Электрохимическое оборудование для очистки сточных вод, используемое для полупроводниковой очистки сточных вод.

I. Обзор продукции

Сточные воды полупроводникового производства образуются в таких процессах, как производство чипов (изготовление пластин, корпусирование и тестирование), жидкокристаллических панелей (TFT-LCD, OLED), фотоэлектрических элементов и электронных компонентов. Это один из видов сточных вод с наивысшими требованиями к качеству очистки и наибольшей сложностью переработки в электронной промышленности. Процессы производства полупроводников сложны и включают множество этапов, что приводит к значительным различиям в качестве сточных вод на различных стадиях. Их можно классифицировать по следующим основным типам: Сточные воды, содержащие аммонийный азот: образуются в основном от растворов проявления, смывки и промывки, с концентрацией аммонийного азота обычно от 100 до 1000 мг/л. Общий азот в сточных водах, содержащих некоторые четвертичные‑аммониевые загрязнители , может достигать нескольких тысяч мг/л. Органические сточные воды образуются от фоторезиста, растворов для смывки и проявления, чистящих средств и т. д. и содержат различные трудноразлагаемые органические растворители и полимеры. Кислотные и щелочные сточные воды образуются в процессах очистки и травления и содержат H₂SO₄, HCl, HNO₃, H₃PO₄, NaOH и т. д. Сточные воды химико-механической полировки содержат наноразмерные абразивные частицы, окислители и ПАВ. Очистка сточных вод полупроводникового производства имеет специфические отраслевые требования: производство чипов требует предельно высокой степени чистоты воды; любые химические остатки могут негативно повлиять на повторное использование и сброс воды; сточные воды содержат специфические загрязнители, подавляющие микроорганизмы или токсичные для них, что затрудняет их прямую очистку традиционными биологическими системами; стандарты сброса чрезвычайно строгие; предприятия, как правило, сталкиваются с дефицитом воды и жесткими целевыми показателями по её повторному использованию.

В этой системе применяется технология электрохимического окисления, которая может гибко использоваться в различных сценариях очистки сточных вод полупроводникового производства: Для сточных вод, содержащих четвертичные‑аммониевые загрязнители/высокую концентрацию аммонийного азота—система эффективно электрохимически окисляет и разлагает четвертичные‑аммониевые загрязнители ((CH₃)₄NOH) до малотоксичных промежуточных продуктов, таких как низко-молекулярные аминные по‑бочные продукты, в конечном итоге превращая их в N₂, CO₂ и H₂O. Степень удаления общего азота может достигать более 90%, а содержание аммонийного азота в очищенной воде может быть снижено до 5–10 мг/л, что полностью решает проблемы низкой биоразлагаемости и биотоксичности, которыми обладают четвертичные‑аммониевые загрязнители.

Для органических сточных вод (фоторезист/раствор для смывки/раствор для проявления и т. д.)—система напрямую окисляет и разлагает смолы фоторезиста, полимеры и органические растворители с раскрытием циклов и разрывом цепей. Степень удаления ХПК составляет 70%–90%, а очищенная вода может безопасно поступать в последующие биологические очистные сооружения или напрямую сбрасываться в соответствии со стандартами.

Для глубокой доочистки и повторного использования комплексных сточных вод—глубокое удаление остаточного ХПК, аммонийного азота и TOC: ХПК очищенной воды ≤30~50 мг/л, аммонийный азот ≤5 мг/л, что соответствует требованиям для предварительной подготовки сверхчистой воды или прямого повторного использования в процессах промывки.

Весь процесс потребляет только электроэнергию без добавления химических реагентов (очистка от четвертичные‑аммониевые загрязнители не требует внешнего источника углерода или корректировки pH) и не образует больших объемов химического шлама (объем фторсодержащего шлама снижается на 50%~80%). Электроды сохраняют высокую эффективность работы даже в сточных водах с низкой электропроводностью при нормальной температуре и давлении, обеспечивая безопасность и стабильность. Это идеальный технологический выбор для модернизации очистки сточных вод в полупроводниковой промышленности от «соответствия нормам сброса» к «повторному использованию ресурсов».

II. Трудности при очистке сточных вод полупроводникового производства и их решение с помощью данного оборудования

III. Принцип работы

В зависимости от качества воды и целей очистки, сточные воды полупроводникового производства проходят следующие реакции очистки в электрохимическом реакторе:

(1) Высокоэффективная окислительная деструкция четвертичные‑аммониевые загрязнители (гидроксида тетраметиламмония) (ключевая функция, специфичная для полупроводниковой отрасли)

четвертичные‑аммониевые загрязнители ((CH₃)₄NOH) являются наиболее характерными азотсодержащими органическими загрязнителями в полупроводниковой промышленности, обладают биотоксичностью и трудно поддаются биологическому разложению. В электрохимическом реакторе:

четвертичные‑аммониевые загрязнители окисляются напрямую за счет отдачи электронов на поверхности анода—ионы тетраметиламмония (четвертичные аммониевые ионы) постепенно деметилируются.

Степень удаления общего азота ≥90%, а общий азот в очищенной воде может быть снижен до 10~20 мг/л. (2) Окислительная деструкция органических сточных вод (фоторезист/смывочный раствор/проявитель и т. д.). Органические сточные воды полупроводниковых производств содержат смолу фоторезиста, смывочные растворы, ПАВ из проявителей и т. д.: высокомолекулярные полимеры окисляются и разрушаются на поверхности анода, а длинные углеродные цепи и ароматические кольца постепенно разлагаются до низкомолекулярных органических кислот. Органические растворители (ИПС, PGMEA, NMP и др.) напрямую окисляются до CO₂ и H₂O на аноде. Гидроксильные радикалы (·OH) неизбирательно окисляют различные органические вещества, обеспечивая глубокое удаление ХПК. Естественно присутствующие ионы хлора (попадающие при очистке полупроводников) образуют активный хлор, который обеспечивает дополнительное окисление органических веществ в растворе, не имеющих прямого контакта с анодом.

(3) Удаление аммонийного азота и общего азота

Помимо четвертичные‑аммониевые загрязнители, сточные воды полупроводникового производства содержат и другие формы аммонийного азота (от проявителей, растворов очистки и т. д.):

Ионы хлора электролизуются на аноде с образованием активного хлора (Cl₂, HOCl, OCl⁻).

Активный хлор быстро окисляет аммонийный азот до газообразного азота, а органический азот (NH₄⁺ в промежуточных продуктах деградации четвертичные‑аммониевые загрязнители ) также превращается в N₂.

Содержание общего азота в очищенной воде может быть снижено до уровня менее 10~20 мг/л.

IV. Ключевые преимущества (для сточных вод полупроводниковых производств)

V. Технические параметры (настраиваемые)

VI. Место в технологической схеме

Вариант 1: Специализированная очистка сточных вод

четвертичные‑аммониевые загрязнители/стоки проявителя → емкость сбора и усреднения → оборудование электрохимической очистки → очищенная вода (B/C ≥ 0,30) → подача в усреднитель комплексных стоков → традиционная биологическая система → сброс по нормативам / повторное использование

Вариант 2: Доочистка биологически очищенных сточных вод

Комплексные сточные воды → предварительная очистка → биологическая система → вторичный отстойник → оборудование глубокой электрохимической очистки (удаление остаточного ХПК/TOC/аммонийного азота/общего азота) → очищенная вода → повторное использование / сброс по нормативам

Вариант 3: Сокращение объемов высококонцентрированных сточных вод (альтернатива транспортировке опасных отходов)

Высококонцентрированные органические сточные воды (стоки промывки, смывки, проявления и т. д.) → емкость сбора → оборудование электрохимической очистки → очищенные сточные воды (со значительно сниженным ХПК) → последующая биологическая очистка