专利名称：一种减薄划片废水的回用工艺和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种废水的处理工艺和系统，尤其涉及一种在半导体工业制造中产生的减薄 划片废水的回用工艺和系统。
背景技术：
半导体工业制造过程中需要大量高水质纯水，水的电阻率一般需大于10MQ *Cm，所产 生的废水大致可区分为蚀刻废水、光刻废水、滤管清洗废水、反渗透废水、离子交换树脂废 水及化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing， CMP)废水等等。电子封装是集成电 路芯片生产完成后不可缺少的一道工序，是器件到系统的桥梁。其中CMP过程中减薄划片废 水因含有大量的纳米级微粒，在处理上较复杂，是目前半导体产业废水处理最常遭遇的难题 。此类废水主要产生的途径，在于电子封装工艺中晶圆减薄划片阶段，需采用大量的超纯水 来洗净晶圆表面上所残留的悬浮微颗粒或金属离子污染物，纯水用量如作为漂洗水可达总工 序用水量的15-20%左右，用水量大。车间排放废水中含有大量的不易沉降的极细微纳米级单 晶硅体胶体和少量粗硅外无其他杂质，C0D<5mg/L、含盐量极低，电导〈100y s/cm，相比 于地下水或自来水的导电度约250y s/cm为低，水质较好，主要污染物为悬浮固体(SS)。 现有国内企业一般把减薄划片废水经过大量清洗水稀释后直接排入市政管网，在浪费大量水 资源的同时，废水中的硅杂质对环境也造成一定的污染。
中国专利CN200710037681. 9公开了一种半导体封装工艺中碾磨划片的废水处理系统，包 括收集半导体封装工艺中碾磨和/或划片的废水的收集槽；将所述废水中的悬浮物通过物 理过滤分离出来的物理过滤装置，该物理过滤装置与所述收集槽流体性连接；接收所述物理 过滤装置处理后废水的接收装置，该接收装置与所述物理过滤装置流体性连接。该处理系统 虽然能回收一部分废水，但是由于基本采用的是机械过滤或微滤，处理效果不是很好，限制 了回用水的使用范围。
中国专利CN200510041374. 9公开了一种纤维超过滤方法和设备，涉及到处理切割研磨废 水的纤维超过滤方法和设备，切割研磨废水经过纤维预过滤步骤和超过滤步骤获得可回收纯 净水，在运行一段时间后，利用可回收纯净水对超过滤膜和纤维过滤层进行反洗步骤。但是 ，该种处理工艺所回收的水质依然达不到半导体工业用水的水质要求
发明内容
本发明主要是提供一种可以回收废水中的粗硅和硅粉，同时回收的产水可以作为半导体 工艺生产用水，节能环保，节省设备投资和运行费用的减薄划片废水的回用工艺和系统；解 决现有技术所存在的产水水质达不到工业用水的水质要求，而且回用率低，回用综合成本高 的技术问题。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的 一种减薄划片废水的回用 工艺，首先将减薄划片废水经过过滤器，截留废水中的粗硅；然后将过滤后的水经过第一级 超滤装置，产水作为深度脱盐装置进行脱盐后供生产用水，浓水进入浓縮液水箱，经过了深 度脱盐后的废水排出到废水池内。通过过滤器将废水先过滤不但可以去除大的杂志，同时过 滤了粗硅可以方便的将粗硅回收，节约能源和成本，为企业带来十分明显的经济效益和环境 效益。过滤后的水经过超滤装置滤去硅粉等其他细小杂质后进行深度脱盐，提高产水水质， 使得产水可以满足半导体工艺生产的要求，可以将产水直接作为工艺生产用水。本发明的工 艺步骤简单，却可以达到有效回用废水中的粗硅和硅粉，提高废水的利用率，同时进行深度 脱盐处理提高产水水质和回收效率。本发明利用超滤膜分离技术对减薄划片废水进行回收利 用，含硅废液排放量减少至原废液总量的0.2 1%，即水资源利用率达到99%，节约水资源， 节省工业用水量降低生产成本。
作为优选，经过第一级超滤装置处理后的浓水作为第二级超滤装置的进水，经过了第二 级超滤装置的产水与第一级超滤装置的产水混合作为深度脱盐装置的进水，经过第二级超滤 装置的浓水则回流至硅粉浓縮液水箱，循环浓縮。两级过滤可以提高产水的水质，同时对于 二级超滤产生的废水进行循环浓縮，可以提高废水的回用效率，最大程度的回收废水。
作为优选，经过第一级超滤装置和第二级超滤装置的浓縮液内包含有含量大于3g/L的硅 粉浓縮液，所述的硅粉浓縮液可以经过烘干回收硅粉。
作为优选，第一级超滤装置和第二级超滤装置均采用中空纤维膜构成；第一级的超滤装 置的中空纤维膜组件采用错流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式；第二级超滤装置内的 中空纤维组件采用全回流过滤的运行方式。
作为优选，中空纤维超滤膜的材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和聚丙烯氰，中空纤维 超滤膜的平均截留分子量为6000道尔顿-100000道尔顿。中空纤维超滤膜其表面活化层致密 ，光滑；支撑层为海绵状网络结构，耐压、抗污染、使用寿命长，能长期保证产水水质，对 胶体、悬浮颗粒及高分子物质具有良好的分离能力。
深度脱盐过程可以采用现有技术所公知的装置和方法，包括电除盐装置(EDI)，电渗 析装置(ED)，以及离子交换床。作为优选，所述的深度脱盐采用混合离子交换床进行处理，处理的水的电阻率大于10MQ ，。使得产水水质满足半导体工艺生产的要求。
作为优选，所述的过滤器采用过滤精度为50^m -lOOPm的精密过滤器，当精密过滤器 进出口压差达到O. 1 MPa，清洗滤元以恢复性能，并将精密过滤器底部的粗硅回收。通过精 密过滤器可以将粗硅过滤，粗硅集中在过滤器底部，方便粗硅的回收利用，同时达到节能、 减排、降低生产成本的效果。
一种减薄划片废水的回用系统，废水收集池、超滤水箱和高纯水箱，在废水收集池后连 接有精密过滤器，精密过滤器连接有第一级超滤装置，第一级超滤装置的清水口连接有深度 脱盐装置，深度脱盐装置的清水口连接着高纯水箱，深度脱盐装置的浓水口连接着废水处理 池。结构简单，超滤装置连接深度脱盐装置，将废水的粗硅和硅粉有效回收，同时提高产水 水质，系统的整体占地面积小，节省设备投资和运行费用，回用综合成本低。
作为优选，所述的第一级超滤装置的浓水口通过管道连接到第二级超滤装置，第二级超 滤装置的清水口通过管道及高压泵与所述的深度除盐装置的进水口连接，第二级超滤浓水口 与废水处理池连接。方便超滤装置的浓水反复回收，提高废水利用率和产水量。
作为优选，所述的深度脱盐装置采用两台填充阴阳离子交换树脂的混床，混床内衬为橡 胶，外壁为钢结构。
因此，本发明的一种减薄划片废水的回用工艺及其系统具有下述优点l.利用精密过滤 器的预处理工序过滤掉废水中的粗硅和其他有用成分，达到了节能、减排和降低生产成本的 目的；2.通过两级超滤工序，不但提高废水回收率，同时提高产水水量， 一级超滤后的废水 进入二级超滤装置进行循环回收，提高了回收率，使得回收率达到99%; 3.采用深度除盐装 置制得高纯水，使得产水可以直接应用在半导体的生产工艺中，提高了产水水质；4.超滤装 置的超滤膜采用聚砜或聚醚砜材料，耐压、抗污染、使用寿命长，对胶体悬浮颗粒及高分子 物质具有良好的分离能力。
图l是本发明的一种减薄划片废水净化和回用系统的结构示意图2是本发明的另一种减薄划片废水净化和回用系统的结构示意图。
具体实施例方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。 实施例
如图1所示，废水取自甘肃某市的某大型电子厂生产二极管芯片中减薄划片工艺废水，
其中含有大量的粗硅和硅粉胶体，其他杂质极少，电导率小于等于4us/cm，硅粉胶体含量50-100mg/L。首先将减薄划片废水放置在废水收集池l内，废水收集池连接有增压泵2，增压 泵2连接着精密过滤器3，精密过滤器3的孔径为50齙，经过精密过滤器3截留废水中的粗硅， 当过滤器进出口压差达到O. lMPa，清洗滤元以恢复性能，粗硅集中在过滤器底部，可方便回 收。然后将过滤后的水经过第一级超滤装置，精密过滤器3通过管道10连接有超滤装置4，超 滤装置4采用亲水性改性的聚砜材料制成的中空纤维膜组件，中空纤维组件采用错流过滤、 频繁反洗的全自动连续运行方式。中空纤维超滤膜的截留分子量为50000，平均孔径为O.Ol 能。超滤装置4的产水通过管道12流入超滤水箱5，超滤水箱5经过增压泵6连接到混床深度除 盐装置7，深度除盐装置7采用两台填充阴阳离子交换树脂的混床，混床内衬为橡胶，外壁为 钢结构，填充的树脂为争光牌树脂，型号为001x7MB (阳树脂)和201x7MB (阴树脂)。超滤 装置4的产水电导率小于等于4y s/cm作为深度脱盐装置的进水，经过深度脱盐处理的水的电 阻率大于10M俜cm，将产水通过管道13输入到高纯水箱8内，高纯水箱内的产水通过管道14回 收，回收的产水可以直接作为半导体工艺生产用水；经过了深度脱盐后的废水通过管道21排 出到废水池内。超滤浓水约原废水总量的10 — 20%，直接排到污水站处理后排放。
超滤装置进水、出水、浓水、反洗口各设一台电动阀，装置运行由PLC控制运行30分 钟，反冲洗3(T60秒。反冲洗超滤膜的水城为反冲洗污水进入硅粉浓縮水箱，2-3个月要进行 一次化学清洗，化学清洗污水进入污水站处理后排放。
实施例2:
如图2所示，废水取自甘肃某市的某大型电子厂生产二极管芯片中减薄划片工艺废水， 其中含有大量的粗硅和硅粉胶体，其他杂质极少，电导率小于等于4us/cm，硅粉胶体含量 50-100mg/L。首先将减薄划片废水经过精密过滤器，截留废水中的粗硅，当过滤器进出口压 差达到O. lMPa，清洗滤元以恢复性能，粗硅集中在过滤器底部，可方便回收。然后将过滤后 的水作为第一级超滤装置4的进水，浓水口通过管道11连接浓縮水箱17，浓水水箱17再经过 增压泵18连接到第二级超滤装置15，经过第一级超滤装置4处理后的浓水作为第二级超滤装 置15的进水，第二级超滤装置15采用中空纤维超滤组件，中空纤维膜采用聚砜材料制成，采 用全回流过滤的运行方式，其截留分子量为20000，平均孔径0.01ym。第二级超滤装置15的 清水口通过管道19连接到超滤水箱5，使得经过了第二级超滤装置的产水与第一级超滤装置 的产水混合作为深度脱盐装置7的进水，经过第二级超滤装置的浓水则回流至硅粉浓縮液水 箱，第二级超滤装置15的浓水口通过管道20连接到浓縮水箱17，进行循环浓縮；经过深度脱 盐的产水通过管道14回收，可以直接作为生产工艺用水，经过了深度脱盐后的废水通过管道 21排出到废水池内。浓縮水箱17的浓水口通过管道16连接着废水处理池。
权利要求
1.一种减薄划片废水的回用工艺，其特征在于首先将减薄划片废水经过过滤器，截留废水中的粗硅；然后将过滤后的水经过第一级超滤装置，产水作为深度脱盐装置进行脱盐后供生产用水，浓水进入浓缩液水箱，经过了深度脱盐后的废水排出到废水池内。
2.根据权利要求l所述的一种减薄划片废水的回用工艺，其特征在于 :经过第一级超滤装置处理后的浓水作为第二级超滤装置的进水，经过了第二级超滤装置的 产水与第一级超滤装置的产水混合作为深度脱盐装置的进水，经过第二级超滤装置的浓水则 回流至硅粉浓縮液水箱，循环浓縮。
3.根据权利要求2所述的一种减薄划片废水的回用工艺，其特征在于 :经过第一级超滤装置和第二级超滤装置的浓縮液内包含有含量大于3g/L的硅粉浓縮液，所 述的硅粉浓縮液可以经过烘干回收硅粉。
4.根据权利要求2所述的一种减薄划片废水的回用工艺，其特征在于 :第一级超滤装置和第二级超滤装置均采用中空纤维膜构成；第一级的超滤装置的中空纤维 膜组件采用错流过滤、频繁反洗的全自动连续运行方式；第二级超滤装置内的中空纤维组件 采用全回流过滤的运行方式。
5.根据权利要求4所述的一种减薄划片废水的回用工艺，其特征在 于所述的中空纤维超滤膜的材料为聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯和聚丙烯氰，中空纤维超滤 膜的平均截留分子量为6000道尔顿-100000道尔顿。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种减薄划片废水的回用工艺 ，其特征在于所述的深度脱盐采用混合离子交换床进行处理，处理的水的电阻率大于10M 俜cm。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种减薄划片废水的回用工艺 ，其特征在于所述的过滤器采用过滤精度为50^m -lOOPm的精密过滤器，当精密过滤器 进出口压差达到O. 1 MPa，清洗滤元以恢复性能，并将精密过滤器底部的粗硅回收。
8. 一种减薄划片废水的回用系统，废水收集池、超滤水箱和高纯水 箱，其特征在于在废水收集池后连接有精密过滤器，精密过滤器连接有第一级超滤装置， 第一级超滤装置的清水口连接有深度脱盐装置，深度脱盐装置的清水口连接着高纯水箱，深 度脱盐装置的浓水口连接着废水处理池。
9.根据权利要求8所述的一种减薄划片废水的回用系统，其特征在于 :所述的第一级超滤装置的浓水口通过管道连接到第二级超滤装置，第二级超滤装置的清水 口通过管道及高压泵与所述的深度除盐装置的进水口连接，第二级超滤浓水口与废水处理池 连接。
10.根据权利要求8或9所述的一种减薄划片废水的回用系统，其特征 在于所述的深度脱盐装置采用两台填充阴阳离子交换树脂的混床，混床内衬为橡胶，外壁 为钢结构。
全文摘要
本发明利用膜分离技术处理硅片减薄划片废水，将废水中的单晶硅浓缩回收，其中膜透过液作为混床进水回用到生产工艺上。根据本发明的一种硅片减薄划片废水处理方法，包括先采用精密过滤器所述硅片减薄划片废水，再采用中空纤维超滤装置进行处理，获得超滤透过液和浓缩液，最后所述超滤透过液进行深度脱盐处理的过程。减薄划片废水经过本发明回用处理，使水资源充分利用回收，节省了大量工业用水。
文档编号C02F1/42GK101549913SQ20081030530
公开日2009年10月7日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者沈海军 申请人:浙江东洋环境工程有限公司