蝕刻清洗廢水工程實例分析

楊 放

（蘇州市白云環(huán)保工程設(shè)備有限公司，江蘇 蘇州 215151）

蝕刻后清洗廢水包含兩路廢水：蝕刻后酸洗廢水和純水清洗廢水。其中酸洗廢水主要污染物質(zhì)為硝酸、硫酸、氫氟酸及少量雙氧水等；后續(xù)清洗廢水主要是用純水繼續(xù)清洗工件，其中主要污染因子有TN、SS、氟化物、pH等，濃度較低。廢水處理需根據(jù)水質(zhì)特點，采用分質(zhì)處理的方法，其中酸洗廢水調(diào)整pH值后直接進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)處理，純水清洗廢水經(jīng)物化沉淀后進(jìn)入RO系統(tǒng)內(nèi)處理。根據(jù)相關(guān)環(huán)保要求，該廢水經(jīng)處理后回用于生產(chǎn)清洗工段，不外排，即達(dá)到太湖流域含氮磷廢水“零排放”的要求。

1 工程概況

江蘇某電子產(chǎn)品廠蝕刻線主要產(chǎn)生兩大類廢水，蝕刻廢水及蝕刻后清洗線排放的清洗廢水。蝕刻用藥劑主要由硝酸、硫酸、氫氟酸及雙氧水等構(gòu)成，長期使用后需更換新液。蝕刻廢水污染物濃度較高，并且含有氮磷元素；其后續(xù)的清洗廢水分為酸洗廢水及純水清洗廢水，上述清洗廢水中主要污染物質(zhì)為工件蝕刻后所帶出的污染物，廢水中主要污染因子有TN、SS、氟化物、pH等。

根據(jù)《江蘇省太湖水污染防治條例》[1]“第四十三條，太湖流域一、二、三級保護(hù)區(qū)禁止新建、改建、擴建排放含磷、氮等污染物的企業(yè)和項目”的要求，該企業(yè)上述含氮磷廢水目前處置方式是作為危廢委托處理。由于危廢處理成本較高、廢水產(chǎn)量較大、廠內(nèi)危廢存儲設(shè)施容量有限等原因，該電子廠決定執(zhí)行相關(guān)環(huán)保要求規(guī)定，將該廢水經(jīng)處理后回用于生產(chǎn)清洗工段，不外排，即達(dá)到太湖流域含氮磷廢水“零排放”的要求。

1.1 廢水水量

根據(jù)該電子廠提供的資料：酸洗廢水產(chǎn)生量最大為7 t/d，純水清洗廢水產(chǎn)生量最大為7 t/d。

1.2 廢水水質(zhì)

清洗廢水分為酸洗廢水和純水清洗廢水，其廢水水質(zhì)見表1、表2。

表1 酸洗廢水水質(zhì)表

表2 純水清洗廢水水質(zhì)表

1.3 處理要求

根據(jù)該電子廠要求，該蝕刻清洗廢水經(jīng)處理后，回用于工件清洗。其要求回用水電導(dǎo)率≤20 μS/cm（25 ℃），部分指標(biāo)參考產(chǎn)品用水要求，具體回用標(biāo)準(zhǔn)如表3。

表3 回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 廢水處理工藝

主要工藝思路：根據(jù)工業(yè)廢水分質(zhì)分類處理的要求，結(jié)合廠內(nèi)廢水的排放規(guī)律及水質(zhì)特性，該廠廢水可采用混凝沉淀+砂濾炭濾+超濾+兩級RO+MVR蒸發(fā)聯(lián)合的處理工藝[2]。

MVR蒸發(fā)技術(shù)處理廢水既可回收高純度的冷凝水，也能提高廢水濃縮率及回收率，可大量減少含鹽廢水濃縮液的終端排放量，廣泛用于化工、醫(yī)藥、電子等工業(yè)的廢水處理，以及滲濾液處理等行業(yè)。其特點是：（1）采用電能等清潔能源，能耗低，無二次污染；（2）含氮磷工業(yè)廢水“零排放”可滿足區(qū)域環(huán)保管理要求；（3）設(shè)施相較于傳統(tǒng)水處理設(shè)施占地面積小，可移動性強；（4）運行成本低，自動化程度較高[3]。

具體工藝流程說明如下[4]：（1）清洗廢水包含酸洗廢水和純水清洗廢水，兩路水從車間分別排放至各自收集水箱內(nèi)。⑵酸洗廢水通過提升泵打入至pH調(diào)節(jié)池內(nèi)，通過pH儀控制兩級加堿，將pH值調(diào)至7.0左右，之后廢水排入至濃水箱，通過泵打入蒸發(fā)器內(nèi)處理，冷凝水至中間水箱A，再進(jìn)行后續(xù)處理。⑶純水清洗廢水通過泵打入反應(yīng)池內(nèi)，通過pH儀自動控制加堿，將pH值調(diào)至8.0左右，加入還原劑去除水中的雙氧水，加入PAC進(jìn)行機械攪拌產(chǎn)生細(xì)小繁花，然后加入PAM進(jìn)行機械攪拌，產(chǎn)生較大絮體后進(jìn)入沉淀池內(nèi)，靜置沉淀，底部污泥通過靜壓至污泥桶內(nèi)，污泥桶內(nèi)的污泥通過隔膜泵打入壓濾機內(nèi)處理，干污泥委外處理，濾液回流至前面收集水箱內(nèi)再處理。⑷沉淀池清液自流至中間水箱A，之后通過泵打入砂濾炭濾罐以及超濾內(nèi)處理，進(jìn)一步去除水中雜質(zhì)、部分有機物等。砂濾炭濾反沖洗水及超濾濃水至純水清洗廢水收集水箱內(nèi)再處理。⑸超濾出水至中間水箱B內(nèi)，通過提升泵和高壓泵泵入一級RO系統(tǒng)內(nèi)處理，產(chǎn)生的濃水至濃水箱。一級RO產(chǎn)生的淡水至一級RO清水箱內(nèi)。⑹一級RO清水箱內(nèi)的水通過泵泵入二級RO系統(tǒng)內(nèi)處理。產(chǎn)生的濃水至一級RO系統(tǒng)前端的中間水箱B內(nèi)再處理。產(chǎn)生的淡水進(jìn)入回用水箱內(nèi)，通過恒壓供水系統(tǒng)打入生產(chǎn)線清洗回用。⑺濃水箱內(nèi)廢水通過泵打入蒸發(fā)器內(nèi)處理，其產(chǎn)生的冷凝液至中間水箱A，蒸發(fā)器產(chǎn)生的結(jié)晶鹽和濃縮液委外處理。其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

2.1 酸洗廢水收集水箱

收集水箱的主要作用為儲存收集廢水并均勻水質(zhì)，水箱為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ2 250×3 140 mm，建筑容積為12.48 m3，有效高度為2.5 m，有效體積為10 m3。收集水箱配套設(shè)備為一套空氣攪拌系統(tǒng)、材質(zhì)為PVDF的耐酸堿提升泵及一套液位控制系統(tǒng)。

2.2 純水清洗廢水收集水箱

收集水箱的主要作用為儲存收集廢水并均勻水質(zhì)，水箱為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ2 250×3 140 mm，建筑容積為12.48 m3，有效高度為2.5 m，有效體積為10 m3。收集水箱配套設(shè)備為一套空氣攪拌系統(tǒng)、材質(zhì)為PVDF的耐酸堿提升泵、一套液位控制系統(tǒng)及一臺攪拌風(fēng)機。

2.3 酸洗廢水pH調(diào)節(jié)池

pH調(diào)節(jié)水池的主要作用為通過pH儀自動控制加藥泵投加堿，酸堿中和調(diào)節(jié)pH值到中性，池為PP材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ1 500×800×1 800 mm，建筑容積為2.16 m3，有效高度為1.5 m，有效體積為1.8 m3。pH調(diào)節(jié)池配套設(shè)備為兩臺攪拌機、兩套pH計、一套加藥桶及配套兩臺加藥泵。

2.4 混凝沉淀系統(tǒng)

混凝沉淀系統(tǒng)分為反應(yīng)池、絮凝池及沉淀池，其作用是調(diào)節(jié)廢水pH值及去除水中SS和部分COD等，為PP材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ1 800×1 200×3 300 mm，建筑容積為5 m3，有效高度為1.5 m，有效體積為2 m3。混凝沉淀池配套設(shè)備為一套pH儀、一套ORP儀、兩臺攪拌機、四套加藥系統(tǒng)、一套PP中心筒及配套支架。

2.5 污泥桶

污泥桶的作用為存儲沉淀排出的污泥，污泥桶為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ1 320×1 820 mm，建筑容積為2.49 m3，有效高度為1.45 m，有效體積為2 m3。污泥桶配套設(shè)備為兩臺隔膜泵、一套壓濾系統(tǒng)、一套壓濾機機架及泥斗、一套濾液提升泵。

2.6 中間水箱A

中間水箱A起到過渡作用，作為后續(xù)處理工段的原水箱，水箱為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ1 600×1 920 mm，建筑容積為3.85 m3，有效高度為1.51 m，有效體積為3 m3。中間水箱配套設(shè)備為兩臺提升泵、一套液位控制系統(tǒng)、一套砂濾系統(tǒng)、一套炭濾系統(tǒng)及一套超濾系統(tǒng)。

2.7 中間水箱B

中間水箱B起到過渡作用，作為后續(xù)處理工段的原水箱，水箱為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為 φ1 320×1 820 mm，建筑容積為2.49 m3，有效高度為1.45 m，有效體積為2 m3。中間水箱B配套設(shè)備為兩級RO系統(tǒng)。

2.8 濃水箱

濃水箱存儲一級RO系統(tǒng)產(chǎn)生的濃水，為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ2 250×3 140 mm，建筑容積為12.48 m3，有效高度為2.5 m，有效體積為10 m3。濃水箱配套設(shè)備為一套MVR蒸發(fā)系統(tǒng)。

2.9 回用水箱

回用水箱存儲二級RO的淡水，為PE材質(zhì)，其內(nèi)徑尺寸為φ2 250×3 140 mm，建筑容積為12.48 m3，有效高度為2.5 m，有效體積為10 m3?；赜盟渑涮自O(shè)備為一套恒壓供水系統(tǒng)。

3 運行調(diào)試及經(jīng)濟分析

3.1 運行調(diào)試情況

2021年8月，該工藝設(shè)施啟動運行調(diào)試，同年9月完成調(diào)試工作。運行調(diào)試過程如下：

3.1.1 開機準(zhǔn)備

⑴檢查提升泵、壓濾機、風(fēng)機、空壓機等各類電氣設(shè)備和各種閥門是否單機運行正常；⑵保持各池內(nèi)無雜物，防止雜物阻塞提升泵進(jìn)水口，損壞提升泵；⑶確保加藥桶內(nèi)各種藥劑量充足。

3.1.2 污水處理

（1）酸洗廢水處理流程

①調(diào)試人員需經(jīng)常用pH試紙對比兩個pH調(diào)節(jié)水池內(nèi)的pH讀數(shù)，若數(shù)值差距較大，則需對pH儀進(jìn)行校準(zhǔn)或更換；②進(jìn)蒸發(fā)器的廢水必須為中性，每次開蒸發(fā)器之前，用pH試紙測試濃水箱內(nèi)的pH值，并比對pH表顯示讀數(shù)，無誤后再開啟蒸發(fā)器。酸洗廢水處理流程見圖2。

圖2 酸洗廢水處理流程圖

（2）純水清洗廢水處理流程

純水清洗廢水處理流程見圖3。

圖3 純水清洗廢水處理流程圖

3.1.3 污泥處理

（1）自來水廢水反應(yīng)沉淀池內(nèi)的污泥打至污泥桶內(nèi)；（2）打開壓濾機電源，按下“壓緊”按鈕，保持壓濾機工作壓力在16～20 Mpa，壓濾機正常工作；（3）確保壓濾機壓緊后，啟動污泥池隔膜泵，將泥水混合物打入壓濾機內(nèi)；（4）在使用一段時間后，當(dāng)進(jìn)料口壓力至0.6 Mpa左右，且隔膜泵因壓力高停止工作，排水管無水排出時，即可卸泥；（5）卸泥時，必須關(guān)閉污泥池隔膜泵，等待5分鐘后，按下“放松”按鈕，退出壓板，卸出脫水污泥并將濾布、濾板清洗干凈，污泥裝袋堆放至指定地點；（6）壓濾液自流至地坑內(nèi)，通過壓濾液提升泵打至隔油收集池內(nèi)處理。

3.1.4 蒸發(fā)器處理

（1）設(shè)施啟動前工作——檢查、準(zhǔn)備

①操作人員經(jīng)過培訓(xùn)后上崗，需嚴(yán)格遵循操作說明書要求；②檢查設(shè)備是否有漏氣，漏水現(xiàn)象，各泵油位應(yīng)在總幅度二分之一處；③開車前各效泵必須盤車，手動轉(zhuǎn)動聯(lián)軸器，確定各效泵靈活的情況下方可啟動；④打開自來水（生產(chǎn)水）、儀表空氣和冷卻水泵及進(jìn)出口管道閥門，機封冷卻水閥門；⑤確認(rèn)各效循環(huán)泵、出料泵、真空泵、冷凝水泵、機封水泵、冷卻水進(jìn)出口管道閥門是否正常開啟（其中真空泵工作液接口閥門半開即可），合閘，總空開及下部分空開全部打開；⑥啟動機封水泵前，須保證有充足的冷卻機封水供應(yīng)，確認(rèn)正常后關(guān)閉（機封水流量計流量顯示大于1 m3即可）；⑦啟動冷卻塔循環(huán)水泵，保證冷卻塔水循環(huán)正常，確認(rèn)正常后關(guān)閉（觀察冷卻塔回水充足）；⑧確認(rèn)相關(guān)連接部分及各單元系統(tǒng)，能源、冷卻水、物料在pH值中性情況下；⑨開機前確保主電源正常，在接通狀態(tài)，所有閥門在設(shè)定狀態(tài)，儀表正常工作；⑩開機前確認(rèn)原水罐液位，確保該原水罐在高液位時可進(jìn)行處理，如不在設(shè)定液位時需要處理，必須隨時掌握處理進(jìn)度，開機前確認(rèn)冷卻塔自來水補水正常，如補水異常，需及時補充。

本設(shè)備執(zhí)行一鍵開機運行，設(shè)備按設(shè)置程序自動運行。

（2）自動運行時，執(zhí)行操作如下

①開機準(zhǔn)備工作就緒；②操作界面所有泵、閥切換到自動狀態(tài)；③切換到自動操作畫面，點亮三個開機條件后，點擊系統(tǒng)啟動；④系統(tǒng)啟動后確認(rèn)各項均無異常后，再手動開啟蒸汽發(fā)生器；⑤自動運行開啟順序為冷卻水循環(huán)泵-機封冷卻循環(huán)水泵-水環(huán)真空泵-進(jìn)料閥-三效液位到達(dá)45%（可設(shè)置）三效泵啟動-二效液位到達(dá)25%（可設(shè)置）二效泵啟動-一效液位到達(dá)25%（可設(shè)置）一效泵啟動，以上正常蒸發(fā)，正常啟動后操作員記錄運行數(shù)據(jù)；⑥系統(tǒng)啟動后注意觀察各效壓力、溫度、液位等參數(shù)是否穩(wěn)定，及冷卻塔和機封回水管水流是否正常，冷卻塔及機封水桶補水是否正常；⑦停機時切換到自動操作頁面，點擊系統(tǒng)停止，系統(tǒng)會按照設(shè)定程序依次延時停機，如長時間停機，請破壞真空，導(dǎo)出系統(tǒng)所有料液，將稀的原水導(dǎo)入蒸發(fā)器，在不蒸發(fā)的情況下，再次循環(huán)1 h再停機，最后切斷設(shè)備電源。

（3）其它注意事項

①由于環(huán)境溫度差異，設(shè)備從啟動到達(dá)設(shè)定的蒸發(fā)量需要的時間不同，冬季約為35～65 min，夏季約為20～40 min，具體時間需要在設(shè)備運行調(diào)試時再確定；②操作過程中，需隨時關(guān)注設(shè)備自身溫度、液位、壓力、物料濃度等參數(shù)的變化，及時做出相應(yīng)的處理措施，確保設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，其中最重要的工作是觀察蒸發(fā)器的溫度，從而判斷蒸發(fā)器的工作情況是否正常；③為達(dá)到連續(xù)蒸發(fā)的最優(yōu)蒸發(fā)率，保持蒸發(fā)器真空度、蒸汽供應(yīng)及壓力恒定不波動非常重要；④蒸發(fā)器濃縮裝置采用自動控制物料的補充方式，通過進(jìn)料閥與各分離器內(nèi)的液位計之間的聯(lián)動實現(xiàn)，設(shè)置異常報警，若分離器液位低于超低液位時，則報警；⑤由于氣候原因，溫度過低會導(dǎo)致管道冰凍嚴(yán)重，為了有效預(yù)防，建議停機后將自來水閥門關(guān)閉，冷卻塔排凈閥打開，將塔內(nèi)水完全排掉，再將冷卻水循環(huán)泵底部排空螺絲拆除，使泵內(nèi)殘余水分流出。

3.2 設(shè)施運行效果及經(jīng)驗總結(jié)

該工程調(diào)試期歷時兩個月，正常運行下，出水各項指標(biāo)都符合廠方回用水質(zhì)要求。運行期間整體較為穩(wěn)定，廢水經(jīng)處理后完全能夠滿足回用要求。處理效果見表4。

表4 處理效果表

該系統(tǒng)在運行過程中需嚴(yán)格控制pH值，pH值調(diào)節(jié)顯得尤為關(guān)鍵，故設(shè)兩級加堿?；炷恋沓氐男Ч矝Q定了后續(xù)的出水水質(zhì)，加入適量的堿、PAC、PAM后，能去除水中部分SS、有機物等。混凝池內(nèi)需要加還原劑，防止雙氧水等氧化性物質(zhì)對RO膜件造成損壞。砂濾炭濾能進(jìn)一步去除混凝沉淀出水中的雜質(zhì)及有機物等，超濾保證了進(jìn)入RO前水質(zhì)，RO系統(tǒng)需控制出水電導(dǎo)率及壓力，當(dāng)出水電導(dǎo)率值超出設(shè)計范圍或壓力超過設(shè)計范圍，則需停止運行后洗膜。

3.3 工程運行經(jīng)濟情況分析

本工藝廢水處理設(shè)施日常運行費用主要包括三部分——運行電費、藥劑費、人工費。廢水站總裝機容量為250 kW，實際電耗約為2 100 kWh/日，廢水處理能力為14 t/日，則每噸水電費用：2 100×0.8÷14=120元/t廢水；需要投加的藥劑包括堿、還原劑、PAC、PAM、阻垢劑等，藥劑成本為5元/t廢水；廢水站配備1～2名操作工，每噸水的人工費用為15元。

綜上，該工藝設(shè)施處理該電子廠蝕刻廢水的費用為140元/t廢水左右。

4 結(jié)論

本項目蝕刻清洗廢水采用混凝沉淀+砂濾炭濾+超濾+兩級RO+MVR蒸發(fā)聯(lián)合工藝，廢水經(jīng)處理后完全能夠滿足回用要求，同時符合《江蘇省太湖水污染防治條例》[1]等的要求，是適應(yīng)目前江蘇地區(qū)環(huán)保管理要求的最佳解決途徑。

隨著科技的不斷進(jìn)步，水處理設(shè)備也不斷更新?lián)Q代。MVR蒸發(fā)器脫鹽、RO過濾等工藝具有工藝成熟、可處理廢水范圍廣、占地面積小、處理速度快、節(jié)能等優(yōu)點，在我國廢水處理領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。