CN104402148B - 一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，属于废水处理领域。本发明的切割水二次利用装置，针对切割水中的杂质特性，合理的设计了沉淀池、预处理装置和颗粒过滤装置，使切割水的处理成本大大降低，沉淀池的底部设计成斜坡状，方便将沉淀下来的大颗粒状切割屑排出，预处理装置和颗粒过滤装置中设置的水位感应器能方便控制预处理罐和水箱中的水位，切割水的二次利用方法将切割废水经沉淀和环糊精、活性碳处理后能用于研磨机用水，显著降低了企业的纯水使用量，节省了废水处理费用，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。

Description

一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法

技术领域

本发明属于废水处理领域，更具体地说，涉及一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法。

背景技术

半导体器件行业是目前及将来电子信息产业的重要组成部分，随着半导体产业的兴起，国际市场对半导体的产品需要越来越大，在半导体制作过程中，每台切割机的纯水用量约为2.4L/min，每台研磨机的纯水用量约为8L/min，因此硅片研磨/切割产生了大量的废水。经过调查，目前很多半导体生产厂家都采用简单处理方式直接排放，不做任何回收再利用处理，造成水源的极度浪费；部分公司在处理工艺上采用超滤膜件进行过滤处理，但膜的反洗频率高、水的回收率小及超滤膜的更换成本昂贵等等各种因素的影响，从而提高了公司的运行成本；在社会经济日益发展的情况下，与目前所倡导的节能节源法律法规大相径庭，为了进一步的节能降耗措施，急需对砷化镓衬底芯片的切割所产生的废水进行真正意义上的回收处理。因切割水中含有大量的砷，对人体和环境危害较大，同时芯片切割废水中还含有切割过程中产生的切割屑等大颗粒杂质和极细微的粉末颗粒，所以切割废水处理步骤繁多，而且处理费用较高，但如果经过简单的处理后就能二次使用，不仅可以减少公司产生的废水，同时还能节约纯水的使用量，这样可以达到降低生产成本的目的。

现有技术中对切割水的处理工艺比较单一，处理成本高，如中国专利公开号CN102070227 A，申请日为2009年11月19日的专利申请文件公开了一种切割研磨废水之UF回收处理系统，包括废水回收储存槽、进水泵、CDA缓冲槽、UF过滤器和UF产水储桶，系切割研磨废水回收于储存槽后，经进水泵进入UF过滤器，产水后再储入UF产水储桶，UF过滤器采用全流式(Dead-end)过滤系统，利用立式之中空纤维模，配合定期水洗、气洗和药洗机制，该发明的处理方法使用的设备成本高、UF膜寿命短，易堵塞，需经常更换，整体回收系统的使用寿命也会相对较短，不符合经济效益。中国专利公开号CN 103496831 A，申请日为2013年9月18日的专利申请文件公开了一种晶硅片切割刃料废水处理污泥的回收利用方法，该发明旨在解决对晶硅片切割刃料碳化硅粉体在生产过程中因废水处理形成的絮凝沉淀污泥进行资源化回收利用的技术问题，包括下列步骤：将晶硅片切割刃料废水处理污泥与水混合搅拌后引入旋液分离器进行浮选分离，从旋液分离器溢流口分出的轻相悬浮液经过压滤浓缩，得到回收产品硅酸钙；从旋液分离器底流口分出的重相浆料经过除杂后再进行脱水干燥，得到晶硅片切割刃料碳化硅粉体产品，该发明适合于处理絮凝沉淀污泥，对切割水的回收利用没有借鉴指导意义。因此需要研究一种经济、环保、高效的切割水回收利用方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中对切割水的处理方法和处理装置存在处理成本高、处理效果差等问题，本发明提供一种切割水二次利用装置及其二次利用方法，利用沉降、预处理和过滤等处理方法将切割水中的杂质除掉，处理后的切割水可用于研磨机，这样不仅减少了纯水的使用量，同时减少了废水处理量，大大降低了生产成本。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种切割水二次利用装置，包括沉淀池、预处理装置和颗粒过滤装置，所述的预处理装置包括第一供水泵和预处理罐；所述的颗粒过滤装置包括水箱、滤芯和第二水泵；所述的淀池通过第一供水泵向预处理装置供水；所述的滤芯位于颗粒过滤装置的出水口，所述的出水口与第二水泵连接，所述的第二水泵的出水口与储水池连通。

优选地，所述的沉淀池的进水口在上部，沉淀池的底部为斜坡状，斜坡的底端设有排泥口。

优选地，所述的沉淀池的底部坡角为30-45°。

优选地，所述的预处理装置和颗粒过滤装置中分别设有第一水位感应器和第二水位感应器。

优选地，所述的预处理装置中设有水处理试剂添加装置。

优选地，所述的滤芯为带骨架熔喷滤芯，其长度为300-450mm，外径为45-55mm，内径为25-30mm，所述滤芯的滤芯精度为0.5-2μm。

一种切割水二次利用方法，其特征在于：使用上述的一种切割水二次利用装置进行处理，其步骤为：

(a)关闭沉淀池的排泥口，将切割水从上部进水口输入沉淀池中静置1-3h；

(b)用第一供水泵将沉淀池中静置后的水泵入预处理罐中，在泵水的过程中启动水处理试剂添加装置向预处理罐中添加水处理试剂，第一水位感应器控制预处理罐中的水位；

(c)步骤(b)中泵水结束后，关闭水处理试剂添加装置，静置1-2h后得到预处理水；

(d)将步骤(c)中得到的预处理水引入水箱中，启动第二水泵，使预处理水经过滤芯过滤后进入储水池中储存，第二水位感应器控制水箱中水位。

优选地，所述的步骤(b)中第一水位感应器控制预处理罐中的水体积为预处理罐体积的0.4-0.8；第二水位感应器控制水箱中水体积为水箱体积的0.3-0.9。

优选地，所述的步骤(b)中添加的水处理试剂为环糊精，添加的环糊精与水的质量比为(0.5-1):100。

优选地，所述的步骤(d)中启动第二水泵前，往水箱中加入活性碳静置0.5-1h，添加的活性碳与水的质量比为(1-1.5):100。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明中提供了一种切割水二次利用装置，针对切割水中的杂质特性，合理的设计了沉淀池、预处理装置和颗粒过滤装置，使切割水的处理成本大大降低，沉淀池的底部设计成斜坡状，方便将沉淀下来的大颗粒状切割屑排出，预处理装置和颗粒过滤装置中设置的水位感应器能方便控制预处理罐和水箱中的水位，且能准确提供水位信息，为控制水处理试剂和活性碳的添加量带来便利；

(2)本发明中提供了一种切割水二次利用装置，颗粒过滤装置中的滤芯是疏水性的，能过滤掉水中杂质的同时不易被堵塞，使用寿命长，且更换方便；

(3)本发明提供了一种切割水二次利用方法，将切割产生的废水经过沉淀、预处理和过滤后，用于研磨机用水，使切割水得到二次利用，减少了芯片生产企业的总用水量，按照每台研磨机研磨水使用量10L/min计算，每台研磨机每月可以节约用水432吨，约节省费用3500元人民币；

(4)本发明提供了一种切割水二次利用方法，在预处理罐中添加环糊精水处理试剂，能吸附切割水中不易沉淀的粉末状杂质并团聚成絮凝状，易分离，且环糊精上吸附位点多，吸附效率高；

(5)本发明提供的一种切割水二次利用方法，在颗粒过滤装置中合理添加活性炭，吸附预处理过程中未能完全絮凝的环糊精，减少滤芯的过滤压力，提高滤芯的使用寿命；

(6)本发明中的颗粒过滤装置中的滤芯是疏水性的，能有效防止水处理试剂及杂质在滤芯表面的吸附，延长了滤芯的使用寿命；

(7)本发明的切割水二次利用装置结构简单，设计合理，易于制造。

附图说明

图1为本发明的切割水二次利用装置结构示意图；

图2为本发明的切割水二次利用的流程示意图。

图中：1、沉淀池；11、排泥口；2、预处理装置；3、颗粒过滤装置；4、储水池；21、第一供水泵；22、预处理罐；23、第一水位感应器；24、水处理试剂添加装置；31、水箱；32、第二水位感应器；33、滤芯；34、第二水泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种切割水二次利用装置，包括沉淀池1、预处理装置2和颗粒过滤装置3，沉淀池1的进水口在上部，沉淀池1的底部为斜坡状，坡角为30°，斜坡的底端设有排泥口11，预处理装置2包括第一供水泵21、预处理罐22、第一水位感应器23和水处理试剂添加装置24；颗粒过滤装置3包括水箱31、滤芯33、第二水泵34和第二水位感应器32；淀池1通过第一供水泵21向预处理装置2供水；滤芯33位于颗粒过滤装置3的出水口，滤芯33为带骨架熔喷滤芯，滤芯精度为2μm，其长度为450mm，外径为55mm，内径为25mm，出水口与第二水泵34连接，第二水泵34的出水口与储水池4连通。

本实施例中的滤芯33在使用前经500W紫外灯照射活化3min，然后将滤芯放置于质量分数为1％的辛基三甲氧基硅烷中浸泡30min，然后用纯水冲洗滤芯，得到疏水性滤芯，能有效防止水处理试剂及杂质在滤芯表面的吸附，滤芯的使用寿命延长了20％，节约了成本。

一种切割水二次利用方法，使用上述的一种切割水二次利用装置进行处理，其步骤为：

(a)关闭沉淀池1的排泥口，将切割水从上部进水口输入沉淀池1中静置1h；

(b)用第一供水泵21将沉淀池1中静置后的水泵入预处理罐22中，在泵水的过程中启动水处理试剂添加装置24向预处理罐22中添加水处理试剂，第一水位感应器23控制预处理罐22中的水体积为预处理罐22体积的0.4，其中水处理试剂为环糊精，添加的环糊精与水的质量比为0.5:100；

(c)步骤(b)中泵水结束后，关闭水处理试剂添加装置24，静置1h后得到预处理水；

(d)将步骤(c)中得到的预处理水引入水箱31中，然后往水箱31中加入活性碳静置0.5h，添加的活性碳与水的质量比为1:100，随后启动第二水泵34，使预处理水经过滤芯33过滤后进入储水池4中储存，第二水位感应器32控制水箱31中水位，使水箱31中水体积为水箱31体积的0.3。

本实施例中的活性碳能重复使用，将吸附了水处理试剂和杂质的活性碳用5％盐酸浸泡1h，然后在90°条件下烘干后可以继续用于水处理过程中。

芯片主要材质为砷化镓，切割芯片产生的废水中除含有大颗粒状的切割屑外，废水中还含有大量的砷，含砷废水对人体和土质有着较大的损害，必须经过严格的处理以后才能进行排放，本实施例中的一种切割水二次利用方法，利用上述合理设计的切割水二次利用装置，发明人经过反复的实验发现经过环糊精和活性碳处理后的切割废水中砷含量由最初的23％降为8％左右，处理效果显著，且处理后的切割水可以用于研磨机用水，一方面节约了企业生产中的纯水用量，另一方面降低了废水量，节省了废水处理费用，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。

实施例2

一种切割水二次利用装置，包括沉淀池1、预处理装置2和颗粒过滤装置3，沉淀池1的进水口在上部，沉淀池1的底部为斜坡状，坡角为40°，斜坡的底端设有排泥口11，预处理装置2包括第一供水泵21、预处理罐22、第一水位感应器23和水处理试剂添加装置24；颗粒过滤装置3包括水箱31、滤芯33、第二水泵34和第二水位感应器32；淀池1通过第一供水泵21向预处理装置2供水；滤芯33位于颗粒过滤装置3的出水口，滤芯33为带骨架熔喷滤芯，滤芯精度为1μm，其长度为380mm，外径为50mm，内径为28mm，出水口与第二水泵34连接，第二水泵34的出水口与储水池4连通。

本实施例中的滤芯33在使用前经800W紫外灯照射活化1min，然后将滤芯放置于质量分数为1％的辛基三甲氧基硅烷中浸泡30min，然后用纯水冲洗滤芯，得到疏水性滤芯，能有效防止水处理试剂及杂质在滤芯表面的吸附，滤芯的使用寿命延长了22％，节约了成本。

一种切割水二次利用方法，使用上述的一种切割水二次利用装置进行处理，其步骤为：

(a)关闭沉淀池1的排泥口，将切割水从上部进水口输入沉淀池1中静置2h；

(b)用第一供水泵21将沉淀池1中静置后的水泵入预处理罐22中，在泵水的过程中启动水处理试剂添加装置24向预处理罐22中添加水处理试剂，第一水位感应器23控制预处理罐22中的水体积为预处理罐22体积的0.6，其中水处理试剂为环糊精，添加的环糊精与水的质量比为0.8:100；

(c)步骤(b)中泵水结束后，关闭水处理试剂添加装置24，静置1.5h后得到预处理水；

(d)将步骤(c)中得到的预处理水引入水箱31中，然后往水箱31中加入活性碳静置0.8h，添加的活性碳与水的质量比为1.2:100，随后启动第二水泵34，使预处理水经过滤芯33过滤后进入储水池4中储存，第二水位感应器32控制水箱31中水位，使水箱31中水体积为水箱31体积的0.5。

本实施例中的活性碳能重复使用，将吸附了水处理试剂和杂质的活性碳用5％盐酸浸泡1h，然后在90°条件下烘干后可以继续用于水处理过程中。

芯片主要材质为砷化镓，切割芯片产生的废水中除含有大颗粒状的切割屑外，废水中还含有大量的砷，含砷废水对人体和土质有着较大的损害，必须经过严格的处理以后才能进行排放，本实施例中的一种切割水二次利用方法，利用上述合理设计的切割水二次利用装置，发明人经过反复的实验发现经过环糊精和活性碳处理后的切割废水中砷含量由最初的23％降为6％左右，处理效果显著，且处理后的切割水可以用于研磨机用水，一方面节约了企业生产中的纯水用量，另一方面降低了废水量，节省了废水处理费用，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。

实施例3

一种切割水二次利用装置，包括沉淀池1、预处理装置2和颗粒过滤装置3，沉淀池1的进水口在上部，沉淀池1的底部为斜坡状，坡角为45°，斜坡的底端设有排泥口11，预处理装置2包括第一供水泵21、预处理罐22、第一水位感应器23和水处理试剂添加装置24；颗粒过滤装置3包括水箱31、滤芯33、第二水泵34和第二水位感应器32；淀池1通过第一供水泵21向预处理装置2供水；滤芯33位于颗粒过滤装置3的出水口，滤芯33为带骨架熔喷滤芯，滤芯精度为0.5μm，其长度为300mm，外径为45mm，内径为30mm，出水口与第二水泵34连接，第二水泵34的出水口与储水池4连通。

本实施例中的滤芯33在使用前经1000W紫外灯照射活化0.5min，然后将滤芯放置于质量分数为1％的辛基三甲氧基硅烷中浸泡中40min，然后用纯水冲洗滤芯，得到疏水性滤芯，能有效防止水处理试剂及杂质在滤芯表面的吸附，滤芯的使用寿命延长了30％，节约了成本。

一种切割水二次利用方法，使用上述的一种切割水二次利用装置进行处理，其步骤为：

(a)关闭沉淀池1的排泥口，将切割水从上部进水口输入沉淀池1中静置3h；

(b)用第一供水泵21将沉淀池1中静置后的水泵入预处理罐22中，在泵水的过程中启动水处理试剂添加装置24向预处理罐22中添加水处理试剂，第一水位感应器23控制预处理罐22中的水体积为预处理罐22体积的0.8，其中水处理试剂为环糊精，添加的环糊精与水的质量比为1:100；

(c)步骤(b)中泵水结束后，关闭水处理试剂添加装置24，静置2h后得到预处理水；

(d)将步骤(c)中得到的预处理水引入水箱31中，然后往水箱31中加入活性碳静置1h，添加的活性碳与水的质量比为1.5:100，随后启动第二水泵34，使预处理水经过滤芯33过滤后进入储水池4中储存，第二水位感应器32控制水箱31中水位，使水箱31中水体积为水箱31体积的0.9。

本实施例中的活性碳能重复使用，将吸附了水处理试剂和杂质的活性碳用3％盐酸浸泡2h，然后在90°条件下烘干后可以继续用于水处理过程中。

芯片主要材质为砷化镓，切割芯片产生的废水中除含有大颗粒状的切割屑外，废水中还含有大量的砷，含砷废水对人体和土质有着较大的损害，必须经过严格的处理以后才能进行排放，本实施例中的一种切割水二次利用方法，利用上述合理设计的切割水二次利用装置，发明人经过反复的实验发现经过环糊精和活性碳处理后的切割废水中砷含量由最初的23％降为5％左右，处理效果显著，且处理后的切割水可以用于研磨机用水，一方面节约了企业生产中的纯水用量，另一方面降低了废水量，节省了废水处理费用，降低了生产成本，提高了产品的市场竞争力。

Claims (5)

1.一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，其特征在于：使用的切割水二次利用装置包括沉淀池(1)、预处理装置(2)和颗粒过滤装置(3)，其特征在于：所述的预处理装置(2)包括第一供水泵(21)和预处理罐(22)；所述的颗粒过滤装置(3)包括水箱(31)、滤芯(33)和第二水泵(34)；所述的沉淀池(1)通过第一供水泵(21)向预处理装置(2)供水；所述的滤芯(33)位于颗粒过滤装置(3)的出水口，所述的出水口与第二水泵(34)连接，所述的第二水泵(34)的出水口与储水池(4)连通，所述的预处理装置(2)和颗粒过滤装置(3)中分别设有第一水位感应器(23)和第二水位感应器(32)，所述的预处理装置(2)中设有水处理试剂添加装置(24)；用所述的切割水二次利用装置处理切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的步骤为：

(a)关闭沉淀池(1)的排泥口，将切割水从上部进水口输入沉淀池(1)中静置1-3h；

(b)用第一供水泵(21)将沉淀池(1)中静置后的水泵入预处理罐(22)中，在泵水的过程中启动水处理试剂添加装置(24)向预处理罐(22)中添加水处理试剂，第一水位感应器(23)控制预处理罐(22)中的水位，所述的水处理试剂为环糊精，添加的环糊精与水的质量比为(0.5-1):100；

(c)步骤(b)中泵水结束后，关闭水处理试剂添加装置(24)，静置1-2h后得到预处理水；

(d)将步骤(c)中得到的预处理水引入水箱(31)中，往水箱(31)中加入活性碳静置0.5-1h，添加的活性碳与水的质量比为(1-1.5):100，然后启动第二水泵(34)，使预处理水经过滤芯(33)过滤后进入储水池(4)中储存，第二水位感应器(32)控制水箱(31)中水位。

2.根据权利要求1所述的一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，其特征在于：所述的沉淀池(1)的进水口在上部，沉淀池(1)的底部为斜坡状，斜坡的底端设有排泥口(11)。

3.根据权利要求1所述的一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，其特征在于：所述的沉淀池(1)底部坡角为30-45°。

4.根据权利要求1所述的一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，其特征在于：所述的滤芯(33)其长度为300-450mm，外径为45-55mm，内径为25-30mm，所述滤芯(33)的滤芯精度为0.5-2μm。

5.根据权利要求1所述的一种切割砷化镓芯片过程中产生的切割水的二次利用方法，其特征在于：所述的步骤(b)中第一水位感应器(23)控制预处理罐(22)中的水体积为预处理罐(22)体积的0.4-0.8；第二水位感应器(32)控制水箱(31)中水体积为水箱(31)体积的0.3-0.9。