حل معالجة مياه الصرف الصحي الخاصة بأشباه الموصلات المصنوعة من كاربيد السيليكون (SiC) والغاليوم نيترايد (GaN)

١. مصادر مياه الصرف، الملوثات النموذجية وخصائص المياه

تتكوّن مياه الصرف الناتجة عن تصنيع أشباه الموصلات من كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) أساسًا من عمليات النمو الطبقي، والتجويه، وال внزراع الأيوني، وترسيب الطبقات الرقيقة، وطحن الرقائق وتنظيفها، وكذلك عمليات شطف غرف النظافة. وبالمقارنة مع مياه الصرف الناتجة عن أشباه الموصلات السيليكونية التقليدية، فإن مياه الصرف الناتجة عن أشباه الموصلات من الجيل الثالث تكون تركيبتها أكثر تعقيدًا بكثيرٍ، ويصعب معالجتها إلى حدٍّ كبير.

وتشمل الملوثات النموذجية الفلورايد، وتركيزات عالية من الأحماض والقواعد، وجزيئات كربيد السيليكون فائقة الدقة، ومركبات الغاليوم، والنيتريدات، وأيونات المعادن الثقيلة بكميات أثرية، وكميات صغيرة من الملوثات العضوية مثل بقايا المقاوم الضوئي والمواد الكيميائية المستخدمة في إزالة الطبقات، ما يؤدي إلى تقلبات في مستويات الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD).

تتميَّز مياه الصرف الصناعي بتدفُّقات حمضية وقلوية قوية بالتناوب، وبتركيزات عالية من الفلورايد، وبجسيمات عالقة فائقة الدقة، وبخصائص شديدة التآكل. وتترسَّب الجسيمات الغروية المستقرة ببطءٍ شديد، ما يزيد من خطر انسداد الأنابيب وانسداد الأغشية. بالإضافة إلى ذلك، تتطلّب تصنيع أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة ماءً معاد تدويره بنقاءٍ فائق، حيث تكون معايير جودة الماء أكثر صرامةً بكثيرٍ من تلك المطبَّقة في معالجة مياه الصرف الصناعي التقليدية.

٢. التحديات الشائعة التي تواجه العملاء

يواجه مصنعو أشباه الموصلات من كاربيد السيليكون (SiC) والغاليوم نيترايد (GaN) عادةً عدة تحديات في معالجة مياه الصرف.

يصعب إزالة جسيمات كاربيد السيليكون والغاليوم نيترايد فائقة الدقة عبر الترسيب التقليدي، ما يؤدي إلى تراكم الطين وانسداد المعدات وتلوث الأغشية بشكل متكرر وانقطاع الإنتاج المكلف. كما يصعب معالجة مياه الصرف المحتوية على تركيز عالٍ من الفلورايد، التي تُنتج أثناء عمليات النقش، بشكلٍ متسق، مما يجعل الامتثال للمعايير البيئية المتزايدة صرامةً في ما يخص تصريف المياه أمراً بالغ الصعوبة.

كما يولّد عملية الإنتاج تدفقات متناوبة من مياه الصرف الحمضية والقلوية ذات التآكل العالي، ما يستلزم استخدام معدات مقاومة للتآكل خصيصاً بدل الأنظمة الصناعية القياسية. وفي الوقت نفسه، يطلب مصنعو أشباه الموصلات معدلات استرجاعٍ مرتفعة للغاية لمياه التناضح العكسي فائقة النقاء، بينما غالباً ما تفشل تقنيات المعالجة التقليدية في تحقيق جودة المياه المطلوبة، ما يؤدي إلى استهلاك مفرط للمياه العذبة وارتفاع تكاليف التشغيل.

وعلاوةً على ذلك، عادةً ما تكون مساحات التثبيت المتاحة في مصانع أشباه الموصلات الحديثة محدودة، وتتغيّر خطوط الإنتاج فيها بسرعةٍ كبيرة، مما يجعل من الصعب توسيع أو ترقية المرافق التقليدية لمعالجة المياه على نطاق واسع. ونتيجةً لذلك، يزداد الطلب باطرادٍ على أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي المدمجة والقابلة للتعديل وذات التخصيص الكامل، المصمَّمة خصيصاً لتصنيع أشباه الموصلات بدقةٍ عالية.

٣. عملية المعالجة وتكوين المعدات الأساسية

ولمواجهة ارتفاع محتوى الفلورايد والجسيمات فائقة الدقة والخصائص التآكلية لمياه الصرف الناتجة عن إنتاج كاربايد السيليكون (SiC) ونترات الغاليوم (GaN)، نطبّق عملية معالجة مخصصة تتضمّن:

الجمع المنفصل → ضبط دقيق لدرجة الحموضة وإزالة استقرار الغرويات → التخثير وإزالة الفلورايد → الترشيح الدقيق → التنقية المتقدمة عبر الأغشية → إعادة استخدام ماء الفائق النقاء

يتم جمع تدفقات مياه الصرف الصناعي الحمضية والقلوية والمحتوية على الفلورايد ومياه الصرف الناتجة عن العمليات، ثم معادلتها بشكل منفصل لتقليل التقلبات الهيدروليكية وتقلبات نوعية المياه. ويؤدي التحكم الدقيق في درجة الحموضة (pH) إلى إزالة استقرار الجسيمات الغروية، بينما يُزيل نظام التخثّر والترسيب المُحسَّن بكفاءة المواد الصلبة العالقة ومعظم مركبات الفلورايد.

تُزيل امتزاز الكربون النشط والترشيح الدقيق المركبات العضوية النزرة والملوثات المعدنية المتبقية. ثم يمر الماء المعالج عبر نظام ترشيح فائق (UF)، يتبعه نظام أسموزي عكسي (RO) مقاوم للتلوث لإجراء إزالة معمقة للأملاح، مما ينتج ماءً عالي النقاء مناسبًا لتنظيف الرقائق وأعمال التصنيع الأخرى في قطاع أشباه الموصلات.

تشمل المعدات الأساسية:

• خزانات معادلة مقاومة للتآكل وأنظمة ضبط درجة الحموضة
• مفاعلات عالية الكفاءة لإزالة الفلورايد وكسر الغرويات
• أنظمة تليين مائية أوتوماتيكية بالكامل
• أنظمة ترشيح الأغشية المضادة للتلوث
• أنظمة الجرعات الكيميائية الذكية
• أَجْهِزَةُ رَصْدٍ جَوْهَرِيٌّ لِجَوْدَةِ المَاءِ عَلَى الحَيِّزِ

٤. مزايا الحل

تم تصميم هذه الحلول خصيصًا لتصنيع أشباه الموصلات من الجيل الثالث القائمة على كاربيد السيليكون (SiC) والنترات الغالوينية (GaN)، وهي تعالج بفعالية ثلاث تحديات صناعية جوهرية: إزالة الجسيمات فائقة الدقة، والتحكم في الفلوريد، ومقاومة التآكل.

يَحقِّقُ المَاءُ المُعالَجُ بِشَكْلٍ مُتَسَاقِطٍ الاشتِرَاطَاتِ المَطلوبَةَ لِإِعادَةِ الاسْتِخدَامِ فِي الإنتاجِ وَلِمَعاييرِ التَّصْرِيفِ البِيئِيِّ. وَيُمكِنُ تَصمِيمُ مَعدَّاتٍ غَيرِ قياسِيَّةٍ مُخصَّصَةٍ لِتَنَاسُبِ التَّرتيبَاتِ المَكَانِيَّةِ الضَّيِّقَةِ فِي المَصَانِعِ وَالبِيئَاتِ العَامِلَةِ شَدِيدَةِ التَّآكُلِ، وَتَتَضمَّنُ هَذِهِ المَعدَّاتُ هَيكلًا مُعزَّزًا لِلمُقَاوَمَةِ لِلتَّآكُلِ، وَمَجَارِيَ تَدَفُّقٍ مَنْعِيَّةٍ لِلتَّسَدُّدِ، وَتَصَامِيمَ وَحْدَوِيَّةً مُدمَجَةً مُتَخَصِّصَةً لِمَنشَآتِ الشَّرَائِحِ الإلكترُونِيَّةِ.

يتم تصنيع جميع أنظمة التحكم الكهربائية الأساسية والمعدات الميكانيكية ومكونات معالجة المياه وفقًا للمعايير الدولية المعترف بها مثل CE وUL وISO، ما يضمن سلامةً وموثوقيةً واستيفاءً تنظيميًّا متفوقين للتطبيقات الراقية في قطاع أشباه الموصلات.

يقدِّم النظام مقاومة ممتازة لتقلبات جودة المياه، ما يقلل بشكل كبير من تلوث الأغشية وعدد مرات الصيانة والانقطاعات التشغيلية. ويمكن أن تتجاوز معدلات إعادة استخدام المياه ٩٥٪، ما يؤدي إلى خفض استهلاك المياه العذبة والتكاليف التشغيلية الإجمالية بشكل كبير.

ويتيح تصميمه الوحدوي الموفر للمساحة توسيع السعة بمرونة، بينما تضمن وظيفة التحكم الذكية الكاملة الآلية تشغيلًا مستقرًا لإنتاج أشباه الموصلات المستمر عالي الدقة.

٥. المشاريع المرجعية والوثائق الداعمة

لقد نجحنا في تسليم أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي لمصانع تصنيع رقائق أشباه الموصلات من نوع كاربايد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN)، ومن بينها مصنع رائد لإنتاج أشباه الموصلات ذات الفجوة العريضة بسعة معالجة تبلغ ٩٠٠ متر مكعب/يوم.

عَمِلَ النِّظَامُ بِثَبَاتٍ، مُ logaً تَرَسُّبَ الجُسَيْمَاتِ بِكَفَاءَةٍ، وَمُسْتَقِرًّا إِزَالَةَ الفِلُورَايْدِ، وَمُنْتِجًا بِشَكْلٍ مُتَوَاصِلٍ مَاءً مُعَادَ تَجْدِيدِهِ يُلَبِّي مَتَطَلَّبَاتِ إِعَادَةِ اسْتِخْدَامِ المَاءِ فَوْقَ المُتَطَلَّبَاتِ الدَّقِيقَةِ لِصِنَاعَةِ أَشْبَاهِ المُوَصِّلَاتِ. وَقَدْ نَجَحَ المَشْرُوعُ فِي اجْتِيَازِ كِلْتَا فَحْصَيْ التَّقْبُولِ فِي المَصْنَعِ وَالفَحْصَاتِ التَّابِعَةِ لِلتَّوَافُقِ مَعَ المُتَطَلَّبَاتِ البِيئِيَّةِ.

تشمل الوثائق الداعمة:

• بَرَاءَاتِ اخْتِرَاعٍ خَاصَّةٍ بِالعَمَلِيَّةِ
• شَهَادَاتِ CE و UL و ISO
• تقارير الاختبارات الخارجية لجودة المياه
• وثائق قبول المشروع
• مَشَارِيعَ مَرْجِعِيَّةً مِنْ شَرِكَاتٍ رَائِدَةٍ فِي صِنَاعَةِ أَشْبَاهِ المُوَصِّلَاتِ

٦. نطاق الخدمة وعملية التعاون

نقدِّم حلولاً شاملة لأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي بنظام التصميم-التوريد-التركيب الجاهز (EPC) لمصنِّعي أشباه الموصلات من الجيل الثالث، وتغطي هذه الحلول دراسة الموقع وتحليل جودة المياه وهندسة العمليات المخصصة وتصنيع المعدات غير القياسية والتركيب والتشغيل الأولي وخدمات التشغيل والصيانة والتحديثات النظامية وتوريد المستهلكات مدى الحياة.

عملية التعاون القياسية

• مسح الموقع وأخذ عينات مياه الصرف مع تحليل شامل لجودة المياه
• تصميم عملية ومعدات مخصصة استنادًا إلى ظروف الإنتاج
• تصنيع المعدات والبناء في الموقع بعد تأكيد العقد
• التثبيت والتشغيل التجريبي والتشغيل التكاملي حتى تحقيق الاستقرار والامتثال
• دعم قبول المشروع وتدريب المشغلين
• خدمات الصيانة الوقائية طويلة الأجل، والدعم الفني، وتحسين النظام، والترقيات