蚀刻清洗废水工程实例分析

杨 放

（苏州市白云环保工程设备有限公司，江苏 苏州 215151）

蚀刻后清洗废水包含两路废水：蚀刻后酸洗废水和纯水清洗废水。其中酸洗废水主要污染物质为硝酸、硫酸、氢氟酸及少量双氧水等；后续清洗废水主要是用纯水继续清洗工件，其中主要污染因子有TN、SS、氟化物、pH等，浓度较低。废水处理需根据水质特点，采用分质处理的方法，其中酸洗废水调整pH值后直接进入蒸发器内处理，纯水清洗废水经物化沉淀后进入RO系统内处理。根据相关环保要求，该废水经处理后回用于生产清洗工段，不外排，即达到太湖流域含氮磷废水“零排放”的要求。

1 工程概况

江苏某电子产品厂蚀刻线主要产生两大类废水，蚀刻废水及蚀刻后清洗线排放的清洗废水。蚀刻用药剂主要由硝酸、硫酸、氢氟酸及双氧水等构成，长期使用后需更换新液。蚀刻废水污染物浓度较高，并且含有氮磷元素；其后续的清洗废水分为酸洗废水及纯水清洗废水，上述清洗废水中主要污染物质为工件蚀刻后所带出的污染物，废水中主要污染因子有TN、SS、氟化物、pH等。

根据《江苏省太湖水污染防治条例》[1]“第四十三条，太湖流域一、二、三级保护区禁止新建、改建、扩建排放含磷、氮等污染物的企业和项目”的要求，该企业上述含氮磷废水目前处置方式是作为危废委托处理。由于危废处理成本较高、废水产量较大、厂内危废存储设施容量有限等原因，该电子厂决定执行相关环保要求规定，将该废水经处理后回用于生产清洗工段，不外排，即达到太湖流域含氮磷废水“零排放”的要求。

1.1 废水水量

根据该电子厂提供的资料：酸洗废水产生量最大为7 t/d，纯水清洗废水产生量最大为7 t/d。

1.2 废水水质

清洗废水分为酸洗废水和纯水清洗废水，其废水水质见表1、表2。

表1 酸洗废水水质表

表2 纯水清洗废水水质表

1.3 处理要求

根据该电子厂要求，该蚀刻清洗废水经处理后，回用于工件清洗。其要求回用水电导率≤20 μS/cm（25 ℃），部分指标参考产品用水要求，具体回用标准如表3。

表3 回用水水质标准

1.4 废水处理工艺

主要工艺思路：根据工业废水分质分类处理的要求，结合厂内废水的排放规律及水质特性，该厂废水可采用混凝沉淀+砂滤炭滤+超滤+两级RO+MVR蒸发联合的处理工艺[2]。

MVR蒸发技术处理废水既可回收高纯度的冷凝水，也能提高废水浓缩率及回收率，可大量减少含盐废水浓缩液的终端排放量，广泛用于化工、医药、电子等工业的废水处理，以及渗滤液处理等行业。其特点是：（1）采用电能等清洁能源，能耗低，无二次污染；（2）含氮磷工业废水“零排放”可满足区域环保管理要求；（3）设施相较于传统水处理设施占地面积小，可移动性强；（4）运行成本低，自动化程度较高[3]。

具体工艺流程说明如下[4]：（1）清洗废水包含酸洗废水和纯水清洗废水，两路水从车间分别排放至各自收集水箱内。⑵酸洗废水通过提升泵打入至pH调节池内，通过pH仪控制两级加碱，将pH值调至7.0左右，之后废水排入至浓水箱，通过泵打入蒸发器内处理，冷凝水至中间水箱A，再进行后续处理。⑶纯水清洗废水通过泵打入反应池内，通过pH仪自动控制加碱，将pH值调至8.0左右，加入还原剂去除水中的双氧水，加入PAC进行机械搅拌产生细小繁花，然后加入PAM进行机械搅拌，产生较大絮体后进入沉淀池内，静置沉淀，底部污泥通过静压至污泥桶内，污泥桶内的污泥通过隔膜泵打入压滤机内处理，干污泥委外处理，滤液回流至前面收集水箱内再处理。⑷沉淀池清液自流至中间水箱A，之后通过泵打入砂滤炭滤罐以及超滤内处理，进一步去除水中杂质、部分有机物等。砂滤炭滤反冲洗水及超滤浓水至纯水清洗废水收集水箱内再处理。⑸超滤出水至中间水箱B内，通过提升泵和高压泵泵入一级RO系统内处理，产生的浓水至浓水箱。一级RO产生的淡水至一级RO清水箱内。⑹一级RO清水箱内的水通过泵泵入二级RO系统内处理。产生的浓水至一级RO系统前端的中间水箱B内再处理。产生的淡水进入回用水箱内，通过恒压供水系统打入生产线清洗回用。⑺浓水箱内废水通过泵打入蒸发器内处理，其产生的冷凝液至中间水箱A，蒸发器产生的结晶盐和浓缩液委外处理。其工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

2 主要构筑物及设计参数

2.1 酸洗废水收集水箱

收集水箱的主要作用为储存收集废水并均匀水质，水箱为PE材质，其内径尺寸为φ2 250×3 140 mm，建筑容积为12.48 m3，有效高度为2.5 m，有效体积为10 m3。收集水箱配套设备为一套空气搅拌系统、材质为PVDF的耐酸碱提升泵及一套液位控制系统。

2.2 纯水清洗废水收集水箱

收集水箱的主要作用为储存收集废水并均匀水质，水箱为PE材质，其内径尺寸为φ2 250×3 140 mm，建筑容积为12.48 m3，有效高度为2.5 m，有效体积为10 m3。收集水箱配套设备为一套空气搅拌系统、材质为PVDF的耐酸碱提升泵、一套液位控制系统及一台搅拌风机。

2.3 酸洗废水pH调节池

pH调节水池的主要作用为通过pH仪自动控制加药泵投加碱，酸碱中和调节pH值到中性，池为PP材质，其内径尺寸为φ1 500×800×1 800 mm，建筑容积为2.16 m3，有效高度为1.5 m，有效体积为1.8 m3。pH调节池配套设备为两台搅拌机、两套pH计、一套加药桶及配套两台加药泵。

2.4 混凝沉淀系统

混凝沉淀系统分为反应池、絮凝池及沉淀池，其作用是调节废水pH值及去除水中SS和部分COD等，为PP材质，其内径尺寸为φ1 800×1 200×3 300 mm，建筑容积为5 m3，有效高度为1.5 m，有效体积为2 m3。混凝沉淀池配套设备为一套pH仪、一套ORP仪、两台搅拌机、四套加药系统、一套PP中心筒及配套支架。

2.5 污泥桶

污泥桶的作用为存储沉淀排出的污泥，污泥桶为PE材质，其内径尺寸为φ1 320×1 820 mm，建筑容积为2.49 m3，有效高度为1.45 m，有效体积为2 m3。污泥桶配套设备为两台隔膜泵、一套压滤系统、一套压滤机机架及泥斗、一套滤液提升泵。

2.6 中间水箱A

中间水箱A起到过渡作用，作为后续处理工段的原水箱，水箱为PE材质，其内径尺寸为φ1 600×1 920 mm，建筑容积为3.85 m3，有效高度为1.51 m，有效体积为3 m3。中间水箱配套设备为两台提升泵、一套液位控制系统、一套砂滤系统、一套炭滤系统及一套超滤系统。

2.7 中间水箱B

中间水箱B起到过渡作用，作为后续处理工段的原水箱，水箱为PE材质，其内径尺寸为 φ1 320×1 820 mm，建筑容积为2.49 m3，有效高度为1.45 m，有效体积为2 m3。中间水箱B配套设备为两级RO系统。

2.8 浓水箱

浓水箱存储一级RO系统产生的浓水，为PE材质，其内径尺寸为φ2 250×3 140 mm，建筑容积为12.48 m3，有效高度为2.5 m，有效体积为10 m3。浓水箱配套设备为一套MVR蒸发系统。

2.9 回用水箱

回用水箱存储二级RO的淡水，为PE材质，其内径尺寸为φ2 250×3 140 mm，建筑容积为12.48 m3，有效高度为2.5 m，有效体积为10 m3。回用水箱配套设备为一套恒压供水系统。

3 运行调试及经济分析

3.1 运行调试情况

2021年8月，该工艺设施启动运行调试，同年9月完成调试工作。运行调试过程如下：

3.1.1 开机准备

⑴检查提升泵、压滤机、风机、空压机等各类电气设备和各种阀门是否单机运行正常；⑵保持各池内无杂物，防止杂物阻塞提升泵进水口，损坏提升泵；⑶确保加药桶内各种药剂量充足。

3.1.2 污水处理

（1）酸洗废水处理流程

①调试人员需经常用pH试纸对比两个pH调节水池内的pH读数，若数值差距较大，则需对pH仪进行校准或更换；②进蒸发器的废水必须为中性，每次开蒸发器之前，用pH试纸测试浓水箱内的pH值，并比对pH表显示读数，无误后再开启蒸发器。酸洗废水处理流程见图2。

图2 酸洗废水处理流程图

（2）纯水清洗废水处理流程

纯水清洗废水处理流程见图3。

图3 纯水清洗废水处理流程图

3.1.3 污泥处理

（1）自来水废水反应沉淀池内的污泥打至污泥桶内；（2）打开压滤机电源，按下“压紧”按钮，保持压滤机工作压力在16～20 Mpa，压滤机正常工作；（3）确保压滤机压紧后，启动污泥池隔膜泵，将泥水混合物打入压滤机内；（4）在使用一段时间后，当进料口压力至0.6 Mpa左右，且隔膜泵因压力高停止工作，排水管无水排出时，即可卸泥；（5）卸泥时，必须关闭污泥池隔膜泵，等待5分钟后，按下“放松”按钮，退出压板，卸出脱水污泥并将滤布、滤板清洗干净，污泥装袋堆放至指定地点；（6）压滤液自流至地坑内，通过压滤液提升泵打至隔油收集池内处理。

3.1.4 蒸发器处理

（1）设施启动前工作——检查、准备

①操作人员经过培训后上岗，需严格遵循操作说明书要求；②检查设备是否有漏气，漏水现象，各泵油位应在总幅度二分之一处；③开车前各效泵必须盘车，手动转动联轴器，确定各效泵灵活的情况下方可启动；④打开自来水（生产水）、仪表空气和冷却水泵及进出口管道阀门，机封冷却水阀门；⑤确认各效循环泵、出料泵、真空泵、冷凝水泵、机封水泵、冷却水进出口管道阀门是否正常开启（其中真空泵工作液接口阀门半开即可），合闸，总空开及下部分空开全部打开；⑥启动机封水泵前，须保证有充足的冷却机封水供应，确认正常后关闭（机封水流量计流量显示大于1 m³即可）；⑦启动冷却塔循环水泵，保证冷却塔水循环正常，确认正常后关闭（观察冷却塔回水充足）；⑧确认相关连接部分及各单元系统，能源、冷却水、物料在pH值中性情况下；⑨开机前确保主电源正常，在接通状态，所有阀门在设定状态，仪表正常工作；⑩开机前确认原水罐液位，确保该原水罐在高液位时可进行处理，如不在设定液位时需要处理，必须随时掌握处理进度，开机前确认冷却塔自来水补水正常，如补水异常，需及时补充。

本设备执行一键开机运行，设备按设置程序自动运行。

（2）自动运行时，执行操作如下

①开机准备工作就绪；②操作界面所有泵、阀切换到自动状态；③切换到自动操作画面，点亮三个开机条件后，点击系统启动；④系统启动后确认各项均无异常后，再手动开启蒸汽发生器；⑤自动运行开启顺序为冷却水循环泵-机封冷却循环水泵-水环真空泵-进料阀-三效液位到达45%（可设置）三效泵启动-二效液位到达25%（可设置）二效泵启动-一效液位到达25%（可设置）一效泵启动，以上正常蒸发，正常启动后操作员记录运行数据；⑥系统启动后注意观察各效压力、温度、液位等参数是否稳定，及冷却塔和机封回水管水流是否正常，冷却塔及机封水桶补水是否正常；⑦停机时切换到自动操作页面，点击系统停止，系统会按照设定程序依次延时停机，如长时间停机，请破坏真空，导出系统所有料液，将稀的原水导入蒸发器，在不蒸发的情况下，再次循环1 h再停机，最后切断设备电源。

（3）其它注意事项

①由于环境温度差异，设备从启动到达设定的蒸发量需要的时间不同，冬季约为35～65 min，夏季约为20～40 min，具体时间需要在设备运行调试时再确定；②操作过程中，需随时关注设备自身温度、液位、压力、物料浓度等参数的变化，及时做出相应的处理措施，确保设备的安全稳定运行，其中最重要的工作是观察蒸发器的温度，从而判断蒸发器的工作情况是否正常；③为达到连续蒸发的最优蒸发率，保持蒸发器真空度、蒸汽供应及压力恒定不波动非常重要；④蒸发器浓缩装置采用自动控制物料的补充方式，通过进料阀与各分离器内的液位计之间的联动实现，设置异常报警，若分离器液位低于超低液位时，则报警；⑤由于气候原因，温度过低会导致管道冰冻严重，为了有效预防，建议停机后将自来水阀门关闭，冷却塔排净阀打开，将塔内水完全排掉，再将冷却水循环泵底部排空螺丝拆除，使泵内残余水分流出。

3.2 设施运行效果及经验总结

该工程调试期历时两个月，正常运行下，出水各项指标都符合厂方回用水质要求。运行期间整体较为稳定，废水经处理后完全能够满足回用要求。处理效果见表4。

表4 处理效果表

该系统在运行过程中需严格控制pH值，pH值调节显得尤为关键，故设两级加碱。混凝沉淀池的效果也决定了后续的出水水质，加入适量的碱、PAC、PAM后，能去除水中部分SS、有机物等。混凝池内需要加还原剂，防止双氧水等氧化性物质对RO膜件造成损坏。砂滤炭滤能进一步去除混凝沉淀出水中的杂质及有机物等，超滤保证了进入RO前水质，RO系统需控制出水电导率及压力，当出水电导率值超出设计范围或压力超过设计范围，则需停止运行后洗膜。

3.3 工程运行经济情况分析

本工艺废水处理设施日常运行费用主要包括三部分——运行电费、药剂费、人工费。废水站总装机容量为250 kW，实际电耗约为2 100 kWh/日，废水处理能力为14 t/日，则每吨水电费用：2 100×0.8÷14=120元/t废水；需要投加的药剂包括碱、还原剂、PAC、PAM、阻垢剂等，药剂成本为5元/t废水；废水站配备1～2名操作工，每吨水的人工费用为15元。

综上，该工艺设施处理该电子厂蚀刻废水的费用为140元/t废水左右。

4 结论

本项目蚀刻清洗废水采用混凝沉淀+砂滤炭滤+超滤+两级RO+MVR蒸发联合工艺，废水经处理后完全能够满足回用要求，同时符合《江苏省太湖水污染防治条例》[1]等的要求，是适应目前江苏地区环保管理要求的最佳解决途径。

随着科技的不断进步，水处理设备也不断更新换代。MVR蒸发器脱盐、RO过滤等工艺具有工艺成熟、可处理废水范围广、占地面积小、处理速度快、节能等优点，在我国废水处理领域具有广阔的发展前景。