KR20210079365A - 자외선 방사를 이용한 공정 스트림으로부터 오존의 제거 - Google Patents
자외선 방사를 이용한 공정 스트림으로부터 오존의 제거 Download PDFInfo
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Abstract
용존 이산화탄소 및 용존 오존을 갖는 수용액을 용기로 보내는 단계, 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계 및 유출수에 자외선을 조사하여 일정량의 용존 오존을 분해시키는 단계를 포함하는 방법이 개시된다. 방법은 pH를 조절함으로써 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 막 탈기장치와 접촉시킴으로써 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소 및 용존 오존을 갖는 수용액의 공급원에 유체 연결 가능한 채널, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템 및 자외선 조사 공급원을 포함하는 시스템이 또한 개시된다. 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 pH 조절제의 공급원을 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 막 탈기장치를 포함할 수 있다.
Description
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 미국 특허법 35 U.S.C. § 119(e) 하에 "Removal of Ozone from Process Streams with Ultraviolet Radiation and Caustic"이라는 명칭으로 2018년 10월 29일자로 출원된 미국 가출원 제62/752,011호의 우선권을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 그 전문이 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
기술 분야
본 명세서에 개시된 양태 및 실시형태는 일반적으로 수처리 시스템 및 방법, 보다 구체적으로 오존의 제거를 위한 수처리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일 양태에 따르면, 제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액을 용기로 보내는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 방법은 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하여 제1 농도의 용존 이산화탄소보다 낮은 제2 농도의 용존 이산화탄소를 갖는 제1 유출수(effluent)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 제1 유출수에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키는데 효과적인 조사량(dosage)으로 제1 유출수에 자외선을 조사하여 제1 농도의 용존 오존보다 낮은 제2 농도의 용존 오존을 갖는 제2 유출수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 것은 일정량의 용존 이산화탄소를 카보네이트와 바이카보네이트 중 적어도 하나로 전환하는데 효과적인 값으로 수용액의 pH를 조절하는 것을 포함할 수 있다.
방법은 수용액의 pH를 적어도 약 8로 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 수용액의 pH를 약 8.3 내지 11로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은 수용액의 pH와 제1 유출수의 pH 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 측정에 대응하여, 미리 결정된 양의 산 또는 염기를 첨가하여 수용액의 pH를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 제1 유출수는 용존 이산화탄소가 실질적으로 없을 수 있다.
소정의 실시형태에서, 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 것은 수용액을 막 탈기장치(membrane degasifier)와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은 수용액의 용존 이산화탄소 농도와 제1 유출수의 용존 이산화탄소 농도 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 측정에 대응하여, 막 탈기장치로 용존 이산화탄소의 제거율(removal rate)을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제거율을 제어하는 것은 막 탈기장치의 진공도(vacuum level)를 조정하는 것, 막 탈기장치를 통해 스위프 가스(sweep gas) 유속을 조정하는 것 및 막 탈기장치를 통해 수용액의 유속을 제어하는 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 농도의 용존 이산화탄소는 적어도 약 20ppm일 수 있다.
제1 농도의 용존 오존은 적어도 약 30ppm일 수 있다.
제2 농도의 용존 오존은 약 10ppb 미만일 수 있다.
제2 농도의 용존 오존은 약 2ppb 미만일 수 있다.
제2 농도의 용존 오존은 약 1ppb 미만일 수 있다.
방법은 제1 농도의 용존 오존과 제2 농도의 용존 오존 중 적어도 하나를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은 측정에 대응하여, 자외선 조사의 조사량 및 수용액과 제1 유출수 중 적어도 하나의 유속 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 수용액은 반도체 제조 공정용수를 포함할 수 있다.
다른 양태에 따르면, 제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액의 공급원에 유체 연결 가능한(fluidly connectable) 채널을 포함하는 시스템이 제공된다. 시스템은 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용존 이산화탄소 제거 서브시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템으로부터 하류에 위치하며 제2 유출수를 생성하기 위해 제1 유출수를 조사하도록 구성된 자외선 조사 공급원을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함할 수 있다.
시스템은 pH 조절제의 공급원으로부터 하류 및 자외선 조사 공급원으로부터 상류에 위치한 믹서를 더 포함할 수 있다.
시스템은 수용액의 pH를 검출하도록 구성된 주입구 pH 센서(inlet pH sensor) 및 제1 유출수와 제2 유출수 중 적어도 하나의 pH를 검출하도록 구성된 배출구 pH 센서(outlet pH sensor)를 포함하는 pH 감지 서브시스템을 더 포함할 수 있다. pH 감지 서브시스템은 주입구 pH 센서와 배출구 pH 센서 중 적어도 하나에 의해 얻어진 측정을 나타내는 pH 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 채널에 유체 연결된 막 탈기장치를 포함할 수 있다.
시스템은 막 탈기장치와 관련된 진공 펌프와 스위프 가스의 공급원 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
시스템은 수용액의 용존 이산화탄소 농도를 검출하도록 구성된 주입구 용존 이산화탄소 센서 및 제1 유출수와 제2 유출수 중 적어도 하나의 용존 이산화탄소를 검출하도록 구성된 배출구 용존 이산화탄소 센서를 포함하는 용존 이산화탄소 감지 서브시스템을 더 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소 감지 서브시스템은 주입구 용존 이산화탄소 센서와 배출구 용존 이산화탄소 센서 중 적어도 하나에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 이산화탄소 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
소정의 실시형태에 따르면, 시스템은 수용액, 제1 유출수 및 제2 유출수 중 적어도 하나의 유속을 측정하도록 구성된 유속계(flow meter)를 포함할 수 있다. 유속계는 유속계에 의해 얻어진 측정을 나타내는 유속 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
시스템은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 작동 가능하게 연결된 제어부(controller), 및 pH 감지 서브시스템, 용존 이산화탄소 감지 서브시스템 및 유속계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 제어부는 pH 신호, 용존 이산화탄소 신호 및 유속 신호 중 적어도 하나를 수신하고, 수신된 신호에 응답하여 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 제어 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
제어부는 용존 이산화탄소가 실질적으로 없는 제1 유출수를 생성하도록 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 지시하도록 구성될 수 있다.
제어부는 pH 조절제의 공급원으로 제어 신호를 전송하여, pH 조절제의 공급원이 제어 신호에 응답하여 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성될 수 있다.
시스템은 자외선 조사 공급원으로부터 하류에 위치한 적어도 하나의 용존 오존 센서를 더 포함할 수 있다. 용존 오존 센서는 제2 유출수에서 용존 오존의 제2 농도를 측정하고, 용존 오존 센서에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 오존 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
시스템은 적어도 하나의 용존 오존 센서에 작동 가능하게 연결된 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 용존 오존 신호를 수신하고, 제어 신호를 자외선 조사 공급원과 흐름 제어 장치(flow control device) 중 적어도 하나에 전송하여, 자외선 조사 공급원이 제어 신호에 반응하여 제1 유출수에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 파괴하는데 효과적인 조사량으로 제1 유출수에 자외선을 조사하도록 구성될 수 있다.
시스템은 적어도 하나의 용존 오존 센서에 작동 가능하게 연결된 제어부를 더 포함할 수 있다. 제어부는 용존 오존 신호를 수신하고, 제어 신호를 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 전송하여, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템이 제어 신호에 반응하여 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성될 수 있다.
용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 채널에 유체 연결되며, 제1 유출수를 생성하기 위해 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함할 수 있다. 제어부는 제어 신호를 pH 조절제의 공급원에 전송하여, pH 조절제의 공급원이 제어 신호에 응답하여 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 수용액의 공급원은 반도체 제조 시스템과 관련된다.
다른 양태에 따르면, 제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액을 용기로 보내는 단계, 수용액에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키는데 효과적인 조사량으로 수용액에 자외선을 조사하여 제1 유출수를 생성하는 단계 및 제1 유출수로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하여 제1 농도의 용존 이산화탄소보다 낮은 제2 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존보다 낮은 제2 농도의 용존 오존을 갖는 제2 유출수를 생성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.
일부 실시형태에서, 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 것은 제1 유출수의 pH를 일정량의 용존 이산화탄소를 카보네이트 및 바이카보네이트 중 적어도 하나로 전환하는데 효과적인 값으로 제어하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 것은 제1 유출수를 막 탈기장치와 접촉시키는 것을 포함할 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액의 공급원에 유체 연결 가능한 채널, 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 수용액에 조사되도록 구성된 자외선 조사 공급원 및 자외선 조사 공급원으로부터 하류에 위치하며 제2 유출수를 생성하기 위해 제1 유출수로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용존 이산화탄소 제거 서브시스템을 포함하는 시스템이 제공된다.
일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 채널에 유체 연결되며 제2 유출수를 생성하기 위해 제1 유출수에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 채널에 유체 연결된 막 탈기장치를 포함한다.
본 개시내용은 임의의 하나 이상의 전술한 양태 및/또는 실시형태의 모든 조합뿐만 아니라 상세한 설명 및 임의의 실시예에 기재된 임의의 하나 이상의 실시형태와의 조합을 상정한다.
첨부된 도면은 일정한 비율로 그려지지 않았다. 도면에서, 다양한 도면에 도시된 각각의 동일하거나 또는 거의 동일한 구성 요소는 동일한 번호로 표시된다. 명확성을 위해, 모든 구성 요소가 도면마다 표시되지는 않을 것이다. 도면에서:
도 1은 오존의 자외선 흡수 스펙트럼의 그래프;
도 2는 pH 값의 변화에 따른 수성 이산화탄소, 바이카보네이트 및 카보네이트의 분수량(fractional amount)의 그래프;
도 3a는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 시스템의 박스 다이어그램;
도 3b는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 4는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 5는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 6은 일 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 7은 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 8a는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 8b는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 9는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 10은 일 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도 및 소듐 하이드록사이드 펌프 속도의 그래프;
도 11은 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도 및 소듐 하이드록사이드 펌프 속도의 그래프;
도 12a는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프; 및
도 12b는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프.
도 1은 오존의 자외선 흡수 스펙트럼의 그래프;
도 2는 pH 값의 변화에 따른 수성 이산화탄소, 바이카보네이트 및 카보네이트의 분수량(fractional amount)의 그래프;
도 3a는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 시스템의 박스 다이어그램;
도 3b는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 4는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 5는 일 실시형태에 따른, 용존 이산화탄소를 포함하는 수용액으로부터 용존 오존의 제거를 위한 대안적 시스템의 박스 다이어그램;
도 6은 일 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 7은 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 8a는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 8b는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 9는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프;
도 10은 일 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도 및 소듐 하이드록사이드 펌프 속도의 그래프;
도 11은 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도 및 소듐 하이드록사이드 펌프 속도의 그래프;
도 12a는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프; 및
도 12b는 다른 실시형태의 작동에 따른, 시간 경과에 따른 용존 오존 농도의 그래프.
반도체 제조 공정용수(process water)와 같은 공정용수는 종종 하나 이상의 제조 단계로부터 발생하는 잔류 화학물질을 함유한다. 예를 들어, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기본 재료를 제조할 때, 재료 층의 추가 또는 제거를 위해, 세정 또는 다른 목적을 위해 화학물질이 사용될 수 있다. 제조 방법은 처리 챔버 내에서 반도체 물품을 회전시키는 것을 포함할 수 있다. 액체상 및 기체상 화학물질은 종종 반도체 물품 상에 분무되거나 또는 그렇지 않으면 이에 적용된다. 일정 시간 후, 액체 처리 화학물질은 배출될 수 있고, 가스 및/또는 증기는 별도로 배출되거나 펌핑될 수 있다. 환경 규정을 충족하는 기체 및/또는 증기는 처리 챔버 밖으로 배출될 수 있다.
소정의 공정 단계는 반도체 웨이퍼를 세정하기 위해 오존, 산소 및/또는 이산화탄소를 함유하는 초순수(ultrapure water)를 포함한다. 오존은 저농도에서도 강력한 산화제이다. 물 중 용존 오존은 이온 교환 수지 및 역 삼투막과 같은 반도체 제조 시스템의 다른 단위 조작에 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 이러한 공정 흐름은 관행적으로 폐기수처리 시설로 보내진다.
다른 제조 공정에서, 오존 가스는 5초 내지 20초의 간격으로 때때로 고농도로 처리 챔버에 도입될 수 있다. 오존 및 산성 증기와 같은 기타 가스는 관행적으로 처리 챔버에서 제거되어 대기로 배출된다. 그러나, 오존은 화학적으로 반응성인 가스이다. 고농도에서, 오존 가스는 인간에게 유독할 수 있다. 오존 및 산성 증기를 포함하는 배기 가스는 독성이 있고 부식성이 높을 수 있다. 그 결과, 처리 챔버에서 배출되는 가스를 처리하려면 특별한 절차가 필요할 수 있다. 예를 들어, 덕트 및 통풍구와 같은 구성 요소는 폴리프로필렌 또는 다른 부식 저항성 플라스틱 및 재료를 포함하거나 또는 이로 만들어질 수 있다. 누출 감지기는 배기 가스를 운반하는 파이프 또는 덕트에서의 임의의 누출을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 소정의 방법에 따르면, 배기 가스는 용존 오존을 함유하는 수용액을 형성하기 위해 물로 세정될(scrubbed) 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 용존 오존을 함유하는 세정수(scrubbing water) 또는 공정용수의 현장 처리(onsite treatment)를 위해 사용될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 처리된 공정용수는 시설에서 재순환되고 재사용되어, 시설의 물 수요를 감소시킬 수 있다. 다른 실시형태에서, 처리된 공정용수는 배출될 수 있다. 일반적으로, 처리된 공정용수는 배출을 위한 환경 안전 규정을 충족할 수 있다.
하나의 특정 실시형태에서, 수용액의 공급원은 마이크로일렉트로닉스 제조 시스템 또는 공정과 관련될 수 있다. 수용액의 공급원은 반도체 제조 시스템 또는 공정과 관련될 수 있다. 예를 들어, 수용액은 반도체 칩 또는 웨이퍼 제조에 사용되는 용액일 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 반도체 장치는 마이크로-프로세서, 메모리 칩 및 전형적으로 실리콘 또는 갈륨 비소화물 웨이퍼로 제조된 다양한 다른 전자 장치를 포함할 수 있다. 다른 적절한 재료로 제조된 반도체 장치는 본 개시내용의 범위 내에 있다. 반도체 장치를 포함한 전자 제품은 평판 디스플레이, 리지드 디스크 메모리, 박막 헤드 장치 기판, 컴팩트 디스크 기판 등을 포함한다.
수용액의 공급원은 적어도 약 20ppb의 총 이온성 불순물을 갖는 물을 포함할 수 있다. 소정의 예에서, 본 개시내용은 반도체 제조 시스템을 지칭할 수 있다. 그러나, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 용존 오존 및 용존 이산화탄소를 포함하는 임의의 수용액과 관련하여 유사하게 사용될 수 있다는 점에 유의하여야 한다. 예를 들어, 수용액의 공급원은 정수, 원자력 발전, 마이크로일렉트로닉스 제조, 반도체 제조, 식품 가공, 섬유 제조, 종이 제조 및 재활용, 약 제조, 화학 가공 및 금속 추출 시스템 또는 공정과 관련될 수 있다. 수용액의 공급원은 산업적 응용, 예를 들어, 산업 폐수로부터 다루기 어려운 유기 오염물질의 제거와 관련될 수 있다. 수용액의 공급원은 폐수 및/또는 도시용수 처리와 관련될 수 있다. 수용액의 공급원은 활성 슬러지 수처리 시스템 또는 방법과 관련될 수 있다. 일반적으로, 수용액은 물과 오존 및 이산화탄소를 접촉시키는 시스템 또는 방법과 관련될 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 수용액을 용기로 보내는 단계를 포함할 수 있다. 용기는 수용액을 수용하는데 사용되는 임의의 구조일 수 있다. 예를 들어, 용기는 채널, 컨테이너, 리셉터클, 홀더, 반응기 또는 본 명세서에 개시된 방법에 사용할 수 있는 임의의 도관이거나 또는 이들을 포함할 수 있다.
수용액에서 용존 오존을 파괴하는 한 가지 방법은 용액에 자외선을 조사하는 것을 포함한다. 간략하게는, 적절한 조건하에, 자외선 에너지는 오존 분자 내의 산소 결합 중 하나를 분해시킨다. 따라서, 자외선 조사는 오존을 산소와 물로 파괴하는 것을 촉매할 수 있다. 오존 분해에 효과적인 자외선 조사는 도 1의 그래프에 나타나 있는 바와 같은 파장을 가질 수 있다. 도 1은 오존의 자외선 흡수 스펙트럼의 그래프이다. 오존 분해에 효과적인 자외선 조사는 200㎚ 내지 280㎚의 파장을 가질 수 있다. 특정 실시형태에서, 오존 분해에 효과적인 자외선 조사는 약 254㎚의 파장을 가질 수 있다.
자외선 조사의 조사량은 수용액에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키도록 선택될 수 있다. 조사량은 자외선 조사, 노출된 수용액의 부피 또는 면적 및 노출 시간을 조절함으로써 제어될 수 있다. 고정 부피의 용기의 경우, 조사량은 자외선 조사의 공급원을 통해 자외선 조사 또는 수용액의 유속을 조절함으로써 제어될 수 있다. 자외선 조사량(㎼s/㎠)은 자외선 세기(㎼/㎠)에 노출 시간(초)을 곱한 것과 같다.
일부 실시형태에서, 수용액은 적어도 20ppm, 적어도 25ppm, 적어도 30ppm, 적어도 40ppm 또는 적어도 50ppm의 용존 오존을 포함할 수 있다. 방법은 약 25ppb 미만, 약 20ppb 미만, 약 15ppb 미만, 약 10ppb 미만, 약 5ppb 미만, 약 2ppb 미만 또는 약 1ppb 미만의 용존 오존을 갖는 조사된(irradiated) 유출수를 생성하기 위해 자외선 조사의 조사량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 수용액 내의 용존 오존의 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99%, 적어도 99.9% 또는 적어도 99.99%를 분해시키는데 효과적인 조사량으로 수용액에 자외선을 조사하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 수용액 또는 조사된 유출수 내의 용존 오존의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 자외선 조사의 조사량은 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 자외선 조사의 조사량 또는 세기는 주입구 임계값보다 큰 수용액 내의 용존 오존의 측정에 대응하여 증가될 수 있다. 주입구 임계값은 예를 들어, 20ppm, 25ppm 또는 30ppm일 수 있다. 자외선 조사의 조사량 또는 세기는 표적 임계값보다 큰 조사된 유출수 내의 용존 오존의 측정에 대응하여 증가될 수 있다. 표적 임계값은 예를 들어, 2ppb, 5ppb 또는 10ppb일 수 있다. 일부 실시형태에서, 수용액의 유속은 용존 오존 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 수용액의 유속은 수용액 또는 조사된 유출수 내의 용존 오존이 주입구 또는 표적 임계값보다 큰 측정에 대응하여 감소될 수 있다.
방법은 자외선 조사 단계로부터 상류 지점으로 일정량의 조사된 유출수를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 방법은 표적 임계값보다 큰 용존 오존 농도를 갖는 일정량의 조사된 유출수를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 조사된 유출수 내의 용존 오존이 표적 범위의 허용 오차를 벗어난 측정에 대응하여 일정량의 조사된 유출수를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 표적 임계값보다 10% 초과, 25% 초과 또는 30% 초과의 용존 오존 농도를 갖는 일정량의 조사된 유출수를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시형태에서, 수용액은 용존 이산화탄소를 포함할 수 있다. 이론에 얽매이고 싶지는 않지만, 이산화탄소는 자외선 조사에 의한 용존 오존의 제거를 방해할 수 있다. 간략하게는, 자외선 조사는 다음과 같은 반응에 의해 오존을 광화학적으로 분해시킨다:
위의 반응은 바닥 상태와 여기 상태에서 산소 원자의 형성으로 이어진다. 물에서, 자외선 조사는 추가적으로 하이드록실 라디칼을 생성할 수 있다. 하이드록실 라디칼은 일반적으로 오존과 반응하여 다음 반응에 의해 산소와 물을 형성한다:
용존 이산화탄소가 존재하는 경우, 이산화탄소는 하이드록실 라디칼과 반응하여, 동일한 라디칼에 의한 오존의 분해를 저해할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 더 낮은 농도의 용존 이산화탄소를 갖는 유출수를 생성하기 위해 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 더 낮은 농도의 용존 이산화탄소는 반응에 실질적인 간섭 없이, 자외선을 사용한 조사에 의해 용존 오존을 분해시키는데 충분한 농도일 수 있다. 그 후, 시스템 및 방법은 전술한 바와 같이 자외선으로 유출수를 조사하는 단계를 포함할 수 있다.
위에 기재된 반응은 일반적으로 느린 속도로 발생한다. 따라서, 다른 실시형태에 따르면, 시스템 및 방법은 용존 이산화탄소의 제거 전에 자외선으로 수용액을 조사하는 단계를 포함할 수 있다. 그런 다음, 용존 이산화탄소는 오존 파괴 반응에 대한 실질적인 간섭을 저해하기 위해 제거될 수 있다. 용존 이산화탄소는 자외선 조사 후 즉시 제거될 수 있다. 특히, 시스템 및 방법은 상당량의 용존 이산화탄소가 오존 파괴 반응을 방해하기 전에 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 방법은 자외선 조사 후 몇 초(예를 들어, 조사 후 30초 미만, 10초 미만, 5초 미만, 2초 미만 또는 1초 미만) 동안 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
소정의 방법에 따르면, 용존 이산화탄소는 수용액의 pH를 조절함으로써 제거될 수 있다. 예를 들어, 방법은 용존 이산화탄소를 카보네이트와 바이카보네이트 중 적어도 하나로 전환시키는데 효과적인 값으로 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소는 일반적으로 다음 방정식에 따라 탄산(H2CO3)과 평형을 이룬다:
이산화탄소, 탄산 및 탈양자화된 형태의 바이카보네이트(HCO3 -) 및 카보네이트(CO3 2-)의 상대적 농도는 용액의 pH에 따라 다르다. 용존 이산화탄소는 바이카보네이트 및 카보네이트에 유리하게 평형을 이동시키는데 효과적인 값으로 pH를 조절함으로써 용액으로부터 제거될 수 있다. 도 2는 pH 값의 변화에 따른 수성 이산화탄소, 바이카보네이트 및 카보네이트의 분수량의 그래프이다. 시스템 및 방법은 용존 이산화탄소의 종 분율을 0.2 미만, 0.15 미만, 0.10 미만, 0.05 미만 또는 0.01 미만으로 이동시키는데 효과적인 값으로 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
소정의 실시형태에 따르면, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 pH를 7 초과, 7.5 초과 또는 8 초과로 조절할 수 있다. 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 pH를 약 8.3 초과, 약 8.3 내지 11, 적어도 약 9 또는 약 9 내지 11로 조절할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 0.2 미만, 0.15 미만, 0.10 미만, 0.05 미만 또는 0.01 미만의 용존 이산화탄소의 분수 값을 갖는 유출수를 생성하도록 pH를 조절할 수 있다.
본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 산 또는 염기의 첨가에 의해 pH를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예시적인 강산은 염산(HCl), 질산(HNO3), 하이드로아이오드산(HI), 퍼클로르산(HClO4) 및 클로르산(HClO3)을 포함한다. 예시적인 약산은 아황산(H2SO3), 메탄산(HCO2H), 인산(H3PO4), 아질산(HNO2), 하이드로플루오르산(HF) 및 아래 기재된 염기의 짝산(conjugate acid)을 포함한다. 첨가될 수 있는 예시적인 강염기는 소듐 하이드록사이드(NaOH), 포타슘 하이드록사이드(KOH), 바륨 하이드록사이드(Ba(OH)2), 세슘 하이드록사이드(CsOH), 스트론튬 하이드록사이드(Sr(OH)2), 칼슘 하이드록사이드(Ca(OH)2), 리튬 하이드록사이드(LiOH) 및 루비듐 하이드록사이드(RbOH)를 포함한다. 첨가될 수 있는 예시적인 약염기는 암모니아(NH3), 트라이메틸 암모니아(N(CH3)3), 피리딘(C5H5N), 암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 및 위에 기재된 산의 짝염기(conjugate base)를 포함한다.
방법은 산 또는 염기를 수용액과 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 산 또는 염기는 실질적으로 균일한 pH-조절된 유출수를 생성하기 위해 수용액과 혼합될 수 있다.
다른 실시형태에서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 용액을 막 탈기장치와 접촉시킴으로써 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 간략하게는, 막 탈기장치는 중공사막(hollow fiber membrane)과 접촉시 용액으로부터 용존 기체를 제거한다. 일반적으로, 막 탈기장치는 진공 펌프 및 스위프 가스와 함께 작동할 수 있다. 스위프 가스는 불활성 가스일 수 있다. 소정의 실시형태에서, 스위프 가스는 질소이다. 용존 이산화탄소를 제거하는데 효과적인 하나의 예시적인 막 탈기장치는 Liqui-Cel™ 막 탈기장치(3M™ Company에 의해 배포됨, 미네소타주 메이플우드 소재)이다.
방법은 수용액 또는 유출수에서 용존 이산화탄소 농도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 측정에 대응하여, 방법은 막 탈기장치로 용존 이산화탄소의 제거율을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소의 제거율은 막 탈기의 진공도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 진공 펌프의 속도를 조정하거나 또는 진공 릴리프 밸브 설정값(set point)을 조정함으로써. 용존 이산화탄소의 제거율은 막 탈기장치를 통해 조정함으로써 제어될 수 있다. 다른 실시형태에서, 용존 이산화탄소의 제거율은 막 탈기장치를 통해 수용액의 유속을 조정함으로써 제어될 수 있다.
소정의 실시형태에서, 수용액은 적어도 약 10ppm, 적어도 약 15ppm, 적어도 약 20ppm, 적어도 약 25ppm, 적어도 약 30ppm, 적어도 약 40ppm 또는 적어도 약 50ppm의 용존 이산화탄소를 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소는 평형 상태의 탄산의 형태일 수 있다. 방법은 약 25ppb 미만, 약 20ppb 미만, 약 15ppb 미만, 약 10ppb 미만, 약 5ppb 미만, 약 2ppb 미만 또는 약 1ppb 미만의 용존 이산화탄소를 갖는 유출수를 생성하기 위해 용존 이산화탄소를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템 및 방법은 수용액에서 용존 이산화탄소의 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99%, 적어도 99.9% 또는 적어도 99.99%를 제거하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 방법은 용존 이산화탄소가 실질적으로 없는 유출수를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 수용액 또는 유출수에서 용존 이산화탄소의 농도를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 용존 이산화탄소의 제거율은 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 예를 들어, pH 조절제의 첨가 또는 막 탈기장치를 통한 유속은 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 방법은 임계량보다 더 많은 용존 이산화탄소를 포함하는 일정량의 유출수 또는 조사된 유출수를 재순환시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 0.2, 0.4 또는 0.6 초과의 종 분율의 용존 이산화탄소를 갖는 유출수 또는 조사된 유출수는 추가 처리를 위해 재순환될 수 있다.
특정 실시형태에서, 방법은 수용액 또는 유출수의 pH를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, pH 조절제의 첨가는 pH의 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 방법은 pH 측정에 대응하여 pH를 조절하기 위해 미리 결정된 양의 산 또는 염기를 첨가하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 용존 이산화탄소 또는 수용액 또는 유출수의 pH의 측정에 대응하여 자외선 조사의 조사량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 자외선 조사의 조사량은 용존 이산화탄소가 임계량을 초과하거나 또는 pH가 임계량보다 낮은 것에 대응하여 증가될 수 있다. 따라서, 수용액 또는 유출수의 용존 이산화탄소 또는 pH의 측정에 대응하여 자외선 세기가 증가될 수 있거나 유속이 감소될 수 있다.
일부 실시형태에서, 방법은 수용액 또는 유출수의 온도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 온도는 수용액에의 이산화탄소의 용해도 및 용존 이산화탄소와 탄산 사이의 평형에 영향을 미칠 수 있다. 간략하게는, 이산화탄소는 저온에서 더 잘 용해된다. 따라서, 용존 이산화탄소의 제거는 수용액 또는 유출수의 온도 측정에 대응하여 제어될 수 있다.
방법은 수용액 또는 유출수의 유속을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 유속은 자외선 조사량에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 자외선 조사량은 유속 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 자외선 세기는 더 큰 유속 측정(예를 들어, 임계값보다 큼)에 대응하여 증가될 수 있다. 자외선 세기는 더 낮은 유속 측정(예를 들어, 임계값보다 작음)에 대응하여 감소될 수 있다. 추가적으로, 유속은 수용액으로부터 용존 이산화탄소의 제거에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, pH 조절제의 투여량은 더 큰 유속 측정에 대응하여 더 큰 부피의 pH 조절제를 투여하거나 또는 더 낮은 유속 측정에 대응하여 더 낮은 부피의 pH 조절제를 투여함으로써 유속 측정에 대응하여 제어될 수 있다. 고정 부피 막 탈기장치의 경우, 유속은 용존 이산화탄소의 제거에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 유속은 수용액 내의 용존 이산화탄소 농도에 대응하여 제어될 수 있다.
소정의 양태에 따르면, 본 명세서에 개시된 방법을 수행할 수 있는 시스템이 제공된다. 수용액에서 용존 오존의 분해를 위한 예시적인 시스템(1000)은 각각 시스템(1000A) 및 시스템(1000B)로서 도 3a 내지 도 3b에 나타나 있다. 시스템(1000)은 일반적으로 전술한 바와 같이 수용액의 공급원(200)에 유체 연결 가능한 채널(100), 채널(100)에 유체 연결되며 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300) 및 유출수를 조사하도록 구성된 자외선 조사 공급원(400)을 포함할 수 있다. 시스템(1000A)에서, 자외선 조사 공급원(400)은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 하류에 위치한다. 시스템(1000B)에서, 자외선 조사 공급원(400)은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 상류에 위치한다. 시스템(1000)은 채널(100)을 통해 수용액(200)의 유속을 제어하도록 구성된 펌프(120)와 같은 흐름 제어 장치를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 흐름 제어 장치는 유속 조절 밸브를 포함할 수 있다. 유속 조절 밸브는 채널(100)을 통해 수용액(200)의 유속을 제어하도록 구성될 수 있다.
수용액의 공급원(200)은 처리된 물, 담수화된 물, 여과된 물, 정제된 물, 증류된 물, 탈이온화된 물, 탈염된 물 또는 고순도 물을 포함할 수 있다. 고순도 물은 전술한 바와 같은 용존 이산화탄소 및 용존 오존 외에 극미량의 오염물질이 있는 물을 포함한다. 미량의 오염물질은 낮은 10억분의 1(parts per billion: ppb) 또는 1조분의 1(parts per trillion: ppt) 농도 범위에서 측정될 수 있다. 미량의 오염물질은 휘발성 유기 탄소, 무기 이온, 유기 화합물, 세균 및 기타 미생물 종, 내독소 및 뉴클리에이스, 미립자 및 가스를 포함할 수 있다. 고순도 물의 예는 초순수, 및 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization: ISO)에 의해 확립된 1 내지 3의 등급 또는 ASTM 인터내셔널(ASTM International)에 의해 확립된 I 내지 IV 유형의 물을 포함한다. 일부 특정한 비제한적인 실시형태에 있어서, 초순수는 25℃에서 약 18.18 MΩ/㎝의 저항(resistivity)을 갖는다.
채널(100)은 산화 및/또는 부식에 저항성이 있는 물질로 구성되거나 라이닝될 수 있다. 예를 들어, 채널(100)은 폴리올레핀(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 초고분자량 폴리머(UHMW), 폴리프로필렌(PP)), 폴리바이닐 클로라이드(PVC), 클로린화된 폴리바이닐 클로라이드(CPVC) 또는 플루오로플라스틱 또는 플루오로폴리머(폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 플루오린화된 에틸렌 프로필렌(FEP), 퍼플루오로알콕시 알케인(PFA), 폴리바이닐리덴 다이플루오라이드(PVDF), 폴리클로로트라이플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌클로로트라이플루오로에틸렌(ECTFE), 에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE) 등)을 포함하는 물질로 구성되거나 라이닝될 수 있다.
채널은 사용 지점(500)에 유체 연결될 수 있다. 소정의 실시형태에서, 수용액의 공급원(200)은 반도체 제조 시스템이다. 이러한 실시형태에서, 사용 지점(500)은 반도체 제조 시스템과 관련될 수 있어, 처리된 수용액이 현장 단위 작업에 의해 재사용될 수 있다. 수용액의 공급원(200) 및/또는 사용 지점(500)은 정수, 원자력 발전, 마이크로일렉트로닉스 제조, 반도체 제조, 식품 가공, 섬유 제조, 종이 제조 및 재활용, 약 제조, 화학 가공 및 금속 추출 시스템 또는 공정 중 하나 이상과 관련될 수 있다. 수용액의 공급원(200) 및/또는 사용 지점(500)은 산업 적용, 폐수 및/또는 도시용수 처리 적용 및 활성 슬러지 적용 중 하나 이상과 관련될 수 있다.
일부 실시형태에서, 시스템(1000)은 사용 지점(500)으로부터 상류의 후-처리 시스템에 유체 연결될 수 있다. 예를 들어, 시스템(1000)은 막 필터 시스템, 탄소 필터 시스템, 이온 교환 시스템(양이온 교환 베드, 음이온 교환 베드 및/또는 혼합 베드를 포함), 한외여과 시스템 및 역 삼투압 시스템 중 하나 이상에 유체 연결될 수 있다. 후-처리는 조사된 유출수에 대한 표적 사용 지점(500)에 기초하여 선택될 수 있다.
또 다른 실시형태에 있어서, 처리된 수용액은 환경 배출 요건을 충족할 수 있다. 따라서, 사용 지점(500)은 산업 또는 도시 배수일 수 있다.
자외선 조사 공급원(400)은 전술한 바와 같이 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키는데 효과적인 조사량으로 수용액에 자외선을 조사하도록 구성될 수 있다. 자외선 조사 공급원(400)은 100㎚ 내지 280㎚의 파장을 갖는 UVC 광선으로 용액을 조사하도록 구성된 자외선 램프를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 자외선 조사 공급원(400)은 200㎚ 내지 280㎚, 예를 들어, 약 254㎚의 파장을 갖는 광선으로 용액을 조사하도록 구성될 수 있다.
자외선 조사 공급원(400)은 약 1000 mJ/㎠ 내지 3000 mJ/㎠의 세기의 자외선으로 용액을 조사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자외선 조사 공급원(400)은 약 1000 mJ/㎠, 약 1500 mJ/㎠, 약 2000 mJ/㎠, 약 2500 mJ/㎠, 3000 mJ/㎠의 세기의 자외선으로 용액을 조사하도록 구성될 수 있다. 자외선 조사 공급원(400)은 다양한 세기의 자외선으로 용액을 조사하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 전술한 바와 같이, 자외선 조사 공급원(400)은 측정된 용존 오존 농도에 대응한 세기의 자외선으로 용액을 조사하도록 구성될 수 있다.
용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 수용액보다 낮은 용존 이산화탄소 농도를 갖는 유출수를 생성하기 위해 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 채널(100)에 유체 연결된 pH 조절제의 공급원을 포함할 수 있다. pH 조절제의 공급원은 예를 들어, 전술한 바와 같은 산 또는 염기의 공급원일 수 있다. 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 pH 조절제의 공급원으로부터 하류에 위치하며, 수용액과 pH 조절제를 혼합하도록 구성된 믹서를 더 포함할 수 있다. 믹서는 정적 믹서이거나 또는 pH 조절제를 유체에 혼합할 수 있는 임의의 구조 또는 장치일 수 있다. 특히, 믹서는 실질적으로 균일한 혼합물을 생성하도록 구성된 구조 또는 장치일 수 있다.
이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 미리 결정된 양의 pH 조절제를 채널(100)에 보내도록 구성된 계량 펌프를 포함할 수 있다. 계량 펌프는 다양한 유속으로 pH 조절제를 채널(100)에 보내도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 전술한 바와 같이, 계량 펌프는 pH 조절제를 용액의 pH를 조절하기 위해 선택된 농도로 채널(100)을 통해 흐르는 수용액에 보내도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 계량 펌프는 pH 조절제를 용액의 pH의 측정된 용존 오존 농도에 대응하여 선택된 농도로 수용액에 보내도록 구성될 수 있다.
소정의 실시형태에서, 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 채널에 유체 연결된 막 탈기장치를 포함할 수 있다. 막 탈기장치는 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 임의의 막 탈기장치일 수 있다. 일부 실시형태에서, 막 탈기장치는 무작위 패킹 매질 또는 막에 고정된 매질의 형태로 매질을 포함할 수 있다. 매질은 폴리프로필렌, 폴리바이닐리덴 플루오라이드(PVDF) 또는 수용액으로부터 용존 이산화탄소를 제거하기에 적합한 임의의 기타 매질을 포함할 수 있다. 막 탈기장치는 중력식(gravity flow) 막 탈기장치일 수 있다. 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 막 탈기장치의 작업을 위한 진공 펌프를 더 포함할 수 있다. 막 탈기장치는 스위프 가스의 공급원과 관련될 수 있다. 스위프 가스의 공급원은 불활성 가스, 예를 들어, 질소일 수 있다.
펌프(120)는 채널(100)을 통해 수용액(200)을 보내고, 수용액(200)의 유속을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 유속은 100 gal/분 내지 800 gal/분으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 유속은 200 gal/분 내지 600 gal/분으로 제어될 수 있다. 유속은 약 200 gal/분, 약 300 gal/분, 약 350 gal/분, 약 400 gal/분, 약 450 gal/분, 약 500 gal/분 또는 약 600 gal/분으로 제어될 수 있다. 펌프(120)는 다양한 유속으로 수용액(200)을 보내도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 전술한 바와 같이, 펌프(120)는 측정된 용존 오존 농도에 대응하여 용액에 대한 자외선 조사의 조사량을 제어하도록 선택된 유속으로 채널(100)을 통해 수용액(200)을 보내도록 구성될 수 있다.
수용액에서 용존 오존의 분해를 위한 예시적인 시스템(2000)이 도 4에 나타나 있다. 시스템(2000)은 시스템의 구성 성분(100)을 포함하며, 수용액(200) 및 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 하류의 유출수 중 적어도 하나에서 용존 이산화탄소의 농도를 검출하도록 구성된 주입구 용존 이산화탄소 센서(320) 및 배출구 용존 이산화탄소 센서(325)를 포함하는 용존 이산화탄소 감지 서브시스템을 더 포함한다. 특정 실시형태에서, 용존 이산화탄소 감지 서브시스템은 용액 또는 유출수의 pH를 측정하도록 구성된 주입구 pH 센서(320) 및 배출구 pH 센서(325)를 포함하는 pH 감지 서브시스템일 수 있다.
시스템(2000)은 조사된 유출수에서 용존 오존의 농도를 측정하도록 구성된, 자외선 조사 공급원(400)으로부터 하류에 위치한 용존 오존 센서(420)를 포함한다. 시스템은 하나 초과의 용존 오존 센서, 예를 들어, 자외선 조사 공급원(400)으로부터 하류에 위치한 적어도 2개의 용존 오존 센서를 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시스템은 수용액(200)에서 용존 오존 농도를 측정하도록 구성된 주입구 용존 오존 센서를 포함할 수 있다.
시스템(2000)은 유속계(720)를 포함한다. 유속계(720)는 채널(100)을 통해 이동하는 용액의 유속을 측정하도록 구성될 수 있다. 시스템(2000)은 온도 센서(820)를 포함한다. 온도 센서(820)는 채널(100)을 통해 이동하는 용액의 온도를 측정하도록 구성될 수 있다.
시스템(2000)은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300), 자외선 조사 공급원(400) 및 펌프(120)에 작동 가능하게 연결된 제어부(600)를 더 포함한다. 제어부(600)는 제어 신호를 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300), 자외선 조사 공급원(400) 및 펌프(120)에 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 시스템은 하나 이상의 센서를 포함할 수 있고, 제어부에 의해 작동되지 않을 수 있음에 유의하여야 한다. 추가적으로, 시스템은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300), 자외선 조사 공급원(400) 및 펌프(120) 중 2개 이상에 작동 가능하게 연결된 제어부를 포함할 수 있다.
주입구 용존 이산화탄소 센서(320) 및 배출구 용존 이산화탄소 센서(325) 중 적어도 하나는 각각의 용존 이산화탄소 센서에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 이산화탄소 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 용존 이산화탄소 신호는 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 용존 이산화탄소 신호는 사용자에게 전송될 수 있다. 일부 실시형태에서, 용존 이산화탄소 신호는 측정된 용존 이산화탄소 값이 미리 결정된 임계값을 초과하였음을 사용자에게 알리기 위해 경보를 작동시킬 수 있다. 용존 이산화탄소 신호는 제어부(600)에 전송될 수 있다.
용존 이산화탄소 센서가 pH 센서인 소정의 실시형태에 따르면, 주입구 pH 센서(320) 및 배출구 pH 센서(325) 중 적어도 하나는 각각의 pH 센서에 의해 얻어진 측정을 나타내는 pH 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. pH 신호는 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. pH 신호는 사용자에게 전송될 수 있다. 일부 실시형태에서, pH 신호는 측정된 pH 값이 미리 결정된 임계값을 초과하였음을 사용자에게 알리기 위해 경보를 작동시킬 수 있다. pH 신호는 제어부(600)에 전송될 수 있다.
용존 오존 센서(420)는 용존 오존 센서(420)에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 오존 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 용존 오존 신호는 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 용존 오존 신호는 사용자에게 전송될 수 있다. 일부 실시형태에서, 용존 오존 신호는 측정된 용존 오존 값이 미리 결정된 임계값을 초과하였음을 사용자에게 알리기 위해 경보를 작동시킬 수 있다. 용존 오존 신호는 제어부(600)에 전송될 수 있다.
유속계(720)는 유속계(720)에 의해 얻어진 측정을 나타내는 유속 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 온도 센서(820)는 온도 센서(820)에 의해 얻어진 측정을 나타내는 온도 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 유속 신호 및 온도 신호 중 하나 이상이 디스플레이 장치에 표시될 수 있다. 온도 신호 및 유속 신호 중 하나 이상이 사용자에게 전송될 수 있다. 일부 실시형태에서, 온도 신호 및/또는 유속 신호는 측정된 값이 미리 결정된 임계값을 초과하였음을 사용자에게 알리기 위해 경보를 작동시킬 수 있다. 온도 신호 및/또는 유속 신호는 제어부(600)에 전송될 수 있다.
제어부(600)는 하나 이상의 용존 이산화탄소 감지 서브시스템(320, 325)(이는 pH 감지 서브시스템, 용존 오존 센서(420), 유속계(720) 및 온도 센서(820)를 포함할 수 있음)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 시스템은 용존 이산화탄소 감지 서브시스템, 용존 오존 센서(420), 유속계(720) 및 온도 센서(820) 중 하나 이상으로부터의 입력 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어부(600)는 입력 신호에 대응하여 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어부(600)는 본 명세서에서 전술한 바와 같은 시스템(2000)의 하나 이상의 단위 작업의 작업을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제어부(600)는 수용액으로부터 미리 결정된 양의 용존 이산화탄소를 제거하도록 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)에 지시하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 용존 이산화탄소가 실질적으로 없는 유출수를 생성하도록 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)에 지시하도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제어부는 제어 신호를 pH 조절제의 공급원에 전송하여, pH 조절제의 공급원이 신호(예를 들어, pH 신호)에 대응하여 pH 조절제를 투여하도록 구성될 수 있다. 제어부(600)는 수용액의 pH를 8.0 내지 11 또는 전술한 바와 같은 pH로 조정하도록 구성될 수 있다.
일부 실시형태에서, 제어부(600)는 자외선 조사 공급원(400), 펌프(120) 및 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300) 중 적어도 하나에 제어 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 신호(예를 들어, 용존 오존 신호)에 대응하여 자외선 조사 공급원(400)이 용액에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 파괴하는데 효과적인 조사량으로 용액에 자외선을 조사하도록 구성될 수 있다. 제어부(600)는 용존 오존 신호에 대응하여 자외선 조사 공급원(400)이 자외선 세기를 조정하도록 지시하거나 또는 펌프(120)가 유속을 조정하도록 지시할 수 있다.
추가적으로, 제어부(600)는 용존 오존 신호에 대응하여 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)이 미리 결정된 양의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 용존 오존 신호에 대응하여 막 탈기장치(진공 펌프 또는 스위프 가스 유속을 조정함으로써)를 작동하도록 구성될 수 있거나, 또는 제어부(600)는 용존 오존 신호에 대응하여 pH 조절제의 공급원이 일정량의 pH 조절제를 수용액(200)에 투여하도록 지시할 수 있다.
제어부(600)는 컴퓨터 또는 모바일 장치일 수 있다. 제어부(600)는 터치 패드 또는 다른 작동 인터페이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 키보드, 터치 스크린, 트랙 패드 및/또는 마우스를 통해 조작될 수 있다. 제어부(600)는 하나 이상의 출력 장치, 예를 들어, 디스플레이 또는 스피커를 포함할 수 있다. 제어 신호를 생성하기 위해, 제어부(600)는 적어도 하나의 입력 값으로부터 데이터를 저장하는 메모리 장치에 결합된 시스템 프로세서를 포함할 수 있다. 메모리 장치는 내부 메모리 장치, 외부 메모리 장치 또는 클라우드-기반 메모리 장치일 수 있다. 제어부(600)는 당자에게 알려진 운영 시스템에서 소프트웨어를 실행하도록 구성될 수 있다.
제어부(600)는 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(600)는 본 명세서에 개시된 바와 같이 하나 이상의 단위 작업에 디지털 방식으로 연결될 수 있다. 제어부(600)는 무선 연결을 통해 단위 작업에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 무선 근거리 통신(wireless local area networking: WLAN) 또는 단파장 초고주파(short-wavelength ultra-high frequency: UHF) 전파를 통해 단위 작업에 연결될 수 있다. 제어부(600)는 예를 들어, 제어부(600)가 필요에 따라 시스템 내에서 용액을 보낼 수 있도록 시스템 내의 임의의 펌프 또는 밸브에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
시스템(2000)은 자외선 조사 공급원(400)의 하류 지점에서 자외선 조사 공급원(400)으로부터 상류 지점 및 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 상류 지점까지 연장되는 재순환 라인(110)을 더 포함한다. 제어부(600)는 용존 오존 신호에 대응하여 재순환 라인(110)을 통해 유출수를 보내도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어부(600)는 임계 농도보다 큰 용존 오존의 농도를 갖는 유출수를 용존 오존 제거 시스템(2000)의 상류 지점으로 보내도록 구성될 수 있다. 제어부(600)는 제어부에 작동 가능하게 연결된 하나 이상의 밸브(도시하지 않음)의 작동을 통해 유출수를 보내도록 구성될 수 있다.
시스템은 본 명세서에 기재된 바와 같이 시스템을 통해 수용액 또는 유출수의 방향을 제어하도록 구성된 하나 이상의 추가적인 밸브, 펌프 또는 채널을 포함할 수 있다.
실시예
이들 및 다른 실시형태의 기능 및 이점은 다음의 실시예로부터 더 잘 이해될 수 있다. 이들 실시예는 본질적으로 예시를 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않는다.
실시예 1: 소듐 하이드록사이드 및 자외선 조사
26ppm의 용존 이산화탄소와 30ppm의 용존 오존을 갖는 초순수를 처리하기 위해 도 5에 나타난 바와 같은 실험 시스템(3000)을 사용하였다. 약 2 gal/분의 유속으로 채널(100)을 통해 수용액(200)을 보냈다. 수용액(200)의 초기 pH는 4.7이었다.
용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)은 pH 조절제로서 소듐 하이드록사이드의 공급원(310) 및 소듐 하이드록사이드의 공급원(310)으로부터 하류에 위치한 정적 믹서(315)를 포함하였다. 계량 펌프(330)는 소듐 하이드록사이드를 채널(100)에 도입하도록 구성하였다. 시스템은 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 하류에 위치한 주입구 pH 센서(320) 및 배출구 pH 센서(325)를 포함하였다.
자외선 조사 공급원(400)은 2000 mJ/㎠의 세기로 254㎚의 파장을 갖는 자외선을 적용하도록 설정된 자외선 램프였다. 시스템은 자외선 조사 공급원(400)으로부터 하류에 위치한 제1 용존 산소 센서(420) 및 제2 용존 산소 센서(425)를 포함하였다.
측정된 용존 오존 농도는 도 6 내지 도 7의 그래프에 제시되어 있다. 간략하게는, 도 6은 2개의 용존 오존 센서에 의해 측정된 시간 경과(시간)에 따른 유출수에서 용존 오존 농도(ppb)의 그래프이다. 처음에는, 자외선 조사가 활성화되었지만, 용존 오존 농도는 약 120ppb에서 정점에 이르렀다. 1시간 후, NaOH를 약 10ppb의 농도로 용액에 지속적으로 투여하였다. 용존 오존 농도는 10ppb 미만으로 떨어졌다. 6시간 후, NaOH를 중단하였다. 용존 오존 농도는 약 80ppb로 증가하였다.
도 7은 2개의 용존 오존 센서에 의해 측정된 시간 경과에 따른 유출수에서 용존 오존 농도(ppb)의 그래프이다. 초기 용존 오존 농도는 하나의 센서에 의해 약 100ppb로 측정되었고, 다른 센서에 의해 200ppb 초과로 측정되었다. 5시간 동안, 용존 오존 농도 측정은 각각 2개의 센서로 측정하였을 때 50ppb 및 100ppb로 안정화되었다. 5시간 후, 3% NaOH를 용액에 지속적으로 투여하였다. 용존 오존 농도는 약 2ppb 미만으로 떨어졌다.
따라서, 용존 이산화탄소의 제거는 자외선 조사에 의한 용존 오존의 파괴를 증가시킨다. pH 조절제 및 자외선 조사는 용존 오존의 제거에 상승 효과가 있었다. 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법은 수용액에서 용존 오존 농도를 2ppb 이하로 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
도 5의 시스템(3000)은 성업적으로 허용 가능한 용량까지 확장될 수 있다. 예를 들어, 시스템(3000)은 400 gal/분의 수용액을 처리하도록 확장될 수 있다.
실시예 2: 자외선 조사
시스템(3000)과 유사하지만 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300) 및 pH 센서(320, 325)가 없는 실험 시스템을 사용하여, 용존 오존의 초기 농도가 30ppm이고, 용존 산소 농도가 50ppm이며 및 용존 이산화탄소의 농도가 26ppm인 급수를 처리하였다. 급수를 25℃의 온도에서 150 내지 300 ℓ/시간의 유속으로 채널(100)을 통해 보냈다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 2.45시간 후, 자외선을 조사하였다.
결과는 도 8a 내지 도 8b의 그래프에 제시되어 있다. 도 8b는 명확성을 위해 다른 스케일의 y-축을 갖는 도 8a의 연속이다. 도 8a의 그래프에 나타난 바와 같이, 자외선 조사는 용존 오존 농도를 30ppm에서 1ppm 미만으로 감소시켰다. 도 8b의 그래프에 나타난 바와 같이, 자외선 조사는 궁극적으로 용존 오존 농도를 35ppb로 감소시켰다. 따라서, 자외선 조사는 용존 오존 농도를 35ppb로 감소시킬 수 있다.
실시예 3: 소듐 하이드록사이드로부터 상류에서 자외선 조사
시스템(3000)과 유사하지만 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로부터 상류에 위치한 자외선 공급원(400)을 사용한 실험 시스템을 사용하여, 용존 오존의 초기 농도가 30ppm이고, 용존 산소의 농도가 50ppm이며 용존 이산화탄소의 농도가 26ppm인 급수를 처리하였다. 급수를 25℃의 온도에서 약 300 ℓ/시간의 유속으로 채널(100)을 통해 보냈다. 자외선을 조사하였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 1.3시간 후, 소듐 하이드록사이드 첨가를 시작하였다. 유출수의 pH는 7.9였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 6.3시간 후, 소듐 하이드록사이드 첨가를 종료하였다.
결과는 도 9의 그래프에 제시되어 있다. 도 9의 그래프에 나타난 바와 같이, 용존 오존 농도는 소듐 하이드록사이드의 첨가가 시작된 후 90ppb에서 2.1ppb로 줄어들었다. 또한, 소듐 하이드록사이드의 첨가가 종료된 후, 예상대로 용존 오존 농도가 상승하기 시작하였다. 따라서, 자외선 조사 및 pH의 증가는 용존 오존을 2.1ppb로 감소시킬 수 있다.
실시예 4: 자외선 조사로부터 상류에서 소듐 하이드록사이드
시스템(3000)과 유사한 실험 시스템을 사용하여 용존 오존의 초기 농도가 30ppm이고, 용존 산소의 농도가 50ppm이며, 용존 이산화탄소의 농도가 26ppm인 급수를 처리하였다. 급수를 25℃의 온도에서 약 150 내지 270 ℓ/시간의 유속으로 채널을 통해 보냈다. 초순수를 초기에 자외선을 조사하여 시스템에 통과시켰다. 소듐 하이드록사이드를 투여하여 물의 pH를 안정화시켰다.
채널(100)을 통해 초순수를 보낸지 2.25시간 후, 급수를 시스템에 도입하고 초순수를 중지하였다. 유출수의 pH는 9 내지 11이었다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 4시간 후, 소듐 하이드록사이드 농도가 감소하였다. 더 낮은 농도의 소듐 하이드록사이드에서, 유출수 내의 용존 오존 농도는 변하지 않았다.
결과는 도 10의 그래프에 제시되어 있다. 도 10의 그래프에 나타난 바와 같이, 용존 오존 농도는 50%의 계량 펌프(330) 속도 및 25%의 계량 펌프(330) 속도로 소듐 하이드록사이드를 첨가하는 동안 약 2ppb에서 안정하게 유지되었다. 따라서, 시험된 값에서 소듐 하이드록사이드의 투여량의 감소는 유출수 내의 용존 오존 농도에 영향을 미치지 않았다.
실시예 5: 소듐 하이드록사이드
시스템(3000)과 유사하지만 자외선 공급원(400)이 없는 실험 시스템을 사용하여 용존 오존의 초기 농도가 30ppm이고, 용존 산소의 농도가 50ppm이며 용존 이산화탄소의 농도가 26ppm인 급수를 처리하였다. 급수를 25℃의 온도에서 약 150 ℓ/시간의 유속으로 채널(100)을 통해 보냈다. 초순수를 초기에 자외선을 조사하여 시스템에 통과시켰다. 소듐 하이드록사이드를 투여하여 물의 pH를 안정화시켰다.
채널(100)을 통해 초순수를 보낸지 0.5시간 후, 급수를 시스템에 도입하고 초순수를 중지하였다. 유출수의 pH는 9 내지 11이었다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 1.3시간 후, 소듐 하이드록사이드 농도가 감소하였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 3시간 후, 소듐 하이드록사이드 농도가 증가하였다. 더 낮은 농도의 소듐 하이드록사이드에서, 유출수 내의 용존 오존 농도가 증가하였다. 더 높은 농도의 소듐 하이드록사이드를 재개한 후, 유출수 내의 용존 오존 농도가 감소하였다.
결과는 도 11의 그래프에 제시되어 있다. 도 11의 그래프에 나타난 바와 같이, 용존 오존 농도는 매우 다양하였다. 용존 오존 농도는 처음에 100%의 계량 펌프(330) 속도에서 약 35ppb 미만으로 감소하였다. 용존 오존 농도는 93%의 계량 펌프(330) 속도에서 약 50ppb 내지 70ppb로 증가하였고, 용존 오존 농도는 다시 99%의 계량 펌프(330) 속도에서 약 25ppb(약 50ppb에서 정점에 이름)로 감소하였다. 따라서, 시험된 값에서 소듐 하이드록사이드의 투여량의 감소는 자외선이 조사되지 않았을 때 유출수 내의 용존 오존 농도에 영향을 미쳤다.
실시예 6: 막 탈기 및 자외선 조사
시스템(3000)과 유사하지만 용존 이산화탄소 제거 서브시스템(300)으로서 막 탈기장치 및 진공 펌프를 사용하는 실험 시스템을 사용하여 용존 오존의 초기 농도가 30ppm이고, 용존 산소의 농도가 50ppm이며, 용존 이산화탄소의 농도가 26ppm인 급수를 처리하였다. 실험 시스템은 막 탈기장치로부터 상류에 추가적인 자외선 조사 공급원(400)을 포함하였다. 급수를 25℃의 온도에서 약 240 내지 300 ℓ/시간의 유속으로 채널(100)을 통해 보냈다. 급수의 pH는 9였다. 초순수를 초기에 자외선 조사하여 시스템에 통과시켰다.
채널(100)을 통해 추순수를 보낸지 0.75시간 후, 급수를 시스템에 도입하고 초순수를 중지하였다.
결과는 도 12a의 그래프에 제시되어 있다. 도 12a의 그래프에 나타난 바와 같이, 용존 오존 농도 측정은 약 0.25ppb 미만으로 안정하게 유지되었다. 그러나, 용존 오존 센서(420)는 0.4ppb의 하한 검출 한계를 가짐에 유의한다. 따라서, 실험 설정의 결과는 명확하지 않다. 그러나, 막 탈기장치를 사용한 용존 이산화탄소의 제거는 유출수 내의 용존 오존의 농도를 크게 줄이는데 효과적이었다.
실시예 7: 막 탈기, 자외선 조사 및 소듐 하이드록사이드
실시예 6의 시스템과 유사하지만, 소듐 하이드록사이드의 공급원(310), 계량 펌프(330) 및 제2 자외선 조사 공급원(400)으로부터 하류에 위치한 정적 믹서(315)를 갖는 실험 시스템을 사용하여 용존 오존의 초기 농도는 30ppm이고, 용존 산소의 농도는 50ppm이며, 용존 이산화탄소의 농도는 26ppm인 급수를 처리하였다. 실험 시스템은 막 탈기장치로부터 상류에 추가적인 자외선 조사 공급원(400)을 포함하였다. 급수를 25℃의 온도에서 약 240 내지 300 ℓ/시간의 유속으로 채널(100)을 통해 보냈다. 급수의 pH는 9였다. 초순수를 초기에 자외선 조사하여 시스템에 통과시켰다.
채널(100)을 통해 초순수를 보낸지 0.8시간 후, 급수를 시스템에 도입하고 초순수를 중지하였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 3.7시간 후, 제2 자외선 조사 공급원(400)을 중지하였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 4.9시간 후, 소듐 하이드록사이드를 투여하였다. 채널(100)을 통해 급수를 보낸지 6.4시간 후, 소듐 하이드록사이드를 중지하였다.
결과는 도 12b의 그래프에 제시되어 있다. 도 12b의 그래프에 나타나 있는 바와 같이, 용존 오존 농도는 일반적으로 1ppb 내지 0의 범위였다. 앞서 언급한 바와 같이, 용존 오존 센서(420)는 0.4ppb의 하한 검출 한계를 갖는다. 제2 자외선 조사 공급원(400)을 차단하는 것은 유출수 내의 용존 오존 농도에 영향을 미치지 않았다. 소듐 하이드록사이드의 첨가는 유출수 내의 용존 오존 농도에 거의 영향을 미치지 않았다. 마지막으로, 소듐 하이드록사이드의 종결은 유출수 내의 용존 오존 농도에 거의 영향을 미치지 않았다. 막 탈기장치 및 2개의 자외선 조사 공급원 또는 소듐 하이드록사이드의 첨가를 이용한 용존 이산화탄소의 제거는 막 탈기장치 및 단일 자외선 조사 공급원을 사용한 용존 오존의 제거에 비해 더 큰 이점이 없었다.
본 명세서에 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "복수"는 둘 이상의 항목 또는 구성 요소를 지칭한다. 용어 "포함하는(comprising)", "포함하는(including)", "보유하는(carrying)", "갖는(having)", "함유하는(containing)" 및 "포함하는(involving)"은 명세서 또는 청구범위 등에서 개방형 용어, 즉 "포함하지만 이들로 제한되지 않는다"를 의미한다. 따라서, 이러한 용어의 사용은 이후에 나열된 항목과 그에 상응하는 항목 및 추가 항목을 포함하는 것을 의미한다. 전환 문구 "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"만이 청구범위와 관련하여 각각 폐쇄 또는 반-폐쇄적 전환 문구이다. 청구항 요소를 수정하기 위해서 청구범위에서 "첫 번째", "두 번째", "세 번째" 등과 같은 서수 용어의 사용은 그 자체로 한 청구항의 요소가 다른 요소보다 임의의 우선 순위(precedence), 우선 순위(precedence) 또는 순서 또는 방법의 동작이 수행되는 시간적 순서를 의미하지는 않지만, 소정의 명칭을 갖는 하나의 청구항 요소를 동일한 명칭을 가진 다른 요소(서수 용어 사용을 위해)와 구별하기 위한 레이블로만 사용되어 청구항 요소를 구별한다.
따라서 적어도 하나의 실시형태의 여러 양태를 설명하였지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에게 쉽게 일어날 수 있음을 이해하여야 한다. 임의의 실시형태에서 설명된 임의의 특징은 임의의 다른 실시형태의 임의의 특징에 포함되거나 또는 이로 대체될 수 있다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 본 개시내용의 일부가 되도록 의도되며, 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 따라서, 전술한 설명 및 도면은 단지 예일 뿐이다.
당업자는 본 명세서에 기재된 매개변수 및 구성이 예시적이며, 실제 매개변수 및/또는 구성이 개시된 방법 및 물질이 사용되는 특정 적용에 의존할 것임을 이해하여야 한다. 당업자는 또한 일상적인 실험만을 사용하여 개시된 특정 실시형태에 대한 동등물을 인식하거나 확인할 수 있어야 한다.
Claims (38)
- 방법으로서,
제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액을 용기로 보내는 단계;
상기 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하여 상기 제1 농도의 용존 이산화탄소보다 낮은 제2 농도의 용존 이산화탄소를 갖는 제1 유출수를 생성하는 단계; 및
상기 제1 유출수에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키는데 효과적인 조사량으로 상기 제1 유출수에 자외선을 조사하여 상기 제1 농도의 용존 오존보다 낮은 제2 농도의 용존 오존을 갖는 제2 유출수를 생성하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계는 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 카보네이트와 바이카보네이트 중 적어도 하나로 전환하는데 효과적인 값으로 상기 수용액의 pH를 조절하는 것을 포함하는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 수용액의 pH를 적어도 약 8로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 수용액의 pH를 약 8.3 내지 11로 조절하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 수용액의 pH 및 상기 제1 유출수의 pH 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 및
상기 측정에 대응하여, 미리 결정된 양의 산 또는 염기를 첨가하여 상기 수용액의 pH를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 유출수는 용존 이산화탄소가 실질적으로 없는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계는 상기 수용액을 막 탈기장치와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 수용액 내의 용존 이산화탄소 농도 및 상기 제1 유출수 내의 용존 이산화탄소 농도 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 및
상기 측정에 대응하여, 막 탈기장치의 진공도를 조정하는 것, 막 탈기장치를 통해 스위프 가스 유속을 조정하는 것 및 막 탈기장치를 통해 수용액의 유속을 제어하는 것 중 적어도 하나에 의해 막 탈기장치로 상기 일정량의 용존 이산화탄소의 제거율을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 농도의 용존 이산화탄소는 적어도 약 20ppm인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 농도의 용존 오존은 적어도 약 30ppm인, 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 제2 농도의 용존 오존은 약 10ppb 미만인, 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제2 농도의 용존 오존은 약 2ppb 미만인, 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 제2 농도의 용존 오존은 약 1ppb 미만인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 농도의 용존 오존 및 상기 제2 농도의 용존 오존 중 적어도 하나를 측정하는 단계, 및
상기 측정에 대응하여, 상기 수용액과 상기 제1 유출수 중 적어도 하나의 자외선 조사의 조사량과 유속 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 수용액은 반도체 제조 공정용수를 포함하는, 방법.
- 시스템으로서,
제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액의 공급원에 유체 연결 가능한 채널;
상기 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 상기 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용존 이산화탄소 제거 서브시스템; 및
상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템으로부터 하류에 위치하며 제2 유출수를 생성하기 위해 상기 제1 유출수를 조사하도록 구성된 자외선 조사 공급원
을 포함하는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 상기 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함하는, 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 pH 조절제의 공급원으로부터 하류 및 상기 자외선 조사 공급원으로부터 상류에 위치한 믹서를 더 포함하는, 시스템.
- 제17항에 있어서, 상기 수용액의 pH를 검출하도록 구성된 주입구 pH 센서 및 상기 제1 유출수와 상기 제2 유출수 중 적어도 하나의 pH를 검출하도록 구성된 배출구 pH 센서를 포함하는 pH 감지 서브시스템을 더 포함하되,
상기 pH 감지 서브시스템은 상기 주입구 pH 센서와 상기 배출구 pH 센서 중 적어도 하나에 의해 얻어진 측정을 나타내는 pH 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 채널에 유체 연결된 막 탈기장치를 포함하는, 시스템.
- 제20항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 막 탈기장치와 관련된 진공 펌프와 스위프 가스의 공급원 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
- 제20항에 있어서, 상기 수용액의 용존 이산화탄소 농도를 검출하도록 구성된 주입구 용존 이산화탄소 센서 및 상기 제1 유출수와 상기 제2 유출수 중 적어도 하나의 용존 이산화탄소를 검출하도록 구성된 배출구 용존 이산화탄소 센서를 포함하는 용존 이산화탄소 감지 서브시스템을 더 포함하되,
상기 용존 이산화탄소 감지 서브시스템은 상기 주입구 용존 이산화탄소 센서와 상기 배출구 용존 이산화탄소 센서 중 적어도 하나에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 이산화탄소 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 수용액, 상기 제1 유출수 및 상기 제2 유출수 중 적어도 하나의 유속을 측정하도록 구성된 유속계를 더 포함하되,
상기 유속계에 의해 얻어진 측정을 나타내는 유속 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템. - 제19항, 제22항 및 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 유체 연결된 제어부, 및 상기 pH 감지 서브시스템, 상기 용존 이산화탄소 감지 서브시스템 및 상기 유속계 중 적어도 하나를 더 포함하되,
상기 제어부는 pH 신호, 용존 이산화탄소 신호 및 유속 신호 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 수신된 신호에 응답하여 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 제어 신호를 전송하도록 구성되는, 시스템. - 제24항에 있어서, 상기 제어부는 용존 이산화탄소가 실질적으로 없는 제1 유출수를 생성하도록 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 지시하도록 구성되는, 시스템.
- 제24항에 있어서, 상기 제어부는 상기 pH 조절제의 공급원에 상기 제어 신호를 전송하여 상기 신호에 응답하여 상기 pH 조절제의 공급원이 상기 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성되는, 시스템.
- 제26항에 있어서, 상기 제어부는 상기 수용액의 pH를 약 8.0 내지 11로 조정하도록 구성되는, 시스템.
- 제16항에 있어서, 상기 자외선 조사 공급원으로부터 하류에 위치하는 적어도 하나의 용존 오존 센서를 더 포함하되, 상기 제2 유출수 내의 제2 농도의 용존 오존를 측정하고 상기 용존 오존 센서에 의해 얻어진 측정을 나타내는 용존 오존 신호를 출력하도록 구성되는, 시스템.
- 제28항에 있어서, 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 용존 오존 센서에 작동 가능하게 연결된 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 용존 오존 신호를 수신하고, 상기 자외선 조사 공급원과 흐름 제어 장치 중 적어도 하나에 제어 신호를 전송하여, 상기 자외선 조사 공급원이 상기 제어 신호에 응답하여 상기 제1 유출수 내의 미리 결정된 양의 용존 오존을 파괴하는데 충분한 조사량으로 상기 제1 유출수에 자외선을 조사하도록 구성되는, 시스템 - 제28항에 있어서, 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 용존 오존 센서에 작동 가능하게 연결된 제어부를 더 포함하되,
상기 제어부는 상기 용존 오존 신호를 수신하고, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템에 제어 신호를 전송하여, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템이 상기 제어 신호에 응답하여 상기 수용액으로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성되는, 시스템. - 제30항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 채널에 유체 연결되고 제1 유출수를 생성하기 위해 상기 수용액에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함하며, 그리고
상기 제어부는 상기 pH 조절제의 공급원에 제어 신호를 전송하여 상기 pH 조절제의 공급원이 상기 제어 신호에 응답하여 상기 수용액에 상기 pH 조절제를 투여하도록 구성되는, 시스템. - 제16항에 있어서, 상기 수용액의 공급원은 반도체 제조 시스템과 관련된, 시스템.
- 방법으로서,
제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액을 용기로 보내는 단계;
상기 수용액에서 미리 결정된 양의 용존 오존을 분해시키는데 효과적인 조사량으로 상기 수용액에 자외선을 조사하여 제1 유출수를 생성하는 단계; 및
상기 제1 유출수로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하여 상기 제1 농도의 용존 이산화탄소보다 낮은 제2 농도의 용존 이산화탄소 및 상기 제1 농도의 용존 오존보다 낮은 제2 농도의 용존 오존을 갖는 제2 유출수를 생성하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제33항에 있어서, 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계는 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 카보네이트와 바이카보네이트 중 적어도 하나로 전환하는데 효과적인 값으로 상기 제1 유출수의 pH를 조절하는 것을 포함하는, 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하는 단계는 상기 제1 유출수를 막 탈기장치와 접촉시키는 단계를 포함하는, 방법.
- 시스템으로서,
제1 농도의 용존 이산화탄소 및 제1 농도의 용존 오존을 갖는 수용액의 공급원에 유체 연결 가능한 채널;
상기 채널에 유체 연결되며 제1 유출수를 생성하기 위해 상기 수용액을 조사하도록 구성된 자외선 조사 공급원; 및
상기 자외선 조사 공급원으로부터 하류에 위치하며 제2 유출수를 생성하기 위해 상기 제1 유출수로부터 일정량의 용존 이산화탄소를 제거하도록 구성된 용존 이산화탄소 제거 서브시스템
을 포함하는, 시스템. - 제36항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 채널에 유체 연결되며 제2 유출수를 생성하기 위해 상기 제1 유출수에 pH 조절제를 투여하도록 구성된 pH 조절제의 공급원을 포함하는, 시스템.
- 제36항에 있어서, 상기 용존 이산화탄소 제거 서브시스템은 상기 채널에 유체 연결된 막 탈기장치를 포함하는, 시스템.
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