حل معالجة مياه الصرف من مصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات

١. مصادر مياه الصرف والنواتج الملوثة النموذجية وخصائص نوعية المياه

تتكوَّن مياه الصرف الناتجة عن مصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات (Wafer Fab) بشكلٍ معقَّدٍ للغاية، وتتألف من تيارات عمليات متعددة. وتنشأ هذه المياه أساسًا أثناء عمليات نقش الرقائق، وترسيب الطبقات الرقيقة، والحقن الأيوني، والطباعة الضوئية، والتسطيح الكيميائي-الميكانيكي (CMP)، وتنظيفها بالمحاليل الحمضية والقلوية، وغسل غازات العادم. وتصنَّف تيارات مياه الصرف هذه عمومًا إلى خمس فئات: مياه صرف تحتوي على الفلورايد، ومياه صرف حمضية وقلوية، ومياه صرف عضوية، ومياه صرف تحتوي معادن ثقيلة، ومحلول مركز عالي الملوحة.

تشمل الملوثات النموذجية الفلورايد والسيليكات ومركبات البورون والفوسفور، والمعادن الثقيلة بكميات أثرية (مثل النحاس والنيكل والزنك)، وبقايا مواد مقاومة الإشعاع، والمذيبات العضوية، والمواد السطحية الفعالة، والجسيمات العالقة الدقيقة جدًّا، والشوائب الغروية.

تتميَّز مياه الصرف الصناعي الناتجة عن مصانع رقائق أشباه الموصلات بتقلُّبات كبيرة في معدل التدفُّق، وظروف حمضية وقاعدية متغيرة، وجزيئات غروية مستقرة جدًّا، وضعف القابلية للتحلُّل الحيوي، واحتمال عالٍ للتَّرسيب والتآكل. وبعض المعادن الثقيلة موجودة على هيئة معقَّدات معدنية مستقرة يصعب إزالتها باستخدام طرق المعالجة التقليدية.

وبالإضافة إلى ذلك، تخضع منشآت تصنيع أشباه الموصلات لمعايير صارمة جدًّا تتعلَّق بإطلاق المياه العادمة وإعادة استخدامها، ما يجعل مياه الصرف الناتجة عن مصانع رقائق أشباه الموصلات واحدةً من أصعب تدفُّقات المياه العادمة الصناعية من الناحية التقنية التي تتطلَّب معالجة.

٢. التحديات الشائعة التي تواجه العملاء

تطرح معالجة مياه الصرف في مصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات عدة تحديات تقنية متخصِّصة جدًّا.

ومن الصعب إزالة المعادن الثقيلة المعقَّدة والمركبات المستقرة المكوَّنة من الفلورايد والسيليكا باستخدام العمليات التقليدية للمعالجة، ما يصعِّب الامتثال للمعايير المتزايدة التشدد في الإطلاق عند تغيُّر خصائص مياه الصرف.

تتسبب الجسيمات الغروية فائقة الدقة وبقايا المقاوم الضوئي غالبًا في تراكم الطين، وانسداد الأنابيب، وتلوث غشائي شديد، ما يؤدي إلى إيقاف تشغيل المعدات بشكل متكرر ويُعطل إنتاج الرقائق المستمر.

بما أن تصنيع أشباه الموصلات يشمل عمليات تصنيع عديدة تُنتج تدفقات مختلفة من مياه الصرف، فإن المعالجة المشتركة تتطلب عادةً كميات مفرطة من المواد الكيميائية وتُنتج أحجامًا كبيرة من الطين، ما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف التشغيل والتخلص.

المعدات القياسية لمعالجة مياه الصرف لا تمتلك عمومًا مقاومة كافية للتآكل، أو القدرة على منع التلوث الغشائي، أو النظافة المطلوبة لتصنيع أشباه الموصلات، ما يزيد من خطر التلوث الثانوي.

وعلاوةً على ذلك، توسّع مصانع أشباه الموصلات باستمرار طاقتها الإنتاجية مع الحفاظ على تخطيط غرف النظافة المدمجة. وتستحوذ مرافق معالجة مياه الصرف المدني التقليدية على مساحات واسعة ولا توفر مرونة كافية للتوسّع المستقبلي، ما يخلق طلبًا على حلول معالجة مياه الصرف المتكاملة تمامًا والمخصصة.

٣. عملية المعالجة وتكوين المعدات الأساسية

ولمعالجة الخصائص المتنوعة والمعقّدة فنيًّا لمياه الصرف الناتجة عن مصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات، نستخدم عملية معالجة متكاملة تمامًا تشمل:

الجمع المنفصل → إزالة المعقدات وتنقية المياه → إزالة الفلورايد والسيليكا → التخثّر والترسيب → المعالجة البيولوجية → تنقية الغشاء المتقدمة → خفض حجم المحاليل المركزية

يتم جمع تيارات مياه الصرف الفردية وموازنتها بشكل منفصل لتقليل التقلبات الهيدروليكية وتقلبات نوعية المياه.

تُطبَّق عملية تفكيك مخصصة لتَحليل معقّدات المعادن الثقيلة المستقرة قبل أن يزيل نظام دقيق لإزالة الفلورايد والسيليكا الملوثات المميزة بشكل انتقائي.

ثم تخضع مياه الصرف الصحي لعملية التخثّر والترسيب، تليها أكسدة متقدمة لتفكيك المركبات العضوية المقاومة للتحلّل.

ويُكمِل نظام المعالجة البيولوجية إزالة بقايا الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) قبل أن تمر المياه عبر نظام ترشيح فائق (UF) ونظام غشائي لمعالجة التناضح العكسي (RO) المقاوم للتلوّث للتنقية المتقدمة.

وتُعاد استخدام المياه المعالَّجة عالية الجودة في عمليات التنظيف ضمن إنتاج أشباه الموصلات، بينما تخضع مياه الصرف المركزة لمزيد من خفض الحجم لضمان التخلص منها بكفاءة واسترجاع الموارد.

تشمل المعدات الأساسية:

• أنظمة جمع وموازنة منفصلة مقاومة للتآكل
• مفاعلات إزالة المعقدات المعدنية الثقيلة
• مفاعلات عالية الكفاءة لإزالة الفلورايد
• أنظمة الجرعات الكيميائية الذكية
• أنظمة ترشيح الأغشية المضادة للتلوث
• أجهزة رصد جودة المياه عبر الإنترنت
• أنظمة تحكُّم كهربائية أوتوماتيكية بالكامل

٤. مزايا الحل

هذه الحلول مُصمَّمة خصيصًا لمعالجة ظروف مياه الصرف المعقَّدة التي تظهر في منشآت تصنيع رقائق أشباه الموصلات.

تتمكَّن عملية المعالجة الحصرية من إزالة المعادن الثقيلة ومركبات الفلوريد والسيليكا والملوِّثات العضوية المقاومة للتحلُّل، مع إنتاج ماءٍ معالجٍ يحقِّق باستمرار متطلَّبات القوانين البيئية الخاصة بإطلاق مياه الصرف وكذلك متطلَّبات إعادة استخدام المياه داخل المنشأة.

نوفر حلول معدَّاتٍ مُخصَّصة بالكامل استنادًا إلى تخطيط غرف النظافة الفائقة (cleanroom)، وخصائص مياه الصرف، والطاقة الإنتاجية، والمساحة المتاحة للتثبيت. وتضمن المعدَّات المُخصَّصة ذات الأغلفة المقاومة للتآكل، والمواد المقاومة للاهتراء، والقنوات التدفُّقية المضادة للانسداد، والمعدَّات الوحدوية المدمجة الأداء الأمثل في ظل الظروف التشغيلية الصعبة الخاصة بصناعة أشباه الموصلات.

جميع المعدات الأساسية ومكونات التحكم الكهربائي وأنظمة معالجة المياه معتمدة وفق معايير سي إي (CE) وأول (UL) وإسو (ISO)، وتفي بمتطلبات السلامة والامتثال الصارمة لمصانع تصنيع أشباه الموصلات المتقدمة في جميع أنحاء العالم.

توفر عملية المعالجة المنفصلة مقاومة ممتازة لتقلبات التدفق الهيدروليكي وجودة المياه، ما يقلل بشكل كبير من تكرار الصيانة وتلوث الأغشية وإنتاج الحمأة.

تتجاوز معدلات استرجاع المياه ٩٥٪، ما يقلل استهلاك المياه العذبة وتكاليف التشغيل بشكل كبير، ويعزز كفاءة الإنتاج العامة.

يقلل التصميم المدمج الوحدوي من مساحة التركيب، ويسمح بالتوسع المستقبلي المرِن، ويدعم التشغيل الآلي الكامل لتصنيع أشباه الموصلات المستمر عالي الحجم.

٥. المشاريع المرجعية والوثائق الداعمة

أنهينا بنجاح مشاريع معالجة مياه الصرف الصحي لعدة مرافق لتصنيع رقائق أشباه الموصلات بقطر ١٢ إنش و٨ إنش.

من المشاريع النموذجية نظام شامل لمعالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استخدامها لمصنع متقدم لتصنيع الرقائق، وبسعة معالجة تبلغ ١٢٠٠ متر مكعب/يوم.

أظهر النظام تشغيلًا مستقرًا على المدى الطويل، وحل بنجاح المشكلات المتعلقة بتركيزات الفلورايد والسيليكا الزائدة، والمعادن الثقيلة المتبقية، وتلوث الأغشية. واجتاز المشروع كلاً من فحوصات القبول البيئي وفحوصات التحقق الصارمة من جودة المياه في المصنع، مما يضمن استقرار إنتاج الرقائق واستمرارية عمليات التصنيع.

تشمل الوثائق الداعمة:

• براءات اختراع خاصة بعمليات معالجة مياه الصرف الصحي الخاصة بالصناعات أشباه الموصلات
• شهادات الاعتماد من الاتحاد الأوروبي (CE) ومن شركة UL ومن المنظمة الدولية للمعايير (ISO)
• تقارير فحص جودة المياه الصادرة عن جهات مستقلة معتمدة
• وثائق إنجاز المشروع وقبوله
• مشاريع مرجعية لشركات رائدة في تصنيع أشباه الموصلات

٦. نطاق الخدمة وعملية التعاون

نقدّم حلولاً شاملة جاهزة للتشغيل (EPC) لمعالجة مياه الصرف الصناعي لمصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات، وتشمل هذه الحلول دراسة الموقع، وأخذ عينات مياه الصرف وتحليلها، وهندسة العمليات المُصمَّمة خصيصاً، وتصميم المعدات غير القياسية، وتصنيعها، وتركيبها، وتشغيلها، وخدمات التشغيل والصيانة، وتحديث الأنظمة، وتوريد المستهلكات طوال عمر النظام.

عملية التعاون القياسية

• مسح الموقع وتحليل مياه الصرف – إجراء تحقيق ميداني، وجمع عينات مياه الصرف، وإعداد تقرير تحليل شامل لجودة المياه.
• التصميم الهندسي المخصص – وضع عملية معالجة مخصصة، وحل معدات مصمم خصيصاً، وعرض تجاري مبني على متطلبات عملية تصنيع الرقائق.
• تصنيع المعدات والبناء – البدء في تصنيع المعدات المخصصة والتركيب الميداني بعد تأكيد العقد.
• التثبيت والتشغيل التجريبي – إنجاز عملية التثبيت بالكامل، والتشغيل التجريبي المتكامل، والتشغيل التجريبي المستمر حتى يتم تحقيق جميع أهداف أداء المعالجة باستمرار.
• قبول المشروع والتدريب التقني – المساعدة في إجراءات القبول البيئي وتقديم تدريب شامل للمشغلين.
• الدعم الفني طويل الأمد – تقديم عمليات فحص دورية، وصيانة وقائية، وتحسين النظام، وترقيات المعدات، ودعم فني على مدار ٢٤ ساعة يوميًا و٧ أيام أسبوعيًا.