CN103270636A - 用于能量发生和废物处理的电渗析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

反向电渗析（RED）可用于中和如半导体工业中的酸性和碱性流出废物流。可以在处理废物流的同时通过将化学能转化成电能来发电。双极膜可集成到RED系统中。或者，可以叠加阴离子交换膜和阳离子交换膜并代替双极膜使用。也可以使用具有四个膜和四个室的无双极膜的电池对。

Description

用于能量发生和废物处理的电渗析系统和方法
技术领域
一个或多个方面大体上涉及废物处理。更特别地，一个或多个方面涉及在处理废物的同时生成能量用的系统和方法。
发明背景
在各种工业中使用大量酸性和碱性材料。例如，晶片清洗是集成电路制造中最频繁重复的步骤并且是半导体设备业务中最重要的部门之一。随着器件尺寸缩小和使用新材料，该方法变得更复杂。这样的清洗法中常用的一些代表性的酸和碱包括盐酸、硫酸、氢氟酸和氢氧化铵。代表性的半导体加工厂可能每月消耗或至少购买大约70至80吨50%氢氧化钠溶液来中和酸性废物。在化学蚀刻中，使用酸或碱溶解不想要的材料，如金属、半导体材料或玻璃。用作蚀刻剂的常见的酸和碱包括盐酸、硝酸、氢氟酸、氢氧化钠和氢氧化钾。采矿废料也是一个问题。
酸性和碱性废弃排出物通常在弃置前通过中和法处理。在处理中还使用沉淀和压滤机。由于酸和碱的放热反应，必须小心控制该中和法。为回收或再循环酸和碱，已提出几种尝试，如通过扩散渗析、离子交换、低压蒸馏和溶剂萃取，但这些方法的工业应用迄今非常有限。
概述
根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间，由第一离子交换膜和双极膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通、和位于阳极和阴极之间，由所述双极膜和第二离子交换膜限定的第二室——所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通。
在一些实施方案中，该系统可进一步包含位于阳极和阴极之间、由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室，所述第三室与盐溶液源流体连通。该系统可进一步包含构造成使酸性废弃排出物流再循环至第一室的再循环系统。该再循环系统可进一步构造成使碱性废弃排出物流再循环至第二室。该系统可构造和布置成中和酸性和碱性废污水流，同时将它们的化学能转化成电能。该系统可构造和布置成将第一室出口的酸性废弃排出物流与第二室出口的碱性废弃排出物流混合以形成盐溶液源。在一些实施方案中，该系统可进一步包含与盐溶液源流体连通的第三室。该酸性废弃排出物在一些实施方案中可包含盐酸。
根据一个或多个实施方案，处理排出物废物的方法可包括提供反向电渗析系统，将酸性废弃排出物源流体连接至反向电渗析系统的第一室，将碱性废弃排出物源流体连接至反向电渗析系统的第二室，在反向电渗析系统的出口收集中和的污水流和在反向电渗析系统的阳极和阴极之间提供荷载以利用电能。
在一些实施方案中，流体连接酸性和碱性废弃排出物源可包括将半导体制造操作流体连接至所述反向电渗析系统。该方法可进一步包括将酸性废弃排出物再循环至第一室。在一些实施方案中，该方法可进一步包括将碱性废弃排出物再循环至第二室。该方法可进一步包括将中和的排出物流输送至反向电渗析系统的第三室。在一些实施方案中，该方法可进一步包括排出中和的排出物流。在至少一些实施方案中，该方法可进一步包括在排出前处理所述中和的排出物流。在一些实施方案中，该方法可进一步包括调节所述荷载的电阻。
根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间，由第一离子交换膜和包含接合至离子交换膜的阳离子交换膜的模拟双极膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通、位于阳极和阴极之间，由所述模拟双极膜和第二离子交换膜限定的第二室——所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通、和位于阳极和阴极之间，由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室——所述第三室与盐溶液源流体连通。
在一些实施方案中，该盐溶液源可包含离开第一室的酸性废弃排出物流和离开第三室的碱性排出物流的混合物。
根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间、由第一离子交换膜和第二离子交换膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流和盐溶液源流体连通、位于阳极和阴极之间，由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第二室——所述第二室与盐溶液源流体连通、位于阳极和阴极之间，由第三离子交换膜和第四离子交换膜限定的第三室——所述第三室与碱性废弃排出物流和盐溶液源流体连通、和位于阳极和阴极之间，由第四离子交换膜和第五离子交换膜限定的第四室——所述第四室与盐溶液源流体连通。
在一些实施方案中，该盐溶液源可包含离开第一室的酸性废弃排出物流和离开第三室的碱性排出物流的混合物。
下面详细论述另一些方面、实施方案和这些示例性方面和实施方案的优点。此外，要理解的是，上述信息和下列详述仅是各种方面和实施方案的实例并且意在提供用于理解所要求保护的方面和实施方案的性质和特征的综述或框架。包括附图以提供各种方面和实施方案的图解和进一步理解，并且并入本说明书中和构成其一部分。附图与说明书余文一起用于解释所述和所要求保护的方面和实施方案的原理和操作。
附图简述
下面参照附图论述至少一个实施方案的各种方面。附图为了图解和说明提供并且无意限制本发明。在附图中：
图1显示根据一个或多个实施方案的反向电渗析堆的示意图；
图2显示根据一个或多个实施方案的包括双极膜的反向电渗析系统的示意图；
图3显示根据一个或多个实施方案的废物处理和能量产生系统的示意图；
图4显示图解根据一个或多个实施方案的功率输出与工作电流密度之间的关系的数据；
图5显示根据一个或多个实施方案的废物中和系统的示意图；
图6和7显示根据一个或多个实施方案的反向电渗析系统的示意图；
图8显示根据一个或多个实施方案在实施例1中提到的反向电渗析系统；且
图9-15显示所附实施例中引用的数据。
详述
能量可能由盐度差生成。根据一个或多个实施方案，系统和方法可以在以受控速率处理酸性和碱性废物流的同时由它们生成电能。在至少一些实施方案中，反向电渗析系统和方法可以在中和过程中将化学能转化成电能。化学能在中和过程中转化成热能，其可根据一个或多个实施方案收获和回收。在至少一些实施方案中，在收获能量时唯一的排出流是盐废物。
如图1中所示，反向电渗析(RED)堆（electrodialysis (RED) stack）类似于电渗析(ED)堆，阳离子交换膜(CEM)和阴离子交换膜(AEM)交替置于两个电极之间。在RED堆中，可以由盐溶液中的盐度差生成电能。例如和如图所示，发电厂可建在河流三角洲地区以利用海水和河水生成电力。在RED法中，盐度不同的溶液之间的化学势差可在各膜上生成电压，该系统的总电势通常是所有膜上的电势差的总和。
根据一个或多个实施方案，RED堆可包括至少一个双极膜(BPM)。双极膜通常是阳离子交换层和阴离子交换层的组合。在电场的反向偏压下，水被BPM离解成质子和羟基离子基团。双极膜电渗析堆(BPM-ED)可以如图2中所示有效地将盐溶液（例如NaCl）转化成相应的酸（例如HCl）和碱（例如NaOH）。碱性溶液可供应至第一室，酸性溶液可供应至第二室，盐溶液可供应至第三室。BPM可离解水。在电势差的影响下，带负电荷的离子可穿过一个或多个离子交换膜向带正电荷的阳极迁移，而带正电荷的离子可穿过一个或多个离子交换膜向带负电荷的阴极迁移。该电渗析法的总体结果通常是由盐溶液生成更酸性的溶液和更碱性的溶液。
根据一个或多个实施方案，BPM-RED可以如图3中所示用于在发电的同时处理酸性废物和碱性废物。酸性和碱性废物流可来自各种工业过程，包括半导体和晶片制造、化学蚀刻、采矿和金属加工和酸性废物处理。废物流的一些非限制性实例可包括如盐酸、硫酸、氢氟酸和氢氧化铵之类的成分。在BPM-RED堆中，电池对可以由三个膜（CEM、AEM和BPM）和三个室（盐、酸和碱）构成。电池对可以在该堆中重复，以例如达到该堆中的所需室数。MX、HX和MOH可用于分别笼统表示盐、酸和碱。如图3中所示，酸排出物中的质子可穿过BPM的阳离子交换层扩散到中间层中，而碱排出物中的羟基可穿过BPM的阴离子交换层扩散到中间层中。因此，质子和羟基离子可以在BPM的中间层中中和。同时，酸基（X-）可穿过AEM从酸室迁移到盐室中，金属离子（M+）可穿过CEM从碱室迁移到盐室中。因此，酸室出口酸性变低，碱室出口碱性变低。
在离子传输过程中，如图3中的E1、E2、E3和E4所示，电势可能累积。电势与酸、碱和盐排出物的浓度相关，并可以在一些假设下评估。简单假设：（1）1.0 mol/l的酸HX浓度（或pH = 0），（2）1.0 mol/l的碱MOH浓度（或pH = 14），（3）0.5 mol/l的盐MX浓度和（4）膜的完美选择通透性，电势可如下评估：
Figure 202154DEST_PATH_IMAGE001
在上述计算中，R是普适气体常数，T是绝对温度，F是法拉第常数，α是离子活性，α是CEM、AEM、BPM的阳离子交换层和阴离子交换层的迁移数。电池对中的总电势为0.864伏，主要由BPM（E3+E4）贡献。
功率输出与外电阻或电荷载相关联。当外电阻等于该堆的内电阻时，可实现最大输出。假设1.0 欧姆·cm2的CEM Rcem的面积电阻、1.0 欧姆·cm2的AEM Raem的面积电阻、3.0 欧姆·cm2的BPM Rbpm的面积电阻和0.038 cm的隔板厚度，重复单元或电池对的内电阻和最大功率输出可如下计算：
Figure 531504DEST_PATH_IMAGE002
因此，最大功率输出可高达300 Watt/m2。但是，在大多数用途中，因为外电阻可能与内电阻不同，未实现最大功率输出。功率输出可如下计算：
Figure 730404DEST_PATH_IMAGE003
如图4中所示，功率输出与工作电流密度相关。在一些非限制性实施方案中，对具有500个电池对和0.325平方米横截面积的堆而言，总开路电压（OCV）可以为432伏，内电阻可计算为0.95 欧姆。当外电阻与内电阻相同时，最大功率输出计算为49112瓦特。当外电阻提高至100 欧姆时，功率输出为1831瓦特。当外电阻为1000 欧姆时，功率输出为186瓦特。在所有这些情况下，电压和功率都高到足够有用。
根据一个或多个实施方案，可以由酸和碱的热力学性质计算从该堆中可能提取的最大能量。质子、羟基离子和水的形成的标准吉布斯自由能分别为0 kJ/mol、-157.2 kJ/mol和
-237.1 kJ/mol。混合1摩尔质子和1摩尔羟基离子可发出79.9 kJ能量，这是-237.1 kJ/mol和
-157.2 kJ/mol的差值。如果酸和碱的浓度都为1 mol/l并使用1立方米，即1000升，这在混合酸和碱时在例举的体积中等于79900 kJ。79900 kJ可转化成22.2kWh/m3。因此，混合1 mol/l质子和羟基的热力学能量为22.2 kWh/m3。生成的最大能量为22.2 kWh。
除酸排出物和碱排出物外，如图3中所示，BPM-RED可能还需要额外的盐排出物以接收从酸室和碱室转移的X-和M+。实际上，其可以如图5中所示来自酸和碱的中和流。因此，在至少一些实施方案中，当酸性废物和碱性废物送入BPM-RED时，唯一的排出流是盐废物。可能必须串联或并联一个或多个堆以实现最佳处理和能量转化。
在使用过程中，质子和羟基离子移入BPM的中间层中，这可能类似于在正向偏压条件下运行的BPM-ED。一个担忧是BPM的层离或鼓胀。BPM可以由流延法或通过合并两层制造，其应在使用前检查。一些BPM可能对层离或鼓胀免疫，例如由单基质或基膜生成并单独从两面官能化的那些。由于含有几百个电池对的BPM-RED堆可生成高电压，电极反应中的电压消耗不是非常显著。但是，为了获得最高能量输出，阳极电解液可使用碱流，阴极电解液可使用酸流。由此，不需要额外的电解质并可以假设最小电极电压消耗。在上述能量计算中，假设低膜电阻和薄隔板厚度。实际上，可以使用典型ED膜和隔板，或甚至CEDI膜和隔板。假设CEM电阻3.0 欧姆·cm2、AEM电阻3.0 欧姆·cm2、BPM电阻6.0 欧姆·cm2和所有隔板厚度3.0 mm，该堆的内电阻可计算为3.2 欧姆，在外电阻为100 欧姆的情况下，功率输出为1752瓦特。假设CEM电阻8.0 欧姆·cm2、AEM电阻8.0 欧姆·cm2、BPM电阻16.0 欧姆·cm2和所有隔板厚度10 mm，内电阻可计算为9.4 欧姆，在外电阻为100 欧姆的情况下，功率输出为1558瓦特。这些计算表明，CEDI模块或酸/碱模块可用于BPM-RED。
根据一个或多个实施方案，可以通过外部荷载控制酸排出物和碱排出物的中和速率。当施加高电阻荷载时，输出电流低且中和速率慢。当施加低电阻荷载时，输出电流变高且中和速率变快。
在送入1.0 N酸、1.0 N碱和0.5 N盐时，电池对中的总电势（OCV）计算为0.864伏。对外部荷载为1000 欧姆的具有500个电池对的堆而言，堆OCV计算为432 伏，且功率输出为186瓦特。混合1 N酸和碱的最大能量或热力学能量为22.2 kWh/m3。
在一些实施方案中，一对膜可替代BPM。在至少一些实施方案中，CEM和AEM对可替代BPM。根据一个或多个实施方案，可通过堆叠CEM和AEM来模拟BPM。在如图6中所示的这些构造中，电池对可包括CEM、AEM和接触CEM/AEM对。需要三个流（酸、碱和盐）。在这样的实施方案中，可实现三室反向电渗析，由此可能省去电池对中的一个室。模拟BPM与较低的成本和较低的层离担忧相关联。三室反向电渗析系统可代替BPM-RED堆在收获能量的同时处理酸和碱性废物。
由下列实施例将更充分理解这些和其它实施方案的功能和优点。实施例意在举例说明，而不应被视为限制本文中论述的系统和方法的范围。
实施例1
用实验室测试套盒测量跨膜电势。当向一面进给1.0 mol/l HC1和向另一面进给1.0 mol/l NaOH时，测得跨过Astom® CMX的电势仅为0.06 mV。但是，当取而代之使用BPM时，与上文计算出的0.828伏相比，测得电势为0.78伏。
根据一个或多个实施方案，可以采用不使用BPM的备选离子交换膜基电渗析系统和构造。与涉及两个膜和两个室的传统布置相比较，图7中所示的构造涉及具有四个膜和四个室的电池对。与上文所述和图3中所示的BPM-RED相比，CEM1、室2和AEM2代替双极膜并实现类似功能。
通过假设这些流浓度进行计算，评估可能的能量输出：（1）室1，1.0 M HCl / 0.5 M NaCl，（2）室2，0.5 M NaCl，（3）室3，1.0 M NaOH / 0.5 M NaCl和（4）室4，0.5 M NaCl。在室2中，质子和羟基离子可中和。在扩散法中，可以假设CEM侧的pH为5，AEM侧的pH为9。因此：
Figure 461600DEST_PATH_IMAGE004
因此，可以实现总共0.648伏的电压。此外，假设具有500个电池对的堆（N）、0.325平方米的横截面积、10 欧姆·cm2的总膜电阻（典型的异质膜）和0.03厘米的所有室厚度，堆内电阻可计算为：
因此对具有500个电池对的堆而言，OCV可以为324伏，最大功率输出可以为4166瓦。但是在大多数用途中，外部荷载电阻可能比内电阻高得多。当外部荷载为1000 欧姆时，可如下计算功率输出：
Figure 271610DEST_PATH_IMAGE006
非限制性系统构造显示在图8中。室1的排出物（酸/盐）和室3的排出物（碱/盐）混合在一起。该混合流作为流入液送回室2和室4，也送入室1和室3以将盐添加到酸和碱中。来自室2和室4的系统净排出物（几乎中和）排出或用于进一步处理。因此，净结果是中和流和来自酸和碱废物的电能。
暴露在废酸和碱中时的膜稳定性是一个考虑因素，尤其是接触强碱的阴离子交换膜。出于成本原因，异质离子交换膜是一个选项，但化学稳定性是一个考虑因素。酸和碱流中可能必须或不必添加盐。
实施例2
用实验室ED模块进行实验以测试电势。该构造类似于上文参照图7论述的CEM1、室2和AEM2。放置两个铂箔以测量跨过这两个膜的电压。在向所有三个室供入0.5 M NaCl溶液时，通过箔测得的OCV仅为0.03伏。当向室分别供入1.0 M HCl、0.5M NaCl和1.0 M NaOH时，测得OCV为0.52伏。
实施例3
根据大致如图6所示的一个或多个实施方案构造具有Astom® CMX和AMX的实验室模块，其涉及接触的CEM/AEM对。模块横截面积为113平方厘米。该模块具有20个电池对，隔板厚度为0.4毫米。使用电阻箱作为电荷载以核实模块功率输出。
当分别使用盐酸（HCl）5重量%、氢氧化钠（NaOH）5重量%和氯化钠（NaCl）0.5 M作为酸、碱和盐流和使用HCl 5重量%作为阳极和阴极电解质时，采集的电压 vs 电阻数据显示在图9中，采集的功率 vs 电流密度显示在图10中。该试验在环境温度下。在试验条件下，最大功率输出为大约3.2瓦特。如果要使该模块中的机械泄漏最小化并使用氧化还原对（redox couple）作为阳极/阴极电解质，可预计更高的功率输出。
实施例4
在第一实验运行中，使用HC1 5重量%溶液作为酸流，使用NaOH 5重量%作为碱流，并使用NaCl 0.05 M作为盐流。在第二实验运行中，使用pH为大约0.7的工业酸废溶液作为酸流，使用NaOH 5重量%作为碱流，并使用NaCl 0.05 M作为盐流。在这两个实验运行中都使用HC1 5重量%作为阳极和阴极电解质。横截面积为58.96平方厘米的具有20个电池对的实验室模块用于这两个运行。
图11显示第一实验运行的电压和功率数据。图12显示第二实验运行中的电压和功率数据。最大功率输出数据显示在下表中：
Pmax（瓦特/cp/m2） 500 cp尺寸模块， 0.325 m2/cp（瓦特）
HC1 5重量%（1.4M H） 9.77 1588
废酸（0.2M H） 3.30 536
实施例5
在第一实验运行中，1.5升HCl 5重量%溶液作为酸流再循环，1.5升NaOH 5重量%作为碱流再循环，且NaCl 0.05 M以直通方式(once-through manner)用作盐流。在第二实验运行中，1.5升pH为大约0.7的工业酸废溶液作为酸流再循环，1.5升NaOH 5重量%作为碱流再循环，且NaCl 0.05 M以直通方式用作盐流。在这两个实验运行中都使用再循环的HCl 5重量%作为阳极和阴极电解质。在第一实验运行中使用0.1安培电流（16.96 amp/m2）。在第二实验运行中使用0.1安培电流（16.96 amp/m2），接着0.05 amp（8.48 amp/m2）电流。
第一实验运行的能量数据显示在图13中并如下概括。该模块由HCl 5重量%溶液以理论收率的大约15%的效率生成能量。
时间 [H]在酸中 能量 能量 能量
(sec) (mol/l) (J, accum) ( H的J/mol ) (wh/mol)
1886 1.37 1331 10147 2.82
7292 1.13 5058 5117 1.42
11248 0.78 7727 9615 2.67
15991 0.56 10905 11799 3.28
20304 0.40 13766 14868 4.13
26912 0.21 18026 17407 4.84
34052 0.05 22118
平均 3.19
第二实验运行的能量数据显示在图14中并如下概括。该模块由废酸以理论收率的大约5%的效率生成能量。
时间 [H]在酸中 能量 能量 能量
(sec) (mol/l) (J, accum) (H的J/mol ) (wh/mol)
0 0.19 0 5102 1.42
663 0.15 262 2641 0.73
1201 0.14 321
平均 1.08
通过解决与该模块相关的可能机械泄漏、质子扩散和操作问题，可以改进能量收率。
实施例6
在制造1吨钛白时，可能生成大约200至大约400吨硫酸废物。假设0.2 M硫酸酸度和5%模块效率，可生成64.8 kWh/吨Ti的能量。假设0.2 M硫酸酸度和50%模块效率，可生成672 kWh/吨Ti的能量。
实施例7
铜和金采矿和加工厂与每天12,000立方米酸废物的处理容量相关联。假设0.2 M酸度和5%模块效率，可生成25,920 kWh/天的能量。假设0.2 M酸度和50%模块效率，可生成268,800 kWh/天的能量。
实施例8
从微型实验室模块采集如图15中所示的下列数据，20 cp。1.5升HCl 5重量%作为酸流再循环。
膜 m2（cp） [H]入口 mol/l [H]出口 mol/l 电流 A/m2 时间 hr 功率 w/m2（cp） 容量 升/hr/m2（cp） 功率 w/m2（cp） 功率 w/升
0.1179 1.54 0.2 16.96 7.30 5.53 1.74 5.53 3.17
0.1179 1.54 0.4 16.96 5.60 5.71 2.27 5.71 2.51
0.1179 1.54 0.6 16.96 4.30 5.79 2.96 5.79 1.96
0.1179 1.54 0.2 33.92 3.65 8.27 3.49 8.27 2.37
0.1179 1.54 0.4 33.92 2.80 8.56 4.54 8.56 1.88
0.1179 1.54 0.6 33.92 2.15 8.68 5.92 8.68 1.47
实施例9
基于所选成本假设构造经济模型。还假设如图6中构造的500电池对模块，具有0.325平方米的横截面积。总CEM为325平方米，总AEM为325平方米。
Figure 201180063901X100002DEST_PATH_IMAGE008
当实现改进的功率管理时，功率产额预计甚至更高。
尽管现在描述了一些示例性实施方案，但本领域技术人员应认识到，上文仅是示例性而非限制性的，仅作为实例给出。许多修改和其它实施方案在本领域普通技术人员的技术范围内并被认为落在本发明的范围内。特别地，尽管本文给出的许多实例涉及方法动作或系统要素的具体组合，应该理解的是，这些动作和这些要素可以以其它方式组合以实现相同目的。
要认识到，本文中论述的器件、系统和方法的实施方案在应用中不限于下列描述中阐述或附图中图解的部件的构造和布置的细节。这些器件、系统和方法能在其它实施方案中实施并以各种方式实践或进行。具体实施例在本文中仅用于举例说明，而无意作为限制。特别地，联系任何一个或多个实施方案论述的动作、要素和特征无意排除在任何其它实施方案中的类似作用外。
本领域技术人员应认识到，本文中描述的参数和构造是示例性的，实际参数和/或构造取决于本发明的系统和技术的具体用途。本领域技术人员仅利用常规实验还应认识到能确定本发明的具体实施方案的等同方案。因此要理解的是，本文所述的实施方案仅作为实例给出，在所附权利要求及其等同物的范围内，可以与具体描述不同地实施本发明。
此外，还应认识到，本发明涉及本文中描述的各特征、系统、子系统或技术和本文中描述的两个或多个特征、系统、子系统或技术的任何组合，如果这样的特征、系统、子系统和技术不相互冲突，两个或多个特征、系统、子系统和/或方法的任何组合被认为在如权利要求书中具体体现的本发明的范围内。此外，仅联系一个实施方案论述的动作、要素和特征无意排除在其它实施方案中的类似作用外。
本文所用的措辞和术语用于描述，不应被视为限制。本文所用的术语“多个”是指两个或更多个项目或部件。术语“包含”、“包括”、“带有”、“具有”、“含有”和“涉及”，无论在书面说明书还是权利要求书等中，是开端术语，即是指“包括但不限于”。因此，这样的术语的使用意在涵盖其后列举的项目及其等同物，以及额外项目。就权利要求而言，只有过渡词“由...构成”和“基本由...构成”分别是封闭或半封闭过渡词。在权利要求中使用序数术语，如“第一”、“第二”、“第三”等修饰权利要求要素本身不意味着一个权利要求要素优于另一个的任何优先、在先或次序，或一方法的动作的进行次序，而是仅用作将具有某一名称的一个权利要求要素与同名（除使用该序数术语外）的另一权利要求要素区分开的标签，从而区分权利要求要素。

Claims (20)

1.反向电渗析系统，其包含：
阳极；
阴极；
与所述阳极和所述阴极电连通的荷载；
位于所述阳极和所述阴极之间、由第一离子交换膜和双极膜限定的第一室，所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通；和
位于所述阳极和所述阴极之间、由所述双极膜和第二离子交换膜限定的第二室，所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通。
2.权利要求1的系统，其进一步包含位于所述阳极和所述阴极之间、由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室，所述第三室与盐溶液源流体连通。
3.权利要求1的系统，其进一步包含构造成使所述酸性废弃排出物流再循环至第一室的再循环系统。
4.权利要求3的系统，其中所述再循环系统进一步构造成使所述碱性废弃排出物流再循环至第二室。
5.权利要求1的系统，其中所述系统构造和布置成中和所述酸性和碱性废弃排出物流，同时将它们的化学能转化成电能。
6.权利要求5的系统，其中所述系统构造和布置成将第一室出口处的酸性废弃排出物流与第二室出口处的碱性废弃排出物流混合以形成盐溶液源。
7.权利要求6的系统，其中所述系统进一步包含与盐溶液源流体连通的第三室。
8.权利要求1的系统，其中所述酸性废弃排出物包含盐酸。
9.处理排出物废物的方法，包括：
提供反向电渗析系统；
将酸性废弃排出物源流体连接至所述反向电渗析系统的第一室；
将碱性废弃排出物源流体连接至所述反向电渗析系统的第二室；
在所述反向电渗析系统的出口处收集中和的排出物流；和
在所述反向电渗析系统的阳极和阴极之间提供荷载以利用电能。
10.权利要求9的方法，其中流体连接所述酸性和碱性废弃排出物源包括将半导体制造操作流体连接至所述反向电渗析系统。
11.权利要求10的方法，其进一步包括将所述酸性废弃排出物再循环至第一室。
12.权利要求9的方法，其进一步包括将所述碱性废弃排出物再循环至第二室。
13.权利要求9的方法，其进一步包括将所述中和的排出物流输送至反向电渗析系统的第三室。
14.权利要求9的方法，其进一步包括排出所述中和的排出物流。
15.权利要求14的方法，其进一步包括在排出前处理所述中和的排出物流。
16.权利要求9的方法，其进一步包括调节所述荷载的电阻。
17.反向电渗析系统，其包含：
阳极；
阴极；
与所述阳极和所述阴极电连通的荷载；
位于所述阳极和所述阴极之间、由第一离子交换膜和包含接合至离子交换膜的阳离子交换膜的模拟双极膜限定的第一室，所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通；
位于所述阳极和所述阴极之间、由所述模拟双极膜和第二离子交换膜限定的第二室，所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通；和
位于所述阳极和所述阴极之间、由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室，所述第三室与盐溶液源流体连通。
18.权利要求17的系统，其中所述盐溶液源包含离开第一室的所述酸性废弃排出物流和离开第三室的所述碱性排出物流的混合物。
19.反向电渗析系统，其包含：
阳极；
阴极；
与所述阳极和所述阴极电连通的荷载；
位于所述阳极和所述阴极之间、由第一离子交换膜和第二离子交换膜限定的第一室，所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通和盐溶液源；
位于所述阳极和所述阴极之间、由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第二室，所述第二室与所述盐溶液源流体连通；
位于所述阳极和所述阴极之间、由所述第三离子交换膜和第四离子交换膜限定的第三室，所述第三室与碱性废弃排出物流和所述盐溶液源流体连通；和
位于所述阳极和所述阴极之间、由所述第四离子交换膜和第五离子交换膜限定的第四室，所述第四室与所述盐溶液源流体连通。
20.权利要求19的系统，其中所述盐溶液源包含离开第一室的所述酸性废弃排出物流和离开第三室的所述碱性排出物流的混合物。
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