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陶瓷膜在半导体行来中的应用


技术背景

半导体晶圆产业是近些年来中国工业发展中引人注目的先进产业,具有很大的市场和发展潜力,但同时也是一个十分依赖水资源的行业及高水耗的产业。在将晶圆变成具有各种功能的终端产品的过程中,根据产品要求及设定的尺寸大小,需要对晶圆进行研磨和切割处理,同时在研磨和切割过程中使用纯水对晶圆进行清洗,这样就产生了大量的研磨和切割废水。

研磨和切割废水中的主要污染物为悬浮颗粒物(硅粉类),此类废水的特点是悬浮物浓度高,质量轻,极难沉淀,外观浑浊,在没有外加化学品的情况下,其有机物、氮、磷含量很低,几乎可以忽略不计。

在现有的研磨和切割废水处理系统中,最为广泛采用的是化学混凝沉淀处理方式,工艺设备复杂,占地面积大,投资及运行费用高,操作复杂,对极细小的悬浮物处理效果不佳;另外,由于化学药品的大量摄入,不仅会产生更多的污泥,而且会导致出水水质极不稳定,使处理后的水不易被回收再利用。在传统半导体废水处理工艺的基础,我们引入了陶瓷超滤膜,利用陶瓷超滤膜强度大、通量大、产水量大、不易污堵的优点,来代替废水处理工艺的传统澄清过滤设备。



半导体废水深度回用传统工艺流程



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中芯国际简介

中芯国际集成电路制造有限公司成立于2000年,总部位于中国上海,是世界领先的集成电路芯片代工企业之一,也是中国内地规模最大、技术最先进的集成电路芯片制造企业。主要业务是根据客户本身或第三者的集成电路设计为客户制造集成电路芯片。

中芯国际总部位于上海,在上海建有一座300mm芯片厂和三座200mm芯片厂。在北京建有两座300mm芯片厂,在天津建有一座200mm芯片厂,在深圳有一座200mm芯片厂,在成都拥有一座封装测试厂。中芯国际还在美国、欧洲、日本提供客户服务和设立营销办事处,同时在香港设立了代表处。此外,中芯代成都成芯半导体制造有限公司经营管理一座200mm芯片厂,也代武汉新芯集成电路制造有限公司经营管理一座300mm芯片厂。

2016年底10月和广沣金源合作中芯国际北京工厂含氟废水一期项目,水量:2500t/d,该项目为改造要实现零排放,场地十分受限,所以大规模的物化/生化工艺无法使用,只能采用膜浓缩法处理,因含氟废水具有很强的氧化性,传统的有机超滤无法使用,借此我们将陶瓷膜推入工艺中。该项目含氟废水共为三期:一期2500t/d,二期7000t/d,三期12000t/d。一期项目于11月运行,二期项目开始做可研,且还有含铜废水及研磨废水也开始启动。

该项目的特点:1、此项目为改造;2、该项目要零排放;3、承包方式为BOT;4、总包方零排放技术较弱。


中芯国际含氟废水零排放工艺水平衡与盐平衡

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工艺方案简要说明

1.设置自清洗过滤器的目的是保证进入到陶瓷膜的颗粒物粒径小于200微米。

2.设置陶瓷膜的目的是保护后续的反渗透不被细微颗粒物污染,保证进入反渗透的水中SDI小于3。

3.利用RO1进行预浓缩,减少后续单元处理规模,但浓缩倍率不宜太高,防止污染

4.高效澄清单元将RO1浓水进行软化,降低后续设备结垢风险。

5.海水淡化膜对RO1浓水进行再浓缩,产水通量应低于RO1。

6.网管式反渗透膜对海水淡化反渗透浓水再浓缩,其产水通量应低于海水淡化反渗透的产水通量。

7.将RO1,海水淡化膜,网管式反渗透膜的产水进行二次反渗透过滤,使得符合EDI或者混床的进水条件。

8.将网管式反渗透浓水进行氟化物回收,剩余的废水通过蒸发结晶出杂盐而外输。


项目投资分析


1.经核算,该项目一次性投资成本在3000-3300万。不含土建费用。

2.该系统每年产高纯水121t//h*8000hr=968000t,按照北京市每吨自来水价格8.9元计算,可节省外购水费968000t*8.9元/t=862 万/年,运行电费按照200KWH计算,一年消耗电费200kwh*8000h*1元/度 =160万。

3.再者,北京市排污费按照2元/吨计算,每年节省排污费125t/h*8000*2元/吨=200万。

4.一年总计可为企业节省902万( 862万+200万-160万),未来三至四年可收回成本。


关键过滤单元——陶瓷膜在半导体废水处理中的优势

1.陶瓷膜过滤精度0.03微米,有效保护后续反渗透装置的安全运行。

2.陶瓷膜的通量高达180-200Lmh,比传统有机膜的通量50Lmh,高出2.6倍,其产率更高,占地更小。可完全取代传统的多介质+PVDF超滤,工艺流程缩短。

3.容许进水条件更加苛刻。

4.使用寿命长达10年以上,无断丝风险,更换成本很低。

5.污堵后性能易于恢复,消除了意外故障导致的膜更换成本。

6.高化学药品耐受性,允许条件苛刻的化学清洗/清洗灵活性。

7.允许更高的跨膜压差,提高了低温进水的通量。




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