半导体厂水资源回收系统设计【开题报告+文献综述+毕业设计】.Doc

1、 1 毕业论文开题报告 机械设计制造及其自动化 半导体厂水资源回收系统设计 选题的背景与意义 水是人类生存和发展不可替代的资源，随着社会经济的发展用水量的不断增加，水环境的不断恶化，水资源紧缺已成为世界各国共同关注的全球性问题。发展“污水处理回用”以实现“水资源的可持续利用”已被明确写入“国民经济和社会发展第十个五年计划纲要中”。中水回用、海水及雨水的利用使资源利用效率得到提高，生态环境得到改善，全民节约用水意识得到普及，推动整个社会生产发展。另一方面，随着国内半导体行业的迅猛发展，大量的能源，水资源 成了该行业后续发展的必要保证，然而中国是个缺水的国家，而且对于水污染整治与回收利用的程度也远

2、远落后于发达国家，因此，半导体厂的水资源的回收利用成了当前急需解决的问题。对于国内的半导体厂而言有如下几个特色 :水资源用量大，使用率低，厂房较大等。针对这种情况，我们可以从半导体厂的厂房雨水回收，生活用水回收，废弃污水回收几个方面下手，制定一套适宜的回收系统，并计算其产生的效益。相信系统建成后每年能为半导体厂节约大量水资源，并希望能以半导体厂为切入口，将此系统推广到各个能运用到的工厂，学校，单位。最终实现整个社会的水 资源节约。 2 研究的基本内容与拟解决的主要问题 2.1 研究的基本内容： 1. 了解半导体厂的可回收水源。 2. 半导体厂雨水，生活用水，工业废水的回收方案。 3. 整个水资

3、源回收系统的设计与效益分析方法。 2.2 拟解决的主要问题： 1.污水处理的方法与回收到的水资源的分配 2.效益分析的计算 3 研究的方法与技术路线： 3.1 研究的方法： 查阅相关参考资料，学习给水排水的相关知识，借鉴各地成功的水资源回收项目，在根2 据半导体厂自身特色制定方案，有条件的话对一些水资源回收成功的工厂企业进行考察，学习经验 ，改进方法。另外就是实地考察废水回收工厂，学习有关废水净化回收的相关知识，针对半导体厂的废弃物制定相关方案。 3.2 主要技术方案： 1.查阅半导体厂相关文献期刊和参考资料，了解半导体厂的工艺流程，弄清主要的工业废料，并研究相应的措施。 2.收集相关的研究情

4、况和成功案例制定一套雨水回收系统。 3.实地考察半导体厂制定一套生活用水回收系统。 4.制定一套方案将回收的水资源归类处理，最后计算效益。 4 研究的总体安排与进度： 2010 年 11 月： 论文选题。 2010 年 12 月：指导教师下达毕业论文任务书、收集资料，完成文献综述、开题报告，提交论文研究框架等； 2010 年 12 月 21 日：开题论证会之后撰写论文、修改、定稿、填写论文手册 3 2011 年 3 月份之前：完成两篇外文文献翻译 2011 年 3 月：完成毕业设计初稿 2011 年 5 月：毕业设计定稿 ，完成、设计说明书等 主要参考文献： 宋琪 王彦 .浅析水资源的合理回收

5、与利用 .房材与应用 2006年第一期 63-66 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 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 2010年水业中国聚焦 .金属世界 2010年第一期 5 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 郑一 .中国水资源报告 .ShangHai Economy 2010.06 36-38 张革 . 辽宁省水资源管理网络系统建设效益分析 .黑龙

6、江水利科技 2008 年第二期第三十六卷 121-122 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 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 . 干旱区研究 第二十卷第三期 2003 年 9 月 197-201 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 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 林闵洋 胡石政 吴振旭 .半导体厂节能专题 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

7、院学报 200年 3月第十卷第一期 276-277 梁锟 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 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 4 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

8、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，在已经进入信息社会的今天 , 半导体制造业已经成为我国 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

9、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。 5 2 半导体厂水资源回收现状与发展 2.1 回收现状 半导体厂 水循环

10、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。可以采用在线检测设备实时监测废水电导率、有机物含量、 p H 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

11、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一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 RO 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 RO 浓水排水一级

12、RO 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 RO 6 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 RO 回用装置，对此废水进行再次浓缩， RO 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 RO 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，

13、增加中间水箱还是必要的。 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， RO 水箱长时间处于水满状态， 二级 RO 因 RO 水箱水满二长时间处于停滞状态。然而CEDI 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 RO 水箱控制二级 RO 启停，中间水箱控制一级 RO 启停的模式， 改为由中间水箱控制二级 RO 启停， RO 水箱控制一级 RO 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

14、RO 启停状态为： RO 水箱在低液位时，一级 RO 系统开始产水； RO 水箱在高液位时，一级 RO 系统停止产水； 中间水箱在高液位时， 二级 RO 系统开始产水；中间水箱在低液位时，二级 RO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 113 m3，改造前后日均节约自来水 130 m310。 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。 7 对于工业废水，厂房雨水收集以及生活

15、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 在我国半导体市场日益发展以及国家节能减排政策大背景下，以及水资源日益珍贵的今天，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

16、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贡献 13。 8 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。 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回收系统，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

17、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 .干旱区研究 第二十卷第三期 2003 年 9 月 197-201 6 朱玉仙 王立杰 .水资源利

18、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 .浅析水资源的合理回收与利用 .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 .ShangHai 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 梁锟 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 9 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 10 本科毕业论文 （ 20 届） 半导体厂水资源回收系统设计 摘 要 【 摘要 】本设计结合国内外对于水回收系统的研究现状和发展方向，设计出一