在全球半导体行业蓬勃发展的背景下，制造过程中产生的废水处理问题逐渐显现出其重要性。尤其是晶圆研磨与切割过程中产生的废水，其成分复杂，处理难度大，不仅对环境造成威胁，还可能影响企业的生产效率。近日，针对这一难题的半导体晶圆研磨废水处理方案引发了广泛关注，成为行业内外热议的焦点。晶圆研磨废水主要包含颗粒物、化学物质及有机成分，这些成分如果不加以有效处理，可能会对水资源造成不可逆转的污染。当前，处理这一类废水的传统方法往往效率低下、成本高昂，且处理后水质难以达到再利用的标准。因此，开发一种高效、经济、可持续的废水处理方案迫在眉睫。
关键技术和特性
本次提出的处理方案综合了物理、化学及生物处理技术。首先，利用先进的膜分离技术，对废水进行初步的物理去除，能够有效截留大颗粒物质。同时，结合化学沉淀和活性污泥法，通过添加特定的化学药剂，将水中难以处理的污染物转化为沉淀物，进一步提高处理效率。此外，生物处理技术提供了自然降解的解决方案，增加了废水处理的生态友好性。
创新设计与用户体验
该方案的一大亮点是采用了可持续性设计理念，确保了处理系统的能耗低及运营成本控制在合理范围内。通过智能化监控系统，实时监测废水成分和处理效果，企业可以根据实时数据调整处理内容，提高系统的灵活性和适应性。此外，模块化设计使得处理系统的维护和升级变得更加便捷，降低了对专业技术人员的依赖，增强了企业的操作安全性。
行业应用与前景展望
在实际应用方面，多家半导体工厂已开始尝试该处理方案，结果表明，处理后的废水得到了显著改善，能够满足再利用标准。这不仅降低了企业的用水成本，也有效减轻了对环境的影响，展现了经济与环境的双重获益。随着技术的持续迭代，未来该方案有望推广至更广泛的行业，成为半导体、电子及其他制造行业的环保标杆。
表1 设计进出水水质
项目 | 设计进水水质 | 设计出水水质 |
BOD5/（mg·L-1） | ≤250 | ≤10 |
COD/（mg·L-1） | ≤400 | ≤50 |
悬浮物/（mg·L-1） | ≤250 | ≤10 |
TN/（mg·L-1） | ≤45 | ≤15 |
NH4+-N/（mg·L-1） | ≤40 | ≤5 |
TP/（mg·L-1） | ≤5 | ≤0.5 |
氟化物/（mg·L-1） | ≤20 | ≤2 |
石油类/（mg·L-1） | 15 | 1 |
pH | 6~9 | 6~9 |
1.2 设计思路及工艺路线
污水处理厂进水主要有含氟废水、含氨废水和有机废水，具有可生化性差、C/N低的特点，同时清洗废水中还含有少量石油类油脂，进入生化系统会抑制微生物活性。目前国内60%以上的污水处理厂采用A2/O工艺脱氮除磷，但对于低C/N污水，传统A2/O工艺主要依靠污泥回流及硝化液回流去除硝态氮，好氧池出水总氮理论上不能完全被去除，在实际运行中存在污泥龄矛盾和碳源竞争，脱氮除磷效率不高。而A2/O与MBR组合工艺具有出水水质稳定、污染物去除率高、能解决脱氮除磷时二者污泥龄不同的矛盾等优势，被广泛应用于国内外污水处理中。
针对废水特点，污水处理厂预处理段采用曝气沉砂池重点去除废水中的砂类和油脂，采用高效沉淀池重点去除废水中的氟化物；主体工艺采用A2/O+MBR工艺，提高活性污泥微生物浓度和活性，使可生化性差、C/N低的废水处理达标后排放，并在A2/O和MBR中间增加后置缺氧池等改良措施，从理论上提高工艺的脱氮效率。
整体废水处理工艺流程见图1。
图1 废水处理工艺流程
废水处理工艺可分为预处理区（粗格栅池至精细格栅池）、生化处理区及后续消毒区。预处理区采用粗、细格栅双层拦截，可有效去除进水中粒径较大的悬浮物。细格栅出水进入曝气沉砂池，由于流速变小，剩余砂粒在涡旋运动和重力作用下逐渐沉降到集砂池，通过吸砂机吸出；同时，池底布置的穿孔曝气管产生大量微小气泡附着在废水中的油粒表面，油粒自身浮力增大后逐渐上升，漂浮在水面便于油水分离，可有效去除废水中的油类、砂粒等污染物。
曝气沉砂池出水进入高效沉淀池，高效沉淀池前端设置凝聚池和絮凝池，分别投加PAC和PAM，后端设置沉淀池进行泥水分离，可将废水中的悬浮物、氟化物、TP及重金属等污染物有效去除，保证后续生化反应的稳定运行。
预处理区末端还设置精细格栅池，可去除粒径在1 mm以上的悬浮物，有效延缓后续MBR池中膜组件污染。
生化处理区采用改良型A2/O和MBR的结合工艺。废水进入生化处理区后，依次进入厌氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2和MBR池。
MBR池池底设置污泥回流管将污泥回流至厌氧池，好氧池设置硝化液回流管将硝化液回流至缺氧池。MBR池由于NO3--N极少，污泥回流后厌氧池内NO3--N浓度较低，减少了对聚磷菌的抑制作用，保证了聚磷菌的释磷效果，废水进入MBR池后，在好氧条件下聚磷菌重新吸收磷，TP随剩余污泥排放去除。
废水中的NH4+-N在好氧池完成硝化反应，转化为NO3--N，随后通过硝化液回流至缺氧池1，利用进水中的碳源，在反硝化菌作用下生成N2排出；为进一步去除废水中的NO3--N，好氧池出水进入缺氧池2再次进行反硝化反应，保证出水TN达标。由于废水中COD在好氧池内消耗殆尽，需向缺氧池2补充适量碳源。
改良型A2/O池出水进入MBR池，利用膜组件的高效截留作用进行泥水分离，同时有效截留大分子有机物。膜组件的高效截留作用可实现SRT（污泥停留时间）与HRT（水力停留时间）的彻底分离，使硝化细菌得以富集并成为优势菌种，硝化能力逐渐增强。
MBR池出水进入接触消毒池，通过次氯酸钠溶液消毒，保证出水中微生物含量降低至标准水平以下。最后，废水通过巴氏计量槽计量后直接排放至周围河道。
2.1 粗格栅及提升泵房
粗格栅及提升泵房1座，设计规模按5万m3/d，钢筋混凝土结构，其中粗格栅池总尺寸12.7 m×4.0 m×9.3 m，分2组，提升泵房尺寸10.7 m×8.0 m×9.3 m。
配套机械格栅2台，栅宽B=1 580 mm，栅隙b=20 mm，N=1.5 kW；栅渣输送机1台，B=500 mm，N=1.5 kW；潜污泵5台，Q=800 m3/h，H=15 m，N=55 kW；电动葫芦1套，G=2 t，提升高度16 m，N=0.8 kW。
2.2 细格栅及曝气沉砂池
细格栅及曝气沉砂池1座，设计规模按5万m3/d，钢筋混凝土结构，其中细格栅池总尺寸8.3 m×4.6 m×1.70 m，曝气沉砂池尺寸27 m×9.2 m×5.6 m，分2组，曝气沉砂池总有效容积约520 m3，HRT约15 min。
配套机械格栅2台，栅宽B=2.0 m，栅隙b=5 mm，N=1.5 kW；栅渣输送机1台，B=500 mm，N=1.5 kW；桥式吸砂机2台，单台跨距L=4.3 m，N=4 kW；砂水分离器1台，Q=12~20 L/s，N=0.37 kW；罗茨鼓风机2台，Q=30 m3/min，N=30 kW，P=34.5 kPa，1用1备。
2.3 高效沉淀池
高效沉淀池2座，单座设计规模按2.5万m3/d，钢筋混凝土结构。单座高效沉淀池中混凝池尺寸2.8 m×2.8 m×7.7 m，有效容积约51 m3，HRT约3.0 min；
絮凝池分2组，单组尺寸4.5 m×4.0 m×7.4 m，总有效容积约230 m3，HRT约13 min；沉淀池分2组，单组内径D=9 m，总高度H=7.4 m，表面负荷q=8.2 m3/（m2·h），沉淀时间约30 min，污泥回流量约300%。
单座高效沉淀池配套混合搅拌机1台，N=11.0 kW；絮凝搅拌机2台，直径D=1.2 m，N=2.2 kW；污泥回流泵4台，Q=41 m3/h，H=20 m，N=7.5 kW，2用2备。
2.4 精细格栅池
精细格栅池1座，设计规模按5万m3/d，钢筋混凝土结构，总尺寸13.7 m×4.6 m×4.0 m，分2组。配套内进流式孔板精细格栅2台，栅宽B=2 m，栅隙b=1 mm，N=2.2 kW；栅渣清洗压榨机槽宽b=350 mm，P=2.2 kW，排渣高度1.6 m，配备1套恒高压冲洗系统。
2.5 改良型A2/O及MBR池
改良型A2/O及MBR池共2座，单座设计规模按2.5万m3/d，钢筋混凝土结构，总尺寸147.0 m×37.5 m×5.2 m。单座改良型A2/O及MBR池包括厌氧池、缺氧池1、好氧池、缺氧池2及MBR池，有效容积分别为1 550、4 000、12 230、2 890、800 m3，HRT分别为1.5、3.8、11.7、2.8、0.8 h。单座配套硝化液回流泵3台，Q=724 L/s，H=0.8 m，N=15 kW，2用1备；产水泵6台，Q=334 m3/h，H=10 m，N=15 kW；剩余污泥泵2台，Q=35 m3/h，H=16 m，N=3.7 kW；PVDF中空纤维内衬膜膜组器25组，单组平均产水量1 000 m3/d。
2.6 接触消毒池
接触消毒池1座，设计规模按5万m3/d，钢筋混凝土结构，总尺寸16.7 m×24.5 m×3.5 m，有效容积约1 415 m3，HRT约30 min。
3.1 运行效果
目前，污水处理厂经调试后投产运营，运营前5个月改良型A2/O及MBR池MLSS稳定在3 000 mg/L，好氧池DO稳定在2 mg/L，污泥龄约20 d，污泥回流比和硝化液回流比分别为100%和300%，出水水质稳定达到GB 18918—2002一级A类标准。
