KR101070232B1 - 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 웨이퍼 후면 연마와 같은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 발생되는 실리콘 폐수에서의 실리콘 회수율을 향상시키고, 실리콘 폐수를 처리한 처리수에 의한 수질 오염을 억제하고, 그 처리수를 공업용수로 사용하기 위한 것이다. 본 발명은 침지형 중공사막 모듈이 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수를 공급받아 상기 실리콘 폐수를 농축하고, 상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면 필터 프레스로 상기 농축된 실리콘 폐수를 공급하고, 상기 필터 프레스가 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 케이크 형태로 획득하는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법을 제공한다. 그리고 실리콘 폐수를 농축할 때 침지형 중공사막 모듈을 이용하여 실리콘 폐수를 여과하기 때문에, 실리콘 입자가 거의 포함되지 않은 깨끗한 처리수를 획득할 수 있다.
웨이퍼, 실리콘, 회수, 처리, 중공사막

Description

실리콘 폐수 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for recycling silicon waste water}
본 발명은 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 후면 연마와 같은 반도체 웨이퍼 제조 공정에서 발생되는 실리콘 폐수를 처리하여 고순도의 실리콘을 회수하는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 및 반도체 산업의 발전에 따라 실리콘 소재의 웨이퍼의 수요가 급증하고 있는 추세이다. 이와 같은 웨이퍼는 실리콘 단결정 잉곳(ingot)에서 일정 두께로 절삭된 베어(bare) 상태로 웨이퍼 제조 공정에 투입된다.
일반적으로 실리콘 소재의 웨이퍼의 전면에 반도체 집적회로를 형성하는 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 제조 장치들 간의 이동이나 취급시 발생되는 웨이퍼의 손상을 억제하기 위해서 웨이퍼 제조 공정에 투입되는 베어 상태의 웨이퍼는 실질적으로 반도체 패키지 제조 공정에 사용되는 웨이퍼에 비해서 상당히 두꺼운 상태로 제공된다. 따라서 웨이퍼 제조 공정 후에 반도체 패키지 제조 공정에 제공되기 전에 불필요한 웨이퍼의 후면 부분을 제거하면서 웨이퍼의 두께를 얇게 만 들기 위한 후면 연마(back lap) 공정을 진행한다.
예컨대 웨이퍼는 일반적으로 8인치의 경우 730~750㎛, 12인치의 경우 790~800㎛의 두께를 가진다. 웨이퍼 후면 연마 공정은 이러한 웨이퍼 두께를 50~450㎛로 얇게 가공한다. 이때 목표로 하는 웨이퍼의 최종 두께는 반도체 제품의 종류에 따라 또는 고객의 요구에 따라 달라질 수 있다.
이와 같은 웨이퍼 후면 연마 공정시 다량의 실리콘 입자를 포함하는 실리콘 폐수가 발생되며, 발생된 실리콘 폐수를 그대로 외부로 배출시킬 경우 수질 오염을 초래할 수 있다. 또한 고가의 실리콘이 낭비되는 문제가 발생된다.
이러한 문제점을 해소하기 위해서, 실리콘 폐수를 원심분리하여 실리콘 폐수에서 실리콘을 회수하는 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 원심분리를 통하여 일부 실리콘은 회수할 수 있지만, 실리콘의 회수율이 낮아 경제성이 떨어진다. 또한 원심분리된 처리수에 여전이 다량의 실리콘이 포함되어 있기 때문에, 처리수를 그대로 외부로 방유할 경우 수질 오염을 초래할 수 있는 문제점을 여전히 안고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼 제조 공정에서 발생되는 실리콘 폐수에서의 실리콘 회수율을 향상시킬 수 있는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실리콘 폐수를 처리하여 고순도의 실리콘을 회수할 수 있는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 폐수에서 실리콘의 회수율을 높여 외부로 방유되는 처리수에 의한 수질 오염이 발생되는 것을 억제할 수 있는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 실리콘 폐수를 처리하여 공업용수 정도의 수질을 갖는 처리수를 회수할 수 있는 실리콘 폐수 처리 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 침지형 중공사막 모듈이 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수를 공급받아 상기 실리콘 폐수를 농축하는 농축 단계와, 상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면 필터 프레스로 상기 농축된 실리콘 폐수를 공급하는 공급 단계와, 상기 필터 프레스가 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 획득하는 탈수 단계를 포함하는 실리콘 폐수 처리 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 농축 단계는 상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 실리콘 폐수에서 여과한 제1 처리수를 외부로 배출하는 배출 단계를 더 포함한다. 상기 농축 단계에서 상기 임계 농도는 1만ppm 이상이며, 바람직하게는 1만5ppm 내지 30만ppm 사이의 값 중에 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 공급 단계는 상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 상기 임계 농도에 도달하면 농축을 정지하고, 상기 농축된 실리콘 폐수를 버퍼 탱크로 배출하는 단계와, 상기 버퍼 탱크가 모인 상기 농축된 실리콘 폐수를 고압으로 상기 필터 프레스로 공급하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 탈수 단계는 상기 필터 프레스가 고압으로 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 여과하는 단계와, 상기 필터 프레스가 여과된 실리콘 입자가 완충되어 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수의 수압이 임계 수압에 도달하게 되면 상기 농축된 실리콘 폐수의 유입을 차단하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 방법에 있어서, 상기 탈수 단계는 상기 필터 프레스가 상기 농축된 실리콘 폐수에서 탈수한 제2 처리수를 상기 침지형 중공사막 모듈로 회송하는 단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
한편 본 발명은 침지형 중공사막 모듈과 필터 프레스를 포함하여 구성되는 실리콘 폐수 처리 장치를 제공한다. 상기 침지형 중공사막 모듈은 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수를 공급받아 필터링하여 상기 실리콘 폐수를 농축한다. 그리고 상기 필터 프레스는 상기 농축된 실리콘 폐수를 상기 침지형 중공사막 모듈로부터 공급받고, 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 케이크 형태로 형성한다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 장치는 침지형 중공사막 모듈을 이용하여 실리콘 폐수를 처리하기 때문에, 실리콘 입자가 거의 포함되지 않은 깨끗한 처리수를 획득할 수 있다. 즉 중공사막 모듈에서 여과된 처리수는, 표2에 도시된 바와 같이, 공업용수 정도의 수질을 갖고 있음을 확인할 수 있다. 이로 인해 실리콘 폐수를 처리한 처리수의 방유로 인한 수질 오염을 억제할 수 있다. 또한 그 처리수를 공업용수로 사용할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 장치는 필터 프레스가 침지형 중공사막 모듈로부터 유입된 일정 농도 이상의 실리콘 입자가 함유된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 여과하기 때문에, 실리콘 폐수에 함유된 실리콘 입자의 회수율을 향상시킬 수 있다. 또한 회수된 실리콘 케이크를 분석한 표3의 시험분석결과표에 개시된 바와 같이, 99.9ppm 이상의 고순도의 실리콘을 획득할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 실리콘 폐수 처리 장치는 침지형 중공사막 모듈 및 필터 프레스의 연결에 의해 구성되기 때문에, 실리콘 폐수 처리 장치의 설치 비용 및 설치 공간을 최소화할 수 있는 이점도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 여기서 실리콘 폐수는 웨이퍼 후면 연마 공정에 제공되는 탈이온수와 슬러리, 그리고 웨이퍼 후면 연마에 의해 연마된 실리콘 입자를 포함한다. 실리콘 폐수에서 차지하는 슬러리의 양이 극히 미량이기 때문에, 실리콘 폐수는 대부분 탈이온수와 실리콘 입자로 조성된다. 실리콘 폐수에 포함된 실리콘 입자의 크기는 후면 연마 공정에 사용되는 연마휠에 따라 다양하게 분포한다. 예컨대 실리콘 폐수에 포함된 실리콘 입자는 70~80%가 직경이 0.5㎛이하 이고, 나머지가 직경이 0.5㎛이상일 수 있다.
제1 실시예
본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 침지형 중공사막 모듈(10)과 필터 프레스(40)를 포함하여 구성된다. 침지형 중공사막 모듈(10)은 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수(51)를 공급받아 농축한다. 침지형 중공사막 모듈(10)은 농축되는 실리콘 폐수(51)의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면 필터 프레스(40)로 농축된 실리콘 폐수(53)를 공급한다. 그리고 필터 프레스(40)는 농축된 실리콘 폐수(53)를 탈수하여 실리콘 입자(59)를 여과하며, 여과된 실리콘 입자들(59)을 케이크 형태로 형성한다.
이때 침지형 중공사막 모듈(10)은 실리콘 폐수(51)를 농축하는 과정에서 여과된 제1 처리수(55)는 외부로 배출한다. 필터 프레스(40)는 실리콘 입자(59)를 탈수하는 과정에서 발생되는 제2 처리수(57)를 침지형 중공사막 모듈(10)로 회송한다.
그리고 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)는 농축된 실리콘 폐수(53)가 필터 프레스(40)에서 신속하게 탈수될 수 있도록, 침지형 중공사막 모듈(10)에서 배출된 농축된 실리콘 폐수(53)를 필터 프레스(40)로 고압으로 주입하는 고압 펌프(30)를 더 포함한다.
구체적으로 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)에 대해서 설명하면 다음과 같다.
침지형 중공사막 모듈(10)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 처리조(12), 중공사막 본체(14), 실리콘 농도 감지부(16) 및 배출부(18)를 포함하여 구성된다.
처리조(12)는 웨이퍼 후면 연마 공정에서 발생된 실리콘 폐수(51)가 유입되고, 유입된 실리콘 폐수(51)에 대한 실리콘 농축이 수행되는 곳이다. 실리콘 폐수(51)는 제1 공급관(21)을 통하여 처리조(12)로 공급된다. 처리조(12)에는 필터 프레스(40)에서 회송된 제2 처리수(57)도 유입된다. 제2 처리수(57)는 제2 공급관(23)을 통하여 처리조(12)로 공급된다. 따라서 처리조(12)에는 실리콘 폐수(51)를 포함하여 제2 처리수(57)가 유입될 수 있다.
중공사막 본체(14)는 처리조(12)에 내장되며, 처리조(12)에 유입되는 실리콘 폐수(51)에 의해 침지된다. 중공사막 본체(14)는 실리콘 폐수(51)를 여과하여 실리콘 폐수(51)를 농축하고, 여과된 제1 처리수(55)를 처리조(12) 밖으로 배출시킨다. 중공사막 본체(14)는 복수의 중공사막(13), 공기주입구(15) 및 제1 처리수 흡입구(17)를 포함하여 구성된다.
복수의 중공사막(13)은 수직 형태의 묶음으로 사용된다. 각각의 중공사막(13)은 한 가닥의 실 모양으로 생긴 표면에 0.4㎛의 공경을 가지는 미세 기공이 있어서 0.4㎛ 이상의 크기를 갖는 실리콘 입자와 제1 처리수(55)를 분리시킨다. 중공사막(13)은 원통형이므로 내부에 제1 처리수(55)가 통과할 수 있는 통로가 있으며, 저압흡입펌프(19)를 이용하여 원통형 외부에서 내부로 제1 처리수(55)만 통과시킨다. 중공사막(13)은 폴리설폰, 폴리비닐 알콜, 폴리메탈메타크릴레이트, 셀룰로오즈 아세테이트 또는 폴리올레핀 중에서 선택된 소재로 제조될 수 있다. 특히 중공사막(13)은 폴리올레핀계 소재를 이용하여 연신기법으로 제조될 수 있다.
한편 저압흡입펌프(19)는 원활한 여과를 위해서 5 내지 40cmHg의 흡입압으로 운전하는 것이 바람직하다. 이유는, 저압흡입펌프(19)가 5cmHg이하로 운전될 경우, 낮은 흡입력으로 인해 제2 처리수(55)의 여과량이 작아 실리콘 농축 공정 시간이 길어지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다. 반면에 40cmHg 이상으로 운전될 경우, 흡입라인에 기체방울이 발생되고 공정 시간이 경과할수록 실리콘 입자의 흡착량이 증가하여 제2 처리수(55)의 여과량이 급격히 떨어지는 문제가 발생될 수 있기 때문이다.
공기주입구(15)는 외부의 공기 공급관(25)과 연결되며, 공기 공급관(25)으로 공급된 공기(61)를 중공사막들(13)의 안쪽에서 바깥쪽으로 불어주어 중공사막(13) 표면에 붙은 실리콘 입자를 떨어냄과 동시에 실리콘 입자가 부착되는 것을 억제시킨다. 특히 공기주입구(15)와 연결되어 공기(61)을 분사하는 노즐이 중공사막(13)의 표면에 평행하게 공기(61)를 분사함으로써, 중공사막(13) 표면에 붙은 실리콘 입자를 떨어냄과 동시에 실리콘 입자가 부착되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
제1 처리수 흡입구(17)는 외부의 제1 처리수 흡입관(27)을 매개로 저압흡입펌프(19)에 연결되며, 저압흡입펌프(19)의 흡입압에 의해 중공사막(13)을 통과한 제1 처리수(55)를 제1 처리수 흡입관(27)을 통과하여 처리조(12) 밖으로 배출시킨다. 처리조(12) 밖으로 배출된 제2 처리수(55)는 처리수 저장 탱크(도시 안됨)로 이송될 수 있다.
실리콘 농도 감지부(16)는 처리조(12) 내의 실리콘 폐수(51)의 실리콘 농도를 체크한다. 실리콘 농도 감지부(16)는 제1 공급관(21)을 통하여 공급된 실리콘 폐수(51)의 양과 제2 공급관(23)을 통하여 공급된 제2 처리수(57)의 양의 합에 제1 처리수 흡입관(27)을 통하여 배출되는 제1 처리수(55)의 양의 차이로부터 실리콘 농도를 체크한다. 즉 제1 및 제2 공급관(21,23)으로 공급되는 실리콘 폐수(51)와 제2 처리수(57)의 실리콘 농도는 어느 정도 일정하고, 제1 처리수 흡입관(27)을 통하여 배출되는 제1 처리수(55)는 거의 실리콘 입자를 포함하지 않는 물로 추정할 수 있기 때문에, 실리콘 농도 감지부(16)는 처리조(12)로 입수되는 유량에서 처리조(12) 밖으로 배출되는 유량의 차이값으로 처리조(12) 내의 실리콘 폐수(51)의 실리콘 농도를 체크할 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 실리콘 농도 감지부(16)가 처리조(12)로 입출되는 유량으로부터 실리콘 폐수(51)의 농도를 체크하는 예를 개시하였지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 센서를 이용하여 처리조(12) 내의 실리콘 폐수(51)의 실리콘 농도를 직접 체크할 수도 있고, 실리콘 폐수(51)의 탁도로부터 실리콘 농도를 간접 적으로 체크할 수도 있다.
그리고 배출부(18)는 실리콘 농도 감지부(16)에서 감지된 실리콘 폐수(51)의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면, 처리조(12)에서 필터 프레스(40)로 농축된 실리콘 폐수(53)를 배출시킨다. 배출부(18)는 처리조(12)의 바닥면에 근접한 외측면에 연결된 배출관(18a)과, 배출관(18a)을 개폐하는 제1 밸브(18b)를 포함하여 구성된다. 제1 밸브(18b)는 실리콘 농도 감지부(16)의 제어 신호에 따라 자동으로 개폐되거나, 작업자에 의해 수동으로 개폐될 수 있다.
이때 임계 농도는 1만ppm이상으로 설정하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1만5천 내지 30만ppm으로 설정하는 것이다. 즉 임계 농도가 1만ppm이하인 경우 침지형 중공사막 모듈(10)에서의 실리콘 농축 시간은 줄어들지만 필터 프레스(40)에서의 실리콘 회수 시간이 길어지는 문제가 발생될 수 있기 때문에, 임계 농도는 1만ppm이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 한편으로 임계 농도가 30만ppm을 초과하는 경우, 실리콘 회수 시간은 줄어들지만 실리콘 농축 시간이 길어지는 문제가 발생될 수 있다.
한편 제1 공급관(21)을 통하여 처리조(12)로 공급되는 원수인 실리콘 폐수(51)와 침지형 중공사막 모듈에서 여관된 제1 처리수(55)의 수질을 비교하면 표1 및 표2와 같다. 표1은 실리콘 폐수(51)의 분석결과성적서이고, 표2는 제1 처리수(55)의 분석결과성적서이다. 표1 및 표2는 주식회사 대현환경에 의뢰하여 받은 실리콘 폐수(51) 및 제1 처리수(55)의 분석결과성적서(분석기간 2009.01.22.∼2009.01.30.)이다. 시료번호는 20090122-01이고, 분석 항목은 pH를 포함하여 8가지 항목이다.
분석 항목 분석결과
pH 5.0
탁도 6675.0
전기전도도(㎲/㎝) 10.3
M-알카리도 as CaCO3(㎎/ℓ) 0.6
Ca-경도 as CaCO3(㎎/ℓ) 0.447
Cl-(㎎/ℓ) 26.59
SiO2(㎎/ℓ) 80330.0
Fe(㎎/ℓ) 0.018
분석 항목 분석결과
pH 5.1
탁도 0.75
전기전도도(㎲/㎝) 2.5
M-알카리도 as CaCO3(㎎/ℓ) 0.03
Ca-경도 as CaCO3(㎎/ℓ) 0.217
Cl-(㎎/ℓ) 2.13
SiO2(㎎/ℓ) 12.350
Fe(㎎/ℓ) 0.016
이와 같이 침지형 중공사막 모듈(10)에서 여과된 제1 처리수(55)는, 표2의 분석결과성적서에 개시된 바와 같이, 공업용수로 사용할 수 있는 정도의 수질을 갖고 있음을 알 수 있다.
고압 펌프는 배출관(19a)으로 배출되는 농축된 실리콘 폐수(53)를 공급받아 필터 프레스(40)쪽으로 고압으로 공급한다.
필터 프레스(40)는, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 필터 블록(43), 회송관(47) 및 차단부(49)를 포함하여 구성된다.
복수의 필터 블록(43)은 압축에 의해 다중으로 설치되며, 고압 펌프(30)로부터 고압으로 유입되는 농축된 실리콘 폐수(53)를 탈수하여 실리콘 입자(59)를 여과한다. 필터 블록(43)은 내부 공간(43a)이 형성된 사각판 형상으로 서로 대향하는 양쪽면에는 필터막(45)이 장착되어 있으며, 필터막(45)이 장착된 면은 필터막(45)에 의해 탈수된 실리콘 입자(59)가 침적될 수 있도록 안쪽으로 오목에게 캐버티(43b; cavity)가 형성되어 있다. 필터막(45)이 장착된 캐버티(43b)의 바닥면에 필터막(45)을 통과한 제2 처리수(57)가 통과할 수 있는 구멍들이 균일하게 형성되어 있다. 필터 블록(43)은 압축된 복수의 필터 블록(43)을 통하여 농축된 실리콘 폐수(53)가 통과할 수 있도록 연결통로(43c)가 형성되어 있다.
회송관(47)은 복수의 필터 블록(43)에 각각 연결되며, 복수의 필터 블록(43)에서 탈수된 제2 처리수(57)를 침지형 중공사막 모듈(10)로 회송한다. 즉 회송관(47)은 필터 블록(43)의 내부 공간(43a)과 각각 연결된다.
그리고 차단부(49)는 복수의 필터 블록(43)으로 유입되는 농축된 실리콘 폐수(53)의 수압을 체크한다. 차단부(49)는 복수의 필터 블록(43)에 여과된 실리콘 입자(59)가 완충되어 유입되는 농축된 실리콘 폐수(53)의 수압이 임계 수압에 도달하게 되면 농축된 실리콘 폐수(53)의 복수의 필터 블록(43)으로의 유입을 차단한다. 차단부(49)는 제2 밸브(49a)와 압력게이지(49b)를 포함하여 구성된다. 제2 밸브(49a)는 농축된 실리콘 폐수(53)의 주입관(41)을 통한 필터 블록(43)으로의 주입을 개폐한다. 그리고 압력게이지(49b)는 제2 밸브(49a)와 필터 블록(43) 사이의 주입관(41)에 설치되어 주입관(41)을 통과하는 농축된 실리콘 폐수(53)의 수압을 체크한다. 압력게이지(49b)는 수압이 임계 수압에 도달하게 되면 제2 밸브(49a)를 닫아 농축된 실리콘 폐수(53)의 복수의 필터 블록(43)으로의 유입을 차단한다.
따라서 주입관(41)을 통하여 농축된 실리콘 폐수(53)가 압축에 의해 다중으로 설치된 필터 블록(43)으로 고압으로 주입되면, 주입관(41)에서 가장 먼쪽의 필터 블록(43)부터 순차적으로 탈수된 실리콘 입자(59)가 캐버티(43b)를 채우게 된다. 필터막(45)을 통과한 제2 처리수(57)는 필터 블록(43)의 내부 공간(43a)을 통하여 회송관(47)으로 배출된다. 그리고 최종적으로 필터 프레스(40)에서의 탈수 공정이 완료되면, 복수의 필터 블록(43)에 작용한 압축력을 해제하고 필터 블록(43) 사이의 간격을 넓겨 캐버티(43b)에 침적된 실리콘 케이크를 획득할 수 있다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)는 필터 프레스를 이용하여 농축된 실리콘 폐수(53)에서 실리콘 입자(59)를 케이크 형태로 여과하기 때문에, 필터막(45)으로는 막여과식 여과기에 비해 눈(공극; pores)이 큰 필터막을 사용할 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)를 이용한 실리콘 폐수 처리 방법(70)을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)를 이용한 실리콘 폐수 처리 방법(70)에 따른 흐름도이다.
제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 방법(70)은 실리콘 폐수 농축 단계(S76)와, 농축된 실리콘 폐수(53)의 탈수 단계(S86)를 포함하여 구성된다.
실리콘 폐수 농축 단계(S76)는 실리콘 폐수 공급 단계(S71)와, 실리콘 폐수 농축 및 제1 처리수 배출 단계(S73) 및 임계 농도 판단 단계(S75)를 포함한다. S75단계의 판단 단계에 따른 실리콘 폐수(51)의 농도가 임계 농도에 도달할 때까지 S71단계 내지 S75단계가 반복적으로 수행된다.
먼저 S71단계에서 웨이퍼 후면 연마 공정에 의해 발생된 실리콘 폐수(51)가 침지형 중공사막 모듈(10)로 공급된다. 이때 실리콘 폐수(51)는 웨이퍼 후면 연마 공정에 의해 발생된 실리콘 폐수(51)가 모인 저장 탱크로부터 공급될 수 있다. 실리콘 폐수(51)의 실리콘 농도는 웨이퍼 후면 연마 공정의 공정 조건에 따라 차이가 있을 수 있지만, 대략 700ppm정도이다.
다음으로 S73단계에서 침지형 중공사막 모듈(10)은 공급된 실리콘 폐수(51)를 농축하고, 실리콘 농축 과정에서 발생된 제1 처리수(55)는 처리조(12) 밖으로 배출시킨다. 즉 침지형 중공사막 모듈(10)은 중공사막 모듈(14)이 침지될 정도로 실리콘 폐수(51)가 처리조(12)로 공급되면, 가동되어 제1 처리수(55)를 처리조(12) 밖으로 배출시킨다. 아울러 침지형 중공사막 모듈(10)은 제1 처리수(55)의 배출되는 양에 따라 제1 공급관(21)을 통하여 실리콘 폐수(51)를 처리조(12)로 공급하면서 실리콘 농축을 수행할 수 있다.
다음으로 S75단계에서 침지형 중공사막 모듈(10)은 농축된 실리콘 폐수(53)의 농도가 임계 농도에 도달했는 지의 여부를 판단한다. 즉 침지형 중공사막 모듈(10)은 S73단계에서 실리콘 농축 단계를 수행하면서 실리콘 폐수(51)의 농도가 임계 농도에 도달하는 지의 여부를 판단한다. 예컨대 제1 실시예에서는 침지형 중공사막 모듈(10)은 처리조(12)로 유입되는 실리콘 폐수(51) 대비 처리조(12)에서 배출되는 제1 처리수(55)의 양의 차이로부터 임계 농도를 판단한다.
S75단계의 판단 결과 임계 농도에 도달하지 않은 경우, 침지형 중공사막 모듈(10)은 실리콘 폐수(51)의 농축을 위한 S71단계 및 S73단계를 계속적으로 수행한다.
S75단계의 판단 결과 임계 농도에 도달한 경우, S86단계에서 필터 프레스(40)는 농축된 실리콘 폐수(53)를 탈수하는 단계를 수행한다. S86단계는 S77단계 내지 S85단계를 포함하며 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
S75단계의 판단 결과 임계 농도에 도달한 경우, S77단계에서 침지형 중공사막 모듈(10)은 농축된 실리콘 폐수(53)를 필터 프레스(40)로 배출한다. 이때 침지형 중공사막 모듈(10)은 실리콘 폐수 농축 단계(S76)를 일시적으로 중단하고 제1 밸브(18b)를 열어 처리조(12) 밖으로 농축된 실리콘 폐수(53)를 배출시킨다. 침지형 중공사막 모듈(10)은 제1 공급관(21)을 통한 실리콘 폐수(51)의 공급을 중단시키거나 공급 상태를 유지할 수 있다.
다음으로 S79단계에서 필터 프레스(40)는 농축된 실리콘 폐수(53)를 탈수하여 실리콘 입자(59)를 여과한다. 즉 주입관(41)을 통하여 고압으로 유입되는 농축된 실리콘 폐수(53)의 실리콘 입자(59)는 필터 블록(43)의 필터막(45)에 침적되고, 필터막(45)을 통과한 제2 처리수(57)는 필터 블록(43)의 내부 공간(43a)으로 빠져나간다.
다음으로 S81단계에서 필터 프레스(40)는 제2 처리수(57)를 침지형 중공사막 모듈(10)로 회송한다. 즉 필터 블록(43)의 내부 공간(43a)으로 빠져나간 제2 처리수(57)는 회송관(47)을 통하여 필터 블록(43) 밖으로 배출된다. 회송관(47)으로 배출된 제2 처리수(57)는 회송관(47)과 연결된 제2 공급관(23)을 통하여 침지형 중공사막 모듈(10)의 처리조(12)로 공급된다.
이때 S77단계에서 제1 공급관(21)을 통한 실리콘 폐수(51)의 공급이 중단된 경우, 침지형 중공사막 모듈(10)은 처리조(12)로 제2 처리수(57)가 공급되면 제1 공급관(21)을 통한 실리콘 폐수(51)의 공급을 재계할 수 있다.
다음으로 S83단계에서 필터 프레스(10)는 주입관(41)으로 주입되는 농축된 실리콘 폐수(53)의 수압이 임계 수압에 도달하였는 지의 여부를 판단한다. 압력게이지(49b)는 주입관(41)을 통과하는 농축된 실리콘 폐수(53)의 수압을 검출하고, 검출된 수압이 임계 수압에 도달하였는 지의 여부를 체크한다. 즉 압축에 의해 다중으로 설치된 필터 블록(43)으로 농축된 실리콘 폐수(53)가 고압 펌프(30)에서 5 내지 8kg/cm2의 고압으로 공급되면, 주입관(41)에서 가장 먼쪽의 필터 블록(43)부터 순차적으로 탈수된 실리콘 입자(59)가 캐버티(43b)를 채우게 된다. 주입관(41)에 이웃한 필터 블록(43)에 탈수된 실리콘 입자(59)가 완충되면, 주입관(41)으로 주입되는 농축된 실리콘 폐수(53)가 필터 블록(43)을 통해 회송관(47)으로 빠져나가지 못하기 때문에, 주입관(41)의 수압이 상승하게 된다. 그 수압이 5 내지 8kg/cm2의 임계 수압에 도달하는 지의 여부를 압력게이지(49b)가 체크한다.
S83단계의 판단 결과 임계 수압에 도달하지 않은 경우, 필터 프레스(40)는 농축된 실리콘 폐수(53)에서 실리콘 입자(59)를 여과하기 위한 S77단계 내지 S81단계를 반복적으로 수행한다.
그리고 S83단계의 판단 결과 임계 수압에 도달한 경우, S85단계에서 필터 프레스(40)는 제2 밸브(49a)를 닫아 주입관(41)으로 농축된 실리콘 폐수(53)가 주입되는 것을 차단한다. 즉 필터 프레스(40)는 탈수 단계(S86)를 종료한다. 필터 프레스(40)에서의 탈수 단계(S86)가 완료되면, 복수의 필터 블록(43)에 작용한 압축력을 해제하고 필터 블록(43) 사이의 간격을 넓겨 캐버티(43b)에 침적된 실리콘 케이크를 획득할 수 있다.
제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 방법(70)에 의해 획득된 실리콘 케이크를 분석하면, 표3의 시험분석결과(단위:ppm)에 개시된 바와 같이, 실리콘의 순도가 99.9ppm 이상임을 확인할 수 있다. 여기서 표3은 (주)나인디지트에 의뢰하여 받은 실리콘 케이크의 시험분석결과표이다. 시험일자는 2008.12.31.이고, 실리콘 케이크 분석에 사용된 분석기기는 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma- Optical Emission Spectrometer)이다. 그리고 접수번호는 "2008-12"이고, 발행번호는 "08-12"이다.
Si
Cu 130.5
Pb ND (Not Determined)
Fe 0.56
Ni 2.04
Cr 3.04
Mn 0.4
Al 18.64
Sn ND
Mg ND
Ca 2.01
Na ND
B ND
P ND
순도(%) 99.984281
수분 27.78
제2 실시예
한편 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(100)는 농축된 실리콘 폐수(53)가 직접 필터 프레스(40)로 공급되는 예를 개시하였지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 침지형 중공사막 모듈(110)에서 농축된 실리콘 폐수(153)는 버퍼 탱크(120)를 통하여 필터 프레스(140)로 공급될 수도 있다.
제2 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(200)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 침지형 중공사막 모듈(110), 필터 프레스(140) 및 침지형 중공사막 모듈(110)과 필터 프레스(140)를 연결하는 버퍼 탱크(120)를 포함하여 구성된다. 고압 펌프(130)는 버퍼 탱크(120)와 필터 프레스(140) 사이에 설치되며, 버퍼 탱크(120)에서 농축된 실리콘 폐수(153)를 공급받아 필터 프레스(140)로 고압으로 배출한다. 이때 제2 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(200)는 버퍼 탱크(120)를 제외하면 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(도 1의 100)와 동일한 구성을 갖기 때문에, 버퍼 탱크(120)를 중심으로 설명하면 다음과 같다.
버퍼 탱크(120)는 침지형 중공사막 모듈(110)에서 농축되어 배출되는 실리콘 폐수(153)가 저장되는 탱크이다. 버퍼 탱크(120)는 침지형 중공사막 모듈(110)에서 배출되는 실리콘 폐수(153)를 임시 저장하여 침지형 중공사막 모듈(110)과 필터 프레스(140)의 가동이 각각 독립적으로 수행될 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
즉 침지형 중공사막 모듈(110)은 처리조에서 농축된 실리콘 폐수(153)가 버퍼 탱크(120)로 배출이 완료되면, 다시 제1 공급관을 통하여 실리콘 폐수(151)를 공급받아 실리콘 폐수 농축 과정을 다시 수행한다. 그리고 필터 프레스(140)는 버퍼 탱크(120)로부터 농축된 실리콘 폐수(153)를 공급받아 실리콘 탈수 단계를 수행하기 때문에, 침지형 중공사막 모듈(110)의 가동에 크게 영향을 받지 않고 독립적으로 가동된다. 물론 침지형 중공사막 모듈(110)의 정상 가동에 따라 버퍼 탱크(120)에 농축된 실리콘 폐수(153)가 공급되는 것을 전제로 한다.
따라서 제2 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치(200)는 버퍼 탱크(120)가 침지형 중공사막 모듈(110)로부터 주기적으로 공급되는 농축된 실리콘 폐수(153)를 저장할 수 있고, 필터 프레스(140)의 요구에 따라 공급할 수 있는 농축된 실리콘 폐수(153)를 저장하고 있다면, 침지형 중공사막 모듈(110)에서의 실리콘 폐수 농축과 필터 프레스(140)에서의 실리콘 탈수를 함께 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 침지형 중공사막 모듈의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 필터 프레스의 구성을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치를 이용한 실리콘 폐수 처리 방법에 따른 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 실리콘 폐수 처리 장치를 보여주는 블록도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
10, 110 : 침지형 중공사막 모듈 30, 130 : 고압 펌프
40, 140 : 필터 프레스 51,151 : 실리콘 폐수
53,153 : 농축된 실리콘 폐수 55,155 : 제1 처리수
57,157 : 제2 처리수 59 : 실리콘 입자
100, 200 : 실리콘 폐수 처리 장치 120 : 버퍼 탱크

Claims (12)

  1. 침지형 중공사막 모듈이 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수를 공급받아 상기 실리콘 폐수를 농축하는 농축 단계와;
    상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면 고압 펌프를 통하여 필터 프레스로 상기 농축된 실리콘 폐수를 공급하는 공급 단계와;
    상기 필터 프레스가 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 획득하는 탈수 단계;를 포함하며,
    상기 탈수 단계는,
    상기 필터 프레스가 상기 고압 펌프에서 5 내지 8kg/cm2의 고압으로 공급되는 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 여과하는 단계와;
    상기 필터 프레스가 여과된 실리콘 입자가 완충되어 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수의 수압이 5 내지 8kg/cm2의 임계 수압에 도달하게 되면 상기 농축된 실리콘 폐수의 유입을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 농축 단계는,
    상기 침지형 중공사막 모듈이 저압흡입펌프를 통하여 5 내지 40cmHg의 흡입압으로 상기 실리콘 폐수에서 여과한 제1 처리수를 외부로 배출하는 배출 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 농축 단계에서,
    상기 임계 농도는 1만ppm 이상인 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 농축 단계에서,
    상기 임계 농도는 1만5ppm 내지 30만ppm 사이의 값 중에 하나인 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  5. 제2항에 있어서, 상기 공급 단계는,
    상기 침지형 중공사막 모듈이 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 상기 임계 농도에 도달하면 농축을 정지하고, 상기 농축된 실리콘 폐수를 버퍼 탱크로 배출하는 단계와;
    상기 버퍼 탱크가 모인 상기 농축된 실리콘 폐수를 5 내지 8kg/cm2의 고압으로 상기 필터 프레스로 공급하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탈수 단계는,
    상기 필터 프레스가 상기 농축된 실리콘 폐수에서 탈수한 제2 처리수를 상기 침지형 중공사막 모듈로 회송하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 방법.
  8. 웨이퍼 후면 연마에서 발생된 실리콘 폐수를 공급받아 필터링하여 상기 실리콘 폐수를 농축하는 침지형 중공사막 모듈과;
    상기 침지형 중공사막 모듈로부터 상기 농축된 실리콘 폐수를 공급받아 5 내지 8kg/cm2의 고압으로 배출하는 고압 펌프;
    상기 고압 펌프로부터 상기 농축된 실리콘 폐수를 공급받고, 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 케이크 형태로 형성하는 필터 프레스;를 포함하고,
    상기 필터 프레스는 고압으로 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 여과하고, 상기 여과된 실리콘 입자가 완충되어 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수의 수압이 5 내지 8kg/cm2의 임계 수압에 도달하게 되면 상기 농축된 실리콘 폐수의 유입을 차단하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 중공사막 모듈은,
    저압흡입펌프를 통하여 5 내지 40cmHg의 흡입압으로 상기 실리콘 폐수에서 여과한 제1 처리수를 외부로 배출하고, 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 임계 농도에 도달하게 되면 상기 농축된 실리콘 폐수를 상기 고압 펌프를 통하여 상기 필터 프레스로 배출하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 중공사막 모듈에서 배출된 상기 농축된 실리콘 폐수를 저장하고 있다가 상기 고압 펌프를 통하여 상기 필터 프레스로 공급하는 버퍼 탱크;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 침지형 중공사막 모듈은,
    상기 실리콘 폐수가 유입되는 처리조와;
    상기 처리조에 내장되며, 상기 실리콘 폐수에 침지되어 상기 실리콘 폐수를 필터링하여 상기 실리콘 폐수를 농축하고, 상기 실리콘 폐수에서 필터링된 제1 처리수를 상기 처리조 밖으로 배출시키는 복수의 중공사막을 갖는 중공사막 본체와;
    상기 처리조 내의 상기 실리콘 폐수의 농도를 체크하는 실리콘 농도 감지부; 및
    상기 실리콘 농도 감지부에서 감지된 상기 농축된 실리콘 폐수의 농도가 상기 임계 농도에 도달하게 되면 상기 처리조에서 상기 농축된 실리콘 폐수를 배출하는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 필터 프레스는,
    상기 버퍼 탱크로부터 고압으로 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수를 탈수하여 실리콘 입자를 여과하는 복수의 필터 블록과;
    상기 복수의 필터 블록에서 탈수한 제2 처리수를 상기 침지형 중공사막 모듈로 회송하는 회송관과;
    상기 복수의 필터 블록으로 유입되는 상기 농축된 실리콘 폐수의 수압을 체크하고, 상기 복수의 필터 블록에 여과된 실리콘 입자가 완충되어 상기 농축된 실리콘 폐수의 수압이 상기 임계 수압에 도달하게 되면 상기 농축된 실리콘 폐수의 유입을 차단하는 차단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 폐수 처리 장치.
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