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宝利事®管式膜 (TMF™)用于深圳某微电子公司的切割废水回收处理系统

Microelectronics System

摘要介绍

切割和背面减薄工艺是将大的晶圆切分成小的芯片以及将其磨薄的过程,在这两个制程之后,芯片需要用超纯水冲洗以除去其表面的细小硅粉。背面减薄和切割废水大多来自于半导体芯片封装测试工厂。此类废水往往只含有超纯水和极其细小的硅粉颗粒,但有时可能会含有一些研磨液。只要将废水中的硅粉除去,那么可获得大量的干净产水作为回用。此文旨在通过回顾一个采用宝利事®管式过滤膜TMF™用来处理回用背面减薄和切割废水的真实案例,从而证明管式膜在此类废水处理中应用的优越性。

废水情况

目前客户现有机械研磨废水的排放量约35m3/hr,废水主要污染成分为大量淡黄色悬浮颗粒物,基本是极小的悬浮硅粉颗粒(测得主要粒径范围0.5~1μm),极难沉淀,即便加药混凝也需要很长时间方可部分沉淀。其他水质指标(TDS、重金属浓度、硬度)均优于普通自来水而与脱盐水相似。

针对半导体厂机械研磨废水,业内比较常用的工艺及其缺陷:

  • 直接排放:悬浮物不能达排放标准,且优质水无法回用造成浪费;
  • 化学沉淀处理:研磨废水中因颗粒极小,即便添加混凝剂和助凝剂仍无法获得很好的沉淀效果,处理效果差;
  • 滤芯过滤或袋滤的简单过滤处理:滤芯或滤袋因其孔径局限导致截留效果差,且通量小、易堵塞;
  • 中空纤维膜回收处理:效果好但易污堵,清洗后通量难恢复,膜丝易断

该工厂之前已尝试采用中空纤维膜来处理回用其研磨废水,但几套系统都因污堵和断丝问题停用。由于另外一个位于马来西亚的分工厂已尝试使用管式膜系统处理此废水并回用,并且取得非常好的处理效果,因此深圳工厂也决定采用同样的宝利事的管式膜系统,用来取代现有的中空纤维过滤系统。

管式膜(TMF)系统的特点与优势

当用于处理背面减薄废水和切割废水时,宝利事的TMF系统的优势在于:

  1. 结合板框压滤机,可将废水分成脱水泥饼和透过水两部分,运行中没有任何浓水排放,可做到几乎100%的水回收;
  2. 未向废水中投加任何化学药剂,因此如有需要,泥饼中的硅可回收利用;
  3. 没有任何预处理单元,整个处理过程为全部物理分离;
  4. 专利所有的宝利事管式过滤膜有极佳的耐摩擦性能,其膜层不会被尖锐的硅粉颗粒所破坏,而这正是中空纤维超滤膜应用于此类废水的最大挑战:由于高浓度的、极小的、尖锐的硅粉颗粒的不断破坏,中空纤维膜极易出现堵塞和断丝现象;
  5. 运行维护简单,可设计为全自动运行;系统可随时从待机转入运行而无需稳定阶段;
  6. 相比中空纤维超滤和机械过滤工艺而言,管式膜不易污堵,且易清洗恢复通量;
  7. 系统为机架式结构,占地面积小;
  8. 扩建方便,可通过简单的增加机架或增加膜数量来获得更大水量; 

系统情况

此套采用宝利事管式过滤膜的系统规格详见下述。

系统处理量: 35m3/hr分成3组,每组产能12 m3/hr

组件规格: 宝利事TMF膜组件(组件型号MME3005613VP)

单只组件内膜管数: 13根

膜管内径: 1英寸

膜孔径: 0.05微米

有效过滤面积: 每只组件1.82m2

膜壳材质: PVC

组件数量: 每列串联11只,2列为1组(机架),即每个机架有22只组件

膜通量: 大约280 Lit/m2/hr

系统流程框图

Porex Filtration TMF Process Schematic

 

处理工艺描述

工厂生产中研磨废水收集到废水均质槽内稳定水质和水量后,用泵输送到废水浓缩槽,然后再由循环泵输送到管式膜机组进行处理。大流量的水在废水浓缩槽和管式膜之间循环,而膜透过水则连续送往纯水系统的RO水槽进行回用。悬浮物被膜截留而在废水浓缩槽内富集,因此部分浓缩液需要定时送往污泥浓缩槽,而后送到板框压滤机进行脱水处理,脱水后污泥形成泥饼直接外运,脱离水则回到废水浓缩槽进一步处理。整个处理过程中不添加任何化学药剂。

运行状况

该系统于2011年4月初建成并试运行,系统性能均达到或超过设计标准。 

单台机组初期产水量16m3/hr以上,产水浊度测得均小于1,产水电导率小于100µs/cm。 

调试期间,因有部分含不明有机物成分的废水混入,导致膜通量下降,然后实施了次氯酸钠清洗(大约1%的浓度清洗液),清洗后通量再次回复到16m3/hr以上。

参看如下各股水样照片,左侧为原水,中间为浓缩液,右侧为膜透过水。

结论

因其良好的产水水质、稳定的运转性能、超高的系统回收率和无药剂投加的特点,管式膜在机械研磨废水回收处理中正得到日益广泛的应用。在其他处理工艺分别暴露出各自缺陷的同时,深圳赛意法工厂的30m3/hr系统的运行情况再次验证了管式膜在此领域无可比拟的优越性。

 

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