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Comment traiter les eaux usées des semi-conducteurs : ségrégation, traitement chimique et réutilisation de l'eau
Les eaux usées des semi-conducteurs ne constituent pas un seul type d'eaux usées industrielles. Une usine de semi-conducteurs peut rejeter de l'eau contenant du fluorure, des flux acides et alcalins, des eaux usées ammoniacales, des eaux usées organiques, des eaux usées de boues CMP et des eaux usées contenant du cuivre, du nickel ou d'autres métaux.
Ces flux ont des propriétés chimiques différentes et ne doivent pas être traités avec un seul processus de traitement universel.
Commencer par le processus de production
Avant de concevoir ou d'optimiser un système de traitement des eaux usées, les opérateurs doivent identifier la source de production, la composition chimique et l'impact en aval de chaque flux d'eaux usées.
Source et chimie
- Quel processus de fabrication génère les eaux usées
- Quels produits chimiques sont utilisés dans ce processus
- Si le flux contient des agents complexants
Stabilité du processus
- Si les eaux usées fluctuent entre les lots de production
- Quels contaminants affectent les systèmes en aval
Récupération et réutilisation
- Si des matériaux de valeur peuvent être récupérés
- Si l'eau traitée peut être réutilisée
Classification recommandée des eaux usées des semi-conducteurs
Un système de classification pratique sépare les eaux usées en fonction de leurs contaminants dominants et du mécanisme de traitement requis.
| Flux d'eaux usées | Contaminants typiques | Approche de traitement courante |
|---|---|---|
| Eaux usées fluorées | Ions fluorure, acides et fines précipitations | Précipitation de sel de calcium, coagulation et floculation |
| Eaux usées acides et alcalines | Acides minéraux, alcalis et sels dissous | Égalisation et neutralisation |
| Eaux usées ammoniacales | Azote ammoniacal et composés alcalins | Stripping, élimination biologique de l'azote ou traitement combiné |
| Eaux usées organiques | Résines photosensibles, développeurs, solvants et tensioactifs | Prétraitement physico-chimique et traitement biologique |
| Eaux usées CMP | Silice, alumine, cérium, particules métalliques et produits chimiques de polissage | Coagulation, floculation, clarification et filtration |
| Eaux usées de métaux lourds | Cuivre, nickel et autres métaux | Précipitation chimique, capture de métaux ou échange d'ions |
| Eau de rinçage à faible contamination | Faibles solides en suspension et contaminants dissous | Traitement par membrane et réutilisation de l'eau |
Traitement des eaux usées fluorées
Les eaux usées contenant du fluorure sont l'un des flux les plus courants dans la fabrication de plaquettes.
L'hydroxyde de calcium, le chlorure de calcium ou d'autres réactifs à base de calcium peuvent être ajoutés pour convertir le fluorure dissous en précipités de fluorure de calcium.
Cependant, les particules de fluorure de calcium nouvellement formées peuvent être petites et difficiles à déposer. Les coagulants et les floculants sont donc souvent utilisés pour renforcer la séparation solide-liquide.
Principe de fonctionnement clé
Le pH optimal et le dosage chimique doivent être confirmés par des tests car la composition des eaux usées peut varier entre les lignes de production.
Traitement des eaux usées CMP
Les eaux usées CMP contiennent des particules abrasives extrêmement fines telles que la silice, l'alumine ou l'oxyde de cérium. Ces particules peuvent rester en suspension car leurs surfaces portent des charges électriques similaires.
Neutralisation de charge
Un coagulant cationique peut réduire la répulsion des particules et déstabiliser la suspension.
- PolyDADMAC
- Polyamine
- Chlorure de polyaluminium
- Autres coagulants inorganiques ou organiques
Formation de flocs
Après déstabilisation, le polyacrylamide peut relier les fines particules et former des flocs plus gros qui se déposent ou flottent plus facilement.
Un mélange vigoureux est normalement utilisé pour disperser le coagulant, tandis qu'un mélange plus lent permet aux flocs de grossir sans être brisés.
Traitement des eaux usées de métaux lourds
Les eaux usées de métaux lourds peuvent contenir du cuivre, du nickel, du zinc ou d'autres métaux provenant des processus de placage, de gravure, d'emballage et de substrats de circuits intégrés.
Le traitement conventionnel implique généralement un ajustement du pH de manière à ce que les métaux dissous forment des hydroxydes insolubles. La coagulation et la floculation sont ensuite utilisées pour éliminer les particules précipitées.
Pourquoi la précipitation conventionnelle peut échouer
L'EDTA, l'ammoniac, le citrate ou d'autres agents complexants peuvent maintenir les métaux dissous et réduire l'efficacité de la précipitation.
Options de traitement supplémentaires
- Rupture ou affaiblissement des complexes métalliques
- Agents spécialisés de capture des métaux lourds
- Précipitation à base de sulfure
- Échange d'ions ou adsorption sélective
- Concentration par membrane
- Technologies de récupération des métaux
Traitement des eaux usées acides, alcalines et ammoniacales
Eaux usées acides et alcalines
Les eaux usées acides et alcalines sont généralement traitées par égalisation et neutralisation.
La neutralisation doit être effectuée progressivement avec un mélange adéquat. Le dépassement du pH cible peut augmenter la consommation de produits chimiques et peut redissoudre certains contaminants.
Pourquoi le contrôle du pH est important
- Précipitation des métaux
- Élimination du fluorure
- Efficacité de la coagulation
- Performance des polymères
- Stabilité du traitement biologique
Eaux usées ammoniacales
Des concentrations faibles à modérées peuvent être traitées biologiquement par nitrification et dénitrification. Les flux à forte concentration peuvent nécessiter un stripping d'ammoniac ou un prétraitement séparé.
Un pH, une alcalinité, une température et un oxygène dissous stables sont importants. Les composés organiques toxiques et une salinité élevée doivent également être surveillés.
Traitement des eaux usées organiques
Les eaux usées organiques des semi-conducteurs peuvent contenir :
- Résidus de résines photosensibles
- Développeurs
- Solvants
- Tensioactifs
- Produits chimiques de nettoyage
- Alcool isopropylique
- Autres composés organiques dissous
Sélection du traitement
Les eaux usées biodégradables peuvent être traitées par des processus biologiques après égalisation et ajustement du pH.
Les flux contenant des concentrations élevées de solvants, de composés toxiques ou d'organiques peu biodégradables peuvent nécessiter un prétraitement physico-chimique, une oxydation avancée ou une récupération séparée.
Les coagulants peuvent aider à éliminer la matière organique colloïdale et partiellement insoluble, mais il ne faut pas s'attendre à ce qu'ils éliminent tous les contaminants organiques dissous.
Déshydratation des boues
Le traitement des eaux usées des semi-conducteurs peut produire des boues contenant du fluorure de calcium, des hydroxydes métalliques, des particules CMP, des précipités de coagulants inorganiques et des solides biologiques.
Équipement de déshydratation typique
- Filtres-presses
- Filtres-presses à bande
- Centrifugeuses
- Presses à vis
Objectif de sélection des polymères
Du polyacrylamide cationique ou anionique peut être sélectionné en fonction de la composition des boues et de l'équipement de déshydratation.
Le bon produit doit fournir des flocs solides, un filtrat clair, un drainage plus rapide et une humidité de boue plus faible.
Opportunités de réutilisation de l'eau
Toutes les eaux usées des semi-conducteurs ne doivent pas être dirigées vers le même système de rejet final. L'eau de rinçage relativement propre et l'eau de procédé traitée peuvent être récupérées grâce à une chaîne de traitement étagée.
Prétraitement
Clarification, filtration multimédia ou filtration sur cartouche.
Séparation par membrane
Ultrafiltration et osmose inverse.
Polissage avancé
Polissage avancé, désinfection ou oxydation si nécessaire.
Réutilisation potentielle
Tours de refroidissement, épurateurs, nettoyage des installations, systèmes utilitaires ou eau d'alimentation pour une purification ultérieure.
Sélection des produits chimiques de traitement de l'eau
La sélection des produits chimiques doit tenir compte de l'objectif de traitement complet plutôt que du prix au kilogramme.
Bluwat Chemicals peut fournir différentes qualités de PAC, PolyDADMAC, polyamine, polyacrylamide et agents de capture des métaux lourds pour évaluation en laboratoire.
Procédure de test de floculation recommandée
Un test de floculation en laboratoire peut aider à identifier la combinaison chimique la plus efficace pour chaque flux d'eaux usées séparé.
Solutions chimiques Bluwat pour le traitement des eaux usées des semi-conducteurs
Chlorure de polyaluminium
Utilisé pour la coagulation, l'élimination des solides en suspension, la clarification et le traitement de certains flux d'eaux usées fluorées ou CMP.
PolyDADMAC
Un coagulant organique cationique à charge élevée utilisé pour la neutralisation de charge, la déstabilisation des particules fines et la clarification.
Polyamine
Convient pour la coagulation et l'élimination de certains contaminants colloïdaux ou organiques.
Polyacrylamide
Disponible en grades anioniques, cationiques et non ioniques pour la floculation, la clarification, l'épaississement et la déshydratation des boues.
Agent de capture des métaux lourds
Conçu pour soutenir l'élimination du cuivre, du nickel et d'autres métaux lourds, en particulier lorsque la précipitation conventionnelle seule est insuffisante.
Antimousse
Utilisé pour contrôler la mousse dans les réservoirs d'égalisation, les unités de traitement biologique et autres processus de traitement des eaux usées.
Conclusion
Un traitement efficace des eaux usées des semi-conducteurs dépend du lien entre la production et la gestion de l'eau.
Le fluorure, les particules CMP, les polluants organiques, l'ammoniac et les métaux lourds se comportent différemment et nécessitent des stratégies de traitement différentes.La collecte séparée peut réduire la consommation de produits chimiques, améliorer la stabilité du traitement, soutenir la récupération des ressources et créer plus d'opportunités de réutilisation de l'eau.
Bluwat Chemicals soutient les projets de traitement des eaux usées des semi-conducteurs par la sélection de produits chimiques, les tests d'échantillons et l'optimisation des dosages pour les eaux usées industrielles difficiles.