1. Abwasserquellen, typische Schadstoffe und Wasserqualitätsmerkmale
Abwasser aus der Herstellung von Halbleiterwafern (Wafer Fab) ist äußerst komplex und setzt sich aus mehreren Prozessströmen zusammen. Es entsteht hauptsächlich während des Wafer-Ätzens, der Dünnfilm-Abscheidung, der Ionenimplantation, der Photolithographie, der chemisch-mechanischen Planarisierung (CMP), der sauren und alkalischen Reinigung sowie der Abgaswäsche. Diese Abwasserströme werden im Allgemeinen in fünf Kategorien eingeteilt: fluoridhaltiges Abwasser, saures und alkalisch reagierendes Abwasser, organisches Abwasser, schwermetallhaltiges Abwasser und hochsalzhaltiges Konzentrat.
Zu den typischen Verunreinigungen zählen Fluoride, Silikate, Bor- und Phosphorverbindungen, Spuren schwerer Metalle (wie Kupfer, Nickel und Zink), Fotolackreste, organische Lösemittel, Tenside, ultrafeine suspendierte Partikel sowie kolloidale Verunreinigungen.
Abwasser aus Halbleiter-Wafer-Fabriken zeichnet sich durch erhebliche Schwankungen der Durchflussrate, wechselnde saure und alkalische Bedingungen, hochstabile kolloidale Partikel, geringe Biologisch Abbaubarkeit sowie ein hohes Risiko für Ablagerungen und Korrosion aus. Einige Schwermetalle liegen als stabile Metallkomplexe vor, die sich mit herkömmlichen Aufbereitungsmethoden nur schwer entfernen lassen.
Darüber hinaus unterliegen Halbleiter-Fertigungsanlagen äußerst strengen Umweltauslass- und Wasserrückverwendungsstandards, wodurch Wafer-Fabrik-Abwasser zu einem der technisch anspruchsvollsten industriellen Abwasserströme zählt.
2. Häufige Kundenherausforderungen
Die Abwasseraufbereitung in der Halbleiter-Wafer-Fertigung stellt mehrere hochspezialisierte technische Herausforderungen dar.
Komplexbildende Schwermetalle und stabile Fluorid-Silikat-Verbindungen sind mit konventionellen Aufbereitungsverfahren nur schwer zu entfernen, was die Einhaltung immer strenger werdender Auslassstandards bei schwankenden Abwassereigenschaften erschwert.
Ultrafeine kolloidale Partikel und Fotolack-Rückstände verursachen häufig Schlammablagerungen, Rohrverstopfungen und schwere Membranverschmutzungen, was zu häufigen Anlagenstillständen führt, die die kontinuierliche Waferproduktion unterbrechen.
Da die Halbleiterfertigung zahlreiche Herstellungsprozesse umfasst, die unterschiedliche Abwasserströme erzeugen, erfordert eine kombinierte Behandlung oft eine übermäßige Zugabe von Chemikalien und erzeugt große Schlammvolumina, was zu hohen Betriebs- und Entsorgungskosten führt.
Standard-Aufbereitungseinrichtungen für Abwasser weisen im Allgemeinen nicht die erforderliche Korrosionsbeständigkeit, Anti-Verschmutzungs-Leistungsfähigkeit und Reinheit für die Halbleiterfertigung auf, wodurch das Risiko einer Sekundärkontamination steigt.
Darüber hinaus erweitern Halbleiter-Fabs kontinuierlich ihre Produktionskapazität, während sie kompakte Reinraum-Layouts beibehalten. Herkömmliche kommunale Abwasserreinigungsanlagen beanspruchen große Flächen und bieten nur begrenzte Flexibilität für zukünftige Erweiterungen, wodurch die Nachfrage nach vollständig integrierten und maßgeschneiderten Abwasserreinigungslösungen entsteht.
3. Behandlungsprozess und Konfiguration der Kernanlagen
Um den vielfältigen und technisch anspruchsvollen Eigenschaften des Abwassers aus Halbleiter-Wafer-Fabs gerecht zu werden, setzen wir einen vollständig integrierten Reinigungsprozess ein, der folgende Schritte umfasst:
Getrennte Sammlung → Dekomplexierung & Wasseraufbereitung → Fluorid- & Kieselsäureentfernung → Fällung & Sedimentation → Biologische Behandlung → Fortgeschrittene Membranreinigung → Volumenreduktion des Konzentrats
Einzelne Abwasserströme werden getrennt gesammelt und ausgeglichen, um hydraulische Schwankungen sowie Schwankungen der Wasserqualität zu minimieren.
Ein spezieller Dekomplexierungsprozess spaltet stabile Schwermetallkomplexe auf, bevor ein präziser Fluorid- und Kieselsäure-Entfernungssystem charakteristische Verunreinigungen selektiv entfernt.
Das Abwasser durchläuft anschließend eine Fällung und Sedimentation sowie eine fortgeschrittene Oxidation zur Zersetzung schwer abbaubarer organischer Verbindungen.
Ein biologisches Reinigungssystem entfernt weiterhin verbleibende CSB-Werte, bevor das Wasser durch ein Ultrafiltrations-(UF)-System und ein antifouling-Reverse-Osmose-(RO)-Membransystem zur hochgradigen Aufbereitung geleitet wird.
Hochwertiges aufbereitetes Wasser wird in Reinigungsprozessen der Halbleiterfertigung wiederverwendet, während konzentriertes Abwasser einer weiteren Volumenreduktion zur effizienten Entsorgung und Ressourcengewinnung unterzogen wird.
Kernausstattung umfasst:
- Korrosionsbeständige, getrennte Sammel- und Ausgleichssysteme
- Schwermetall-Dekomplexierungsreaktoren
- Hochleistungsfähige Fluoridentfernerreaktoren
- Intelligente Chemikalien-Dosiersysteme
- Systeme zur Membranfiltration mit Antifouling-Funktion
- Online-Wasserqualitäts-Messgeräte
- Vollautomatisierte elektrische Steuerungssysteme
4. Vorteile der Lösung
Diese Lösung wurde speziell für die komplexen Abwasserbedingungen entwickelt, die in Halbleiter-Wafer-Fertigungsanlagen auftreten.
Das patentierte Aufbereitungsverfahren entfernt wirksam Schwermetalle, Fluorid-Silikat-Verbindungen und schwer abbaubare organische Verunreinigungen und erzeugt dabei stets aufbereitetes Wasser, das sowohl die gesetzlichen Vorgaben für die Einleitung in die Umwelt als auch die Anforderungen an die Wiederverwendung von Wasser im Betrieb erfüllt.
Wir bieten vollständig maßgeschneiderte Ausrüstungslösungen basierend auf Reinraum-Layout, Abwassereigenschaften, Produktionskapazität und verfügbarem Installationsraum. Maßgeschneiderte korrosionsbeständige Gerätegehäuse, verschleißfeste Materialien, verstopfungssichere Strömungskanäle sowie kompakte modulare Geräte gewährleisten eine optimale Leistung unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen in der Halbleiterfertigung.
Alle Kernkomponenten – darunter Geräte, elektrische Steuerungselemente und Wasseraufbereitungssysteme – sind nach CE, UL und ISO zertifiziert und erfüllen so die strengen Sicherheits- und Konformitätsanforderungen moderner Halbleiterfertigungsstätten weltweit.
Das getrennte Behandlungsverfahren bietet eine hervorragende Resistenz gegenüber Schwankungen im hydraulischen Durchfluss und in der Wasserqualität und reduziert dadurch signifikant die Wartungshäufigkeit, die Membranverschmutzung sowie die Schlammproduktion.
Die Wasserrückgewinnungsrate übersteigt 95 %, wodurch der Frischwasserverbrauch und die Betriebskosten deutlich gesenkt sowie die gesamte Produktionseffizienz verbessert werden.
Das modulare, integrierte Design minimiert den Installationsraum, ermöglicht eine flexible zukünftige Erweiterung und unterstützt einen vollautomatisierten Betrieb für eine kontinuierliche, hochvolumige Halbleiterfertigung.
5. Projektbeispiele und unterstützende Dokumentation
Wir haben Abwasserbehandlungsprojekte für mehrere 12-Zoll- und 8-Zoll-Halbleiter-Wafer-Fertigungsanlagen erfolgreich abgeschlossen.
Ein repräsentatives Projekt ist ein umfassendes Abwasserbehandlungs- und Wasserrückgewinnungssystem für eine fortschrittliche Wafer-Fertigungsanlage mit einer Behandlungskapazität von 1.200 m³/Tag.
Das System hat einen langfristig stabilen Betrieb nachgewiesen und erfolgreich Probleme im Zusammenhang mit überhöhten Fluorid- und Kieselsäurekonzentrationen, Restschwermetallen sowie Membranverschmutzung gelöst. Das Projekt bestand sowohl die behördliche Umweltabnahme als auch die strenge werkseigene Wasserqualitätsprüfung und gewährleistet so eine stabile Waferfertigung sowie einen kontinuierlichen Fertigungsprozess.
Zu den unterstützenden Unterlagen zählen:
- Patentierte, eigene Aufbereitungsverfahren für Halbleiter-Abwässer
- CE-, UL- und ISO-Zertifikate
- Von externen Stellen akkreditierte Wasserqualitätsprüfberichte
- Dokumentation zum Projektabschluss und zur Abnahme
- Referenzprojekte führender Halbleiterhersteller
6. Leistungsumfang und Kooperationsprozess
Wir bieten umfassende schlüsselfertige EPC-Lösungen für die Abwasserbehandlung in Halbleiter-Wafer-Fertigungsanlagen an – inklusive Standortanalyse, Abwasserprobenahme und -analyse, maßgeschneiderter Verfahrenstechnik, Konstruktion nichtstandardisierter Ausrüstung, Fertigung, Installation, Inbetriebnahme, Betriebs- und Wartungsdienstleistungen, System-Upgrades sowie lebenslanger Lieferung von Verbrauchsmaterialien.
Standard-Kooperationsprozess
- Standortanalyse und Abwasseranalyse – Durchführung einer Vor-Ort-Untersuchung, Entnahme von Abwasserproben und Erstellung eines umfassenden Wasserqualitätsanalyseberichts.
- Individuelle technische Planung – Entwicklung eines speziellen Aufbereitungsverfahrens, maßgeschneiderter Anlagenlösung und kommerzieller Angebotserstellung basierend auf den Anforderungen des Waferfertigungsprozesses.
- Gerätefertigung und Bau – Beginn der maßgeschneiderten Gerätefertigung und der Montage vor Ort nach Vertragsbestätigung.
- Installation und Inbetriebnahme – Abschluss der Installation, integrierte Inbetriebnahme sowie kontinuierlicher Probebetrieb, bis alle behandelungsbezogenen Leistungsziele dauerhaft erreicht sind.
- Projektabnahme und technische Schulung – Unterstützung bei den behördlichen Umweltabnahmeverfahren sowie umfassende Bedienerschulung.
- Langfristige technische Unterstützung – Durchführung regelmäßiger Inspektionen, präventiver Wartung, Systemoptimierung, Geräte-Upgrades sowie 24/7-technischer Unterstützung.
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