申请日2013.04.27
公开(公告)日2014.05.07
IPC分类号C02F1/58
摘要
本发明提供一种废水处理方法及其设备，所述方法用以处理包含有硫酸与过氧化氢的一种酸性废水，其包括下列步骤。首先，将碱性溶剂加入酸性废水中，以与硫酸反应而形成包含有硫酸化合物以及过氧化氢的产物。接着，再利用催化剂去除产物中的过氧化氢。然后，将产物分离为低浓度废水以及硫酸化合物，以回收硫酸化合物。另外，本发明亦提供一种废水处理设备。形成于反应槽中的产物会被注入沉淀过滤槽中，过氧化氢会在其中通过过滤器并与催化剂反应而被去除，而包含有硫酸化合物的微粒则会在其中沉淀于底部而被回收。
权利要求书
1.一种废水处理方法，用以处理包含有硫酸与过氧化氢的酸性废水，其特征在于， 该方法包括：
将碱性溶剂加入该酸性废水中，以与硫酸反应而从所述酸性废水中去除硫酸，进而 形成包含有硫酸化合物以及过氧化氢的产物;
利用催化剂去除所述产物中的过氧化氢;以及
将所述产物分离为低浓度废水以及硫酸化合物，以回收硫酸化合物。
2.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，在所述酸性废水中加入碱性 溶剂之前，还包括将所述酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
3.如权利要求2所述的废水处理方法，其特征在于，至少部分的硫酸是利用低浓 度废水稀释至特定浓度。
4.如权利要求2所述的废水处理方法，其特征在于，在将所述酸性废水中的硫酸 稀释至特定浓度的过程中，还包括冷却所述酸性废水。
5.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，在所述酸性废水中加入碱性 溶剂的过程中，还包括冷却所述酸性废水。
6.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，所述碱性溶剂包括氢氧化钙、 氧化钙以及氢氧化镁至少其中之一。
7.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，所述碱性溶剂持续被加入所 述酸性废水中，直到产物的pH值高于8。
8.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，所述催化剂包括活性碳、二 氧化锰以及铁锰砂至少其中之一。
9.如权利要求1所述的废水处理方法，其特征在于，在回收所述硫酸化合物之后， 还包括对所述硫酸化合物进行脱水处理以及烘干处理至少其中之一。
10.一种废水处理设备，用以处理包含有硫酸与过氧化氢的酸性废水，其特征在于， 该设备包括：
反应槽，适于注入酸性废水以及碱性溶剂，以从所述酸性废水中去除硫酸，进而形 成包含有硫酸化合物以及过氧化氢的产物;
沉淀过滤槽，连通于所述反应槽，并且适于从所述反应槽注入产物;
第一搅拌装置，配置于所述沉淀过滤槽中，用以搅拌产物;
至少一过滤器，配置于所述沉淀过滤槽中，用以阻挡产物中包含有硫酸化合物的微 粒进入过滤器中;以及
至少一催化剂，配置于所述过滤器中，其中所述产物中的过氧化氢适于通过所述过 滤器，以与所述催化剂反应而从产物中去除。
11.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，所述碱性溶剂包括氢氧化 钙、氧化钙以及氢氧化镁至少其中之一。
12.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，所述碱性溶剂持续被加入 酸性废水中，直到产物的pH值高于8。
13.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括连通于所述 反应槽的第一贮存槽，其中第一贮存槽用以贮存水，并且适于将水注入反应槽中，以在 将碱性溶剂注入反应槽中之前将酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
14.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括连通于所述 反应槽的第二贮存槽，其中所述第二贮存槽用以贮存酸性废水，并且适于将酸性废水注 入反应槽中。
15.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括连通于所述 反应槽的第三贮存槽，其中所述第三贮存槽用以贮存碱性溶剂，并且适于将碱性溶剂注 入反应槽中。
16.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括热耦合于所 述反应槽的冷却装置。
17.如权利要求16所述的废水处理设备，其特征在于，所述冷却装置包括气冷式 冷却装置、水冷式冷却装置以及热交换器至少其中之一。
18.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括配置于所述 反应槽中的第二搅拌装置。
19.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括连通于所述 反应槽与所述沉淀过滤槽之间的回收槽，其中产物中的微粒适于沉淀于所述沉淀过滤槽 的底部，而剩余的产物适于溢流至所述回收槽中，并且适于从回收槽注入反应槽中，以 在将碱性溶剂注入反应槽中之前将酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
20.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括污泥斗，其 中产物中的微粒适于在沉淀于沉淀过滤槽的底部之后回收至所述污泥斗中。
21.如权利要求20所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括脱水装置， 其中微粒在沉淀于沉淀过滤槽的底部之后，先经由所述脱水装置分离为低浓度废水以及 包含有硫酸化合物的污泥，然后再将污泥回收至污泥斗中。
22.如权利要求21所述的废水处理设备，其特征在于，所述脱水装置包括真空式 脱水机、离心式脱水机、滤袋式脱水机以及板框式脱水机至少其中之一。
23.如权利要求21所述的废水处理设备，其特征在于，所述低浓度废水适于回收 至回收槽中，并且适于从回收槽注入反应槽中，以在将碱性溶剂注入反应槽中之前将酸 性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
24.如权利要求21所述的废水处理设备，其特征在于，还包括连通于所述反应槽 与所述脱水装置之间的回收槽，其中低浓度废水适于回收至回收槽中，并且适于从回收 槽注入反应槽中，以在将碱性溶剂注入反应槽中之前将酸性废水中的硫酸稀释至特定浓 度。
25.如权利要求21所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括配置于所述 污泥斗与所述脱水装置至少其中之一的干燥装置。
26.如权利要求25所述的废水处理设备，其特征在于，所述干燥装置包括热风直 接加热式干燥机、热风传导加热式干燥机、热辐射式干燥机、除湿式干燥机、低温冷冻 式干燥机、低温减压式干燥机、平板式干燥机以及滚筒式干燥机至少其中之一。
27.如权利要求25所述的废水处理设备，其特征在于，所述反应槽经由热交换器 热耦合于脱水装置与干燥装置至少其中之一。
28.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，所述过滤器为匣式过滤器。
29.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，所述催化剂包括活性碳、 二氧化锰以及铁锰砂至少其中之一。
30.如权利要求10所述的废水处理设备，其特征在于，该设备还包括邻近于过滤 器配置的清洗装置。
说明书
废水处理方法及其设备
技术领域
本发明是有关于一种废水(waste water)的处理方法及其设备，且特别是有关于一种 包含有硫酸(sulfuric acid,化学式为H2SO4)与过氧化氢(hydrogen peroxide,化学式为 H2O2，俗称双氧水)的废水的回收处理方法及其设备。
背景技术
随着气候变迁日益剧烈，全球各地发生涝灾与旱灾的机率也逐渐升高，进而导致越 来越不容易有效地保存与利用人类生存所不可或缺的干净水资源。更重要的是，全球人 口数量急速成长与工业科技的迅速发展，导致人类对于环境污染日益严重，更使得水资 源的保存与利用问题越来越恶化。因此，如何能够有效地回收工业废水(industrial waste water)中的污染物质，以降低污染物质对于环境的污染，已逐渐成为世界各国政府亟待 解决的问题之一。
举例来说，在半导体制造(semiconductor fabrication)过程中，每一道制程都可能会 有微粒(particle)、有机残留物(organic remains)、无机残留物(inorganic residue)等 潜在性的污染物(contamination)残留在硅晶圆(silicon wafer)或者是硅芯片(silicon chip) 的表面上。因此，在每一道制程之前及之后都必须要以不同的溶液(solution)进行多道 清洗晶圆的步骤，以移除这些污染物，并且在硅晶圆或者是硅芯片表面上生成一层氧化 薄膜(oxide thin film)，以避免这些污染物导致缺陷生成(defect generation)以及元件特 性失效(device characteristic failure)。
在上述的污染物中，有机残留物会在硅晶圆或者是硅芯片的表面上形成一个疏水性 表面(hydrophobic surface)，进而大幅降低最后一道纯水清洗步骤的清洗效率。因此， 在纯水清洗步骤之前，通常还会有一道硫酸清洗步骤，以便利用硫酸的强氧化性来破坏 有机残留物的碳氢键结(hydrocarbon bonds)，进而造成有机残留物脱水而形成碳化物 (carbide)。另外，过氧化氢则因为可用来将碳化物氧化成一氧化碳(carbon monoxide) 或者是二氧化碳(carbon dioxide)气体而经常被用来稀释硫酸。
值得注意的是，由于硫酸与过氧化氢皆具有强氧化性，因此二者对于环境及生物而 言皆为有害物质。也因此，若未能有效回收硫酸清洗步骤的制程废水，则排放至环境中 的硫酸与过氧化氢将会对环境造成污染。除此之外，目前部分国家已经立法，或者是倾 向于立法，来限制制程废水中的硫酸与过氧化氢含量。因此，亟需提供新的废水处理方 法及设备，以便能够更有效处理包含有硫酸与过氧化氢的制程废水。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种废水处理方法以及一种废水处理设备，以去 除酸性废水中的过氧化氢，并且将酸性废水中的硫酸转换为可回收再利用的硫酸化合物 (sulfuric compound)。
本发明提供一种废水处理方法，用以处理包含有硫酸与过氧化氢的一种酸性废水 (acid waste water)，其包括下列步骤。首先，将碱性溶剂(alkaline solvent)加入酸性 废水中，以与硫酸反应而从酸性废水中去除硫酸，进而形成包含有硫酸化合物以及过氧 化氢的产物(product)。接着，再利用催化剂(catalyst)去除产物中的过氧化氢。然后， 将产物分离为低浓度废水以及硫酸化合物，以回收硫酸化合物。
在本发明的一实施例中，在上述酸性废水中加入上述碱性溶剂之前，还包括将上述 酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度(predetermining concentration)。在一特定实施例中， 上述至少部分的硫酸可利用上述低浓度废水稀释至上述特定浓度。而且，在一特定实施 例中，在将上述酸性废水中的硫酸稀释至上述特定浓度的过程中，还可包括冷却上述酸 性废水的步骤。
在本发明的一实施例中，在上述酸性废水中加入上述碱性溶剂的过程中，还包括冷 却上述酸性废水的步骤。
在本发明的一实施例中，上述碱性溶剂包括氢氧化钙(calcium hydroxide,化学式为 Ca(OH)2，俗称熟石灰(hydrated lime))、氧化钙(calcium oxide,化学式为CaO，俗称 生石灰(quicklime))以及氢氧化镁(magnesium oxide,化学式为Mg(OH)2)至少其中之 一。
在本发明的一实施例中，上述碱性溶剂持续被加入上述酸性废水中，直到上述产物 的pH值(酸碱值，pH value)高于8。
在本发明的一实施例中，上述催化剂包括活性碳(activated carbon fibers,ACF)、二 氧化锰(manganese dioxide,化学式为MnO2)以及铁锰砂(manganese ore)至少其中之 一。
在本发明的一实施例中，在回收上述硫酸化合物之后，还包括对上述硫酸化合物进 行脱水处理(dehydration process)以及烘干处理(drying process)至少其中之一。
本发明还提供一种废水处理设备，用以处理包含有硫酸与过氧化氢的酸性废水，并 且包括反应槽(reaction tank)、沉淀过滤槽(settlement and filtration tank)、第一搅拌装 置(stirring device)、至少一过滤器(filter)以及至少一催化剂。反应槽适于注入酸性废 水以及碱性溶剂，以从酸性废水中去除硫酸，进而形成包含有硫酸化合物以及过氧化氢 的产物。沉淀过滤槽连通于反应槽，并且适于从反应槽注入产物。第一搅拌装置配置于 沉淀过滤槽中，用以搅拌产物。过滤器配置于沉淀过滤槽中，用以阻挡产物中包含有硫 酸化合物的微粒进入过滤器中。催化剂配置于过滤器中，其中产物中的过氧化氢适于通 过过滤器，以与催化剂反应而从产物中去除。
在本发明的一实施例中，上述碱性溶剂包括为氢氧化钙、氧化钙以及氢氧化镁至少 其中之一。
在本发明的一实施例中，上述碱性溶剂持续被加入上述酸性废水中，直到上述产物 的pH值高于8。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括连通于上述反应槽的第一贮存槽 (storage tank)，其中第一贮存槽用以贮存水，并且适于将水注入上述反应槽中，以在将 上述碱性溶剂注入上述反应槽中之前将上述酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括连通于上述反应槽的第二贮存槽， 其中第二贮存槽用以贮存上述酸性废水，并且适于将上述酸性废水注入上述反应槽中。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括连通于上述反应槽的第三贮存槽， 其中第三贮存槽用以贮存上述碱性溶剂，并且适于将上述碱性溶剂注入上述反应槽中。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括热耦合(thermal coupling)于上述 反应槽的冷却装置(cooling device)。在一特定实施例中，上述冷却装置包括气冷式冷却 装置(air-cooled cooling device)、水冷式冷却装置(water-cooled cooling device)以及热 交换器(heat exchanger)至少其中之一。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括配置于上述反应槽中的第二搅拌 装置。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括连通于上述反应槽与上述沉淀过 滤槽之间的回收槽(collecting tank)，其中上述产物中的微粒适于沉淀于上述沉淀过滤槽 的底部，而剩余的上述产物适于溢流至回收槽中，并且适于从回收槽注入上述反应槽中， 以在将上述碱性溶剂注入上述反应槽中之前将上述酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括污泥斗(hopper)，其中上述产物 中的微粒适于在沉淀于上述沉淀过滤槽的底部之后回收至污泥斗中。在一特定实施例中， 上述废水处理设备还可包括脱水装置(dehydrating device)，其中微粒在沉淀于上述沉淀 过滤槽的底部之后，可先经由上述脱水装置分离为低浓度废水以及包含有上述硫酸化合 物的污泥(sludge)，然后再将污泥回收至上述污泥斗中。而且，在一特定实施例中，上 述脱水装置可包括真空式脱水机(vacuum dehydrator)、离心式脱水机(spin dehydrator)、 滤袋式脱水机(filter dehydrator)以及板框式脱水机(filter press dehydrator)至少其中之 一。另外，在一特定实施例中，上述低浓度废水可回收至上述回收槽中，并且可从上述 回收槽注入上述反应槽中，以在将上述碱性溶剂注入上述反应槽中之前将上述酸性废水 中的硫酸稀释至特定浓度。再者，在一特定实施例中，上述废水处理设备更可包括连通 于上述反应槽与上述脱水装置之间的回收槽，其中上述低浓度废水可回收至上述回收槽 中，并且可从上述回收槽注入上述反应槽中，以在将上述碱性溶剂注入上述反应槽中之 前将上述酸性废水中的硫酸稀释至特定浓度。另外，在一特定实施例中，上述废水处理 设备更可包括配置于上述污泥斗与上述脱水装置至少其中之一的干燥装置(drying device)。而且，在一特定实施例中，上述干燥装置可包括热风直接加热式干燥机(hot gas directly heating dryer)、热风传导加热式干燥机(hot gas transmission heating dryer)、热 辐射式干燥机(thermal radiation dryer)、除湿式干燥机(desiccant dryer)、低温冷冻式 干燥机(cryogenic dryer)、低温减压式干燥机(low temperature vacuum dryer)、平板式 干燥机(flatbed dryer)以及滚筒式干燥机(tumble dryer)至少其中之一。另外，在一特 定实施例中，上述反应槽可经由热交换器热耦合于上述脱水装置与上述干燥装置至少其 中之一。
在本发明的一实施例中，上述过滤器为匣式过滤器(cartridge filter)。
在本发明的一实施例中，上述催化剂包括活性碳、二氧化锰以及铁锰砂至少其中之 一。
在本发明的一实施例中，上述废水处理设备还包括邻近于上述过滤器配置的清洗装 置(cleaning device)。
基于上述，本发明所提供的废水处理方法与废水处理设备不仅能够去除酸性废水中 的过氧化氢，也能够将酸性废水中的硫酸转换为可回收再利用的硫酸化合物。
