Actiflo工藝技術(shù)應(yīng)用于硅片研磨廢水處理

王永健

（威立雅水處理技術(shù)（上海）有限公司，上海 200001）

在硅片的切割研磨生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的高濁度廢水，這種廢水濁度非常高、顆粒細(xì)小、在水中穩(wěn)定、極難沉淀。不過由于有機(jī)物及其他污染物含量少，該種廢水可以成為很好的回用水水源。目前常用的處理工藝有傳統(tǒng)混凝沉淀和超濾膜過濾[1-4]。但是，傳統(tǒng)混凝沉淀工藝藥劑投加量大，沉淀面積要求大，處理效果不佳。超濾膜過濾工藝存在很多問題，如膜容易堵塞、反洗頻率高、水的回收率小、超濾膜的更換成本昂貴。

蘇州工業(yè)園區(qū)某半導(dǎo)體企業(yè)產(chǎn)生的廢水主要來源于硅片切割研磨生產(chǎn)線。該股研磨廢水平均流量約 35 m3／h，CODCr一般不大于 15 mg／L，平均濁度約2 000 NTU，最高可達(dá)3 000 NTU以上。該企業(yè)先后采用傳統(tǒng)混凝沉淀和超濾膜過濾工藝進(jìn)行研磨廢水的處理，但沒能得到良好的處理效果。隨著企業(yè)產(chǎn)能的增加以及工業(yè)園區(qū)對水回用的要求，Actiflo微砂壓載絮凝工藝被應(yīng)用于原研磨廢水處理設(shè)施的升級改造。

1 Actiflo微砂壓載絮凝工藝

廢水需經(jīng)過細(xì)格柵攔截去除大的顆粒及雜質(zhì)后進(jìn)入 Actiflo澄清池，防止堵塞后續(xù)處理設(shè)備?；瘜W(xué)混凝劑（一般為鋁鹽或鐵鹽）在廢水進(jìn)入混凝區(qū)前被投加到廢水中。

被預(yù)先注入混凝劑的廢水，從進(jìn)水管進(jìn)入混凝區(qū)的底部。投加混凝劑的廢水進(jìn)入混凝區(qū)后，采用機(jī)械攪拌方式進(jìn)行快速混合，保證了混凝劑和廢水快速和完全的混合?；炷磻?yīng)使廢水中的固體脫穩(wěn)，有利于后續(xù)的沉淀過程。

圖1 Actiflo工藝流程圖Fig.1 Diagram of Actiflo

圖 2 Actiflo工藝原理Fig.2 Principle of Actiflo

混凝后的廢水從混凝區(qū)溢出進(jìn)入注射區(qū)的頂部。同時，粒徑為130～150 μm的微砂和高分子聚合物被注入該池中。動態(tài)混合提高了混凝固體、高分子聚合物和微砂之間相互接觸的可能性，使微砂成為絮體的凝核，能夠提高絮凝效果，增加絮體質(zhì)量，并在高分子聚合物的吸附架橋作用下加大絮體、懸浮固體和微砂之間的黏結(jié)，形成體積和密度均較大的絮體，以利于后續(xù)沉淀。

含砂絮凝物的廢水，從注射區(qū)底部進(jìn)入熟化區(qū)。根據(jù)實(shí)際情況需要，此時可在該池中注入額外的高分子。得益于微砂的加速絮凝，在攪拌時間有限和絮凝體積有限的情況下，顆粒間碰撞機(jī)率極大增加。已形成的絮體在分子間的作用力和物理攪拌作用下生長，進(jìn)一步變大、變密實(shí)，以利于后續(xù)沉淀（見圖3）。相對于混凝區(qū)和注射區(qū)攪拌裝置的強(qiáng)力混合作用，熟化區(qū)溫和的攪拌需要保證既不造成絮體的破碎，又足夠能保持絮體的懸浮狀態(tài)。

圖3 熟化區(qū)中的絮體Fig.3 Floc in Maturation Zone

沉淀區(qū)由污泥收集系統(tǒng)、斜管和澄清水收集槽組成。熟化的絮體一旦進(jìn)入沉淀區(qū)很快就沉降到澄清池底部。由于沉淀區(qū)內(nèi)污泥收集系統(tǒng)的獨(dú)特設(shè)計，大部分污泥在未進(jìn)入斜管區(qū)已經(jīng)沉淀下來，污泥不會大量地累積以至堆積在斜管內(nèi)，所以Actiflo澄清池的斜管不需要如普通斜管沉淀池那樣需要經(jīng)常停產(chǎn)沖洗。污泥在沉淀區(qū)底部的污泥斗中收集并稠化，水流通過斜管升至池面的清水收集槽。

污泥循環(huán)泵連續(xù)抽取污泥斗中的泥沙混合污泥到注射區(qū)上方的水力旋流裝置進(jìn)行泥沙分離。根據(jù)進(jìn)水濁度和懸浮固體濃度的不同，混合污泥的回流量約為處理水流量的5%～8%。由于離心旋流的作用，水力旋流器將污泥從可再使用的微砂中分離出來，并將分離出來的微砂直接投加到注射區(qū)中繼續(xù)參與反應(yīng)，約占回流量的20%（容積比）。污泥從分離裝置上部溢出排放，約占回流量的80%。

在系統(tǒng)啟動階段，需要向系統(tǒng)內(nèi)一次投加足夠的微砂，確保運(yùn)行時系統(tǒng)內(nèi)微砂濃度達(dá)到3～5 kg／m3。如此之高的微砂濃度提高了Actiflo系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以4 kg／m3為例，當(dāng)進(jìn)水懸浮固體濃度由100 mg／L增加到400 mg／L時，固體負(fù)荷增加了300%，而對于 Actiflo系統(tǒng)，僅相當(dāng)于增加了7%。

水力旋流器能保證微砂和污泥的高效分離（見圖4）。通過水力旋流器溢流損失的微砂極少，回流污泥中99%以上的微砂被分離循環(huán)使用。微砂的損失不超過3 g／m3處理水，這個損失可以連續(xù)投加補(bǔ)充，也可以定期進(jìn)行投加補(bǔ)充。

排出的污泥中含有少量的微砂。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知污泥中含有的少量微砂不會對污泥的性質(zhì)和處理產(chǎn)生特別的影響。其污泥可以按照通常的化學(xué)混凝沉淀污泥進(jìn)行處理，而不需要特殊的要求，通常采用的污泥脫水工藝有離心、板框、帶式或疊螺。為減少污泥處理流量，可以對水力旋流器分離出來的污泥進(jìn)行濃縮預(yù)處理。根據(jù)實(shí)際的研磨廢水運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，板框壓濾后的泥餅固含量高達(dá)30%以上。

圖4 水力旋流器Fig.4 Hydrocyclone

2 研磨廢水處理設(shè)施的升級改造

考慮到廢水流量的增加，水處理站占地有限等要素，研磨廢水處理設(shè)施的升級改造最終選擇了APWW-1 型 Actiflo一體化成套設(shè)備（見圖5）。其主要運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

圖 5 Actiflo一體化成套設(shè)備Fig.5 Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一體化成套設(shè)備主要參數(shù)Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一體化成套設(shè)備主要參數(shù)Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值混凝池HRT／min注射池HRT／min熟化池HRT／min裝置尺寸2 2 6 4.1m×1.8m×3.2m設(shè)計流量／（m3·h-1）澄清區(qū)表面負(fù)荷／（m·h-1）泥沙回流比／%微砂濃度／（kg·m-3）40 40 5～8 3～5

3 Actiflo工藝調(diào)試運(yùn)行結(jié)果

圖6 Actiflo裝置進(jìn)出水Fig.6 Influent and Effluent of Actiflo Package Unit

對于研磨廢水的處理效果，主要根據(jù)處理前后廢水濁度的變化來進(jìn)行分析。Actiflo一體化成套設(shè)備分別在系統(tǒng)進(jìn)水和沉淀出水區(qū)設(shè)置在線濁度儀進(jìn)行濁度的測定。濁度儀每秒鐘取一次讀數(shù)，每半小時由人工記錄一次進(jìn)出水的濁度。由于進(jìn)水濁度經(jīng)常超出濁度儀的檢測上限，需要人工對進(jìn)水的濁度進(jìn)行測定。

圖7 調(diào)試期間Actiflo○R裝置進(jìn)出水濁度Fig.7 Turbidity of Actiflo○RPackage Unit during Testing

4 結(jié)論

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