半导体废水粉尘废气怎么处理方法｜半导体粉尘废气废水处理案例

一、来源与行业归属
半导体制造链条可拆为“晶圆前端”与“封装后端”。前端以硅片制造、光刻、刻蚀、离子注入、CVD、CMP 为核心；后端以划片、贴片、键合、塑封、电镀、测试为主。

废水：前端酸碱清洗、刻蚀、研磨带来 pH 极端、含氟及重金属废水；后端电镀铜、镍、锡及塑封冷却水带来络合金属与有机脱模剂。

废气：前端排放量大、浓度低但毒性强——酸性（HF/HCl/NOx）、碱性（NH₃）、有机（IPA、丙酮、光阻剂）、特殊毒气（SiH₄、PH₃、AsH₃、全氟化物 PFCs）；后端以酸性（电镀硫酸雾）、有机（烘烤环氧）、含尘尾气为主。

粉尘：前端硅尘、光刻胶微粒、金属氧化物（Al₂O₃、CuO）产生于干刻、CMP、离子注入；后端划片硅屑、塑封填料飞散、激光打标烟尘。

二、特点与危害

废水：高氟（50-500 mg/L）、低 C/N（B/C<0.2）、重金属络合态存在，腐蚀管网，氟离子累积致水体骨骼病变；铜、砷、镍可致癌。

废气：成分复杂且波动大，腐蚀洁净室设备，SiH₄ 自燃引爆，AsH₃ 0.5 ppm 即可致命，PFCs 温室效应为 CO₂ 的 6500-9200 倍。

粉尘：粒径 0.1-1 µm 占比高，易穿透普通过滤器，携静电入芯片致栅氧击穿，员工长期暴露患矽肺与过敏性哮喘。

三、治理难点

废水：氟化物与重金属共络合，传统钙盐沉淀污泥体积大且含水率 85% 以上；低 C/N 致生物段易崩溃；出水需同时满足《电子工业水污染物排放标准》GB 39731-2020 特别排放限值（F⁻≤1.5 mg/L）与地方回用要求。

废气：洁净室换气 15-20 次/h，风量巨大但浓度低至 ppm-ppb 级，吸附/燃烧设备“大马拉小车”；SiH₄ 瞬间释放形成爆炸性气泡；PFCs 键能高，普通热力氧化 800 ℃ 难破坏，需 1000 ℃ 以上并伴随后端急冷除氟。

粉尘：荷电颗粒粘附设备，反吹清灰难剥离；粒径分布与工艺节点强相关，CMP 段胶体硅颗粒易“糊袋”；高效过滤（ULPA）压差每升高 100 Pa，风机功耗增加 12%，能耗与截留效率矛盾尖锐。

四、针对性技术路线

废水：
(1) 分质分流——氢氟酸废水先投加 Ca(OH)₂ 与 Na₂CO₃ 双碱“两段沉淀”，控制 pH 11.5-12，氟钙比≥2.5，反应 45 min，F⁻ 降至 8-10 mg/L；
(2) 重金属络合废水采用“硫化+螯合”双保险，Na₂S 投加量按 Cu²⁺∶S²⁻=1∶1.2 摩尔比，后接 DTCR 螯合剂，出水 Cu<0.3 mg/L；
(3) 综合废水低 C/N 问题，以“水解酸化+改良 A²/O-MBR”为核心，回流比 300%，污泥龄 25 d，MBR 膜通量 15 L m⁻² h⁻¹，COD 容积负荷 0.8 kg m⁻³ d⁻¹，出水 COD<30 mg/L，NH₃-N<1 mg/L；
(4) 深度段“离子交换树脂除氟+选择性 RO 浓缩”，树脂再生液经 CaF₂ 结晶器回收 90% 氟化钙，RO 浓缩液回用于双碱段配药，系统水回收率 92%，污泥减量 35%。

废气：
(1) 源头“POU 燃烧”——在 CVD 设备出口设 1200 ℃ 电加热燃烧桶，SiH₄、PH₃ 停留 0.8 s，DRE>99.9%，燃烧后 SiO₂ 颗粒经陶瓷过滤器截留；
(2) 酸性/碱性分质收集，酸性采用“三级碱洗（NaOH 15%）+填料塔”，空塔气速 1.8 m/s，液气比 3 L/m³，HF 去除率 99.5%；碱性采用“酸洗（H₂SO₄ 10%）+除雾”，NH₃ 去除率 98%；
(3) 有机 VOCs 低浓度大风量，采用“沸石转轮浓缩 20 倍+RTO”，RTO 温度 820 ℃，停留 1.2 s，热回收 95%，VOCs 降至 5 mg/m³ 以下；
(4) PFCs 末端“等离子体+水吸收”，电浆区 5500 K 瞬间裂解 CF₄、NF₃，生成 HF、CO₂，后接碱洗塔除氟，PFCs 削减率 99%。

粉尘：
(1) 前端“静电+布袋”双级——先让 0.5 µm 颗粒荷电，再进入 PTFE 覆膜滤袋，表面过滤风速 0.6 m/min，清灰周期延长至 90 min，排放浓度<1 mg/m³；
(2) CMP 胶体硅颗粒采用“絮凝沉降+陶瓷膜”，投加 PAC 与阳离子 PAM，形成 200 µm 絮体，陶瓷膜孔径 50 nm，通量 120 L m⁻² h⁻¹，反冲洗周期 30 min；
(3) 洁净室末端设 FFU 群控，根据颗粒在线计数器信号自动调频，节能 18%，确保 ISO 5 级 0.1 µm 颗粒<10 颗/m³。

五、经典实战案例
案例一：华东某 12 英寸晶圆厂含氟废水“零排放”工程
背景：产能 40 k 片/月，氟化物 300 mg/L，Cu 20 mg/L，镍 5 mg/L，园区要求水回用率≥90%。
工艺：高氟水分质→双碱沉淀→螯合除重→水解酸化→改良 A²/O-MBR→离子交换除氟→选择性 RO→MVR 蒸发结晶。
设备亮点：

双碱段采用斜板沉淀+管式微砂，表面负荷 15 m³ m⁻² h⁻¹，占地节省 40%；

MBR 采用增强 PVDF 帘式膜，膜孔 0.08 µm，运行通量 16 L m⁻² h⁻¹，化学清洗周期 90 天；

运行效果：出水 F 0.8 mg/L、Cu 0.05 mg/L、Ni 0.02 mg/L，优于 GB 39731-2020 特别排放限值；水回收率 93%，年回收纯水 132 万 m，节省水费 660 万元；副产 CaF 污泥经煅烧后纯度 97%，作为冶金助熔剂外售，年创收 180 万元；项目整体投资 1.1 亿元，静态回收期 4.3 年。

案例二：华南某功率器件厂全氟废气减排项目
背景：年排放 CF₄ 8 t、NF₃ 5 t，地方政府要求 2025 年比 2020 年削减 85%。
工艺：源头 CVD 设备加装 POU 等离子体分解→局部燃烧塔→三级碱洗→末端等离子体+水吸收→在线红外监测。
设备亮点：

POU 等离子体功率 15 kW/台，模块化插入设备排气管，不占用洁净室空间；

末端等离子体反应器采用双层石英管结构，冷却水套防止过热，电极寿命>8000 h；

在线红外系统每 2 min 记录一次 CF₄、NF₃ 浓度，数据直传生态环境局，实现碳排交易可追溯。
运行效果：CF₄ 削减率 99.2%，NF₃ 削减率 99.5，年减排 CO₂ 当量 18.6 万 t；企业因此获得地方碳配额结余 12 万 t，按 60 元/t 计，年收益 720 万元；系统总投入 3200 万元，两年收回成本，并获评“省级绿色工厂”称号，品牌价值提升显著。

案例三：华北某封测厂粉尘与有机废气协同治理
背景：年封装 15 亿颗，划片+贴片车间颗粒 0.3 mg/m³、异味投诉不断；VOCs 浓度 400 mg/m³，含环氧氯丙烷气味阈值低。
工艺：产线密闭+局部负压→静电除尘器→FFU 循环→沸石转轮浓缩→RTO→碱洗除酸。
设备亮点：

静电段电压 60 kV，极板设 PTFE 防粘涂层，清灰周期由 2 h 延长至 8 h，维护量下降 70%；

转轮浓缩比 25 倍，RTO 炉膛温度 850 ℃，配套热回收锅炉产 0.6 MPa 蒸汽 1.8 t/h，年节省天然气 22 万 m³；

末端碱洗塔采用超重力旋转床，液气比 1 L/m³ 即可实现 HCl 去除率 98%，设备直径仅 0.8 m，占地 1 m²。
运行效果：粉尘排放浓度 0.5 mg/m³，VOCs 排放浓度 3.2 mg/m³，优于 DB11/501-2017 半导体行业最严标准；车间异味投诉归零，员工满意度提升 30%；蒸汽回用年节省能源费用 180 万元，项目总投入 2600 万元，3.5 年回收，并顺利通过苹果供应链绿色审核，新增订单 5 亿元。

六、结语
半导体“三废”治理已从“达标排放”走向“资源回收+碳排双控”。分质分流、高效浓缩、能量回收、材料循环成为主线；任何单一技术都难以包打天下，组合工艺与全生命周期成本（LCC）思维才是企业获得持续竞争力与环境红利的关键。