ÁLTALÁNOS KÉRDÉSEK
1.6 3.1
Víztakarékos tervezés félvezetőüzemekben Tárgyszavak: félvezetőgyártás; víztakarékosság; nagy tisztaságú technológia.
A technológiai víz másodlagos hasznosítása mind nagyobb jelentőségre tesz szert a mikroelektronikai iparban, amire a rohamosan növekvő beruházási költségek, a települési infrastruktúra fokozódó leterheltsége, a környezetvédelmi előírásoknak való megfelelés, a viszonylag fiatal és gyorsan változó iparág számára rendelkezésre álló korlátozott erőforrások, nemkülönben az új, nagyobb kapacitású és korszerűbb eszközökkel felszerelt félvezetőgyárak gyorsabb felépítésére törekvés egyaránt kényszerít. Az új és a meglévő létesítmények tervezése során érvényesített, a meglévő technológiai eljárásokkal is megoldható másodlagos vízhasznosítás a közszolgáltató infrastruktúra terhelésének mérséklése mellett is lehetőséget ad a mikroelektronikai ipar vizszükségleteinek jövőbeni kielégítésére. Az ennek eredményeként csökkenő üzemeltetési költségek, a szennyvízkibocsátás mérséklése és a távozó szennyvíz minőségének javulása (veszélyességének csökkenése) egyaránt előtérbe állítják a nagyüzemi félvezetőgyártásban megvalósítható víztakarékos termelés kérdését.
A másodlagos vízhasznosítás előnyei Egy félvezetőüzem sokféleképpen okoz „fejfájást” közvetlen környezete és a neki helyet adó település számára: mérgező anyagok juthatnak a talajvízbe vagy – egy esetleges közlekedési baleset kapcsán – a levegőbe is, és a rendkívül vízigényes technológia erősen megterheli a körzet szennyvízkezelő kapacitásait. Emiatt, és számos más veszéllyel összefüggésben, a közvélemény manapság kritikus szemmel ítéli meg egy félvezetőgyár telepítését és működését, de hasonlóképpen járnak el a környezetvédelmi hatóságok is. A települési tisztítókba bocsátott szennyvíz mennyiségének csökkenése/a má-
sodlagos vízhasznosítás ezért fontos költségcsökkentési lehetőség, valamint alkalom is arra, hogy az adott létesítmény – környezetkímélő működésről téve tanúbizonyságot – ezzel is javíthassa megítélését és növelhesse versenyképességét. Emellett, az ipari szennyvizek másodlagos hasznosítása olyan vízben szegény körzetekben is lehetővé teszi korszerű technológiákkal működő új mikroelektronikai üzemek telepítését, mint például a „Szilícium sivatag” KözépArizonában, ahol egyébként rendelkezésre áll a szükséges képzettségű munkaerő és a korszerű közlekedési hálózat is. Márpedig – egy 1997-ben készült tanulmány szerint – a 2000–2003-as időszakban felépíteni tervezett félvezetőüzemek már 300 mm-es szilíciumlapkák és 0,18–0,13 µm-es legkisebb áramköri geometriai mérettel fognak dolgozni, ami e létesítmények várható beruházási költségét 4 Mrd USD-ra emeli. E költségrobbanás is arra készteti a tervezőket, hogy a költségemelkedés lassítása szempontjából kritikus elemzésnek vessék alá a félvezető-technológia többszáz rendszere – köztük a technológiai vízellátás – költségcsökkentési lehetőségeit. Hogy mily jelentős vízmennyiségről van itt szó, azt jól szemlélteti, hogy az egyik nagy félvezetőgyártó cég – az Intel Corporation – 1996-ban világszerte működő létesítményeiben egy nap közel 50 M liter vizet használt fel, ami egyenértékű az USA délnyugati területén működő 20 golfpálya öntözővízigényével. Összeségében az ország vízfelhasználásának közel 6%-a az ipar tevékenységéhez fűződik, ezen belül a mind újabb technológiai eljárásokat bevezető félvezetőgyártás vízigénye különösen gyorsan nő – az Intelnél például 1995-ről 1996-ra napi 42 M l-ről 50 M l-re, ami közel 20%-os éves növekedés. Évi 360 munkanapból kiindulva (számos technológia 24 órán át üzemel) a cég 1996-ban mintegy 18 M m3 vizet használt fel.
A vízfelhasználás és a kibocsátott szennyvíz csökkentése A mind szigorúbb ivóvízminőségi követelményeket kielégítő vízforrásoknak a bővülő igényeknek megfelelő biztosítása növekvő költséget jelent, az ipari felhasználóknak üzleti döntéseik kapcsán a források egységnyi bővítése és az üzemi technológia módosítása közismerten magas fajlagos költségeit kell egybevetniük. Első látásra úgy tűnhet, hogy a vízforrások egységnyi költségei messze elmaradnak egy nagy félvezetőgyár infrastruktúrájának sokmillió dolláros ráfordításaitól. Idővel azonban a vízkészletek iránti csökkenő igények és a kibocsátott szennyvíz kisebb mennyiségben szükséges csővégi kezeléséből származó megtakarítás együttes összege meg is haladhatja a víztakarékos módszerek bevezetésének költségeit. A kaliforniai San Joseban működő AMD (Advanced Micro Devices) esetében például az éves vízfelhasználás 780 E m3-rel való csökkentése 1990-es árfolyamon 50 000 USD-t igényelt, de ez a befektetés már 7 hónap alatt meg is térült, míg ugyanilyen befektetés az
International Electronics Productsnál évi 68 000 m3-es vízmennyiség-csökkentés mellett 3 év alatt térült meg. Az impozáns megtérülés mellett az is látható, hogy a vízkezelő/felhasználó rendszerek korszerűsítésének általános gazdasági hatékonysága jelentős mértékben függ az adott üzem megfelelő rendszereinek konkrét jellemzőitől. Az USA-ban a feldolgozóiparban és a bányászatban felhasznált, közszolgáltató rendszerekből, felszíni forrásokból származó és a kutakban felszínre hozott talajvíz éves mennyisége az 1985 és 1990 közötti ötéves időszakban összességében 13%-kal mérséklődött, miközben a bányászat termelése 24%kal bővült, ami arra utal, hogy ebben az ágazatban a fajlagos vízfelhasználás csökkenése 13%-nál jóval nagyobb mértékű volt. Ami a félvezetőipart illeti, a félvezető lapkák kezelésével járó vízöblítéses eljárások fejlesztésével számottevő mértékben csökkent a közszolgáltató rendszerekből származó vízből előállított ionmentes víz felhasználása, és lényegesen javult a kibocsátott szennyvizek minősége is (már kisebb mértékben fenyegetik korrózióval a szennyvízelvezető hálózatot). A megtakarítások különösen akkor jelentősek, ha az adott technológiában gyakori a vízöblítés. Amikor például a Santa Claraban található AMD gyárban a 80’-as évek végén az ioncserélt víz másodlagos felhasználását eredményező fejlesztéseket hajtottak végre, ioncserélt vízből másodpercenként 18 l-ről 12 l-re csökkent a felhasználás, egy napra vetítve a csökkenés már 4400–6500 m3 volt. Az Intel pedig saját technológiája korszerűsítése mellett maga is részt vett az általa használt technológiai berendezéseknek a gyártóknál történő fejlesztésében, ami átlagos üzemméret mellett 50%-os (napi 1100 m3-es) vízmegtakarítást eredményezett. A kielégítő paraméterekkel távozó technológiai víz újrafelhasználására elsősorban a vízminőség iránt nem annyira érzékeny helyeken van lehetőség: mosdókban, WC-k öblítésénél és – amennyiben minősége megfelel a szigorú szövetségi és helyi előírásoknak – nem mezőgazdasági célú öntözésre is. Ami a félvezető-technológiákban való újrafelhasználást illeti, a félvezetőgyárak termékeik megfelelő minőségének biztosítása érdekében többnyire tartózkodnak ettől – noha az ezzel összefüggő minőségromlást adatokkal még nem sikerült igazolni. Kibocsátáscsökkentés, „zéró” környezetszennyezés A megoldás azonban a megelőzés – a keletkező szennyvíz mennyiségének a minimálisra csökkentése, illetve gyakorlatilag teljes kiküszöbölése, ami – az EPA szakértői szerint – a szennyvízkezelési, fajlagos nyersanyag-felhasználási és a kármentesítési költségek csökkenése mellett a cég kedvezőbb arculata és ennek köszönhetően különböző működési engedélyeinek kisebb ráfordítással történő beszerzése révén is a hatékonyságot javító tényező. Az esetleges újrahasznosításra lehetőséget adó technológia kialakítása során
számításba kell venni a szennyvízáram mennyiségét és összetételét, a benne található vegyületek halmazállapotát, valamint az alapvető szerves, biológiai eredetű és szervetlen összetevők fő kémiai jellemzőit is. E tényezők alapján az alábbi alapvető víztisztítási eljárások alkalmazhatók. • Szűrés A szűrés a lebegő szilárd anyagok, olaj és viszonylag kis mennyiségben jelen levő zsiradékok előzetes eltávolítására, illetve a már megtisztított szennyvíznek a létesítményből történő kibocsátása vagy újrafelhasználása előtti végső kezelésére használatos eljárás. Szűrőközegként szemcsés anyagok, szűrőbetétek, membránok, illetve különleges aktív bevonatokkal ellátott szűrők használatosak. Segítségükkel a lebegő szilárd anyagok 90–99%-a eltávolítható. A szűrés fajlagos költsége 1998. évi adatok szerint a szennyvíz összetételétől függően 1000 m3-enként 6–30 USD. • Abszorpció A szenes abszorpció során az előszűrt vizet az adott szennyező anyagok iránt affinitást mutató elnyelő közeget (például aktív szenet) tartalmazó készüléken vezetik át. Ezzel a módszerrel a vízben oldódó szerves anyagok több mint 90%-a eltávolítható, a folyamat biokémiai és kémiai oxigénigénye pedig 30–60%-kal mérsékelhető. Mivel a szén idővel szennyező anyagokkal telítődik, időközönként regenerálására van szükség. Az eljárás fajlagos költsége 1998. évi adatok szerint a szennyvíz összetételétől függően 1000 m3-enként 20–286 USD. • Ioncsere Az ioncserés eljárás során egy nem oldható szilárd ioncserélő gyanta és a vele érintkezésbe kerülő folyadék között megfordítható reakció keretében ioncserére kerül sor. Ezt a módszert általában a már előkezelt szennyvízben kisebb mennyiségekben, oldott állapotban található szervetlen ionvegyületek, valamint telített szerves szénvegyületek eltávolítására és KOI csökkentésére alkalmazzák. Segítségével a szervetlen anyagok többnyire 90%-nál nagyobb mértékben, a szerves összetevők pedig 20–80%-ig eltávolíthatók. Bár az ioncsere energiaigénye csekély, az ioncserélő gyanta regenerálása során jelentős mennyiségű szennyvíz képződik. Fajlagos költsége 1998. évi adatok szerint a szennyvíz összetételétől függően 1000 m3-enként 70–286 USD. • Membránok A membrános eljárások során a szennyezett vizet megfelelő nyomáson félig áteresztő membránon bocsátják át. Segítségével különösen oldott és kol-
loid állapotban található, 0,0001–1 µm-es részecskék távolíthatók el hatékonyan. A membrános eljárás lehet mikrofilteres, ultrafilteres, fordított ozmózison alapuló és diffúziós leválasztás, amelyek kisebb mértékben térnek el egymástól, és mindegyikük különösen meghatározott területeken – elsősorban a kisméretű részecskék eltávolításában – hatásos. Jellemzőjük, hogy a lebegő részecskék miatt a szűrők eltömődnek, ezért karbantartást, a vízkőképződés megakadályozását és megfelelő pH-értéket igényelnek Fajlagos költségük 1998. évi adatok szerint a szennyvíz összetételétől függően 1000 m3-enként 9–570 USD. A fent említett technológiák technikai és gazdaságossági jellemzőik alapján értékelhetők. Az előállított víz újrahasznosíthatósága szempontjából a belépő hálózati víz előkezelési költségei mellett számításba kell venni a szennyvízkezelés és a környezetvédelmi felelősségnek való megfelelés költségeit, nemkülönben a tisztított víz újrafelhasználásával kapcsolatos beruházásokat és működési költségeket is. A fent említett költségadatok a berendezések teljes életciklusára vonatkoznak, tartalmazzák a beruházási ráfordítások mellett a felhasznált vegyi anyagok és energia költségeit is.
Víz-újrahasznosító rendszer tervezése egy nagy félvezetőüzem számára Egy félvezető eszközöket kibocsátó gyár infrastruktúrájának tervezését mindenkor az adott technológiai „recept” – a technológiai lépések és eszközök szükséges kombinációja, valamint a szükséges nagy tisztaságú vegyi anyagok és gázok mennyisége – határozza meg. Piaci megfontolásokból azonban gyakran a félvezetőgyár tervezését még a technológia kialakítása előtt meg kell kezdeni. Ilyenkor a víz újrahasznosítását szolgáló rendszer tervezői egy már ismert technológiai eljárást vesznek alapul, és bizonyos feltételezésekkel élnek a kapacitásértékeket és a konkrét félvezető eszközöket illetően, amelyeket aztán a tervezés későbbi fázisában pontosítanak. Nem ritka eset, hogy a későbbi jelentős megtakarításokat eredményező megoldások alkalmazását a rendelkezésre álló beruházási keret korlátozza. A közölt folyamatábra (1. ábra) általános jellegű, nem kötődik egyetlen konkrét technológiához sem, de erre támaszkodva kielégítő kalkuláció készíthető a létesítendő víz-újrahasznosító rendszer várható létesítési költségeit illetően – kellő szintű elméleti újrahasznosítási hatékonyságot véve alapul. A felhasznált, a szennyvízbe kerülő és a visszanyert vízmennyiségek becslésére számos kiindulási feltételt kell érvényesíteni az egyes technológiai egységek hatékonyságát illetően. Számos vízöblítéses eljárást alkalmazó nagy félvezetőgyárról szó, a feltételezett másodpercenkénti vízfogyasztás magas fokon tisztított vízből (a hűtőtornyok, a tisztítók és az ivóvíz fogyasztása nélkül) előzetesen másodpercen-
ként 50 l/s-ra becsülhető. A feltételezés szerint az évi 365 napon át, napi 24 órában üzemelő gyár a települési hálózatból előtisztítást nem igénylő vizet kap. A fordított ozmózisos tisztítást két lépésben, először 75%-os, utána pedig 95%-os hatékonysággal vették figyelembe, az ultratisztításnál (ultrapure water production – UPW) 5%-os maradékkal számoltak, az UPW-rendszer öblítésénél pedig 50%-os újrahasznosítással. Ez utóbbi esetben abból indultak ki, hogy a rendszer átöblítése során csak az első adag öblítővíz tartalmaz az elfogadhatónál nagyobb mennyiségben szennyeződést, a másodikat már vissza lehet irányítani a rendszer bemenetére, ahol a szokásos kezelést kapja. Tekintettel arra, hogy az üzemi technológiában az ioncserélt víz szennyeződéseit folyamatosan leválasztják és elvezetik, ebből a vízből 70%-os lehet a kalkulált újrahasznosítás. Általában már a félvezető lapkák második ioncserélt vizes öblítése után újrahasznosítható víz keletkezik – feltéve, hogy fajlagos vezetőképessége és összes szerves szén (TOC) mennyiség megfelelő. Egy nagy félvezetőgyárban a fennmaradó 30%-ból mintegy 80%-nyi ioncserélt víz megfelelő kezelés mellett újrahasznosítható. Az ezt szolgáló, ipari tisztaságú szűrést/tisztítást biztosító elemekből összeállított rendszer hasonlít az UPWrendszerhez, de nem annyira drága. A gyártástechnológia tisztázásának előrehaladtával világosabb lesz a kép a rendszer egyes elemeinek működési paraméterei tekintetében is. Véglegesítésük során rendszerint fontos szerepet kap az UPW berendezések szállítója is, mivel a félvezető-technológiában használt víz már annyira tiszta, hogy tisztaságának további növelése csak a tisztítási technológia továbbfejlesztésével lehetséges. A víztisztaság mértékét gyakran az adott félvezető eszközök legkisebb mérete (vonalvastagsága) határozza meg. Amennyiben e követelményt túlteljesítik, nőnek a beruházási és üzemeltetési költségek, a rendszer túl nagy üzemi területet foglal el, és szükségtelenül nyúlnak az építkezés határidői is, ezért fontos pontosan megállapítani a szükséges vízminőséget. A felhasznált berendezések, csövek és szelepek minőségét a vízelosztó rendszerben elfoglalt helyük szabja meg. Ebből a szempontból közvetlen és utólagos vízfelhasználási és újrahasznosított szakaszokat különböztetnek meg. Közvetlen felhasználás esetén a városi vizet az elosztórendszer tárolja és továbbítja ipari vagy ivóvízként. Ide tartoznak az újrahasznosításra kerülő vizet elvezető szelvények is – mindenütt megfelelő, ipari tisztaságú anyagokból készült tartályokkal, belső bevonatokkal, csövekkel és szelepekkel. Csövek esetében például használnak PVC-t, rezet, lágyvasat, rozsdamentes acélt, szálerősített műanyagokat és gumit is. A szűrő- és a technológiai zónába kerülő vizet nagy tisztaságúvá alakítják. Az UPW-rendszer kimenetén a víz csak nagy tisztaságú, szennyeződésektől mentes elemekkel érintkezik. A tartályok belsejét általában etilén/klórtrifluor-etilén bevonattal látják el, a szivattyúk pedig nagy tisztaságú rozsdamentes acélból készülnek. A szennyeződés elfogadható mennyiségét a víz
végső rendeltetése határozza meg. A rendszer ezen részében ipari tisztaságú és klórozott PVC, polipropilén, szénacél és rozsdamentes acél csövek használatosak. Az újrahasznosított vizet kezelő szakaszokban is többnyire ugyanilyen elemeket alkalmaznak, de csak szokásos ipari minőségben.
Egy félvezető nagyüzem tipikus jellemzői Az AMD, az IBM, az Intel, a Motorola és más hasonló félvezetőipari nagyvállalatok többnyire széles körben használatos integrált áramköröket gyártanak. Mindezen gyártóbázisokra az igen nagy méretű tisztaszobás technológiák, kiterjedt és sokrétű technológiai eszköztár és sokféle nedves technológiai lépés a jellemző. E cégek általában rendelkeznek a jövőbeni költségek megtakarítását eredményező beruházásokhoz szükséges forrásokkal. Mivel hulladékaikat keletkezésüket követően azonnal elkülönítik az adott technológiai berendezéstől, minden egyes hulladékfajta komplex kezelésére nyílik így lehetőség. Az újrahasznosított víz mellett rendszerint a nagy tisztaságú vizet is helyben állítják elő. Az alábbiak, az 1. ábrán látható számjelöléseknek megfelelően röviden jellemzik egy „átlagos” nagyüzemi technológiai rendszer vízkezelési technológiáját: (1) A települési forrásokból ivóvíz és ipari víz érkezik a gyárba. A vízforrások esetleges beszennyeződésének kiküszöböléséhez megfelelő visszafolyásgátló megoldásokra van szükség. A beérkező települési víz fogadására szolgáló tartály méreteit a várható technológiai vízfogyasztás és a biztonsági tartalékolás alapján állapítják meg. (2) A mosdókat kiszolgáló visszanyert vizet befogadó tartály (2A) vizét a közszolgáltató vezetékből egészítik ki, míg a WC-k öblítésére külön tartály (2B) szolgál. Bármely túlfolyás megfelelő gyűjtőtartályon keresztül a szennyvíztisztítóba kerül. (3) A mosogatók, melegítőkonyhák és más, ivóvizet igénylő felhasználók is az ivóvíztartályból kapnak vizet. A kifolyó víz tőlük is a szennyvíztisztítóba (4) kerül. (5) Az ipari célokra beérkező külső vizet a keverőtartályban (6) több más forrásból érkező vízzel elegyítik, ahonnan a nagy tisztaságú vizet előállító egységhez jut (7). A kevert víz a víztisztító/hűtőtorony keverőtartályába kerül a készletek kiegészítése céljából. (8) A kombinált és az aktív szenes szűrők által visszatartott elegyet részben újrahasznosításra a kevert víz tartályába irányítják. (9) A fordított ozmózisos másodszűrési maradék víz is a hűtőtoronyba stb. vezethető, míg a visszanyert UPW minőségű víz (10) visszavezethető a bemeneti keverőtartályba.
(11) A kombinált és az aktív szenes szűrésből visszamaradt szennyezett frakció a szennyvíztisztítóba kerül, mivel nagyfokú szennyezettsége miatt további tisztítása már nem lenne gazdaságos (12). Hasonló okokból a betétes szűrők maradék vize is a szennyvíztisztítóban köt ki (13). A fordított ozmózissal az első fázisban kiszűrt víz WC-öblítésre még alkalmas (14). Az UPW minőségű vizet szétosztják a gyár technológiai felhasználói között. (15) A technológiai szennyvizeket külön-külön a megfelelő tisztítóegységekbe vezetik. Az újrahasznosításra alkalmas (oldott szilárdanyag-tartalma <500 mg/l) üzemi öblítővizeket újra ionmentesítésre irányítják – ezt a készletet főként második és kiegészítő öblítéseknél használják fel. A fajlagos vezetőképessége és összes szerves szén (TOC) mennyisége alapján megfelelő víz (16A) is a bemeneti keverőtartályba kerül, a többit pedig a hűtőtartályba vezetik. (17) A fluoridot és nehézfémeket tartalmazó szennyvizeket külön kezelik (17A). A félvezető lemezek darabolás előtti méretbeállító csiszolása után keletkező folyadékkal együtt a fluoridok eltávolítása után visszanyert savas vizet a pH-beállító tartályokba vezetik, és újrahasznosítás előtt semlegesítik. A háttértisztítókban visszanyert vizet az újrahasznosítandó víz kezelőjébe (17C) továbbítják. A nem használható szilárd és folyékony szennyeződéseket öszszegyűjtik és az üzemen kívüli kezelésre továbbítják. (18) A technológiai folyamatokban használt szokásos savakat tartalmazó vizet a pH-beállító tartályokba vezetik (19) – az itt kezelt, újrahasznosítható vizet külön tartályban (20) tárolják. (21) Az újrahasznosításra visszanyert víz a rendszer elején található keverőtartályba kerül, mérsékelve a hálózati víz felhasználását (22). A komplex és az aktív szenes szűrésből visszamaradt szennyezett víz a fent említett gazdaságossági megfontolásból a szennyvíztisztítóba kerül. (23) A fordított ozmózis után visszamaradt víz a víztisztító/hűtőtorony keverőtartályába kerül (24). A kimenő vizet kezelő tisztítók az innen származó vizet használják (25). A tisztítókból lefúvatott víz a pH-beállító tartályokban kap kezelést (26). A vízzel hűtő tornyok a hűtővizet szintén a víztisztító/hűtőtorony keverőtartályából kapják. (27) A felhasznált vegyszerek mennyiségének a minimálisra csökkentése és a hűtőtorony általános hatékonyságának javítása érdekében a hűtőtoronyhoz elágazó vezetékbe ózont adagolnak (28). A hűtőtoronyból lefúvatott víz a szennyvíztisztítóba kerül (29). A kiömlő vízáramok egy csatornába kerülnek, ahol ezt a vizet a települési szennyvíztisztítóba engedése előtt mintavételes ellenőrzésnek vetik alá.
ivóvíz
1
vízmérő
ipari víz
visszafolyás megelőzése
kombinált szűrő/ aktív szén
5 WC-kben települési hasznosítvíz ható öblítő- tárolása víz elegyítő tartály
visszanyert ioncserélt víz
9
6
7 25
13 12
szűrés/ nagy tisztaságú víz
11
kombinált/aktív szenes szűrés maradéka
10
kimenő víz tisztítása
14
16
16A
15
16A
technovissza a tisztítóhoz (hűtőto- lógiai ronyhoz) keverőtartályhoz berendezés
technológiai berendezés
technológiai berendezés
23 visszanyert víz 24 26 víztisztító/ hűtőtorony keverőtartály
kipárolgás
1. fordított ozmózisos szűrés maradéka betétes szűrés maradéka
2.fordított ozmózisos szűrés maradéka
gyártás
2B
8 szűrési maradék
víztisztító lefúvatása
2 2A
UPW-gyártás
WC-kből távozó szennyvíz
WC-k
párolgás
települési vízellátás
3
4
17
17C 17B
fluoridos kezelés
utókezelés
kombinált szűrő/aktív szén
18
pH-beállítás
21 újrahasznosítható víz tárolása visszafolyás
17A
generátorsavak
egyéb hulladék kezelése/gyűjtés
hűtőtorony
28
27
ózonbefúvatás
19 túlfolyás/lefúvatás
20
visszanyert víz kezelése
fordított ozmozisos szűrés maradéka a tisztítóba/hűtőtoronyba 23
WC-k szennyvize a tisztítóba
hűtőspirálok
hűtőkígyó(k)
22 csatorna
4 mérő
29
közszolgálati szennyvíztisztító
1. ábra Egy nagy félvezetőüzem víz-újrahasznosító rendszerének sémája Teljes éven át, megszakítás nélkül tartó üzemelés mellett a fent ismertetett rendszer általános hatékonyságának értékeléséhez 50 l/s sebességgel áramló UPW-minőségű vízből indultak ki (ebből a szempontból az egyéb fel-
használások nem játszanak számottevő szerepet). Ebből a mennyiségből mintegy 25 l/s újrahasznosítható, további 2,5 l/s-ot a víztisztító/hűtőtorony keverőtartályában tudnak felhasználni. Amennyiben az első áteresztésű fordított ozmózisos tisztítás utáni vizet is 100%-ig hasznosíthatnák, úgy maximálisan az eredetileg bevitt mennyiség 96%-át lehetne újrafelhasználni, ami éves szinten közel 1,2 M USD-s megtakarítást eredményezne. E megtakarítás a vízfogyasztás és a kezelendő szennyvíz mennyiségének csökkenéséből adódik. Ami a rendszertartalékokat és a biztonsági intézkedéseket illeti, itt a felmerülő kockázatokat és a várható megtérülést kell egybevetni, a termelés esetleges leállása miatti veszteség ugyanis gyorsan meghaladhatja a biztonsági ráfordítások értékét. A fent leírt üzemi vízkezelő rendszerben az alábbi rendszertartalékokat vették figyelembe: – a települési hálózatból kapott vizet tartalékoló tartály a szolgáltatás kiesése vagy vízminőségi problémák esetén több napon át képes vizet adni. A beérkező víz minőségét rendszeresen ellenőrzik; – Az 1. ábrán szereplő szivattyúk mindegyikénél alkalmazni lehet egy tartalék egységet is, amely megkönnyíti a szivattyúk tervszerű karbantartását és rendkívüli esetekben szükséges javítását; – mindegyik tárolótartálynál létesíthető egy vészhelyzet esetén használható elágazás, amelyen a bekerült szennyező anyagok közvetlenül a szennyvíztisztítóba juttathatók.
Összefoglalás Megállapítható, hogy a fent leírt rendszer és a félvezetőgyárban előreláthatólag szükséges nagy tisztaságú víz mennyiségének becslése segítségével ésszerű következtetések vonhatók le arról, hogy milyen szerepet tölthet be a másodlagos vízfelhasználás az üzem éves fogyasztásában, illetve a szennyvíztisztítók terhelésében. Amennyiben ismert az üzemnek helyet adó körzetre vonatkozóan a hálózati víz és szennyvíz kezelésének költsége, úgy megfelelő becslés készíthető arra vonatkozóan, hogy a másodlagos vízhasznosításhoz szükséges beruházások miként befolyásolják az üzem működési költségeit. A másodlagos vízhasznosítás széles körben alkalmazható reális, költséghatékony megoldás lehet – mind új, mind már működő félvezető üzemek esetében. A tárgyalt módszerrel már az adott félvezetőüzem tervezésének/átalakításának korai fázisában megállapíthatók az újrahasznosítás költségmegtakarításokhoz vezető előnyei. (Dr. Balog Károly) Chasey, A. D.; Striffler, E. A.: Planning for water reclamation in a semiconductor fabrication facility. = Journal of American Water Works Association, 94. k. 7. sz. 2002. p. 106–114. Bagajewicz, M.; Rodera, H.; Savelski, M.: Energy efficient water utilization systems in process plants. = Computers and Chemical Engineering, 26. k. 1. sz. 2002. jan. 15. p. 59–79.
