CN105384275A - 从排放废水中去除微粒硅的方法 - Google Patents

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Abstract

从排放废水中去除微粒硅的方法。根据各种实施例的一种从排放废水中去除微粒硅的方法可以包括：向排放废水添加碱，添加的碱的量相对于所述排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸或原硅酸盐离子的基本氧化反应是亚化学计量的；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积；以及使沉积与排放废水彼此分离。

Description

从排放废水中去除微粒硅的方法
技术领域
各种实施例涉及从排放废水中去除微粒硅的方法。
背景技术
排放废水可能由工业过程产生。此类排放废水可能包含固体含量。例如，固体含量可以包括或形成粒子。例如，固体含量可以包括硅。例如，排放废水及其固体含量可能由生产一个或多个半导体芯片和/或处理一个或多个半导体晶片而产生。例如，处理半导体晶片（诸如通过研磨、抛光以及打薄晶片中的一个或多个）可能导致排放废水包含在排放废水中悬浮或分布的小的粒子形式的硅。例如，排放废水及其固体含量可以额外地包含掺杂剂，例如砷。
发明内容
根据各种实施例，一种从排放废水中去除微粒硅的方法可以包括：向排放废水添加碱（base），相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸（Si(OH)4）的基本氧化反应，所添加的碱的量是亚化学计量的（sub-stoichiometric）；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积；以及使沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例，一种从排放废水中去除微粒硅的方法可以包括：以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率小于或等于2:1，例如，小于或等于1:1；将碱和排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而允许形成包括硅的沉积；以及将沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例，一种从排放废水中去除微粒硅的方法可以包括：为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钾，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.01至0.05mol的溶解的氢氧化钙，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钡，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的铵，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，其中，溶解的氢氧化钠部分地或全部地用以下中的一个或多个取代：1:1摩尔取代率的溶解的氢氧化钾，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钙（也就是说，可以用一部分的氢氧化钙取代两部分的氢氧化钠），1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钡，以及1:1摩尔取代率的铵；将溶解的氢氧化钠、溶解的氢氧化钾，溶解的氢氧化钙、溶解的氢氧化钡以及铵中的一个或多个与排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，以便允许形成包括硅的沉积；以及将沉积与排放废水彼此分离。
附图说明
在附图中，贯穿不同的视图，相似的参考字符通常指的是相同或相似的部分。附图不一定按比例，替代地通常将重点放在说明本发明的原理上。在以下的描述中，参考下面的附图描述各种实施例，其中：
图1是示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法的流程图；
图2是示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法的流程图；
图3是示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法的流程图；
图4示出了若干实验室烧杯的照片，其中上方的实验室烧杯包含未经处理的排放废水（排放废水的样本），并且其中下面行的实验室烧杯包含经不同处理的排放废水（形成本公开的示例和比较示例）；
图5示出了图4的上方的实验室烧杯的放大照片；
图6示出了图4的下面行中从左起第三实验室烧杯的放大照片，该实验室烧杯包含本公开的示例；
图7示出了另一实验室烧杯的放大照片，其包含用根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法处理的排放废水，从而包含本公开的另一示例；
图8示意性示出了根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法；
图9示出了图4的下面行中从左起第二实验室烧杯的放大照片，该实验室烧杯包含本公开的又一示例；
图10示出了图4的下面行中从左起第二实验室烧杯的另一放大的照片；以及
图11示意性示出了根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的另一方法。
具体实施方式
以下详细描述涉及附图，其通过图示方式示出了其中可以实施本发明的具体细节和实施例。这些实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明。在不背离本发明的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行结构、逻辑和电气变化。各种实施例不必是互相排斥的，因为所有的或一些实施例可以与一个或多个其它实施例组合以形成新的实施例。
词语“示例性的”在本文被用来表示“用作示例、实例或图示”。本文描述为“示例性的”的任何实施例或设计不一定被解释为相比于其它的实施例或设计是优选的或有利的。
可以将术语“至少一个”和“一个或多个”理解成包括大于或等于一的任何整数，即，一、二、三、四……等等。
例如通过研磨、抛光（例如化学机械抛光）和打薄晶片中的一个或多个处理半导体晶片可以导致排放废水包含粒子形式的硅。有时候，排放废水可以另外地包含掺杂剂，例如砷。在某些情况下，通过从排放废水中去除微粒硅来处理或净化此类排放废水可能是有帮助的。
为此，可以过滤排放废水，也就是说，可以引导全部排放废水通过过滤元件以便留下并由此分离硅粒子。然而，此类过程可能是复杂且昂贵的。例如，过滤元件可能必须得定期替换。
替代地，可以在沉积池中提供排放废水，从而允许硅粒子沉积到水池底部（“正常沉积”）。稍后，可以从沉积去除沉积之上的澄清排放废水，从而使得沉积与排放废水彼此分离。然而，由于小的硅粒子的低沉积速度，此类过程可以持续数周或数月。
作为另外的替换，可以向排放废水添加金属盐（例如氯化铁）和碱（例如氢氧化钠），从而借助于共沉淀而结合并沉积硅粒子。沉淀（包括硅的氢氧化铁）形成容器底部处的沉积或淤渣，并且然后可以使沉淀之上的澄清排放废水彼此分离。
本文所描述的各种实施例的方面是提供一种处理或净化排放废水的方法，尤其是一种从排放废水中去除微粒硅的方法。根据本公开的各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法可以允许快速形成沉积，其包括起初包含于排放废水中的硅量的至少一部分（例如，当与“正常沉积”比较时）。
替代地或此外，根据本公开的各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法可以允许形成沉积，其包括起初包含于排放废水中而没有使用金属盐的硅量的至少一部分。
替代地或此外，根据本公开的各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法可以允许以节省成本的和/或简单的和/或可靠的和/或快速的方式分离硅粒子的至少一部分。
替代地或此外，根据本公开的各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法可以允许处理大量排放废水，例如每天多达1000m3的量。
基本上，假设在溶液中提供了足量的碱，完全使硅溶解在热的碱性溶液中是可能的。硅受到碱的侵蚀并反应成硅酸。由此，暗硅粒子“消失”并且溶液变得透明。硅酸然后可以聚合以形成硅酸粒子，例如具有几纳米的大小。
使用上面的方法，可以通过溶解硅粒子而将其从排放废水中去除。从而可以避免在废水处理厂中形成包含沉积硅粒子（以及可选地一个或多个掺杂剂）的淤渣。
然而，形成包含硅的淤渣或沉积可以具有可以从排放废水中至少部分地恢复或去除硅的效果（代替在其中溶解硅）。此外，诸如掺杂剂的其它物质可以与硅一起沉积。
可以由于通过以下看到本文描述的各种实施例的方面：将减少或少量的碱添加到排放废水（代替添加溶解全部量的硅所需的量），在排放废水沉积中包含一部分硅（相比于被溶解的），然而硅的另一部分仍可以被溶解。此沉积可以发生在比在未经处理的排放废水中沉积硅粒子（正常或自然沉积）所需的时间段更短得多的时间段中。这可能是由于形成硅结块。因此，通过添加减少量的碱引起的沉积可以称作“促进（promoted）”或“强制（forced）”沉积。
可以由于通过以下看到本文描述的各种实施例的另一方面：额外地向排放废水添加具体化合物（例如，磷酸氢二铵；见下），能够增强上面的沉积效果，从而可以沉积更多的硅。因此，可以通过添加具体化合物而进一步促进沉积。
硅的（促进）沉积可以发生在甚至比完全溶解硅粒子所需的时间段更短的时间段中。
图1示出了图示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法100的流程图。
方法100可以包括向排放废水添加碱（在102中），相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸或原硅酸盐离子（ortho-silicateions）的基本氧化反应，添加的碱的量是亚化学计量的（sub-stoichiometric）；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积（在106中）；以及使沉积与排放废水彼此分离（在108中）。
在一个或多个实施例中，方法100还可以包括向排放废水添加具体成分（在104中）。具体成分可以选自由以下各项组成的组：磷酸氢二铵、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸氢铵及其组合。换句话说，参考数字104表示可选步骤。在一个或多个实施例中，向排放废水添加具体成分可以在向排放废水添加碱之后执行。在一个或多个实施例中，向排放废水添加具体成分可以在向排放废水添加碱之前执行。在一个或多个实施例中，向排放废水添加碱以及向排放废水添加具体成分可以同时地执行。
在102中，以亚化学计量的量向排放废水添加碱。因此，可以避免在排放废水中包含的全部量的硅完全被碱所溶解。
例如，基于以下等式（1），亚化学计量的量可以表示在排放废水中由碱提供/形成的水氢氧离子与排放废水中包含的硅的全部量的摩尔比率小于4:1，例如等于或小于2:1，例如等于或小于1:1。
等式（1）：Si(s)+4OH-(aq)SiO4 4-+2H2。
因此，当将亚化学计量的量的碱添加到排放废水时，排放废水中包含的硅的全部量反应成硅酸是不可能的。全部量的硅的此类完全反应将溶解排放废水中所包含的硅粒子，从而能够不再经由沉积来分离硅。
根据各种实施例，调整添加的碱的量，使得硅粒子中的至少一些不全部与水氢氧离子反应并且不全部被其溶解，而是改为与水氢氧离子在其外表面上反应并且与其它硅粒子结块（例如，经由缩合反应）。结块的硅粒子然后可以沉积到容纳排放废水的容器或水池的底部，从而它们能够容易地与沉积之上的澄清排放废水分离。
因此，本领域技术人员应该理解的是，在根据本公开的方法中实际发生根据上述等式（1）的反应（尤其不关于每个硅粒子）不是必需的或强制的，而是改为上述等式可以仅用来确定将用于根据本公开的方法中的碱的亚化学计量的量。
例如，在102中，碱可以包含氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡以及氨中的一个或多个。
在106中，将碱和排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段。如果必要的话，则可以在外部对所得混合物加热以使得和/或维持所述混合物到/在预定温度范围。例如，所述时间段可以是若干分钟，且在示例性实施例中，预定温度范围可以是40到80℃。将混合物维持在预定温度范围中达该时间段导致形成包含硅的沉积（可选地，还有一个或多个掺杂剂）。一旦形成沉积，就可以终止针对该时间段将混合物维持在预定温度范围中。
因此，可以通过将排放废水与包含硅的沉积彼此分离（例如通过在沉积上倾析澄清的排放废水或者通过排出沉积上的澄清的排放废水）而在108中将硅从排放废水中去除。
在方法100中，硅粒子起初均匀地分布或悬浮在排放废水中，从而形成包含小的固态硅粒子的分散（例如，悬浊液或悬浮液）。此外，在排放废水中包含的硅粒子可以一般地倾向于形成包括硅的沉积，并假设排放废水被留置达足够的时间段（例如，若干周或月），则硅粒子可以沉淀或沉积，从而它们能够经由“正常”沉积（没有添加诸如碱的任何化学物）而与排放废水分离。
根据各种实施例，可以通过在102中将碱添加到排放废水来加速或促进形成包括硅的沉积（与正常沉积相比）。
在一个或多个实施例中，还可以通过在104中向排放废水额外添加具体成分而增强包括硅的沉积的形成。在这方面，发明人观察到通过进一步添加例如磷酸氢二铵，沉积量以及沉积中包含的硅的量可以显著增加。
图2示出图示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法200的流程图。
方法200可以包括：以这样的量向排放废水添加碱：排放废水中碱所提供的水氢氧离子与在排放废水中所包含的硅的摩尔比率小于或等于2:1，例如小于或等于1:1（在202中）；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而允许形成包含硅的沉积（在206中）；以及将沉积与排放废水彼此分离（在208中）。
在一个或多个实施例中，方法200还可以包括向排放废水添加具体成分（在204中）。具体成分可以选自由以下各项组成的组：磷酸氢二铵、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸氢铵以及其组合。换句话说，参考数字204表示可选步骤。在一个或多个实施例中，向排放废水中添加具体成分可以在向排放废水添加碱之后执行。在一个或多个实施例中，向排放废水添加具体成分可以在向排放废水添加碱之前执行。在一个或多个实施例中，向排放废水添加碱以及向排放废水添加具体成分可以同时执行。
图3示出图示出根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的方法300的流程图。
方法300可以包括为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的溶解的氢氧化钠（在302中）；将排放废水和溶解的氢氧化钠的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而允许形成包括硅的沉积；以及将沉积与排放废水彼此分离。
在302中，代替为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的溶解的氢氧化钠，还可能为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的溶解的氢氧化钾，或者为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.01到0.05mol的溶解的氢氧化钙，或者为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的溶解的氢氧化钡，或者为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的铵（例如由氨产生），或者为排放废水中包含的每克硅提供排放废水中的0.02到0.1mol的溶解的氢氧化钠，其中溶解的氢氧化钠部分或全部被以下中的一个或多个取代：1:1摩尔取代率的溶解的氢氧化钾，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钙，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钡，以及1:1摩尔取代率的铵。
在一个或多个实施例中，方法300还可以包括向排放废水添加具体成分（在304中）。具体成分可以选自由以下各项组成的组：磷酸氢二铵、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸氢铵以及其组合。换句话说，参考数字304表示可选步骤。在一个或多个实施例中，向排放废水添加具体成分可以在提供排放废水中溶解的氢氧化物之后执行。在一个或多个实施例中，向排放废水添加具体成分可以在提供排放废水中溶解的氢氧化物之前执行。在一个或多个实施例中，提供排放废水中溶解的氢氧化物以及向排放废水添加具体成分可以同时执行。
在下文中，参考附图的图4-9描述其中已经实施本公开的示例。
排放废水
首先，已从源自芯片生产（尤其是来自晶片抛光过程）的排放废水中取样本（a）。样本（a）被分布到若干实验室烧杯。此类实验室烧杯（包含样本（a））的图片被示出在图4（顶部）中和图5中。如从这些图片可以看到的（尤其参看图5），排放废水/样本（a）形成包含在其中均匀分布的小硅粒子的分散1（例如，悬浮液或悬浊液）。分散1具有暗的和浑浊的外观或特性。
样本（a）（或相应烧杯）中包含的硅粒子的量大约是每升100mg，其中排放废水中包含的大部分硅粒子处于亚微米范围。此外，排放废水/样本包含少量砷。
应观察到，假设样本留置达足够的时间段（例如，若干周或月），小的硅粒子将沉淀或沉积（从而它们能够经由正常沉积与排放废水分离）。
为了加速形成包含硅的沉积，用碱处理排放废水/样本，导致示例(c)、(c’)、(d)和(d’)。这些例子在图4、6-9中示出。在所有这些示例中，以亚化学计量的量（相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸或原硅酸盐离子的基本氧化反应）向排放废水/样本添加碱。此外，在所有这些示例中，可以形成包括硅的沉积。在示例(d)和(d’)中，额外地以磷酸氢二铵处理排放废水/样本。由此，可以放大沉积效应，并且所形成的沉积的量可以增加。图4中的参考数字(b)表示比较示例，其是通过以过化学计量的量（相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸或原硅酸盐离子的基本氧化反应）的碱处理样本（a）/排放废水获得的。
比较示例
如可以从图4看到的，当以过化学计量的量将碱添加到排放废水/样本(a)时，排放废水中所包含的硅完全溶解在排放废水中，从而导致相当清澈或透明的溶液(b)。因此，不能再将硅与排放废水分离（至少非经由沉积）。
比较示例(b)通过将0.8mmol/l的NaOH添加到排放废水/样本(a)获得。在60℃下大约5分钟之后，硅粒子溶解，并且硅粒子起始暗的分散转变成相当清澈的溶液。假设向排放废水添加过化学计量的量的NaOH具有形成羟化硅（hydroxylatedsilicon）（Si(OH)4）并且通过聚合反应而反应成聚硅酸的效应。
示例
在图4的下面行中，根据本公开从右起第二实验室烧杯包含示例(c)。相同的实验室烧杯也在图6中示出。示例(c)通过以亚化学计量的量向排放废水/样本(a)添加碱而获得。如可以从图6看到的，示例(c)包含包括在烧杯底部的硅的沉积5，以及在沉积5之上澄清的排放废水3。在这方面，假设排放废水中包含的硅粒子的一部分溶解在排放废水中（形成硅酸），而排放废水中包含的硅粒子的另一部分聚集以沉淀/沉积，由此形成沉积5。因此，可以经由沉积将硅的一些至少与排放废水分离。
示例(c)通过向排放废水/样本(a)添加0.2mmol/l的NaOH获得。排放废水和碱的所得混合物被加热并维持在约60℃的预定温度达5分钟。由此，形成包含硅的沉积5，并且沉积5可以通过倾析与沉积之上的澄清的排放废水3分离。在一个或多个实施例中，向排放废水添加欠化学计量（understoichiometric）的量的NaOH可以具有形成部分羟化的硅粒子并且通过缩合反应而彼此反应从而形成可以沉到烧杯底部的较大硅粒子的效应。
图7示出了根据本公开的包含另一示例(c’)的实验室烧杯。示例(c’)通过以亚化学计量的量向排放废水/样本(a)添加碱而获得。如从图9可以看到的，示例(c’)包含包括在烧杯底部的硅的沉积5，以及在沉积5之上澄清的排放废水3。因此，在本示例(c’)中，也可以经由沉积将硅中的至少一些与排放废水分离。
示例(c’)通过向排放废水/样本(a)添加0.1mmol/l的氢氧化钙获得。排放废水和碱（在此情况下是氢氧化钙）的所得混合物被加热并维持在约50℃的预定温度范围达2分钟。由此，形成包括硅的沉积5，并且沉积5可以通过倾析与沉积之上的澄清的排放废水3分离。
对于示例(c)和(c’)中的每个，测量沉积之上澄清的排放废水中砷的浓度，并将其与样本(a)（未经处理的排放废水）中砷的浓度进行比较。因为澄清的排放废水中的砷的浓度低于未经处理的排放废水中砷的浓度，所以显然示例(c)和(c’)中砷被部分转移并包含于沉积中，并且由此与硅一起从排放废水中去除。
图8示意性示出了去除应用于排放废水/样本(a)的微粒硅从而获得上面示例(c)和(c’)的方法。起初，在容器中提供排放废水。未经处理的排放废水形成分散1并具有暗的和浑浊的外观。接下来，将碱7（例如，固态氢氧化钠、氢氧化钠溶液或氢氧化钙）添加到排放废水。然后，将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积5。在沉积5之上是澄清的排放废水3。然后可以例如通过倾析将澄清的排放废水3从容器去除，由此将沉积和排放废水彼此分离，从而在容器中仅保留包含硅的沉积5（以及可选地一个或多个掺杂剂，例如砷）。
图9示出了根据本公开的包含又一示例(d)的实验室烧杯。同一实验室烧杯/示例(d)也示出在图10中，这次根据上文，并且在图4中（在下面行中从左起第二烧杯）。示例(d)通过以亚化学计量的量将碱添加到排放废水/样本(a)，并且通过额外地将磷酸氢二铵添加到排放废水获得。如从图9和10可以看到的，示例(d)包含包括在烧杯底部的硅的沉积5，以及在沉积5之上澄清的排放废水3。因此，在此示例(d)中，也可以经由沉积将硅中的至少一些与排放废水分离。应观察到，通过进一步向排放废水添加磷酸氢二铵（例如，当与其中仅使用碱的上述示例(c)进行比较时），沉积的量以及沉积中包含的硅的量可以显著增加。因此，通过以亚化学计量的量添加碱，可以促进/加速沉积的形成（当与在未经处理的排放废水中硅粒子的正常沉积进行比较时），并且能够通过额外添加磷酸氢二铵（或者类似的成分，例如权利要求12中提及的成分之一）而进一步促进/增强。
示例(d)通过向排放废水/样本(a)添加0.2mmol/l的氢氧化钠（通过添加氢氧化钠溶液）以及0.02mmol/l的磷酸氢二铵而获得。将排放废水、碱（在此情况下是氢氧化钠）以及磷酸氢二铵的所得混合物加热到并维持在约60℃的预定温度范围达5分钟。由此，形成包括硅的沉积5，并且可以通过倾析将沉积5与沉积之上的澄清的排放废水3分离。
在图4的下面行中从右起第一实验室烧杯包含根据本公开的又一示例(d’)。示例(d’)以与示例(d)相同的方式获得，并且可以称为示例(d)的复制。
对于示例(d)和(d’)中的每个，测量沉积之上澄清的排放废水中砷的浓度，并将其与样本(a)（未经处理的排放废水）中砷的浓度以及示例(c)的澄清的排放废水中的砷的浓度两者进行比较。由此，应确定示例(d)和(d’)澄清的排放废水中的砷的浓度低于未经处理的排放废水中砷的浓度，并且也低于示例(c)的澄清的排放废水中的砷的浓度，从而显然可以通过添加磷酸氢二铵来增加不仅沉积中硅的量而且沉积中砷的量。
图11示意性示出了去除应用于排放废水/样本(a)的微粒硅以便获得上面示例(d)和(d’)的方法。起初，在容器中提供排放废水。未经处理的排放废水形成分散1并具有暗的和浑浊的外观。接下来，将碱7（例如，固态氢氧化钠或氢氧化钠溶液）与磷酸氢二铵9（或者类似的成分，例如权利要求12中提及的成分之一）一起添加到排放废水。碱7与磷酸氢二铵9可以顺序地（即，首先是碱7，并且然后是磷酸氢二铵9，或者反之）或者同时地添加到排放废水。然后，将排放废水1、碱7以及磷酸氢二铵9的所得混合物加热到并维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积5。在沉积5之上是澄清的排放废水3。可以例如通过倾析将澄清的排放废水3从容器去除，由此将沉积和排放废水彼此分离，从而在容器中只保留包含硅的沉积5（并且可选地一个或多个掺杂剂，例如砷）。
在下文中，将描述本公开的另外的实施例。
根据各种实施例的一种从排放废水中去除微粒硅的方法可以包括：向排放废水添加碱，相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸（Si(OH)4）的基本氧化反应，所添加的碱的量是亚化学计量的；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积；以及使沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的另一个方法可以包括：向排放废水添加碱；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段；其中，调整所添加的碱的量，使得通过将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达该时间段，形成包含排放废水中所包含的硅的全部量的至少一部分的沉积；以及使沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的又一方法可以包括：向排放废水添加碱；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段；其中，调整所添加的碱的量，使得在将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达该时间段期间，防止排放废水中包含的全部量的硅借助于碱被完全溶解；以及使沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的又一方法可以包括：以这样的量将碱添加到排放废水，即在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率小于或等于2:1，例如小于或等于1:1；将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而允许形成包含硅的沉积；以及使沉积与排放废水彼此分离。
根据各种实施例的从排放废水中去除微粒硅的又一方法可以包括：为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钾，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.01至0.05mol的溶解的氢氧化钙，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钡，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的铵，或者为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，其中，溶解的氢氧化钠部分地或全部地被以下中的一个或多个取代：1:1摩尔取代率的溶解的氢氧化钾，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钙，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钡，以及1:1摩尔取代率的铵；将溶解的氢氧化钠、溶解的氢氧化钾，溶解的氢氧化钙、溶解的氢氧化钡以及铵中的一个或多个与排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，以便允许形成包括硅的沉积；以及将沉积与排放废水彼此分离。
在下文中，描述示例性实施例，其中这些示例性实施例对于上面五个方法的每个是有效的且可与其组合。此外，将下面示例性实施例中两个或更多或者全部互相组合是可能的。更进一步地，相互组合上面五个方法（或其特征）中的两个或更多也是可能的。
在一个或多个示例性实施例中，碱可以包含氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡以及氨中的一个或多个。例如，在所述碱之中，氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙以及氢氧化钡可以以液态形式添加（例如，作为具有水的溶液）和/或以固态形式。例如，氨可以以气态形式或以液态形式（例如，作为具有水的溶液）添加。
在一个或多个示例性实施例中，可以以碱性溶液的形式添加碱。
在一个或多个示例性实施例中，碱性溶液可以选自由以下各项组成的组：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、氨溶液及其组合。
在一个或多个示例性实施例中，可以以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供/形成的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率等于或小于1:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.9:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.8:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.7:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.6:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.5:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.4:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.3:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.2:1。例如，摩尔比率可以等于或小于0.1:1。
在一个或多个示例性实施例中，可以以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率大于或等于0.01:1。
因此，例如，可以以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率等于或小于1:1且大于0.01:1。然而，摩尔比率的上和下边界值也可以以不同方式彼此组合，例如以导致等于或小于0.8:1且大于或等于0.01:1的示例性摩尔比率。
在一个或多个示例性实施例中，方法还可以包括确定排放废水中所包含的硅的量。例如，可以在将碱添加到排放废水之前确定排放废水中所包含的硅的量。例如，可以通过测量或估计排放废水中所包含的硅的量来确定所述量。例如，可以从排放废水中取样本，可以测量样本中所包含的硅的量，并可以基于样本中所包含的硅的测量的量而确定排放废水中所包含的硅的量。例如，可以直接在其中容纳排放废水的沉积池或沉积容器中确定排放废水中所包含的硅的量。例如，排放废水中所包含的硅的确定的量可以用来确定将被添加到排放废水的碱的量。
在一个或多个示例性实施例中，预定温度范围可以等于或高于40℃，例如等于或高于45℃，例如等于或高于50℃，例如等于或高于55℃，例如等于或高于60℃。
在一个或多个示例性实施例中，预定温度范围可以小于碱的沸腾温度。
在一个或多个示例性实施例中，预定温度范围可以等于或小于90℃，例如等于或小于85℃，例如等于或小于80℃，例如等于或小于75℃，例如等于或小于70℃。
因此，示例性预定温度范围可以等于或小于90℃且等于或高于40℃，例如等于或小于85℃且等于或高于45℃，例如等于或小于80℃且等于或高于50℃，例如等于或小于75℃且等于或高于55℃，例如等于或小于70℃且等于或高于60℃。然而，预定温度范围的上和下边界值还可以以不同方式彼此组合，例如以导致等于或小于80℃且等于或高于40℃的示例性预定温度范围。
在一个或多个示例性实施例中，所述时间段可以大于或等于2分钟，例如大于或等于3分钟，例如大于或等于4分钟，例如大于或等于5分钟，例如大于或等于6分钟。
在一个或多个示例性实施例中，所述时间段可以小于或等于14分钟，例如小于或等于12分钟，例如小于或等于10分钟，例如小于或等于9分钟，例如小于或等于8分钟。
因此，示例性时间段可以小于或等于14分钟且大于或等于2分钟，例如小于或等于12分钟且大于或等于3分钟，例如小于或等于10分钟且大于或等于4分钟，例如小于或等于9分钟且大于或等于5分钟，例如小于或等于8分钟且大于或等于6分钟。然而，时间段的上和下边界值还可以以不同方式彼此组合，例如以导致小于或等于10分钟且大于或等于3分钟的示例性时间段。
在一个或多个示例性实施例中，所述方法还可以包括：混合（例如搅拌）排放废水和碱所得的混合物，从而获得均匀混合物并均匀地将碱分布在排放废水中。例如，可以在添加碱和将混合物维持在预定范围中之间执行混合，和/或（至少暂时地）在将混合物维持在预定温度范围中期间，和/或（至少暂时地）在添加碱期间。
在一个或多个示例性实施例中，所述方法还可以包括加热排放废水和碱的所得混合物，从而将混合物的温度升高到预定温度范围和/或将混合物的温度维持在预定温度范围内。加热可以包括从外部供热（“外部热供应”）和/或内部热供应（例如，采用反应热和/或溶解热的形式）。
在一个或多个示例性实施例中，由将混合物维持在预定温度范围中达所述时间段所产生的沉积可以包括起初包含于排放废水中的硅的全部量的至少10%（例如用mol或g表示），例如至少20%，例如至少30%，例如至少40%，例如至少50%，例如至少60%，例如至少70%，例如至少80%，例如至少90%。
在一个或多个示例性实施例中，将沉积与（澄清的）排放废水彼此分离可以通过去除位于沉积之上的排放废水来执行，例如通过倾析（澄清的）排放废水或通过排出或抽走（pumpaway）沉积之上的（澄清的）排放废水。例如，剩余的沉积（诸如，淤渣）可被进一步处理，例如，诸如使用压滤机来脱水（dewater）。
在一个或多个示例性实施例中，所述方法还可以包括将从由以下各项组成的组中选择的成分添加到排放废水：磷酸氢二铵（H(NH4)2PO4）、磷酸一铵（(NH4)H2PO4）、硫酸铵（(NH4)2SO4）、硫酸氢铵（NH4HSO4）及其组合。
在一个或多个示例性实施例中，可以以等于或小于20mol%（例如等于或小于10mol%）的量添加所述成分。成分的添加量用mol%表示该成分与排放废水、添加的碱和添加的成分的混合物的摩尔比率。
在一个或多个示例性实施例中，可以以等于或多于5mol%（例如等于或多于10mol%）的量添加所述成分。
因此，例如，可以以等于或多于5mol%且等于或小于20mol%的量添加所述成分，例如以等于或多于5mol%且等于或小于10mol%的量，或者例如以等于或多于10mol%且等于或小于20mol%的量。然而，成分的量的上和下边界值也可以是不同的。
在一个或多个示例性实施例中，添加所述成分可以促进形成沉积和/或硅从排放废水到沉积的转移，由此增加沉积的量以及包含在沉积中的硅的量。
在一个或多个示例性实施例中，排放废水可以源自一个或多个芯片的生产和/或来自一个或多个晶片的处理。例如，处理一个或多个晶片可以包括研磨、抛光（例如CMP）和打薄晶片中的一个或多个。
在一个或多个示例性实施例中，排放废水可以包含质量浓度等于或小于每升（liter）250mg的硅粒子，例如质量浓度等于或小于每升200mg，例如质量浓度等于或小于每升150mg，例如质量浓度等于或小于每升100mg（例如，分别处于20℃）。
在一个或多个示例性实施例中，排放废水可以包含质量浓度为至少每升10mg的硅粒子。
因此，例如，排放废水可以包含质量浓度为至少每升10mg且等于或小于每升250mg的硅粒子，例如为至少每升50mg且等于或小于每升250mg。然而，浓度的上和下边界值还可以是不同的。
在一个或多个示例性实施例中，排放废水中所包含的硅粒子的大小（例如，平均大小）可以处于亚微米范围中。例如，硅粒子的平均粒子大小可以等于或小于0.2微米。例如，所述平均粒子大小可以是经由激光衍射方法可获得的。
在一个或多个示例性实施例中，排放废水可以包含掺杂剂，其中掺杂剂经由沉积与硅一起至少部分地从排放废水中去除。例如，掺杂剂可以是砷。例如，由将混合物维持在预定温度范围中达该时间段所产生的沉积可以包括起初包含在排放废水中的掺杂剂的全部量（例如，用mol或g表示）的至少10%，例如至少20%，例如至少30%，，例如至少40%，例如至少50%，例如至少60%，例如至少70%，例如至少80%，例如至少90%。
在一个或多个示例性实施例中，可以使用沉积池或沉积容器来执行所述方法。例如，水池或容器可以至少具有至少1m3的容积，例如至少10m3，诸如至少100m3。
在一个或多个示例性实施例中，可以以不连续方式，例如分批地（如分批过程）来执行所述方法。
在一个或多个示例性实施例中，可以在不使用或添加金属盐（例如氯化铁）的情况下将微粒硅从排放废水中去除。
在一个或多个示例性实施例中，可以在没有或不存在共沉淀反应或沉淀反应的情况下形成沉积。
在一个或多个示例性实施例中，可以通过在污水中包含的硅（粒子）的至少一部分与碱的化学反应来发起沉积的形成。例如，在污水中包含的硅（粒子）的至少一部分与碱的化学反应可以包括在污水中包含的硅（粒子）的至少一部分与碱的部分基本氧化或由其构成。例如，化学反应（例如，部分基本氧化）可以接下来是与碱反应的硅（粒子）的至少一部分的结块（例如，部分氧化的硅粒子的至少一部分的结块）。例如，结块可以包括缩合反应。
在一个或多个示例性实施例中，由于硅粒子中的至少一些通过碱的部分基本氧化（以由此形成部分氧化的硅粒子）和/或在排放废水中包含的硅粒子的至少一部分的结块，可以形成沉积。
在一个或多个示例性实施例中，沉积可以包含部分氧化的硅粒子，例如其表面已经被氧化（通过OH-离子的侵蚀）的硅粒子。例如，沉积中包含的部分氧化的硅粒子的至少一部分可以以被结块或粘合在一起的包含部分氧化的硅粒子的结块的形式存在，例如借助于缩合反应。
虽然已经参考具体实施例特别地示出并描述了本公开的各种方面，但本领域技术人员应该理解的是在不背离如由所附权利要求所定义的本公开的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节方面的各种变化。本公开的范围因此由所附权利要求指示，并且落入权利要求等价物的意义和范围内的所有变化都因此意图被包含。

Claims (20)

1.一种从排放废水中去除微粒硅的方法，所述方法包括：
向排放废水添加碱，所添加的碱的量相对于排放废水中所包含的全部量的硅到原硅酸的基本氧化反应是亚化学计量的；
将排放废水和碱的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而形成包括硅的沉积；以及
使沉积与排放废水彼此分离。
2.权利要求1所述的方法，其中，碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化钡以及氨中的一个或多个。
3.权利要求1所述的方法，其中，以碱性溶液的形式添加所述碱。
4.权利要求3所述的方法，其中，所述碱性溶液选自由以下项目组成的组：氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、氨溶液及其组合。
5.权利要求1所述的方法，其中，以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率等于或小于1:1。
6.权利要求1所述的方法，其中，以这样的量将碱添加到排放废水：在污水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率大于或等于0.01:1。
7.权利要求1所述的方法，其中，预定温度范围等于或高于40℃。
8.权利要求1所述的方法，其中，预定温度范围小于碱的沸腾温度。
9.权利要求1所述的方法，其中，预定温度范围等于或小于90℃。
10.权利要求1所述的方法，其中，时间段大于或等于2分钟。
11.权利要求1所述的方法，其中，时间段小于或等于14分钟。
12.权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
将从由以下项目组成的组中选择的成分添加到排放废水：磷酸氢二铵、磷酸一铵、硫酸铵、硫酸氢铵及其组合。
13.权利要求12所述的方法，其中，以等于或小于20mol%的量添加所述成分。
14.权利要求12所述的方法，其中，以等于或多于5mol%的量添加所述成分。
15.权利要求1所述的方法，其中，所述排放废水源自一个或多个芯片的生产和/或来自一个或多个晶片的处理。
16.权利要求1所述的方法，其中，排放废水包含质量浓度等于或小于每升250mg的硅粒子，或者其中，排放废水中所包含的硅粒子的大小在亚微米范围中。
17.权利要求1所述的方法，其中，在不存在共沉淀反应或沉淀反应的情况下形成所述沉积，或者其中，在不添加金属盐的情况下将微粒硅从排放废水中去除。
18.权利要求1所述的方法，其中，排放废水包含掺杂剂，并且其中，所述掺杂剂经由沉积与硅一起从排放废水中至少部分地去除。
19.一种从排放废水中去除微粒硅的方法，所述方法包括：
以这样的量将碱添加到排放废水：在排放废水中通过碱所提供的水氢氧离子与排放废水中所包含的硅的摩尔比率小于或等于2:1；
将碱和排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，从而允许形成包括硅的沉积；以及
将沉积与排放废水彼此分离。
20.一种从排放废水中去除微粒硅的方法，所述方法包括：
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，或者
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钾，或者
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.01至0.05mol的溶解的氢氧化钙，或者
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钡，或者
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的铵，或者
为排放废水中所包含的每克硅提供排放废水中的0.02至0.1mol的溶解的氢氧化钠，其中，溶解的氢氧化钠部分地或全部地被以下中的一个或多个取代：1:1摩尔取代率的溶解的氢氧化钾，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钙，1:2摩尔取代率的溶解的氢氧化钡，以及1:1摩尔取代率的铵；
将溶解的氢氧化钠、溶解的氢氧化钾，溶解的氢氧化钙、溶解的氢氧化钡以及铵中的一个或多个与排放废水的所得混合物维持在预定温度范围中达一个时间段，以便允许形成包括硅的沉积；以及
将沉积与排放废水彼此分离。
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