半导体工业废水、废气中砷、磷、硫、氟、氯及氮氧化物和重金属的综合治理

Cd (OH) 2 = 515 ×10 - 6 , Cr (OH) 2 = 2 ×10 - 16 , Cr (OH) 3 = 613 ×10 - 81 , Cu (OH) 2 = 2510 ×10 - 20 , Fe (OH) 3 = 312 ×10 - 38 , Fe (OH) 2 = 110 ×10 - 15 , Hg (OH) 2 = 418 ×10 - 26 ,Mn (OH) 2 = 111 × 10 - 13 ,Ni (OH) 2 = 210 ×10 - 15 , Pb (OH) 2 = 115 ×10 - 15 , Sn (OH) 2 = 613 ×10 - 27等 ,都能在碱性溶液中除去 , 以下面的通式表示 M+ n + n (OH) - 1 = M(OH) n ψ
改善了流态 ,一个塔内气水顺流 , 另一个塔内气水逆流 , 接触充分 ,提高效率 ,解决了楼层不够高的缺点 ,占地面积小 , 改善了操作环境 . 315 化学吸收液的选择
根据模拟吸收十几种不同溶液的对比实验 , 最好选择在 碱性溶液里用高锰酸钾溶液吸收效果最好 , 吸收率均在 95 % 以上[7 ] .
┗ϖ贮泥池 ϖ干化场 ϖ干泥外运与垃圾一起处理
213 絮凝沉降一体化装置( 见图 1)
3P4 + 20MnO4 - + 16OH- = 12PO43 - + 20MnO2 + 8H2O
气相的 HF ,HCl ,SO3 ,NO2 , 与喷淋液中的碱中和形成盐 , 排入废水池处理 .
312 椭圆形隔板式吸收搭及双塔串联圆柱型吸收塔结构示
411 废水测试结果
废水处理设施出口经北京市环保局环境检测中心测试测
试结果. 见表 1
表 1 废水处理设施出口测试结果 浓度单位 mg/ L (pH 值除外)
编号 采样地点
测定结果
PH CODCr BOD5 SS LAS As F2 总磷 1 处理设施出口 10100 7122 22 9 12 0118 01096 1119 0158
WEN Rui2mei
( Tongji Univeristy , Shanghai 200092 , China)
Abstract : A comprehensive technology including flow chart and setup was described for pollution control of arsine ,phosphorus , sulfur ,fluorine ,chlorine ,oxynitrides ,heavy metals and various acids in semiconductor industry waste water and gases. The waste water was treated in a combined neutralization2sedimentation setup based on the principle of codeposition. A dual absorbing tower2shower containing oxidant and alkaline absorbant was used for removing arsine ,phosphorus ,sulfur ,fluorine ,chlorine and oxynitrides. After a2 batement the concentration of pollants analyysed by Environmental Administration meets the State Standard of Emission.
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电 子 学 报
2000 年
212 废水治ϖ泵 ϖ中和塔 ϖ调节池 ϖ泵 ϖ静态混合器 ϖ絮凝沉降一体化 ϖ排入下水道
单位 :mg/ L
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
意图( 见图 2 及图 3)
图 1 絮凝沉降一体化装置示意图 214 絮凝沉降一体化装置特点
( a) 设计废水量为 10m3/ h ,若采用普通沉淀池 , 表面负荷 q = 0165m3/ m2 ·h , 表面积 F = 1514m2 , 沉淀池有效高度 h2 = 215～310m
( b) 斜管沉淀池 ,表面负荷 q = 1114m3/ m2·h , 表面积 F = 818m2 ,沉淀池有效高度 h2 = 01866m
其中以砷 、磷 、硫 、氟 、氯 、氮氧化物 、重金属和酸根排放最 多 ,因此研究对半导体工业废水和废气的综合治理方法和设
收稿日期 :1999207226 ;修回日期 :1999210231
备 ,力争治理效果好 、技术先进 、投资少. 对从事这方面科技工 作者和保护环境有着极其重要的现实意义.
2 半导体工业废水的治理方法及设备
Key words : semiconductor ;waste water ;waste gases ;abatement
1 引言
随着高新技术的发展 ,给环境带来新的污染 ,特别对多科 性的新型工业半导体工业 ,众多工厂和实验室排放的废气和 废水中含有多种有毒物质[1 ,2] 如 : 砷 、磷 、硫 ; 重金属 、铬 、铜 ; 有毒气体 :砷烷 、磷烷 、氯化氢 、氨 、二氧化硫 、三氧化硫 、一氧 化氮 、二氧化氮 ;有毒液体 :氢氟酸 、硫酸 、盐酸 、硝酸及有机金 属化合物等等. 金属有机化学气相淀积 (MOVPE) 是一类非常 重要的外延生长方法 ,它广泛应用于生长 Ⅲ2 Ⅴ族和 Ⅱ2 Ⅵ族 化合物半导体及其固溶体的生长 ,广泛应用于激光器 、发光二 级管 、HBT、FET 等的制备 ,特别是可以生长量子阱和超晶格薄 层材料 ,制造新一代高速电子器件 、激光器 、探测器等. 并进入 工业生产[3] . 所以 MOVPE 工艺有很大的吸引力. 目前被广泛 的使用. 但在工艺过程中会排放出大量的有毒物质 ,废水 、废 气 、粉尘 、排放到大气和水体中 ,严重超标 ,多数单位不加治理 任意排放 ,已给环境造成了严重污染 ,危害到人的健康.
3 半导体工业废气的治理方法及设备
311 废气治理原理 、方法 废气治理原理 、方法 :用化学吸收法 , 在碱性溶液里以氧
化剂作为吸收剂 , 利用中和及氧化还原方法 , 去除废气中的 砷 、磷 、重金属及酸根离子 ,治理后的废气达到国家排放标准 , 处理废气后的废液集中到废水池中统一处理. 通过热力学计 算[4～6 ]工艺尾气中砷 、磷的形态为 AsH3 、As、As2 、As4 及 PH3 、 P、P2 、P4 在废气治理中有代表性的化学反应式如下 : 3AsH3 + 8MnO4 - + OH- = 3AsO43 - + 8MnO2 + 5H2O 3As + 5MnO4 - + 4OH- = 3AsO43 - + 5MnO2 + 2H2O 3As2 + 10MnO4 - + 8OH- = 6AsO43 - + 10MnO2 + 4H2O 3As4 + 20MnO4 - + 16OH- = 12AsO43 - + 20MnO2 + 8H2O 3PH3 + 8MnO4 - + OH- = 3PO43 - + 8MnO2 + 5H2O 3P + 5MnO4 - + 4OH- = 3PO43 - + 5MnO2 + 2H2O 3P2 + 10MnO4 - + 8OH- = 6PO43 - + 10MnO2 + 4H2O
2 处理设施出口 11100 6195 24 13 9 0119 01096 1119 0158
城市下水道 A 标准 6～9 150 100 160 10 015 5 /
根据表 1 结果 ,各项指标均达到北京市城市下水道 A 标
准. 由于总磷没有排放标准. 不评述.
412 废水处理前后对比
表 2 废水处理前后对比
二者表面积比较 n1 = 1514/ 818 = 1175 倍 二者沉淀池有效高度比较 n2 = 215～310/ 01866 = 219～ 315 倍 n = n1 ×n2 = 1175 ×(219～315) = 51075～61125 倍 因此用斜管沉淀较普通沉淀能提高效率 5～6 倍 自行设计的絮凝沉降一体化装置为防腐钢制品 , 用斜管 沉淀 ,选择斜管上升流速为 015mm/ s ,斜管角度为 60°,这样水 自下而上 ,泥自上而下 ,斜管上升流速小 ,沉降效果好 ,较一般 沉淀方法提高效率 5～6 倍 , 处理效果好 , 投资少 , 占地面积 小 ,构造简单. 残渣集中 , 便于处置 , 同时运行稳定 , 运行费用 低.
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第 11 期
闻瑞梅 :半导体工业废水 、废气中砷 、磷 、硫 、氟 、氯及氮氧化物和重金属的综合治理
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图 3 双塔串联圆柱型吸收塔结构示意图
4 测试结果
200第0 年11
期 11 月
电 子 学 报 ACTA ELECTRONICA SINICA
Vol . 28 Nov.
No. 11 2000
半导体工业废水 、废气中砷 、磷 、硫 、氟 、氯 及氮氧化物和重金属的综合治理
闻瑞梅
(同济大学 ,上海 200092)
摘 要 : 本文介绍了在半导体工业废水 、废气中砷 、磷 、硫 、氟 、氯及氮氧化物 、重金属及各种酸的综合治理方法 、 工艺流程和设备 ,用中和絮凝沉降一体化装置 ,利用共生沉淀的原理处理废水. 用椭圆型喷淋吸收塔 ,氧化剂 、碱吸收 治理半导体工业废气中砷 、磷 、硫 、氟 、氯 、氮氧化物及各种酸. 经环保部门检测均达到国家排放标准.
211 原理及方法 利用中和共生沉淀法原理 ,将含有砷 ,磷及其化合物和重
金属废水及抛光胶体硅 ,废水 , 通过调整 pH 与重金属产生共 生沉淀的方法而除去.
各种金属离子 , 当溶液的 [ 金属离子浓度 ]·[OH 离子浓 度 ] > M(OH) n 的溶度积时 ,金属离子将发生沉淀 ,在碱性溶 液中 ,pH 值 > 8 时 , 许多金属的溶度积均很小 , 极易产生沉 淀 ,例如它们的溶度积分别为
关键词 : 半导体 ; 废水 ; 废气 ; 治理 中图分类号 : TN304105 文献标识码 : A 文章编号 : 037222112 (2000) 1120001203
A Co mprehensive Abate ment Technolo gy for Arsine , Pho sp horus , Sulfur ,Fluorine ,Chlorine ,Oxynitride s and Heavy Metals in Se mico nductor Industry Wa ste Water and Ga se s
图 2 椭圆形隔板式吸收搭示意图 313 设备的主要特点说明 31311 椭圆形隔板搭由于该塔的构造形式为椭圆 ,中间加隔 板 ,一边是气水顺流 ,一边是气水逆流 ,气液接触面积大 ,延长 了气水的接触时间 ,处理效果好 ,解决了原来的上进气上喷水 结构 ,气体容易短流 , 处理效果差的缺点 , 气流通过隔板下部 的通道很顺畅 ,阻力小 ,只有 818pa ,为双塔串联中间联接管阻 力的 1/ 5 ,其结构简单 、合理 ,同样的抽风量可选低速风机 , 节 电. 椭圆隔板式喷淋吸收塔是理想的废气处理装置. 占地面积 小 ,有足够的维修空间. 处理能力大 , 造价低 , 运行费用低 , 操 作简单 ,运行稳定. 处理后的废气经环保部门检测达到国家排 放标准 . 314 双塔串联圆柱型喷淋填料吸收塔