半导体厂水资源回收系统设计.doc

毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化半导体厂水资源回收系统设计摘要：本文首先介绍了半导体厂水资源需求以及水资源污染，然后概述现有的国内水资 源净化回收方法，在做出针对半导体厂的水资源净化回收以及效益估算关键词：水资源；半导体厂；回收；效益估算；引言：从全世界各地水资源利用程度看，中国利用程度偏高，也就是说中国水资源相对稀 缺，据统计中国水资源使用量从1949年的1000万立方米左右，增长到2007年近6000 万立方米［1］另一•方面，在己经进入信息社会的今天，半导体制造业己经成为我国支 柱性产业之-一，由于半导体制造业涉及到300多种不同性质的原料和溶剂，其中绝大部 分是毒性大和危险性高的物质由于工艺和管理两方面的原因，这些物质在制造过程中 会挥发、泄漏等形式造成水污染据统计，美国半导体制造业每年排放的危险废物有 7000多吨，其中绝大部分为废溶剂和酸碱，对人体健康和生态环境危害较大［2］1半导体厂对水的需求及污染半导体行业是一个高能耗的行业在半导体产品制造过程中，由于生产设备的精 密性和生产工艺的复杂性，对其配套设施提出了很高的要求，尤其对作为半导体行业血 脉的超纯水系统更是高之又高。

半导体厂对水的运用包括冰水、冷却水、超纯水等［3］ 半导体制造业是一个耗水量很大的行业，一般加工一件200mm（8英寸）的晶片大约需 要46t的去离子水生产过程中用大量的高纯水和去离子水清洗晶片，产生大量的清洗 废水几乎所有半导体产业中，使用的都是纯水，也就是去离子水，为电子级标准污 水主要还是以酸性和碱性的为主，没有重金属污染但是会有一•些固体废弃物下表为 半导体生产过程中各个环节主要污染物［4］1 半号体制逢业排放的主要污染物内品片牛产（限法）恤刻（干法）蚀刻扩散化学机械抛光化学气相沉积金JK化m神、■,破化物NO, NO,, HF, HNO, CH^COOHCli. BCL,箪利昆，NE,SF.,HF, HCi,CO,烷烧，NO,HBr.HaSBFs.AhIUPHj.IIiSiH.・ SiHaOi. N’O, BBb. AaH3, BCb, BF>, PH,NMOILNIUX NHa KOH•有机酸SiH.. SiHjCb. SiHCL. S<€L. SiF，, CF.， B’VU, PH,, NO.NQ・ NIL, PH- NF). HF. WF^ HC1. Hi, NH\SiHt. SiHCk. SiHiCh, SiCU. BCh. A】Cb. TiCk WF<.TiF“ SiBs A】F,, BF,・ SF，・ HF. HCL HBr2.1回收现状半导体厂水循环回用的研究开始于1980年，当时•日本曾提出半导体工厂用水的“闭 路循环”方案［5］,但是这种集中式的收集处理方法有可能造成产品质量下降。

研究表 明，循环水的数量以30 %〜50 %为宜，主要回用于那些对水质要求不是很高，特别是对 水中溶解氧或溶解气体浓度没有苛刻要求的工艺中［6］可以采用检测设备实时监 测废水电导率、有机物含量、pH值和温度等参数的变化，只有符合一定水质要求的废 水才能进入循环利用系统而那些污染物浓度较高或污染物性质独特的废水（比如头两 次的晶片清洗水）被引入单独的管线，不进入废水循环利用系统［7］超纯水制造工艺从 原水进水到产品水出水的回收率一般都＜50%,极大地浪费了水资源，同时也增加了半导 体制造单位的运行成本［8］因而，优化超纯水处理工艺、节能减排非常重要以天津 半导体制造厂为例阐述-下超纯水系统的节能减排措施该超纯水系统涉及到的排水主 要有3个部分，分别为超滤反洗排水、一•级R0浓水排水和CEDI浓水排水笔者就不同 类型的排水提出回收利用措施超滤反洗排水考虑到该公司现有的风淋冷却系统的补水 用量很大，为更好回收利用超滤反洗排水，该公司在室外建了一•个废水收集池，在收 集超滤反洗排水的同时还将系统内的零散流水（分析取样排水等）一同收集，经沉降处 理后，该部分水可用作风淋冷却系统的补水或用来灌溉绿地等。

一级R0浓水排水一级 R0系统的水回收率一•般不超过75%,因而其浓水排水量较大，回收利用的价值较高，该 废水的离子含量和可溶性物质含量较高，约为自来水的4倍为此该公司在系统内设计 一个收集水箱，专门用来收集一级R0浓水，浓水一•部分直接用于浇灌绿地、冲洗厕所 和擦地，一部分则进入R0回用装置，对此废水进行再次浓缩，R0回用装置产水进入超 纯水系统的超滤产水箱内，浓水排入污水处理系统［9］CEDI浓水排水在该半导体制造厂的超纯水系统中，CEDI浓水直接回收至双级RO系统的中间水箱内（如图1）而有 些双级R0系统未设置中间水箱，但是考虑到系统的安全性和CEDI浓水回收利用，增 加中间水箱还是必要的一级R0产水卜*中间水箱卜刊二级R0R0水绑CEDI系统浓水|CEDI系统图1部分工艺流程该公司的超纯水系统以往在实际应用中，由于超纯水系统运行的负荷小，R0水箱长时 间处于水满状态，二级R0因R0水箱水满二长时间处于停滞状态然而CEDT系统却需 要24 h连续运行，也就是说CEDI浓水不停地向中间水箱补水，这就导致了中间水箱 由于水满而溢流，严重浪费了自来水资源笔者针对这一情况，对超纯水系统的运行 模式进行了改进，打破以往R。

水箱控制二级R0启停，中间水箱控制一•级R0启停的模 式，改为由中间水箱控制二级R0启停，R0水箱控制一级R0启停的模式，从而避免 了中间水箱由于水满而溢流的情况发生，改进后的R0启停状态为：R0水箱在低液位 时，一级R0系统开始产水；R0水箱在高液位时，一级R0系统停止产水；中间水箱在 高液位时，二级R0系统开始产水；中间水箱在低液位时，二级R0系统停止产水新的 运行模式不仅简单易行，而且经济效益可观，相关数据表明，改造前自来水的日消耗量 平均243 m3,改造后自来水的日耗量降至113in3,改造前后日均节约来水130 m3[10]o 除此以外，对于全厂的雨水也可采用回收再利用，以台北县平溪国小的设计为例采用雨水收集系统以及生活用水收集系统将各种收集到的水资源分类进行过滤处理进 行再利用[11]对于工业废水，厂房雨水收集以及生活用水收集若能有效合理安排，妥善归类，予以合 理过滤净化回收再利用最后运用到半导体生产以及生活之中，将是一笔十分可观的节 约，长此以往并能在行业中起到推进作用［12］2.2系统效益展望III在我国半导体市场口益发展以及国家节能减排政策大背景下，以及水资源口益珍贵 的今天，建立相应水资源回收系统势在必行，就半导体厂来说，其本身兑水需求量巨大, 且污水排放较多，若能针对相应的废弃物进行净化处理再将净化水循环利用，不但能减 少对环境的污染也能减少水费支出。

尤其是半导体生产过程中使用较多超纯水，制造困 难，能耗消耗大，若能设计出一种针对超纯水再生产的净化系统将会极大的节约半导体 制造成本对于雨水收集以及生活用水再利用方面若能统筹规划设计出一•套系统，也能 极大程度节约用水若能将这种回收系统运用到更大的范围更多的企业，长久发展对国 家的环保事业以及持续发展起到巨大页献［13］最后我们可以以热水器供水管道改造为模板进行一效益的估算，［14］将半导体厂各 种可获得的水资源分类，分别根据各自的投入产出进行计算，归类例如，将雨水收集 到水资源归为一类计算其产生的效益，诸如生活用水方面带来的各种效益，工业废水回 收所带来的效益等并对现有计算方法以及回收系统进行改进，继续开拓潜在的效益 [15] o总体来说，就是设计出一套为半导体厂使用的一水资源为主的同收系统，实现节能 减排，节约成本的目的，借鉴并完善现有回收系统实现最大成本节约参考文献：[1] 2010年水业中国聚焦.金属世界2010年第一期5[2] 黄昌硕耿雷华王立群王淑云卞锦宇.中国水资源及水生态安全评价.人民黄河第32卷 第三期2010年3月14-16[3] 许德洪.半导体行业超纯水制造技术.工业水处理第三十卷第五期2010年5月90-92[4] 余刚罗玉.半导体制造业的环境污染与清洁生产.清洁生产2000. 8 36-37[5] 尉元明朱丽霞 乔艳君 张景平.城市污水回用对水资源的影响与经济效益分析.干早区研究 第二十卷第三期2003年9月197-201[6] 朱玉仙王立杰.水资源利用效益的投入产出分析.气象水文海洋仪器2002.2 46-50[7] 宋琪 王彦.浅析水资源的合理|口1收与利用.房材与应用2006年第一期63-66[8] 黄其美程岩谭立洲.基于经济评价的高校水电节能效益分析.长沙铁道学院学报2009年3 月第十卷第一期276-277[9] 半导体器件生产需要重视超纯水净化系统本身的污染.世界有色金属1996年第五期38-41[10] 陈姣石开李应华.半导体厂含氟废水处理工程改造.中国给水排水第24卷第六期2008年3 月 28-30[11] 郑一.中国水资源报告.Shangllai Economy 2010. 06 36-38[12] 张革.辽宁省水资源管理网络系统建设效益分析.黑龙江水利科技2008年第二期第三十六卷 121-122[13] 林闵洋胡石政吴振旭.半导体厂节能专题[14] 梁镒曹慧.太阳能集中热水系统节能效益分析研究.科技传播2010.9 21[15] 张丽娜张义智田瑞闫素英.太阳能热水系统的节能效益分析.大家谈太阳能2007/6 68。