TFT-LCD废水处理工艺的研究进展

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　　摘  要：针对TFT-LCD行业日常生产过程中会消耗大量的水资源，并且在处理废水的过程中采用传统的方式方法，综述了目前TFT-LCD行业中废水处理工艺的研究进展，分别详述了水解厌氧法、沉淀法、膜分离法与吸附法的处理工艺，并且分析对比了它们的优势与不足。指出：TFT-LCD行业中废水的处理一方面符合当下环保的要求，另一方面该废水中具有大量可回收的有价值资源;处理过程中，可依据废水的实际组分状态选择相应的处理工艺。
　　关键词：废水处理;沉淀法;膜分离法;吸附法
　　中图分类号：TQ085+.4      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）23-0112-02
　　Abstract： In view of the fact that a lot of water resources will be consumed in the daily production process of TFT-LCD industry， and the traditional ways and methods are adopted in the process of wastewater treatment， the research progress of wastewater treatment process in TFT-LCD industry is reviewed. The treatment processes of hydrolysis anaerobics， precipitation， membrane separation and adsorption were described in detail， and their advantages and disadvantages were analyzed and compared. It is pointed out that on the one hand， the treatment of wastewater in TFT-LCD industry meets the requirements of current environmental protection; on the other hand， there are a large number of recyclable valuable resources in the wastewater; in the process of treatment， the corresponding treatment process can be selected according to the actual composition of the wastewater.
　　Keywords： wastewater treatment; precipitation; membrane separation; adsorption
　　引言
　　当前我国电子行业发展迅猛，各种电子产品已成为人类生活中不可或缺的必需品，最具代表性的当属显示产品。薄膜晶体管液晶显示器（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display，简称TFT-LCD）作为一种新兴技术，将液晶显示技术与微电子技术相结合，给人带来全新的视觉体验与科技创新体验。为满足全球液晶面板市场的巨大需求，我国目前正在逐步建立更加完备更具创新型的面板生产线。TFT-LCD行业在生产过程中，势必会产生大量的工业废水，该废水如果没有进行妥善的处理，会对周围的环境乃至生态造成极大的危害，并且往往很多污染具有不可逆转性，恢复处理将会耗费更大的时间与精力。另一方面，该废水的妥善处理，可实现废水中有价值资源的回收再利用，这一行为既符合了当下环保的要求，又符合了发展循环经济的理念，意义重大[1]。
　　本文调研了目前TFT-LCD行业中处理工业废水的多种工艺，并且分析对比了它们的优势与不足，以期为TFT-LCD制造行业进行工业废水处理时提供参考。
　　1 TFT-LCD废水的主要处理工艺
　　为了实现TFT-LCD废水的无害化处理与合理性利用，研究人员开发出了多种处理廢水的处理工艺，如水解厌氧法、沉淀法、膜分离法与吸附法等。
　　1.1 水解厌氧法
　　TFT-LCD废水主要分为三种类型，即酸碱无机废水，含氟废水和有机废水[2]。根据生产线工艺条件不同而产生不同的废水，其处理工艺相应发生变化。一般性有机废水中含有氮元素，氮元素在厌氧条件下分解为氨氮，形成初步分解，提高了其生化性。其原理是有机溶液中难以降解的大分子物质通过菌类（如水解菌、产酸菌）所释放的酶类发生生物催化，分子链发生断链与水溶，环状大分子发生开环与断环等，此时大分子物质即成功转化为小分子物质，易降解程度明显提高，为后续的进一步去除提供了便利。
　　丁淳怡等[2]提出水解厌氧工艺应首先考虑到水解厌氧池的优化设计，应保证有效水深可以达到6.0m，水解时间9.0hour为宜。为解决传统升流式水池对进水量变化适应性差的特点，加装了潜水推进器，其推流作用可将水与池内溶液进行充分混合，为水解提供了充分的条件。
　　1.2 沉淀法
　　沉淀法即所投物料与预期去除物质发生共沉淀，达到去除的目的。众所周知，TFT-LCD废水的成分多比较复杂，各种有机成分与无机成分共存，单纯采用沉淀法显然已无法满足处理要求，需要与其它试剂协同作用[3，4]，常见试剂如Fenton试剂。
　　Yu-Jen Shih等[5]利用Fenton试剂有效去除约95%的有机物后，结合化学沉淀法对金属Ni2+进行沉淀反应，去除率高达99.9%。 　　Prabir Ghosh等[6]对Fenton试剂进行改性，形成电-芬顿试剂后，对废水中的COD去除率达到约80%，结合沉淀法对Zn2+的去除率高达约99%。
　　1.3 膜分离法
　　膜分离技术出现于20世纪初，至20世纪60年代最早开始应用于海水淡化，从此膜分离技术开始迅速兴起。其原理是不同粒径的分子混合物在通过半透膜时，根据膜的选择透过性，实现目标物质的分离。
　　EvinaKatsou等[7]采用膜分离技术对废水中的Zn2+进行分离去除，去除率为38%～78%;通过进一步研究Zn2+的特性，向废水中加入矿物质，使矿物质对Zn2+发生选择性吸附，去除率达到90%以上。
　　1.4 吸附法
　　吸附法是利用多孔性物质（吸附剂）對废水中的一种或多种组分（吸附质）进行吸附，再以适当的方式对吸附剂进行解吸，如吸附剂的高温水浴，酸系或碱系溶液浸出，超声波震荡或吹气等，由此达到吸附质分离和富集的目的。
　　FlavianeVilela Pereira等[8]采用乙二胺四乙酸二酐（EDTAD）对木屑和甘蔗渣进行改性，使木质素和EDTA发生酯化反应，引入羧基和氨基官能团，提高其与金属离子Zn2+形成复合物的能力，Zn2+去除率高达90%。
　　陈志勇等[9]采用多细胞藻海带对金属离子Cu2+和Ni2+进行吸附研究，最佳条件下，去除率达到95.17%和97.23%;同时，研究得出微生物菌体对金属离子Cd2+具有很好的吸附能力，且解吸率较高，脱附后的微生物菌体可实现重复利用。
　　2 处理工艺对比分析
　　如上所述，TFT-LCD废水成分复杂，与化工废水类似，处理难度较大。水解厌氧法作为一种资源节约型，环境友好型废水处理工艺，可实现作业过程中不引入其它物质，实现厌氧环境降解功能，具有很好的实践意义。由于我国幅员辽阔，各个地区对于废水处理的应用实践存在差异，很难保证处理过程中的其它副产物（未完全降解的小分子）对生态环境是否具有永久友好性。因此该项工艺的推广还需做进一步的技术研究。
　　沉淀法处理所得产物纯度较高，且一般结晶性较好，成分可控度高，处理工艺简单等，但该方法一般只适用于低浓度金属离子的处理，一旦成分复杂且浓度较高，均需要配合其它方法使用，且不同的沉淀剂对同一种金属离子进行沉淀时通常具有对环境体系的选择性。
　　由于具有高去除率、低能耗、低污染等优点，使得膜分离法被广泛应用于重金属离子废水的处理。C Blocher等[10]采用膜分离法、浮选法、吸附法组合工艺，成功将废水中的沸石和金属离子去除，去除率均接近100%。但是膜分离法始终面临着膜污染的问题，这大大降低了该工艺的处理能效，因此，研究新型膜材料或对现有膜层进行表面修饰或改性以减少膜面污染是今后需要研究的方向。
　　吸附法多用于水质净化，金属离子回收，目前，吸附剂已不再局限于常见的活性炭、沸石、树脂等工业产品，经研究，大量的生活废弃物（如木屑、甘蔗渣、花生壳、椰子壳、废茶叶等）同样具有很好的吸附性能，且具备优良吸附剂的多种特性。已有报道表明，吸附法处理重金属离子废水已不再限定于低浓度的废水体系[11，12]，对于高浓度金属离子废水仍然具有很强的去除能力，且抗共存离子干扰性较强。但是吸附法目前还多停留于实验室研究阶段，实现工业化仍需做进一步的研究。
　　3 结束语
　　TFT-LCD行业所产生的废水体量大，成分复杂，该废水会对环境乃至生态造成极大的危害，对其进行妥善处理已成为当务之急。各种处理工艺中，水解厌氧法可实现废水中大分子有机物的降解，可应用于废水处理的前期阶段;沉淀法可控度高，处理工艺简单，可操作性强;膜分离法能耗低，去除率高，低污染等，具备了处理工艺中的诸多优势，但是其膜污染问题仍需做进一步研究;吸附法操作简便，设备简单，无二次污染，且吸附剂来源范围广。实际应用过程中，可视废水情况灵活应用处理，如废水中含有重金属离子与各种有机物，可优先尝试水解厌氧法，随后可采用沉淀法或吸附法;大多数吸附剂对于溶液体系的pH，共存离子，浓度等具有选择性，可视具体情况而定。
　　参考文献：
　　[1]汪源源.废液晶显示面板的资源环境问题与对策[J].上海节能，2018（10）.
　　[2]丁淳怡，李勇.TFT-LCD电子废水处理中对水解厌氧工艺的应用实践[J].资源节约与环保，2017（5）.
　　[3]鲁金凤，石紫龙，高令杰，等.电子垃圾废水处理工艺最新研究进展[J].水处理技术，2016（3）.
　　[4]于东辉.TFT-LCD行业无机废水处理工艺技术的改进研究[J].资源信息与工程，2017（32）.
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　　[6]Ghosh P， Samanta A N， Ray S. Reduction of COD and removal of Zn2+ from rayon industry wastewater by combined electro-Fentontreatment and chemical precipitation[J].Desalination，2011，266（1-3）：213-217.
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　　[8]Pereira F V， Gurgel L V， GilL F. Removal of Zn2+ from aqueoussingle metal solutions and electroplating wastewater with woodsawdust and sugarcane bagasse modified with EDTA dianhydride（EDTAD）[J].Journal of Hazardous Materials，2010，176 （1-3）：856-863.
　　[9]陈志勇，李德周，孙俊永，等.多细胞藻海带对Cu2+、Ni2+的吸附性能研究[J].信阳师范学院学报（自然科学版），2003，16（4）.
　　[10]Blocher C， Dorda J， Mavrov V， et al. Hybrid flotation-membranefiltration process for the removal of heavy metal ions fromwastewater[J].Water Research，2003，37（16）：4018-4026.
　　[11]李华琳，雒敏婷，张红玲，等.介孔Cr（OH）3的制备及其对钒（V）离子的吸附性能[J].化工学报，2016，67（12）.
　　[12]Li P， ZHeng S L， Qing P H， et al. The vanadate adsorption on amesoporousboehmite and its cleaner production application ofchromate[J]. Green Chemistry，2014，16（9）：4214-4222.
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