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Cómo tratar las aguas residuales de semiconductores: segregación, tratamiento químico y reutilización del agua
Las aguas residuales de semiconductores no son un solo tipo de agua residual industrial. Una planta de semiconductores puede descargar agua que contiene flúor, corrientes ácidas y alcalinas, aguas residuales de amoníaco, aguas residuales orgánicas, aguas residuales de lodos CMP y aguas residuales que contienen cobre, níquel u otros metales.
Estas corrientes tienen diferentes propiedades químicas y no deben tratarse con un único proceso de tratamiento universal.
Comenzar con el proceso de producción
Antes de diseñar u optimizar un sistema de tratamiento de aguas residuales, los operadores deben identificar la fuente de producción, la composición química y el impacto aguas abajo de cada corriente de aguas residuales.
Fuente y química
- Qué proceso de fabricación genera las aguas residuales
- Qué productos químicos se utilizan en ese proceso
- Si la corriente contiene agentes complejantes
Estabilidad del proceso
- Si las aguas residuales fluctúan entre lotes de producción
- Qué contaminantes afectan a los sistemas aguas abajo
Recuperación y reutilización
- Si se pueden recuperar materiales valiosos
- Si el agua tratada se puede reutilizar
Clasificación recomendada de aguas residuales de semiconductores
Un sistema de clasificación práctico separa las aguas residuales según sus contaminantes dominantes y el mecanismo de tratamiento requerido.
| Corriente de aguas residuales | Contaminantes típicos | Enfoque de tratamiento común |
|---|---|---|
| Aguas residuales con flúor | Iones de flúor, ácidos y precipitados finos | Precipitación de sal de calcio, coagulación y floculación |
| Aguas residuales ácidas y alcalinas | Ácidos minerales, álcalis y sales disueltas | Ecualización y neutralización |
| Aguas residuales de amoníaco | Nitrógeno amoniacal y compuestos alcalinos | Stripping, eliminación biológica de nitrógeno o tratamiento combinado |
| Aguas residuales orgánicas | Fotorresina, revelador, disolventes y tensioactivos | Pretratamiento fisicoquímico y tratamiento biológico |
| Aguas residuales CMP | Sílice, alúmina, cerio, partículas metálicas y productos químicos de pulido | Coagulación, floculación, clarificación y filtración |
| Aguas residuales de metales pesados | Cobre, níquel y otros metales | Precipitación química, captura de metales o intercambio iónico |
| Agua de enjuague con baja contaminación | Bajos sólidos en suspensión y contaminantes disueltos | Tratamiento de membranas y reutilización del agua |
Tratamiento de aguas residuales con flúor
Las aguas residuales que contienen flúor son una de las corrientes más comunes en la fabricación de obleas.
Se pueden añadir hidróxido de calcio, cloruro de calcio u otros reactivos a base de calcio para convertir el flúor disuelto en precipitados de fluoruro de calcio.
Sin embargo, las partículas de fluoruro de calcio recién formadas pueden ser pequeñas y difíciles de asentar. Por lo tanto, a menudo se utilizan coagulantes y floculantes para fortalecer la separación sólido-líquido.
Principio operativo clave
El pH y la dosis química óptimos deben confirmarse mediante pruebas, ya que la composición de las aguas residuales puede variar entre las líneas de producción.
Tratamiento de aguas residuales CMP
Las aguas residuales CMP contienen partículas abrasivas extremadamente finas como sílice, alúmina u óxido de cerio. Estas partículas pueden permanecer en suspensión porque sus superficies tienen cargas eléctricas similares.
Neutralización de carga
Un coagulante catiónico puede reducir la repulsión de partículas y desestabilizar la suspensión.
- Polidimetilalquilamonio cloruro (PolyDADMAC)
- Poliamina
- Cloruro de polialuminio
- Otros coagulantes inorgánicos u orgánicos
Formación de flóculos
Después de la desestabilización, la poliacrilamida puede unir las partículas finas y formar flóculos más grandes que se asientan o flotan más fácilmente.
Normalmente se utiliza una mezcla intensa para dispersar el coagulante, mientras que una mezcla más lenta permite que los flóculos crezcan sin romperse.
Tratamiento de aguas residuales de metales pesados
Las aguas residuales de metales pesados pueden contener cobre, níquel, zinc u otros metales de procesos de galvanoplastia, grabado, empaquetado y sustratos de CI.
El tratamiento convencional generalmente implica ajustar el pH para que los metales disueltos formen hidróxidos insolubles. Luego se utilizan coagulación y floculación para eliminar las partículas precipitadas.
Por qué la precipitación convencional puede fallar
El EDTA, el amoníaco, el citrato u otros agentes complejantes pueden mantener los metales disueltos y reducir la eficiencia de la precipitación.
Opciones de tratamiento adicionales
- Ruptura o debilitamiento de complejos metálicos
- Agentes especializados de captura de metales pesados
- Precipitación a base de sulfuro
- Intercambio iónico o adsorción selectiva
- Concentración por membrana
- Tecnologías de recuperación de metales
Tratamiento de aguas residuales ácidas, alcalinas y de amoníaco
Aguas residuales ácidas y alcalinas
Las aguas residuales ácidas y alcalinas generalmente se tratan mediante ecualización y neutralización.
La neutralización debe realizarse gradualmente con una mezcla adecuada. El sobrepaso del pH objetivo puede aumentar el consumo de productos químicos y puede redisolver ciertos contaminantes.
Por qué es importante el control del pH
- Precipitación de metales
- Eliminación de flúor
- Eficiencia de coagulación
- Rendimiento del polímero
- Estabilidad del tratamiento biológico
Aguas residuales de amoníaco-nitrógeno
Las concentraciones bajas a moderadas pueden tratarse biológicamente mediante nitrificación y desnitrificación. Las corrientes de alta concentración pueden requerir stripping de amoníaco o pretratamiento separado.
El pH estable, la alcalinidad, la temperatura y el oxígeno disuelto son importantes. También se deben monitorear los orgánicos tóxicos y la alta salinidad.
Tratamiento de aguas residuales orgánicas
Las aguas residuales orgánicas de semiconductores pueden contener:
- Residuos de fotorresina
- Reveladores
- Disolventes
- Tensioactivos
- Productos químicos de limpieza
- Alcohol isopropílico
- Otros compuestos orgánicos disueltos
Selección del tratamiento
Las aguas residuales biodegradables se pueden tratar mediante procesos biológicos después de la ecualización y el ajuste del pH.
Las corrientes que contienen altas concentraciones de disolventes, compuestos tóxicos u orgánicos poco biodegradables pueden requerir pretratamiento fisicoquímico, oxidación avanzada o recuperación separada.
Los coagulantes pueden ayudar a eliminar la materia orgánica coloidal y parcialmente insoluble, pero no se debe esperar que eliminen todos los contaminantes orgánicos disueltos.
Deshidratación de lodos
El tratamiento de aguas residuales de semiconductores puede producir lodos que contienen fluoruro de calcio, hidróxidos metálicos, partículas CMP, precipitados de coagulantes inorgánicos y sólidos biológicos.
Equipos típicos de deshidratación
- Filtros prensa
- Filtros prensa de banda
- Centrífugas
- Prensas de tornillo
Objetivo de selección de polímero
Se pueden seleccionar poliacrilamidas catiónicas o aniónicas según la composición del lodo y el equipo de deshidratación.
El producto correcto debe proporcionar flóculos fuertes, filtrado claro, drenaje más rápido y menor humedad del lodo.
Oportunidades de reutilización del agua
No todas las aguas residuales de semiconductores deben dirigirse al mismo sistema de descarga final. El agua de enjuague relativamente limpia y el agua de proceso tratada se pueden recuperar a través de un tren de tratamiento por etapas.
Pretratamiento
Clarificación, filtración multimedia o filtración de cartucho.
Separación por membranas
Ultrafiltración y ósmosis inversa.
Pulido avanzado
Pulido avanzado, desinfección u oxidación cuando sea necesario.
Reutilización potencial
Torres de refrigeración, depuradores, limpieza de instalaciones, sistemas de servicios públicos o agua de alimentación para purificación adicional.
Selección de productos químicos para el tratamiento del agua
La selección de productos químicos debe considerar el objetivo completo del tratamiento en lugar del precio por kilogramo.
Bluwat Chemicals puede proporcionar diferentes grados de PAC, PolyDADMAC, poliamina, poliacrilamida y agentes de captura de metales pesados para evaluación de laboratorio.
Procedimiento recomendado de prueba de jarras
Una prueba de jarras de laboratorio puede ayudar a identificar la combinación química más efectiva para cada corriente de aguas residuales segregada.
Soluciones químicas Bluwat para aguas residuales de semiconductores
Cloruro de polialuminio
Se utiliza para coagulación, eliminación de sólidos en suspensión, clarificación y tratamiento de ciertas corrientes de aguas residuales con flúor o CMP.
Polidimetilalquilamonio cloruro (PolyDADMAC)
Un coagulante orgánico catiónico de alta carga utilizado para neutralización de carga, desestabilización de partículas finas y clarificación.
Poliamina
Adecuado para coagulación y eliminación de ciertos contaminantes coloidales u orgánicos.
Poliacrilamida
Disponible en grados aniónicos, catiónicos y no iónicos para floculación, clarificación, espesamiento y deshidratación de lodos.
Agente de captura de metales pesados
Diseñado para apoyar la eliminación de cobre, níquel y otros metales pesados, particularmente donde la precipitación convencional por sí sola es insuficiente.
Antiespumante
Se utiliza para controlar la espuma en tanques de ecualización, unidades de tratamiento biológico y otros procesos de aguas residuales.
Conclusión
El tratamiento eficaz de aguas residuales de semiconductores depende de la conexión entre la producción y la gestión del agua.
El flúor, las partículas CMP, los contaminantes orgánicos, el amoníaco y los metales pesados se comportan de manera diferente y requieren diferentes estrategias de tratamiento.La recolección segregada puede reducir el consumo de productos químicos, mejorar la estabilidad del tratamiento, apoyar la recuperación de recursos y crear más oportunidades para la reutilización del agua.
Bluwat Chemicals apoya proyectos de tratamiento de aguas residuales de semiconductores a través de la selección de productos químicos, pruebas de muestras y optimización de dosis para aguas residuales industriales desafiantes.