Actiflo工艺技术应用于硅片研磨废水处理

王永健

（威立雅水处理技术（上海）有限公司，上海 200001）

在硅片的切割研磨生产过程中，会产生大量的高浊度废水，这种废水浊度非常高、颗粒细小、在水中稳定、极难沉淀。不过由于有机物及其他污染物含量少，该种废水可以成为很好的回用水水源。目前常用的处理工艺有传统混凝沉淀和超滤膜过滤[1-4]。但是，传统混凝沉淀工艺药剂投加量大，沉淀面积要求大，处理效果不佳。超滤膜过滤工艺存在很多问题，如膜容易堵塞、反洗频率高、水的回收率小、超滤膜的更换成本昂贵。

苏州工业园区某半导体企业产生的废水主要来源于硅片切割研磨生产线。该股研磨废水平均流量约 35 m3／h，CODCr一般不大于 15 mg／L，平均浊度约2 000 NTU，最高可达3 000 NTU以上。该企业先后采用传统混凝沉淀和超滤膜过滤工艺进行研磨废水的处理，但没能得到良好的处理效果。随着企业产能的增加以及工业园区对水回用的要求，Actiflo微砂压载絮凝工艺被应用于原研磨废水处理设施的升级改造。

1 Actiflo微砂压载絮凝工艺

废水需经过细格栅拦截去除大的颗粒及杂质后进入 Actiflo澄清池，防止堵塞后续处理设备。化学混凝剂（一般为铝盐或铁盐）在废水进入混凝区前被投加到废水中。

被预先注入混凝剂的废水，从进水管进入混凝区的底部。投加混凝剂的废水进入混凝区后，采用机械搅拌方式进行快速混合，保证了混凝剂和废水快速和完全的混合。混凝反应使废水中的固体脱稳，有利于后续的沉淀过程。

图1 Actiflo工艺流程图Fig.1 Diagram of Actiflo

图 2 Actiflo工艺原理Fig.2 Principle of Actiflo

混凝后的废水从混凝区溢出进入注射区的顶部。同时，粒径为130～150 μm的微砂和高分子聚合物被注入该池中。动态混合提高了混凝固体、高分子聚合物和微砂之间相互接触的可能性，使微砂成为絮体的凝核，能够提高絮凝效果，增加絮体质量，并在高分子聚合物的吸附架桥作用下加大絮体、悬浮固体和微砂之间的黏结，形成体积和密度均较大的絮体，以利于后续沉淀。

含砂絮凝物的废水，从注射区底部进入熟化区。根据实际情况需要，此时可在该池中注入额外的高分子。得益于微砂的加速絮凝，在搅拌时间有限和絮凝体积有限的情况下，颗粒间碰撞机率极大增加。已形成的絮体在分子间的作用力和物理搅拌作用下生长，进一步变大、变密实，以利于后续沉淀（见图3）。相对于混凝区和注射区搅拌装置的强力混合作用，熟化区温和的搅拌需要保证既不造成絮体的破碎，又足够能保持絮体的悬浮状态。

图3 熟化区中的絮体Fig.3 Floc in Maturation Zone

沉淀区由污泥收集系统、斜管和澄清水收集槽组成。熟化的絮体一旦进入沉淀区很快就沉降到澄清池底部。由于沉淀区内污泥收集系统的独特设计，大部分污泥在未进入斜管区已经沉淀下来，污泥不会大量地累积以至堆积在斜管内，所以Actiflo澄清池的斜管不需要如普通斜管沉淀池那样需要经常停产冲洗。污泥在沉淀区底部的污泥斗中收集并稠化，水流通过斜管升至池面的清水收集槽。

污泥循环泵连续抽取污泥斗中的泥沙混合污泥到注射区上方的水力旋流装置进行泥沙分离。根据进水浊度和悬浮固体浓度的不同，混合污泥的回流量约为处理水流量的5%～8%。由于离心旋流的作用，水力旋流器将污泥从可再使用的微砂中分离出来，并将分离出来的微砂直接投加到注射区中继续参与反应，约占回流量的20%（容积比）。污泥从分离装置上部溢出排放，约占回流量的80%。

在系统启动阶段，需要向系统内一次投加足够的微砂，确保运行时系统内微砂浓度达到3～5 kg／m3。如此之高的微砂浓度提高了Actiflo系统的稳定性。以4 kg／m3为例，当进水悬浮固体浓度由100 mg／L增加到400 mg／L时，固体负荷增加了300%，而对于 Actiflo系统，仅相当于增加了7%。

水力旋流器能保证微砂和污泥的高效分离（见图4）。通过水力旋流器溢流损失的微砂极少，回流污泥中99%以上的微砂被分离循环使用。微砂的损失不超过3 g／m3处理水，这个损失可以连续投加补充，也可以定期进行投加补充。

排出的污泥中含有少量的微砂。根据经验可知污泥中含有的少量微砂不会对污泥的性质和处理产生特别的影响。其污泥可以按照通常的化学混凝沉淀污泥进行处理，而不需要特殊的要求，通常采用的污泥脱水工艺有离心、板框、带式或叠螺。为减少污泥处理流量，可以对水力旋流器分离出来的污泥进行浓缩预处理。根据实际的研磨废水运行经验，板框压滤后的泥饼固含量高达30%以上。

图4 水力旋流器Fig.4 Hydrocyclone

2 研磨废水处理设施的升级改造

考虑到废水流量的增加，水处理站占地有限等要素，研磨废水处理设施的升级改造最终选择了APWW-1 型 Actiflo一体化成套设备（见图5）。其主要运行参数如表1所示。

图 5 Actiflo一体化成套设备Fig.5 Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一体化成套设备主要参数Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

表 1 Actiflo一体化成套设备主要参数Tab.1 Parameters of Actiflo Package Unit

参数 数值 参数 数值混凝池HRT／min注射池HRT／min熟化池HRT／min装置尺寸2 2 6 4.1m×1.8m×3.2m设计流量／（m3·h-1）澄清区表面负荷／（m·h-1）泥沙回流比／%微砂浓度／（kg·m-3）40 40 5～8 3～5

3 Actiflo工艺调试运行结果

图6 Actiflo装置进出水Fig.6 Influent and Effluent of Actiflo Package Unit

对于研磨废水的处理效果，主要根据处理前后废水浊度的变化来进行分析。Actiflo一体化成套设备分别在系统进水和沉淀出水区设置在线浊度仪进行浊度的测定。浊度仪每秒钟取一次读数，每半小时由人工记录一次进出水的浊度。由于进水浊度经常超出浊度仪的检测上限，需要人工对进水的浊度进行测定。

图7 调试期间Actiflo○R装置进出水浊度Fig.7 Turbidity of Actiflo○RPackage Unit during Testing

4 结论

［1］韩玉珠,马青兰.混凝沉淀法污水深度处理条件优化[J].净水技术,2011,30(1)：42-44,86.

［2］吕尤,李星,俞岚,等.典型的高效混凝与沉淀工艺[J].净水技术,2012,31(1)：38-41.

［3］马永恒,董秉直.有机物不同组分对于超滤膜污染的中试试验[J].净水技术,2011,30(5)：19-27,71.

［4］钱伶琤,雷晓玲,何栋奎.超滤膜系统内部结构对膜过滤性能的影响[J].净水技术,2012,31(5)：42-45.

［5］Guibelin,E.,Delsalle,F.,Binot,P.The Actiflo process：A highly compact and efficient process to prevent water pollution by stormwater flows[J].Wat.Sci.Tech.,1994,30(1)：87-96.

［6］罗启达,周克明,陈伟,等.ACTIFLO——一种新型高效水处理澄清工艺[J].净水技术,2004,23(1)：38-41.

［7］杨淑霞.渤海湾海水Actiflo工艺预处理中试试验[J].净水技术,2012,31(6)：59-60,90.

［8］Plum,V.,Dahl,C.P.,Bentzen,L.,et al.The Actiflo Method[J].Wat.Sci.Tech.,1998,37(1)：269-257.

［9］Janssens J.G.,Buekens A.Theoretical analysis and practical application of the kinetic model of flocculation in the interpretation of Jar Tests[J].Aqua N.1987,2：91-97.