1.10:0.30:0.20的质量比混合制成；破稳剂使用时，向其中加入9倍破稳剂重量的水，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.2mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为62mg/L，然后进行沉降分离即可。
实施例4
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中pH值为10的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为56mg/L，然后搅拌30min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.9:0.3:0.2的质量比混合制成；破稳剂使用时，向破稳剂中加入8倍破稳剂重量的水，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为66mg/L，然后进行沉降分离即可。
对比例1
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中pH值为10的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为40mg/L，然后搅拌30min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.9:0.3:0.2的质量比混合制成；破稳剂使用时，向破稳剂中加入8倍破稳剂重量的水，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为66mg/L，然后进行沉降分离即可。
对比例2
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中pH值为10的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为56mg/L，然后搅拌30min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠和偏铝酸钠按照0.9:0.3的质量比混合制成；破稳剂使用时，向破稳剂中加入8倍破稳剂重量的水，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为66mg/L，然后进行沉降分离即可。
对比例3
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中pH值为10的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度为56mg/L，然后搅拌30min，得破稳废水；其中，破稳剂由硅酸钠和氢氧化钙按照0.9:0.2的质量比混合制成；破稳剂使用时，向破稳剂中加入8倍破稳剂重量的水，制成破稳剂水溶液，然后将其加入研磨废水中即可；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为66mg/L，然后进行沉降分离即可。
对比例4
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为6.5mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为66mg/L，然后进行沉降分离即可。
对比例5
一种半导体研磨废水的处理方法，包括以下步骤：
(1)取含硅研磨废水，向其中加入硫酸，调节研磨废水的pH值为10；
(2)向步骤(1)中的破稳废水中依次加入聚丙烯酰胺和质量浓度为25％的聚合氯化铝，使得破稳废水中聚丙烯酰胺的质量浓度为30mg/L，聚合氯化铝的质量浓度为300mg/L，然后进行沉降分离即可。
试验例
对按照实施例1-4和对比例1-5中的方法处理后的水体中的悬浮物含量及水体的浑浊度进行测定，并对产生的污泥量进行统计，具体结果见表1，其中测得的污泥量的含水率为65％。
表1：处理后水体中悬浮物含量、浑浊度及污泥量统计表
悬浮物含量(mg/L) 浑浊度(NTU) 污泥量(g/L)
实施例1 20 4.1 2.34
实施例2 20 4.1 2.20
实施例3 16 3.7 2.27
实施例4 11 3.1 2.28
对比例1 41 8.5 2.15
对比例2 42 8.9 2.19
对比例3 43 9.4 2.19
对比例4 450 255 0.86
对比例5 20 4.8 2.83
通过上表得知，按照本发明实施例1-4中的方法对研磨废水进行净化处理，处理后水体较清澈，水体中悬浮物含量较少，而且处理后产生的污泥量较少，尤其是按照实施例4中的方法，处理后的水体中悬浮物含量最少。
通过实施例4、对比例2和对比例3中产生的污泥量可以看出，在药剂加入量一样的情况下，按照实施例4的方法处理后水体中的悬浮物含量远远低于按照对比例2和对比例3的方法处理后水体中的悬浮物含量，实施例4中产生的污泥量却高于对比例2和对比例3中产生的污泥量，证明实施例4中破稳剂的作用效果较对比例2和对比例3中破稳剂的作用效果好。
按照对比例5中的方法只向研磨废水中加入大量的助凝剂和絮凝剂也可以达到较好的处理效果，按照对比例5中的方法处理后水体中的悬浮物含量与按照实施例1-4中的方法处理后的悬浮物含量相当，但是，按照对比例5中的方法处理后产生的污泥量远远比按照实施例1-4中方法处理后产生的污泥量多，且投加的药剂的总量也比实施例1-4中的多。
本发明中研磨废液在加入破稳剂之前，研磨废水含有大量的细小悬浮颗粒，细小悬浮颗粒的本身质量很轻，受水的分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动，运动比较稳定。具体原因为：悬浮颗粒都带有同性电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；其次，带电荷的悬浮物都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，有阻碍各悬浮物的聚合，因此，一种悬浮物的带电越多，其电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。
加入破稳剂之后，首先，表面带有正电荷，正好与研磨废水中的悬浮颗粒表面的负电荷发生电中和，使得研磨废水中的悬浮物聚集成絮凝体，研磨废水中的电位降低，研磨废水中悬浮颗粒的稳定状态被破坏，悬浮颗粒聚集为较大的颗粒，发生沉降；由于研磨废水中悬浮颗粒的稳定状态被破坏，因此，后续只需加入很少量的絮凝剂便可实现悬浮物沉降的目的；其次，加入的破稳剂在研磨废水中形成多孔的具有吸附作用的物质，可对研磨废水中的悬浮颗粒进行吸附，进一步提高悬浮颗粒去除速度，最终实现水体净化的作用。
本发明实施例1-4和对比例1-5中，检测研磨废水在加入破稳剂前，研磨废水的电位情况，然后分别检测加入破稳剂后研磨废水中的电位情况，具体结果见表2。
表2：研磨废水处理前后的电位统计表
Figure BDA0002134329920000091
通过上表得知，按照本发明实施例1-4中的方法加入破稳剂以后，研磨废水中的电位均大幅下降，使得研磨废水中悬浮颗粒的稳定性被破坏，研磨废水中加入絮凝剂后悬浮颗粒极易发生沉降，可大大减小絮凝剂的投加量，既可减小成本投入，又能减少污泥的产生，降低污泥的处理费用。
本发明实施例1-4和对比例1-5中，检测研磨废水在加入破稳剂前，研磨废水中悬浮物的粒径大小，然后分别检测加入破稳剂后研磨废水中悬浮物的粒径大小，具体结果见表3。
表3：加入破稳剂前后悬浮物粒径统计表
Figure BDA0002134329920000092
Figure BDA0002134329920000101
通过上表得知，按照本发明实施例1-4中的方法加入破稳剂以后，研磨废水中的悬浮颗粒发生聚集，变成体积较大的颗粒，使得研磨废水的稳定性下降，在后续加入少量的絮凝剂的情况下，极易发生沉降。

Claims (2)

1.一种半导体研磨废水的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)取研磨废水，用氢氧化钠或硫酸调节研磨废水的pH值为8.5-10.5；
(2)向经步骤(1)处理后的研磨废水中加入破稳剂，使得研磨废水中破稳剂的质量浓度和悬浮物的质量浓度之比为1:9-13，然后搅拌10-50min，得破稳废水，其中，破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.90-1.10:0.10-0.30:0.10-0.20的质量比混合制成；
(3)向步骤(2)中的破稳废水中依次加入絮凝剂和助凝剂，使得破稳废水中絮凝剂的质量浓度与悬浮物的质量浓度之比为1:90-120，助凝剂与悬浮物的质量浓度之比为1:9-13，然后进行沉降分离即可，其中，絮凝剂为聚丙烯酰胺，助凝剂为质量浓度为25％的聚合氯化铝。
2.如权利要求1所述的半导体研磨废水的处理方法，其特征在于，步骤(2)中破稳剂由硅酸钠、偏铝酸钠和氢氧化钙按照0.9:0.3:0.2的质量比混合制成。
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