تنتج مصانع أشباه الموصلات من الجيل الثالث (GaN, SiC) مياه صرف تحتوي على تركيزات فلوريد تتجاوز 5,000 mg/L، ومستويات غاليوم تتجاوز 100 ppb، وتركيزات زرنيخ تتجاوز عادةً 1 mg/L. وتفرض هذه الملوثات المحددة تحديات كبيرة تجعل أنظمة معالجة مياه الصرف القديمة غير فعالة من حيث التكلفة أو غير قادرة تماماً على تحقيق الامتثال. وبحلول عام 2027، ستكون هناك حاجة إلى معدات متخصصة لتحقيق حدود تصريف منخفضة تصل إلى 0.5 mg/L من الفلوريد بصورة منتظمة، وفقاً لحدود وكالة حماية البيئة الأمريكية المتوقعة، وتمكين التصريف الصفري للسوائل (ZLD) للامتثال لمتطلبات الاستدامة المتطورة. وتتراوح النفقات الرأسمالية (CAPEX) لهذه الأنظمة المتقدمة من $2M لوحدات المعالجة المعيارية المستهدفة إلى $50M لمحطات ZLD الشاملة بكامل طاقتها، بينما تتأثر النفقات التشغيلية (OPEX) أساساً بمعدلات جرعات المواد الكيميائية ودورات استبدال الأغشية.
لماذا يصعب معالجة مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث مقارنةً بالسيليكون؟
تُدخل مواد أشباه الموصلات من الجيل الثالث، مثل نيتريد الغاليوم (GaN) وكربيد السيليكون (SiC) ونيتريد غاليوم الإنديوم (InGaN)، ملوثات فريدة وصعبة لا توجد عادةً في مياه صرف تصنيع السيليكون التقليدية. وتنتج هذه المواد جسيمات نانوية من الغاليوم والإنديوم وكربيد السيليكون أثناء العمليات الحرجة مثل التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP) والحفر والتنظيف. فعلى سبيل المثال، قد تحتوي ملاطيات CMP لرقائق SiC على جسيمات كاشطة من SiC في نطاق النانومتر، وهي صعبة الإزالة للغاية بوسائل الترشيح التقليدية، كما يمكن أن تؤدي إلى تآكل موانع المضخات وأنابيب التوصيل (بيانات Zhongsheng الميدانية، 2025).
غالباً ما تتجاوز تركيزات الفلوريد في مياه صرف مصانع الجيل الثالث 5,000 mg/L، أي بزيادة قدرها خمسة إلى عشرة أضعاف مقارنةً بالتركيز المعتاد الأقل من 1,000 mg/L في مصانع السيليكون. ويتجاوز هذا المستوى المرتفع من الفلوريد قدرة أنظمة الترسيب الكيميائي القياسية المصممة لتركيزات أقل، والتي تواجه غالباً صعوبة في تحقيق حدود الفلوريد المتوقعة لوكالة حماية البيئة لعام 2024، وهي أقل من 0.5 mg/L، دون مراحل معالجة متعددة أو استهلاك مفرط للمواد الكيميائية.
يشكل الغاليوم، وهو ملوث شائع في إنتاج GaN، هيدروكسيدات غير قابلة للذوبان عند مستويات pH أعلى من 8.0، مما يؤدي إلى انسداد سريع وشديد للأغشية. ويمكن لآلية الانسداد هذه أن تقلل التدفق في أنظمة المفاعل الحيوي الغشائي MBR بنسبة تصل إلى 40% خلال 30 يوماً من التشغيل إذا لم تتم المعالجة الأولية بصورة كافية، مما يستلزم دورات متكررة للتنظيف الكيميائي في المكان (CIP) ويزيد تكاليف الصيانة بدرجة كبيرة (قسم البحث والتطوير في Zhongsheng، 2024). كما تعني الطبيعة المذبذبة للغاليوم أنه قد يعاود الذوبان عند مستويات pH المرتفعة أو المنخفضة جداً، مما يعقد استراتيجيات الترسيب.
يمثل تحديد أنواع الزرنيخ تحدياً حرجاً آخر؛ إذ يمكن أن يتحول من صورة As(V) الأقل سمية والأيسر ترسيباً إلى صورة As(III) الأكثر حركة وسمية في البيئات المختزلة الشائعة في بعض مجاري مياه الصرف. وهذا يستلزم عادةً مرحلة أكسدة أولية مخصصة باستخدام الكلور أو بيروكسيد الهيدروجين لتحويل As(III) إلى As(V) قبل الإزالة الفعالة بعمليات التخثير والتلبد أو الامتزاز (وفقاً لإرشادات منظمة الصحة العالمية لعام 2023 بشأن الزرنيخ، التي تشترط أقل من 10 ppb لمياه الشرب). ومن دون الأكسدة الأولية، تنخفض كفاءة إزالة الزرنيخ بشدة، مما يعرّضكم لخطر عدم الامتثال.
| الملوث/المعيار | مياه صرف مصنع السيليكون (نموذجية) | مياه صرف مصانع الجيل الثالث (GaN/SiC) (نموذجية) | التأثير في الأنظمة القديمة |
|---|---|---|---|
| الفلوريد | أقل من 1,000 mg/L | أكثر من 5,000 mg/L | يتجاوز قدرة الترسيب الكيميائي أحادي المرحلة؛ وحجم كبير من الحمأة. |
| الغاليوم | غير موجود | أكثر من 100 ppb | يسبب انسداداً شديداً للأغشية (انخفاض تدفق MBR بأكثر من 40% خلال 30 يوماً)؛ ويشكل معقدات مستقرة. |
| الزرنيخ | أقل من 0.1 mg/L (إن وُجد) | أكثر من 1 mg/L | يتطلب أكسدة أولية لتحويل As(III) إلى As(V)؛ وإزالة غير فعالة دون أساليب متخصصة. |
| كربيد السيليكون (جسيمات نانوية) | غير موجود | موجود (ملاطيات CMP) | كاشط للمعدات؛ صعب الإزالة بالترشيح التقليدي؛ ويساهم في المواد الصلبة العالقة الكلية TSS. |
| الإنديوم | غير موجود | موجود (إنتاج InGaN) | يشكل هيدروكسيدات؛ وقد يترسب بشكل مشترك مع معادن أخرى؛ ويتطلب تحكماً دقيقاً في pH. |
أهداف إزالة الملوثات من مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث
يمثل تحقيق الأهداف التنظيمية الصارمة وأهداف إعادة الاستخدام الداخلية أمراً أساسياً لمصانع أشباه الموصلات من الجيل الثالث، مما يدفع إلى الحاجة لأنظمة معالجة مياه صرف عالية الكفاءة وموثوقة. وبالنسبة إلى الفلوريد، فإن حد وكالة حماية البيئة الأمريكية المتوقع وفق EPA 40 CFR 469.12 للتصريف هو أقل من 0.5 mg/L، بينما يحدد المعيار الصيني GB 31573-2015 لمياه صرف أشباه الموصلات حداً أقل من 1.5 mg/L. وتستلزم هذه الحدود المنخفضة عمليات متقدمة متعددة المراحل لإزالة الفلوريد تتجاوز ترسيب الجير البسيط.
تتطور أهداف إزالة الغاليوم، إذ يقترح مشروع معيار وكالة حماية البيئة التايوانية لعام 2025 لمياه صرف أشباه الموصلات حداً أقل من 50 ppb. ويتطلب تحقيق هذا المستوى تحكماً دقيقاً في pH، وغالباً تقنيات متخصصة للامتزاز أو التبادل الأيوني، لأن الترسيب التقليدي وحده قد لا يكون كافياً للإزالة النزرة.
وتتسم حدود تصريف الزرنيخ بالصرامة نفسها؛ إذ يحدد EPA 40 CFR 131.36 حداً أقل من 0.1 mg/L للعديد من المسطحات المائية، بينما تشترط التوجيهات الأوروبية 2020/2184 لإعادة استخدام المياه أقل من 0.01 mg/L. ويتطلب ذلك عادةً الجمع بين الأكسدة الأولية وتقنيات الإزالة المتقدمة مثل الترسيب المشترك مع الحديد أو الامتزاز على أوساط انتقائية. ويجب خفض المواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) إلى أقل من 10 mg/L لحماية عمليات الأغشية اللاحقة، ولا سيما أنظمة التناضح العكسي (RO) الأساسية لتطبيقات التصريف الصفري للسوائل (ZLD). وأخيراً، يجب الحفاظ بعناية على درجة حموضة مياه الصرف بين 6 و9 للتصريف أو إعادة الاستخدام، مما يتطلب أنظمة تعادل موثوقة للتعامل مع المجاري شديدة الحموضة أو القلوية الناتجة عن عمليات المصنع المختلفة.
| الملوث/المعيار | التركيز المستهدف | المعيار التنظيمي/الداخلي | ملاحظات لمصانع الجيل الثالث |
|---|---|---|---|
| الفلوريد (F⁻) | أقل من 0.5 mg/L | EPA 40 CFR 469.12 (متوقع) | يتطلب إزالة متعددة المراحل؛ تركيزات أولية مرتفعة. |
| الفلوريد (F⁻) | أقل من 1.5 mg/L | الصين GB 31573-2015 | معيار التصريف الوطني لصناعة أشباه الموصلات. |
| الغاليوم (Ga) | أقل من 50 ppb | مشروع معيار وكالة حماية البيئة التايوانية لعام 2025 (أشباه الموصلات) | معيار ناشئ؛ ويتطلب إزالة نزرة متخصصة. |
| الزرنيخ (As) | أقل من 0.1 mg/L | EPA 40 CFR 131.36 | يتطلب أكسدة أولية لتحويل As(III) إلى As(V). |
| الزرنيخ (As) | أقل من 0.01 mg/L | التوجيه الأوروبي 2020/2184 (إعادة الاستخدام) | صارم لتطبيقات إعادة استخدام المياه. |
| المواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) | أقل من 10 mg/L | متطلب المعالجة الأولية لـ RO | ضرورية لحماية الأغشية اللاحقة. |
| pH | 6–9 | معيار التصريف/إعادة الاستخدام | التعادل ضروري للمجاري شديدة الحموضة أو القلوية. |
مقارنة تقنيات المعالجة: MBR مقابل DAF مقابل الترسيب الكيميائي لمصانع الجيل الثالث
يتطلب اختيار تقنية معالجة مياه الصرف المثلى لمصانع أشباه الموصلات من الجيل الثالث فهماً دقيقاً لملفات الملوثات وقيود المساحة والتكاليف. توفر المفاعلات الحيوية الغشائية (MBR) أداءً ممتازاً في إزالة الطلب الحيوي على الأكسجين (BOD) والمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS)، إذ تحقق إزالة 99.9% من TSS وخفضاً يصل إلى 90% من الطلب الكيميائي على الأكسجين (COD). إلا أن أنظمة MBR وحدها توفر إزالة فلوريد تقل عن 30% دون معالجة أولية كبيرة، كما أنها شديدة التعرض للانسداد الناتج عن هيدروكسيدات الغاليوم، مما قد يقلل تدفق الأغشية بسرعة ويزيد متطلبات التشغيل.
تتميز أنظمة التعويم بالهواء المذاب (DAF)، مثل نظام DAF من سلسلة ZSQ من Zhongsheng Environmental لإزالة الفلوريد والمواد الصلبة العالقة الكلية من مياه صرف أشباه الموصلات، بفعالية عالية في إزالة الجسيمات، ويمكنها تحقيق إزالة تصل إلى 95% من TSS. وعند دمجها مع جرعات الجير، يمكن لـ DAF تحقيق إزالة فلوريد تقارب 80% من خلال ترسيب فلوريد الكالسيوم. إلا أن DAF تواجه صعوبة مع الملوثات الذائبة مثل الزرنيخ، إذ تحقق عادةً إزالة أقل من 1 mg/L دون مواد مخثرة محددة، وغالباً ما تتطلب مراحل تلميع إضافية للوصول إلى الحدود المنخفضة جداً.
يبقى الترسيب الكيميائي ركيزة أساسية لإزالة الملوثات عالية التركيز. ويمكنه تحقيق إزالة فلوريد تتجاوز 99% مع جرعات دقيقة من هيدروكسيد الكالسيوم Ca(OH)₂، مكوناً فلوريد الكالسيوم غير القابل للذوبان CaF₂. وبالمثل، يمكن تحقيق إزالة زرنيخ بنسبة 95% باستخدام كلوريد الحديديك FeCl₃ كمادة مخثرة، حيث يترسب بشكل مشترك مع الزرنيخ. ويتمثل العيب الرئيسي للترسيب الكيميائي في إنتاج كميات كبيرة من الحمأة، مما قد يفرض تكاليف التخلص التي تتراوح بين $200 و$500 للطن. ويُعد ضبط pH بدقة، الذي يُدار غالباً بواسطة نظام جرعات كيميائية يتم التحكم فيه بواسطة PLC لترسيب الفلوريد والزرنيخ، أمراً حاسماً لتحقيق الترسيب الأمثل، وقد يؤثر في استهلاك المواد الكيميائية.
يُستخدم دمج الأنظمة بصورة متزايدة لمعالجة مزيج الملوثات المعقد. ويتضمن التكوين الشائع استخدام DAF لإزالة الجزء الأكبر من TSS والفلوريد مبدئياً، يليه استخدام أنظمة RO لتحقيق ZLD وإعادة استخدام المياه في مصانع أشباه الموصلات. ويمكن لهذا الدمج تحقيق استرداد للمياه يتجاوز 99% لإعادة الاستخدام. إلا أن الترسّب والانسداد الناتجين عن الغاليوم يظلان تحدياً كبيراً لأغشية RO، مما يتطلب بروتوكولات تنظيف كيميائي متكررة في المكان (CIP)، عادةً باستخدام الغسل الحمضي، للحفاظ على التدفق وإطالة عمر الأغشية.
| التقنية | نقطة القوة الرئيسية لمصانع الجيل الثالث | فعالية إزالة الغاليوم | فعالية إزالة الفلوريد | فعالية إزالة الزرنيخ | المساحة المعتادة | القيد الرئيسي |
|---|---|---|---|---|---|---|
| MBR | إزالة عالية لـ TSS وCOD (99.9% من TSS، و90% من COD) | منخفضة (أقل من 20%) دون معالجة أولية؛ خطر انسداد شديد. | منخفضة (أقل من 30%) دون معالجة أولية. | متوسطة (50-70%) لـ As(V). | مدمجة | انسداد الأغشية بسبب الغاليوم؛ إزالة فلوريد منخفضة. |
| DAF | إزالة فعالة لـ TSS (95%)؛ خفض أولي للفلوريد باستخدام الجير. | متوسطة (50-70%) مع التخثير. | عالية (80%) مع جرعات الجير. | منخفضة (أقل من 50%) دون مواد مخثرة محددة. | متوسطة | تواجه صعوبة مع الملوثات الذائبة والزرنيخ النزِر. |
| الترسيب الكيميائي | إزالة عالية للفلوريد (99% مع Ca(OH)₂)؛ وإزالة عالية للزرنيخ (95% مع FeCl₃). | متوسطة (70-90%) مع تحسين pH. | عالية جداً (أكثر من 99%). | عالية جداً (95%) لـ As(V) باستخدام أملاح الحديديك. | كبيرة | إنتاج كبير للحمأة؛ ويتطلب تحكماً دقيقاً في pH. |
| هجين (مثل DAF + RO) | استرداد مرتفع للمياه (أكثر من 99% لـ ZLD)؛ إزالة شاملة للملوثات. | يتطلب معالجة أولية قوية لحماية RO. | عالية جداً (أكثر من 99%). | عالية جداً (أكثر من 99%). | كبيرة | نفقات رأسمالية وتشغيلية مرتفعة؛ وتنظيف CIP متكرر لـ RO بسبب ترسب الغاليوم. |
تصميم التصريف الصفري للسوائل (ZLD) لمصانع أشباه الموصلات من الجيل الثالث
تمثل أنظمة التصريف الصفري للسوائل (ZLD) ذروة الإدارة المستدامة لمياه الصرف في مصانع أشباه الموصلات من الجيل الثالث، إذ تلغي التصريف السائل تماماً وتعظم إعادة استخدام المياه. ويبدأ التدفق المعتاد لعملية ZLD لهذه المياه المعقدة بمعالجة أولية قوية، غالباً من خلال الجمع بين DAF والترسيب الكيميائي، لإزالة الملوثات الرئيسية مثل TSS والفلوريد والمعادن الثقيلة مثل الغاليوم. وتُعد مرحلة المعالجة الأولية هذه حاسمة لحماية أنظمة الأغشية اللاحقة؛ فعلى سبيل المثال، يزيل الترسيب الكيميائي باستخدام الجير وكلوريد الحديديك الفلوريد والزرنيخ بفعالية، بينما يعمل DAF على ترويق المياه بإزالة المواد الصلبة العالقة والمعادن المترسبة. ثم تنتقل المياه المعالجة الخارجة أولياً إلى التناضح العكسي (RO) لإزالة الأملاح الذائبة والملوثات النزرة المتبقية، مما ينتج مياه نفاذ عالية الجودة مناسبة لإعادة الاستخدام. وتُعالج المحاليل الملحية المركزة الناتجة عن مرحلة RO في مبخر يقلل حجمها بدرجة كبيرة، ثم في جهاز تبلور يستخلص الأملاح الصلبة، ولا يترك سوى نفايات صلبة للتخلص منها. وتؤدي كل مرحلة دوراً حيوياً: فالمعالجة الأولية تقلل الانسداد، وRO يسترد المياه عالية النقاء، بينما يضمن التبخير والتبلور التخلص الكامل من السوائل.
يمكن لأنظمة ZLD تحقيق معدلات مهمة لاسترداد المياه، تتراوح عادةً بين 90–95% للتطبيقات الأقل تطلباً مثل إعادة استخدام مياه التعويض لأبراج التبريد، وبين 80–85% لتطبيقات المياه عالية النقاء مثل استرداد المياه فائقة النقاء (UPW). فعلى سبيل المثال، أبرزت دراسة حالة لشركة MWH Constructors لعام 2026 استرداداً للمياه بنسبة 90% في مصنع أشباه موصلات سري، مما يثبت جدوى ZLD لإعادة الاستخدام الداخلي. إلا أن هذا المستوى المرتفع من الاسترداد يأتي مع استهلاك طاقة أكبر، يتراوح عادةً بين 10–15 kWh/m³ لأنظمة ZLD، مقارنةً بـ 2–5 kWh/m³ لمحطات المعالجة التقليدية. ويبرر هذا التبادل بصورة متزايدة القلق بشأن ندرة المياه وارتفاع تكاليف المرافق المائية واللوائح البيئية الصارمة.
تُعد معالجة الحمأة اعتباراً حاسماً في تصميم ZLD لمصانع الجيل الثالث، ولا سيما بسبب وجود الغاليوم. وغالباً ما تُصنف الحمأة الغنية بالغاليوم، التي تحتوي عادةً على معادن ثقيلة أخرى، كنفايات خطرة في مناطق مثل الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة، مما يؤدي إلى تكاليف تخلص تتراوح بين $1,000 و$2,000 للطن. وغالباً ما تُستخدم أساليب تثبيت فعالة، مثل التصلب أو التغليف، لجعل الحمأة أقل قابلية للرشح ومناسبة لمدافن النفايات الخطرة المعتمدة، مما يحد من المسؤوليات البيئية طويلة الأجل.
معايير النفقات الرأسمالية والتشغيلية لمعدات معالجة مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث
يُعد فهم النفقات الرأسمالية (CAPEX) والتشغيلية (OPEX) أساسياً لمديري مصانع أشباه الموصلات وفرق المشتريات الذين يقيّمون حلول معالجة مياه الصرف لخطوط إنتاج الجيل الثالث. توفر الأنظمة المعيارية، التي تتكون عادةً من DAF يتبعه RO، خياراً قابلاً للتوسع وغالباً أسرع للنشر، مع نفقات رأسمالية تتراوح بين $2M و$5M. وتلائم هذه الأنظمة المصانع الأصغر أو التوسع المرحلي، إذ تتميز بمساحة مدمجة وإمكانية التوسع مع زيادة متطلبات الإنتاج. وتُقدر النفقات التشغيلية لأنظمة DAF+RO المعيارية بين $0.50–$1.00/m³، وتتأثر أساساً باستهلاك المواد الكيميائية وتنظيف الأغشية.
بالنسبة إلى محطات ZLD كاملة النطاق المصممة لمعالجة كميات كبيرة من مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث، قد تتراوح النفقات الرأسمالية بين $20M و$50M. ويتجسد الحد الأعلى لهذه المنشآت في مشاريع مثل المحطة البالغة قيمتها $417M التي طورتها MWH Constructors لصالح شركة عالمية لتصنيع أشباه الموصلات، والتي تضمنت عمليات بيولوجية وغشائية متقدمة للمعالجة الشاملة لمياه الصرف وإعادة استخدامها. وتكون النفقات التشغيلية لأنظمة ZLD كاملة النطاق أعلى بكثير، إذ تتراوح عادةً بين $1.50–$3.00/m³، بسبب زيادة استهلاك الطاقة للمبخرات وأجهزة التبلور، وارتفاع استخدام المواد الكيميائية، ومتطلبات الصيانة الأكثر كثافة. وللمقارنة مع الأنظمة التقليدية، راجعوا المواصفات الهندسية لمعالجة مياه صرف الإلكترونيات الدقيقة.
تمثل تكاليف المواد الكيميائية جزءاً كبيراً من النفقات التشغيلية، خصوصاً بسبب ارتفاع أحمال الملوثات في مياه صرف الجيل الثالث. وتتراوح تكاليف الجير وكلوريد الحديديك المستخدمين في الترسيب بين $0.20–$0.50/m³، وفقاً لمعدلات الجرعات وأسعار السوق. وتضيف المواد المضادة للترسب، الضرورية لحماية أغشية RO من الترسّب الناتج عن الأملاح والغاليوم، مبلغاً إضافياً يتراوح بين $0.10–$0.30/m³. كما يمثل استبدال الأغشية تكلفة متكررة مهمة، تُقدر بين $50,000–$200,000 سنوياً لأنظمة RO داخل محطات ZLD. ويؤثر انسداد الغاليوم مباشرةً في عمر الأغشية، وقد يسرّع دورات الاستبدال إذا لم تُحسن المعالجة الأولية، مما يجعل المعالجة الأولية القوية حاسمة للتحكم في التكاليف طويلة الأجل. ولمزيد من التفاصيل حول اعتبارات تصميم ZLD لمصانع الرقائق، تتوفر معلومات إضافية.
| نوع النظام | نطاق CAPEX المعتاد | نطاق OPEX المعتاد (لكل m³ معالج) | محركات التكلفة الرئيسية | قابلية التوسع/المساحة |
|---|---|---|---|---|
| معياري (DAF + RO) | $2M – $5M | $0.50 – $1.00 | المواد الكيميائية، تنظيف الأغشية، الطاقة. | قابلية توسع عالية، ومساحة مدمجة. |
| محطة ZLD كاملة النطاق | $20M – $50M | $1.50 – $3.00 | الطاقة (التبخير/التبلور)، المواد الكيميائية، التخلص من الحمأة، استبدال الأغشية. | قابلية توسع منخفضة (استثمار أولي كبير)، ومساحة كبيرة. |
| التكاليف الكيميائية (الجير/FeCl₃) | مشمولة في CAPEX لأنظمة الجرعات | $0.20 – $0.50 | تركيز الملوثات، معدلات الجرعات، أسعار المواد الكيميائية في السوق. | لا ينطبق |
| المواد المضادة للترسب | مشمولة في CAPEX لأنظمة الجرعات | $0.10 – $0.30 | كيمياء المياه، نوع الغشاء، معدل الاسترداد. | لا ينطبق |
| استبدال الأغشية (RO) | لا ينطبق (تكلفة متكررة) | $50,000 – $200,000/year | شدة الانسداد (الغاليوم)، عمر الغشاء، حجم النظام. | لا ينطبق |
| التخلص من الحمأة (خطرة) | مشمولة في CAPEX لنزع المياه والتثبيت | $1,000 – $2,000/ton | حجم الحمأة، تصنيفها كنفايات خطرة، تكاليف التخلص الإقليمية. | لا ينطبق |
الأسئلة الشائعة
ما الفروقات الرئيسية بين معالجة مياه صرف السيليكون ومياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث؟
تتمثل الفروقات الرئيسية في الملوثات الموجودة وتركيزاتها. إذ تُدخل مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث (GaN, SiC, InGaN) الغاليوم والإنديوم والجسيمات النانوية من كربيد السيليكون، وهي ملوثات لا توجد عادةً في مياه صرف مصانع السيليكون. إضافةً إلى ذلك، تكون تركيزات الفلوريد في مصانع الجيل الثالث أعلى من نظيراتها في مصانع السيليكون بمقدار 5–10 مرات، وغالباً ما تتجاوز 5,000 mg/L، مما يتطلب معالجة أولية متخصصة وعمليات إزالة متعددة المراحل.
كيف نمنع انسداد الغاليوم في أنظمة MBR؟
لمنع انسداد الغاليوم في أنظمة MBR، من الضروري الحفاظ على درجة pH لمياه الصرف أقل من 7.5 للحد من تكوّن هيدروكسيدات الغاليوم غير القابلة للذوبان. كما يُعد تنفيذ دورات منتظمة للتنظيف الكيميائي في المكان (CIP) باستخدام حمض الستريك كل 7–14 يوماً فعالاً. ويمكن أن يؤدي تركيب مرحلة ترشيح أولي قوية قادرة على إزالة الجسيمات الأكبر من 50 μm إلى خفض حمل الجسيمات بدرجة كبيرة وحماية الأغشية من الانسداد الفيزيائي.
ما الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتحقيق ZLD في مصنع GaN؟
تتضمن الطريقة الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتحقيق ZLD في مصنع GaN عادةً الجمع بين التعويم بالهواء المذاب (DAF) لإزالة المواد الصلبة والمعادن الثقيلة مبدئياً، يليه التناضح العكسي (RO) لاسترداد المياه عالية النقاء، ثم مبخر لتركيز المحلول الملحي المرفوض من RO. ويستهدف هذا الإعداد استرداد المياه بنسبة 90%، مع إضافة جهاز تبلور فقط إذا تجاوزت تكاليف التخلص من الحمأة الخطرة $1,500/ton، بما يبرر النفقات الرأسمالية والتشغيلية الأعلى للتبلور الكامل.
هل توجد تقنيات ناشئة لمياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث؟
نعم، تُظهر عدة تقنيات ناشئة إمكانات واعدة لمياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث. ويحقق التخثير الكهربائي (EC) كفاءة عالية في إزالة الغاليوم، إذ تجاوزت كفاءته 95% في الاختبارات المختبرية من خلال تكوين رقائق مستقرة. كما يُعد التناضح الأمامي (FO) تقنية واعدة أخرى لتطبيقات ZLD، إذ يوفر استهلاكاً للطاقة أقل بنسبة تصل إلى 30% مقارنةً بأنظمة RO التقليدية بفضل عملية مدفوعة بالضغط الأسموزي، مما يقلل الاعتماد على مضخات الضغط العالي.
ما التصاريح التي نحتاج إليها لمحطة معالجة مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث في الصين؟
في الصين، يجب أن تمتثل محطة معالجة مياه صرف أشباه الموصلات من الجيل الثالث لعدة معايير وطنية. وتشمل المتطلبات الرئيسية المعيار GB 31573-2015 الخاص بحدود تصريف الفلوريد لصناعة أشباه الموصلات، والمعيار GB 8978-1996 الخاص بتصريف مياه الصرف العامة، والذي يغطي معايير مثل الزرنيخ. كما تُعد موافقة تقييم الأثر البيئي المحلي (EIA) إلزامية، ولا سيما لأنظمة ZLD أو المنشآت ذات التأثير البيئي الكبير، وتتطلب وثائق مفصلة والالتزام باللوائح البيئية الإقليمية والبلدية.
