CN1428185A

CN1428185A - 含voc有机废气的处理设备与方法

Info

Publication number: CN1428185A
Application number: CN 01138636
Authority: CN
Inventors: 林树荣; 吴信贤; 赖庆智
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2003-07-09
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: CN1227053C

Abstract

本发明公开一种含VOC有机废气的处理设备与方法，主要特征在于整合O₃氧化技术与传统湿式洗涤技术，可改善目前处理臭味及有机废气的传统技术的处理效率、经济性、适用范围及系统控制方式。依照本发明的处理技术，欲处理的废气在经过湿式洗涤塔时被循环洗涤液吸收，而对溶解的污染物，则可在高效率氧化反应槽中被氧化剂以化学氧化作用分解，并利用pH值控制方式提高VOC废气去除效率及氧化剂利用率。高效率氧化反应槽除提供上述化学反应外，尚提供监测及调整进入高效率氧化反应槽水质的功能。

Description

含VOC有机废气的处理设备与方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术，特别是涉及一种含VOC有机废气的处理设备与方法。

背景技术

半导体制程废气中含有大量的挥发性有机物(volatile organiccompounds；VOCs)，如异丙醇(IPA)、丙酮(acetone)、甲乙酮(MEK)及部分高沸点物质(如dimethylacetamide、DMSO、NMP等)。

目前处理半导体含VOC废气的商业化技术主要为转轮浓缩焚化技术、活性碳吸附技术及湿式洗涤技术。转轮浓缩焚化技术须消耗大量燃料、活性碳吸附技术则须经常更换活性碳，两者操作成本都很高。且由目前半导体业者使用转轮浓缩焚化技术的经验发现，此技术对高沸点物质(如去光阻剂的主要成份)的去除效果差，且会破坏浓缩转轮所使用的吸附材料的吸附能力，导致对污染物的处理效率持续降低。

半导体业使用的高沸点的物质，几乎全溶于水，因此使用湿式洗涤技术可将气相中的高沸点物质转移至液相中再加以氧化去除。但湿式洗涤技术为维持较高的处理效率需要大量的清水及排放大量的废水，在此半导体业缺水及水污染问题未解决之际，实属不智之举。此外，传统添加氧化剂之氧化洗涤技术则因是将氧化剂和洗涤塔合并在一起，当氧化剂过多，会产生氧化剂残留在废气，操作不当时有再逸散问题而衍生二次污染；而当氧化剂与污染物反应速率慢时，处理效率降低；传统氧化洗涤可利用氧化剂种类有限，除O₃之外，其氧化力低，处理效率亦较低。

O₃为目前已商业化氧化剂中氧化能力最佳和氧化剂，但因制造成本较高，大多应用在自来水处理和化学制程上，在空气污染处理上以学术研究居多，实际工程应用较少(O₃在水及废水上和处理，可参照欧洲专利EP0859746、EP 0791101、EP 0495707、美国专利US 53645377、US 5851407、US 5637231等)，O₃在水及废水处理上主要用来消毒或去除部份有机物当作后续处理设备之前处理，因此其有机物处理效率不须很高，传统O₃反应槽大多使用单一反应槽及单一曝气方式之设计方式，且对水质并无控制，如pH值和碳酸盐，其有机物去除效率及O₃使用率低，产生O₃废气，因此需在废气排放口装设O₃破坏器。为增加气相O₃传输至液相之效率，美国专利US 5851407、US 5637231、US 5989439是使用高压或venturiinjector使气相O₃快速溶解，但对反应速率慢和有机物，会导致大量臭氧和浪费，且设备操作维护不容易。

因此，为了使有机废气的处理技术更臻于完善，实有必要针对上述问题进行改善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含VOC有机废气之处理设备与方法。

本发明的目的之一是提供一种可降低操作成本的有机废气处理设备与方法。

本发明的目的之二是提供一种不会受高沸点物质影响的有机废气处理设备与方法。

本发明的目的之三是提供一种可大量减少用水与排放废水的有机废气处理设备与方法。

本发明的目的之四是提供一种具有高VOC去除效率及高O₃利用率的有机废气处理设备与方法。

为实现上述目的，本发明提供一种含VOC有机废气的处理设备，包括：

(a)一洗涤塔，用以接收上述有机废气，俾使废气中之有机污染物传输至洗涤液中；

(b)一氧化处理单元，用以接收来自洗涤塔之洗涤液，并将含有臭氧之氧化剂导入洗涤液中进行氧化反应；以及

(c)一回流装置，用以将上述氧化处理单元之洗涤液循环至上述洗涤塔，作为吸收废气中的污染物之用。

本发明另提供一种含VOC有机废气的处理方法，其主要步骤包括：

(a)将有机废气导入一洗涤塔，以洗涤液吸收此废气中的有机污染物，并被含臭氧的氧化剂作初步阶段的氧化；

(b)将上述含有污染物的洗涤液导入至少一氧化槽，与包含臭氧的氧化剂混合进行氧化反应；以及

(c)将上述反应后的洗涤液再导入上述洗涤塔中，并重复步骤(a)、(b)。

本发明的主要特征在于整合O₃氧化技术与传统湿式洗涤技术，透过高效率的多段式氧化反应槽设计及操作条件控制处理有机废气，可提高氧化剂利用率及有机污染物之处理效率。因此无氧化剂二次污染的问题，及因碳酸盐增加造成氧化剂与污染物反应速率减慢的不良影响。本发明的技术特别适用于含水溶性高之VOC的半导体业有机废气。

为让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下将附图进一步就本发明的有机废气处理设备与方法作一详细说明。

附图说明

图1是一种用于实施本发明的高级氧化洗涤系统。

图2是本发明污染物氧化单元的具体实施例之一

图3是本发明污染物氧化单元的具体实施例之二

图4是本发明污染物氧化单元的具体实施例之三

图5是本发明污染物氧化单元的具体实施例之四

具体实施方式

在图1中，本发明所示的高级氧化洗涤系统由氧气或空气入口1，臭氧产生机2，臭氧出口3，臭氧曝气装置4、5，高级氧化反应槽6、7，洗涤液循环帮浦8，流量指示装置9，洗涤塔本体10，洗涤液循环帮浦11，废气风车12，废气处理前入口13，处理前废气浓度监测点14，低浓度臭氧入口14，处理后废气浓度监测点15，处理后废气排放口17，洗涤液水质监测点18、22，监控系统19，药槽20，加药机21组成。

该发明是整合传统湿式洗涤技术与高效率的O₃氧化技术，作为处理含水溶性有机及/或臭味废气的程序。本发明所处理的废气中，水溶性VOC系指常温常压下易溶于水之有机化合物，如脂类、醚类、醛类、醇类、酮类及有机酸类。而上述含臭味的废气系指分子结构中含氮、硫元素，造成一般公知的异味成份，如硫化氢、甲硫醇、乙硫醇、二甲基硫化物及类似含硫的化合物，含氮者如氨、二甲基胺、甲基胺及类似含氮的化合物。

本发明的废气处理设备及方法将配合图1所示作详细说明如下：

洗涤塔，包括洗涤塔本体10、洒水喷头和废气处理前入口13、废气处理后出口17等。首先将进流废气导入洗涤塔，使废气中的有机污染物传输至洗涤液中，再与洗涤液中溶解的臭氧、氢氧自由基反应进行氧化分解。前述洗涤塔可为立式或卧式的填充塔、文氏塔、筛板塔等。收集废气的风车12可视情况而安装于废气处理前入口前端、或废气处理后出口后端。

氧化处理单元，用以接收来自洗涤塔的洗涤液，并将含有臭氧的氧化剂导入该洗涤液中进行氧化反应。本发明的氧化处理单元至少包括一氧化槽6、7，且氧化槽中设置有至少一氧化剂导入口4、5，用以将臭氧导入氧化槽中与洗涤液中之有机污染物进行氧化反应。洗涤液经由循环帮浦11导入高级氧化反应槽6、7内与氧化剂混合，进行氧化反应并监控洗涤液水质，维持pH值在8~11之间。其氧化剂导入处在反应槽之前端，洗涤液与氧化剂接触方式可为同向流或异向流。前述氧化剂为臭氧或臭氧加双氧水。前述反应槽可为立式或卧式。上述反应槽至少一座或串联二座或二座以上。而每一座反应槽应装有氧化剂导入口一处以上，随后并通过细气泡曝气装置4、5使臭氧溶于洗涤液中，或将反应槽设计为填充塔形态，以增加臭氧气体之利用率。

回流装置8，用以将反应后的洗涤液再导入至上述洗涤塔本体10中，作为吸收废气中之污染物之用。

本发明的废气处理设备可更包括一出流管路(未显示)，用以将反应后之洗涤液部份导入废水池，避免反应产生之碳酸盐蓄积，降低臭氧产生的氢氧自由基效率。

此外，本发明尚包括以洗涤液水质、废气处理监控系统19监测、监测废气进流浓度及处理效率的位置为洗涤塔废气进口处14及废气出口处16；监测洗涤液水质的位置为氧化槽之洗涤液进口处18及出口处22。控制进入高级氧化槽之循环洗涤液水质水量以及监测、控制废气浓度、处理效率、臭氧供应量等。加药(包括过氧化氢、氢氧化钠)系统20，21提供上述溶液以调整进入洗涤液水质。氧化剂供应系统2提供上述溶液的氧化剂。依据废气进、出流浓度监测值与处理效率的设定值，可作为洗涤液中氧化剂供应量增减之参考，当进流浓度增加或效率降低，提高氧化剂供应量；当进流浓度减少或效率增加时，降低氧化剂供应量。

上述高级氧化反应槽根据废气的成分，设计高级氧化反应槽的槽数或氧化剂导入方式，当废气的污染物与氧化剂的去除率不需太高时，如小于80％时，其反应槽可设计成一槽或一段氧化剂导入处；当去除率要求较高时，其反应槽可设计成多槽，组合方式为串联，或于单一氧化槽设置多段氧化剂导入处。如图2所示，为一单段氧化剂分配/单槽式的氧化槽设计方式。如图3所示，为一单段氧化剂分配/多槽式之氧化槽设计方式。如图4所示，为一多段氧化剂分配/单槽式之氧化槽设计方式。如图5所示，为一多段氧化剂分配/多槽式的氧化槽设计方式。根据本发明，上述高级氧化反应槽的每一槽或每一段氧化槽的停留时间较佳约为2-10分钟。

与目前已有的有机废气处理技术，本发明的处理方法具有下列优点：

1.本发明可完全克服浓缩焚化技术(目前半导体业主流技术)的高沸点物质阻塞问题及着火的危险性。

2.本发明利用氧化技术将洗涤液回收利用，克服传统湿式洗涤的大量废水排放问题，改善目前处理臭味及有机废气的传统湿式洗涤吸收技术的处理效率、经济性、适用范围及系统控制方式。

3.本发明使用O₃为氧化剂提升氧化力，并利用氧化及洗涤槽分开方式设计，使氧化剂有效利用，并增加VOC废气处理效率，改善传统氧化洗涤对有机物的处理。

4.本发明利用多段式O₃氧化反应槽设计，依有机物的反应速率，控制气相O₃传输至液相的量，以增加传统O₃氧化技术的O₃使用率。且在常压下操作，无须加压装置，反应槽设计及维护容易。

5.本发明利用控制操作条件(pH值)，可增加OH自由基产生，因此增加已有技术的氧化力及处理效率。

6.本发明利用洗涤液换水频率的控制，降低碳酸盐的干扰，增加臭氧产生的氢氧自由基效率，因此增加已有技术的处理效率。

7.本发明整合传统湿式洗涤塔，多段式O₃氧化反应槽设计及操作条件控制，提高氧化效率及节省占地面积。欲处理的废气在经过洗涤塔时被循环洗涤液吸收，而对于溶解的污染物，则可在高效率氧化反应槽中被氧化剂以化学氧化作用分解，并利用pH值控制提高VOC去除效率及氧化剂利用率。高效率氧化反应槽除提供上述化学反应外，尚提供监测及调整进入高效率氧化反应槽水质的功能。并利用系统控制的方式，以提高氧化剂利用率及有机污染物的处理效率。

本发明的实施例是针对半导体业含VOC的废气进行测试，半导体厂A废气的主要成分为MEK及IPA，总碳氢化合物浓度约100-200ppmv asmethane。半导体厂B废气的主要来源为去光阻剂ACT690，成分为DMSO(dimethyl sulfoxide)，总碳氢化合物浓度约35ppmv as methane。氧化剂为O₃，半导体厂A测试所用的氧化反应槽设计及曝气方式为一段式。半导体厂B测试所用的氧化反应槽设计及曝气方式为二段式。测试条件与测试结果如下表所示。

废气来源	氧化反应槽设计方式	臭氧供应量(g/hr)	H₂O₂供应量(g/hr)	处理风量(CMM)	处理后平均浓度(ppmv)	处理前平均浓度(ppmv)	平均处理效率
废气来源	氧化反应槽设计方式	臭氧供应量(g/hr)	H₂O₂供应量(g/hr)	处理风量(CMM)	处理后平均浓度(ppmv)	处理前平均浓度(ppmv)	平均处理效率	半导体厂A	一段	30	0	0.7	31	115	73％
半导体厂A	一段	7	1.4	1.4	74	187	60％	半导体厂A	一段	30	0	0.7	31	115	73％
半导体厂A	一段	7	1.4	1.4	74	187	60％	半导体厂B	二段	3	0.3	1.7	4.3	28.8	85％

本发明与传统湿式洗涤技术，在长时间操作下的有机废气处理效率比较如下表：

本发明处理技术*传统湿式洗涤技术废气来源之平均处理效率之平均处理效率半导体厂A 73％ 30％半导体厂B 85％ 10％

*单纯以水作为吸收剂，不加任何添加剂

本发明针对半导体厂A的废气在洗涤液不同pH值条件下的有机废气处理效率比较如下：pH值 7 10处理效率 30％ 73％

本发明针对半导体厂A的废气在不同洗涤液换水频率下的水质碳酸盐含量及有机废气处理效率比较如下：洗涤液换水频率 60公升/天 180公升/天碳酸盐 600ppm 100ppm处理效率 52％ 73％

本发明与传统O₃氧化技术，在长时间操作下于废气处理排放口之O₃气体浓度及O₃利用率比较如下表：

本发明处理技术传统O₃氧化技术废气排放口之O₃浓度 0.03ppmv 3000ppmvO₃利用率＞99.9％ 90％注：进流O₃气体浓度为30000ppmv

虽然本发明是以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。

Claims

1.一种废气处理设备，适用于处理含VOC的有机废气，其特征在于包括：

(a)一洗涤塔，用以接收所述有机废气，使该废气中的有机污染物传输至一洗涤液中；

(b)一氧化处理单元，用以接收来自洗涤塔的洗涤液，并将含有臭氧之氧化剂导入该洗涤液中进行氧化反应；以及

(c)一回流装置，用以将上述氧化处理单元的洗涤液循环至上述洗涤塔，作为吸收废气中的污染物之用。

2.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述洗涤塔为立式或卧式。

3.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述气液接触方式为同向流或逆向流。

4.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述氧化剂更包含双氧水。

5.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于更包括一加药系统，用以将药剂导入该氧化槽使洗涤液的pH值是维持在8-11之间。

6.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述氧化处理单元包括至少一氧化槽，且该氧化槽具有至少一氧化剂导入口。

7.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述氧化处理单元为二座或二座以上氧化槽串联。

8.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述洗涤液在每一氧化槽之水力停留时间为2-10分钟。

9.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于更包括一出流管路，用以将部分洗涤液导出该系统。

10.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于更包括一废气处理监控系统。

11.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于有机废气的有机污染物系择自下列所组成之族群：酯类、醚类、醛类、醇类、酮类、以及有机酸类。

12.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于有机废气中更包含分子结构中含氮、硫元素的臭味成分。

13.如权利要求1所述的废气处理设备，其特征在于所述有机废气为半导体制程所产生的废气。

14.一种含VOC有机废气的处理方法，其特征在于包括下列步骤：

(a)将一有机废气导入一洗涤塔，以洗涤液吸收该废气中的有机污染物；

(b)将所述含有污染物的洗涤液导入至少一氧化槽，与包含臭氧的氧化剂混合进行氧化反应；以及

15.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述有机废气的有机污染物系择自下列所组成的族群：酯类、醚类、醛类、醇类、酮类、以及有机酸类。

16.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述有机废气中更包含分子结构中含氮、硫元素的臭味成分。

17.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述氧化剂更包含双氧水。

18.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述氧化剂与洗涤液的接触方式为同向流或异向流。

19.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述在步骤(b)，该洗涤液的pH值维持在8-11之间。

20.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述氧化槽具有至少一氧化剂导入口。

21.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述氧化槽为二座或二座以上串联。

22.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述洗涤液在每一氧化槽之水力停留时间为2-10分钟。

23.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于在步骤(c)更包括将部分洗涤液导出该系统。

24.如权利要求14所述的含VOC有机废气的处理方法，其特征在于所述有机废气为半导体制程所产生的废气。