TW201632471A - 廢液處理裝置及廢液處理方法 - Google Patents

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Matsunori Sawada
Hiroyasu Sato
Tetsuya Ueda
Takanori Kimura
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Abstract

本發明之廢液處理裝置(20)，分解並處理至少含有過氧化氫之被處理水中的過氧化氫。廢液處理裝置(20)包含：框體(21)；導入口(22)，設於框體(21)且將被處理水導入框體(21)內部；排出口(23)，設於框體(21)，且將處理被處理水所得到的處理水排出；及流路劃分構件(24)，設於框體(21)內部，且其表面設有觸媒；其中流路劃分構件(24)，在導入口(22)與排出口(23)之間，並劃分出至少於一處彎曲的被處理水用的流路(P)。

Description

廢液處理裝置及廢液處理方法
本發明係關於一種廢液處理裝置及廢液處理方法。
在半導體的製造步驟中，於矽晶圓前處理等之中，使用含有酸(硫酸等)及過氧化氫的處理液。若重複使用該處理液，由於會使得二氧化矽等雜質累積以及過氧化氫被分解，而造成酸濃度被稀釋、處理功能降低，導致必需時常更換處理液。因此，會大量產生含有殘留過氧化氫的高濃度酸廢液。該廢液量亦相關於產業廢棄物處理法的訂定。
為此，可將該廢液中殘留的過氧化氫分解處理以達到安全且可再利用的標準，並將該廢液中的高濃度酸(硫酸)回收、再利用或是販售的技術開發越顯重要。在過氧化氫分解後，若殘留的酸若經過中和處理，則因中和所產生的沉澱物會向上浮起而可進行分離處理，但會有因為殘留過氧化氫而導致浮起分離變得困難的情況。
作為分解處理過氧化氫的方法，例如下述已為人所知的技術。
(1)使用氫氧化鈉、氫氧化鈣、氨等鹼劑中和含有硫酸及過氧化氫的廢液後，去除過氧化氫的方法。
(2)一邊將氫供給至過氧化氫的分解觸媒，一邊分解處理過氧化氫的方法，以作為不使用鹼劑的方法(參照專利文獻1)。
(3)藉由與含碳物質接觸經加熱的廢液，以分解處理過氧化氫的方法(參照專利文獻2)。
(4)一種使用活性碳處理裝置的方法，其中在填充有粒狀活性碳的活性碳塔中，使含有過氧化氫的被處理液從底部側向上流往上部側流動，使被處理液接觸粒狀活性碳，進而分解過氧化氫；活性碳塔內部填充之粒狀活性碳所形成的活性碳層，其上部側的剖面積大於底部側(參照專利文獻3)。
【先前技術文獻】 【專利文獻】
專利文獻1：日本特開昭61-186208號公報
專利文獻2：日本特開平5-345188號公報
專利文獻3：日本特開平10-211487號公報
(1)的方法中，具有會產生與所使用之鹼劑對應的大量硫酸鹽，例如硫酸鈉、硫酸鈣、硫酸銨等的問題，而必須將該等的鹽作為產業廢棄物而加以處理。再者，因為使用鹼中和高濃度的硫酸，導致產生大量中和熱，因而必須進行散熱，同時亦具有伴隨溫度上升而產生硫酸蒸氣的情況，此亦需要因應的對策。
(2)的方法中，必須使用可燃性極高的氫氣體，再者，亦具有觸媒的活性低落的問題。
(3)的方法中，在加熱處理含有強酸性的過氧化氫溶液伴隨有危險性，更甚者，具有亦需要用以加熱之能量的問題。
(4)的方法中，將被處理水之過氧化氫水的濃度基準預設為數百mg/L，而因為最初預設的被處理水的過氧化氫水濃度低，實用上的能力並不充分。
再者，除了上述各專利文獻所揭示的技術以外，在分解過氧化氫時，應用亞硫酸等藥品、光照射、蒸氣、高壓等許多的習知技術亦已為人所知，但該等手段之中，分解過氧化氫的成本明顯提高。
因此，本發明提供一種廢液處理裝置及廢液處理方法，其能夠解決上述問題，並且可簡易且有效率地處理含有過氧化氫的廢液(被處理水)。
本案發明人反覆詳細研究的結果，進而完成本發明。
本發明的廢液處理裝置，係將至少含有過氧化氫之被處理水中的過氧化氫分解，以處理該被處理水，該裝置包含：框體；導入口，設置於該框體，將被處理水導入該框體內部；排出口，設於該框體，將處理該被處理水所得之處理水排出；及流路劃分構件，設於該框體內部，其表面設有可分解過氧化氫之觸媒；該流路劃分構件，在該導入口和該排出口之間，劃分出至少在一處彎曲的該被處理水用的流路。
作為本發明之廢液處理裝置的一態樣，例如該流路劃分構件包含：第一流路劃分構件，設於該框體底面及第一側面；及第二流路劃分構件，設於該框體底面及與該第一側面對向的第二側面；該第一流路劃分構件及該第二流路劃分構件，交互配置於該導入口和該排出口之間，並使該被處理水在水平方向上相異的至少兩處往返並且流動的方式，而劃分出 該流路。
作為本發明之廢液處理裝置的一態樣，例如該流路劃分構件，包含：第一流路劃分構件，設於該框體底部；及該第二流路劃分構件，設為離開該框體底部的態樣；該第一流路劃分構件及該第二流路劃分構件，交互配置於該導入口及該排出口之間，使該被處理水在垂直方向上相異的至少二個高度之間往返並且流動的方式，而劃分出該流路。
作為本發明之廢液處理裝置的一態樣，例如該流路劃分構件上，設有該被處理水可通過的孔；通過該流路劃分構件的該被處理水引起亂流，藉此劃分出至少於一處類似彎曲的該流路。
作為本發明之廢液處理裝置的一態樣，例如以一片平板、沖孔金屬網(punching metal)、擴張金屬網(expanded metal)中的至少一項構成該流路劃分構件。
本發明之廢液處理方法，係分解被處理水中所含有的過氧化氫，以處理該被處理水，其中將被處理水導入設有流路劃分構件的框體內部，該流路劃分構件表面設有可分解過氧化氫之觸媒，藉由該被處理水在該流路劃分構件所劃分且至少於一處彎曲的流路中流動。藉此處理該被處理水。
根據本發明，提供一種可簡易且有效率地處理含有過氧化氫之廢液(被處理水)的廢液處理裝置以及廢液處理方法。
10‧‧‧第一儲存槽
20‧‧‧廢液處理裝置
21‧‧‧框體
21a‧‧‧底面
21b‧‧‧側面(第一側面)
21c‧‧‧另一側面(第二側面)
22‧‧‧導入口
23‧‧‧排出口
24‧‧‧流路劃分構件
24a‧‧‧流路劃分構件(第一流路劃分構件)
24b‧‧‧流路劃分構件(第二流路劃分構件)
24c‧‧‧流路劃分構件(第一流路劃分構件)
24d‧‧‧流路劃分構件(第二流路劃分構件)
24A‧‧‧孔
24B‧‧‧網格
25‧‧‧隔板
25a‧‧‧隔板
25b‧‧‧隔板
30‧‧‧第二儲存槽
100‧‧‧廢液處理系統
A‧‧‧箭號
B‧‧‧箭號
C‧‧‧箭號
L‧‧‧液面
H‧‧‧高度
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
P‧‧‧流路
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
S1‧‧‧狹縫
S2‧‧‧狹縫
S3‧‧‧狹縫
S4‧‧‧狹縫
W1‧‧‧間隔
W2‧‧‧流路寬度
第一圖係概略顯示廢液處理系統的系統構成圖，其包含本發 明之一實施態樣的廢液處理裝置。
第二圖係廢液處理裝置之一實施態樣的內部構成圖。
第三圖係廢液處理裝置之另一實施態樣的內部構成圖。
第四圖係顯示設於廢液處理裝置內部的流路劃分構件的例子，(a)係以沖孔金屬網構成流路劃分構件的例子，(b)係以擴張金屬網構成流路劃分構件的例子。
第五圖係顯示廢液處理裝置之另一實施態樣的內部構成圖，(a)係從廢液處理裝置之側面觀察的內部構成圖，(b)係從廢液處理裝置之上方觀察的內部構成圖。
以下，使用圖式詳細說明本發明的實施態樣。
第一圖係概略顯示廢液處理系統的系統構成圖，其包含本發明之一實施態樣的廢液處理裝置。廢液處理系統100，係處理在電子零件製造工廠等中所產生，且主要包含硫酸(H2SO4)及過氧化氫(H2O2)之廢液的系統。廢液處理系統100，包含：第一儲存槽10，暫時儲存由工廠的其他系統送來的被處理水(廢液)；廢液處理裝置20，處理從第一儲存槽10送出的被處理水；及第二儲存槽30，暫時儲存由廢液處理裝置20處理完的處理水。
第一儲存槽10，係使用圖中未顯示的送出泵，將暫時儲存的被處理水送入廢液處理裝置20的裝置，其構成並無特別限制。廢液處理裝置20，接收從第一儲存槽10送出的被處理水，主要係藉由觸媒的作用分解處理被處理水中的過氧化氫，而使其成為處理水。廢液處理裝置20，主要係將包含硫酸的處理水送出至第二儲存槽30，而第二儲存槽30在暫時儲存 處理水之後，將其送出至外部其他系統。第二儲存槽30的構成亦無特別限制。
接著，使用第二圖說明廢液處理裝置20的一實施態樣。廢液處理裝置20，其外觀呈現箱型，包含：框體21；被處理水的導入口22；處理水的排出口23；及劃分被處理水流路的複數流路劃分構件24。
框體21的形狀雖為以特定樹脂等所構成的長方體，但其形狀、材料等並沒有特別限制。導入口22形成於框體21的一側壁，其發揮導入從第一儲存槽10送來之被處理水的功能，其形狀、設置處等並無特別限制。
框體21內部，設有劃分被處理水用流路的複數流路劃分構件24。本實施態樣中，於設置流路劃分構件24的區域外側，設有從框體21的底面21a向上方延伸的隔板25，其發揮使被處理水的高度，即液面L位置(高度)一致的功能。由於被處理水係在隔板25的區域內進行處理，因此隔板25的高度H，與被處理水和流路劃分構件24接觸之液面L的位置(高度)約略相同。
複數流路劃分構件24之中，一部分的流路劃分構件(第一流路劃分構件)24a設於框體21的底面21a，其形成從底面21a向上延伸的態樣。其他的流路劃分構件(第二流路劃分構件)24b，係藉由圖中未顯示的構件(例如設置為橫跨框體21兩側面的橫梁等)，而設置成從框體21內部的上方位置朝向底面21a往下延伸的態樣，但其未到達底面21a，而是設置成離開底面21a的態樣；於流路劃分構件24b的前端與底面21a之間，形成被處理水可通過的狹縫(Slit)S1。另一方面，流路劃分構件24a的前端與被處理水的液面L 之間，形成狹縫S2。接著，流路劃分構件24a與流路劃分構件24b，係交互配置於導入口22與處理水排出口23之間。
於本實施態樣中，流路劃分構件24，係構成一片平板的形狀，其係由特定金屬形成之基材所構成。基材的材質雖無特別限制，但較佳為使用對於硫酸具有抗腐蝕性的Zr、Nb、Ta等。使用Ti情況中，期望被覆其他金屬。
更進一步，於流路劃分構件24的基材表面，塗布有用以分解過氧化氫的觸媒。觸媒的種類雖未特定限制，但作為其一例，可使用Pt合金，並以鍍敷的形式塗布於基材上。因此，於第二圖所示之流路劃分構件24的間隔W1，相等於觸媒與觸媒的間隔。再者，流路劃分構件(第二流路劃分構件)24b前端與底面21a之間的狹縫S1的寬度，被訂定為流路寬度W2。
本實施態樣中，從導入口22流入框體21內部的被處理水，沿著箭號A所示的流路，越過與導入口22鄰接設置的隔板25a，而沿著虛線箭號所示的流路P流動。流路P，被劃分為下述Z字型的形狀：在狹縫S1及S2之間，即於框體21內部之垂直方向上相異的兩個高度H1、H2之間往返；其確保既定量的接觸面積，以作為流路P中的被處理水與流路劃分構件24之觸媒的接觸面積。
與流路劃分構件24之觸媒接觸的被處理水中的過氧化氫，依照2H2O2→2H2O+O2的反應式，被分解為水與氧。接著，所產生的氧(O2)會從框體21的頂部排出。第二圖中雖省略框體21的頂板，但亦可如第一圖所示地設置頂板。
藉由上述製程處理被處理水所得到的處理水，沿著箭號B所 示的流路，越過與排出口23鄰接設置的隔板25b，從排出口23排出至框體21的外部，並送往第二儲存槽30。
第三圖係顯示廢液處理裝置20的其他實施態樣。本實施態樣中，所有的流路劃分構件24皆設於框體21的底面21a。更進一步，於流路劃分構件24中，形成被處理水可通過的孔等，而越過該隔板25a的被處理水，通過該孔於橫向(水平方向)上引起亂流，使得液體一邊攪拌一邊沿著箭號C流至隔板25b。亦即，於本實施態樣中，因為通過流路劃分構件24的孔的被處理水引起亂流，而在框體21內部的垂直方向上的至少一處，劃分出類似彎曲的流路。箭號C除了係從被處理水的導入口22往排出口23的流路以外，亦包含因為這種亂流作用所形成的類似彎曲(被處理水本身形成的彎曲)流路。
第四圖係顯示於第三圖的廢液處理裝置20中所使用之流路劃分構件24的例子，第四(a)圖係以沖孔金屬網構成流路劃分構件24的例子，於流路劃分構件24上形成有複數孔24A，且被處理水可通過孔24A。第四(b)圖係以擴張金屬網構成流路劃分構件24的例子，於流路劃分構件24中形成複數網格24B，且被處理水可通過網格24B。
第五圖係顯示廢液處理裝置20的其他實施態樣。第五(a)圖係顯示從廢液處理裝置20之側面觀察的內部構成圖；第五(b)圖係顯示從廢液處理裝置20之上方觀察的內部構成圖。於本實施態樣中，所有的流路劃分構件24皆設於框體21的底面21a。更進一步，一部分的流路劃分構件(第一流路劃分構件)24c，設於框體21中的一側面(第一側面)21b，且另一流路劃分構件(第二流路劃分構件)24d，設於與側面21b對向的另一側面(第二側 面)21c。流路劃分構件24c的前端與另一側面21c之間，形成被處理水可通過的狹縫S3，且流路劃分構件24d的前端與另一側面21b之間，形成被處理水可通過的狹縫S4。接著，流路劃分構件24c與流路劃分構件24d，交互配置於導入口22與處理水排出口23之間。
本實施態樣中，亦與第二圖的實施態樣相同，流路劃分構件24的間隔W1，相等於觸媒與觸媒的間隔。再者，狹縫S3與狹縫S4的寬度，被訂定為流路寬度W2。
本實施態樣中，從導入口22流入框體21內部的被處理水，沿著第五(a)圖所示的箭頭A所表示的流路，越過與導入口22鄰接設置的隔板25a，再沿著第五(b)圖所示的虛線箭號所表示的流路P流動。流路P被劃分為下述Z字型的形狀：在狹縫S3及S4之間，亦即於框體21內部的水平方向上相異的兩個位置P1、P2之間往返；其確保既定的接觸面積，以作為流路P中的被處理水與流路劃分構件24之觸媒的接觸面積。接著，處理被處理水所得到的處理水，沿著第五(a)圖所示之箭號B所表示的流路，越過與排出口23鄰接設置的隔板25b，再從排出口23排出至框體21外部，而送往第二儲存槽30。
如上所述，本發明的廢液處理裝置中，於框體內部設置流路劃分構件，其表面設有可分解過氧化氫之觸媒。此處，流路劃分構件於各種態樣中，劃分出至少在一處彎曲的流路，且被處理水流經該流路。由於流路彎曲，而確保在框體內部既定量的流路長度，進而確保被處理水與觸媒接觸的既定面積。於第二圖或第五圖的例中，二個流路劃分構件之間的物理性彎曲的空間劃分出至少於一處彎曲的流路。於第三圖的例中，至少 於一處彎曲的流路，係藉由通過流路劃分構件之孔的被處理水本身的亂流作用，而產生類似彎曲流路所劃分出來。
接著，針對使用上述廢液處理裝置20以處理被處理水(廢液)的實驗結果進行說明。於作為處理對象的被處理水中，硫酸濃度為73質量%，過氧化氫濃度為1.8質量%(18000mg/L)。
首先，針對第二圖的廢液處理裝置20，將與被處理水接觸的觸媒面積，變更為0(未處理狀態)、500cm2、1000cm2、1500cm2、2000cm2、2500cm2，並測定被處理水中的過氧化氫殘留濃度(mg/L)。於此，在表面速度0.64mL/cm2．min、流量32mL/min(第一流量條件)，以及表面速度0.32mL/cm2．min、流量16mL/min(第2流量條件)的二種流量條件下，測定被處理水中的過氧化氫殘留濃度。此外，將觸媒與觸媒的間隔，亦即流路劃分構件24的間隔W1設定為5mm，並將流路寬度W2設定為10mm。結果如下所示：
接著，針對第五圖的廢液處理裝置20，以與上述相同的條件進行實驗，並測定被處理水中的過氧化氫殘留濃度。結果如下所示：
如從上述實驗結果所得知，本發明的廢液處理裝置，僅使被處理水通過裝置1次，即可使最初過氧化氫濃度為18000mg/L的極高濃度處理液，下降至過氧化氫濃度為數百mg/L的程度。
本發明的廢液處理裝置及廢液處理方法，係在框體內部設置表面設有觸媒的流路劃分構件，而流路劃分構件，在導入口與排出口之間，劃分出至少於一處彎曲的流路。根據此簡易的構造，可確保被處理水與觸媒接觸的既定面積，而能夠有效率地處理(分解過氧化氫)被處理液。不僅是裝置的構造簡易，更因為框體內採用往返流路，因此可使裝置小型化，而能夠極容易的操作該裝置。例如，可從框體上部進入框體內部檢查觸媒或分解氣體，而使得維修變得容易。
再者，根據本發明的廢液處理裝置，可不置入多餘之化學品下處理被處理水，因此能夠有效利用處理後的高濃度硫酸。再者，因為不需要從外部輸入加熱等多餘能量，因此可以低成本進行處理。由於可在常溫下處理被處理水，因此可以短時間進行處理。
再者，由於可藉由變更、追加、卸除流路劃分構件，以輕易地更換觸媒，故對於被處理水濃度或處理後之殘留過氧化氫濃度之基準的變更可彈性地對應。
再者，藉由使用高功能、高抗腐蝕性的觸媒，而能夠半永久性地使用，因此相較於如活性碳等容易劣化的材料，可輕易地進行連續處理。
在上述的各實施態樣中，雖然使用平板狀的流路劃分構件24作為劃分被處理水之流路的流路劃分構件，但只要是劃分流路的流路劃分構件，則其形狀並無特別限制。再者，構成流路劃分構件的基材表面雖塗有觸媒，但只要流路劃分構件的表面設有可分解過氧化氫的觸媒即可，觸媒的種類、觸媒設於基材的方法等並無特別限制。
第二圖至第五圖中所示的廢液處理裝置20中，流路P被劃分為在垂直方向上相異的至少兩個高度之間，或是在水平方向上相異的至少兩個位置之間往返的態樣。然而，往返高度、位置的數量並無特別限制。
再者，第二圖的隔板25(25a、25b)的高度H，與第三圖、第五圖的隔板25(25a、25b)的高度H不同。藉由改變隔板25的高度，可改變被處理液的液面L的高度。可對應裝置所要求的規格，任意地變更隔板25的高度H。
於上述實施態樣中，雖顯示被處理水為包含硫酸及過氧化氫之廢液的例子，但本發明的廢液處理裝置及廢液處理方法，亦可適用於包含硫酸以外之其他物質而其中至少含有過氧化氫的廢液。
再者，本發明並不限於上述實施態樣，而可適當進行變形、改良等。此外，於上述實施態樣中的各構成要件的材質、形狀、尺寸、數值、形態、數量、設置處等，只要能夠達成本發明則可隨意調整，並無特別限制。
本申請案係根據2014年12月11日提出申請之日本專利申請案特願2014-251316之內容，並引用該內容以作為參考。
20‧‧‧廢液處理裝置
21‧‧‧框體
21a‧‧‧底面
21b‧‧‧側面(第一側面)
21c‧‧‧另一側面(第二側面)
22‧‧‧導入口
23‧‧‧排出口
24‧‧‧流路劃分構件
24c‧‧‧流路劃分構件(第一流路劃分構件)
24d‧‧‧流路劃分構件(第二流路劃分構件)
25‧‧‧隔板
25a‧‧‧隔板
25b‧‧‧隔板
A‧‧‧箭號
B‧‧‧箭號
H‧‧‧高度
L‧‧‧液面
P‧‧‧流路
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
S3‧‧‧狹縫
S4‧‧‧狹縫
W1‧‧‧間隔
W2‧‧‧流路寬度

Claims (6)

  1. 一種廢液處理裝置，其係將至少含有過氧化氫的被處理水中的過氧化氫分解，以處理該被處理水，該裝置包含：框體；導入口，設於該框體，將被處理水導入該框體內部；排出口，設於該框體，將處理該被處理水所得之處理水排出；及流路劃分構件，設於該框體內部，其表面設有可分解過氧化氫的觸媒；該流路劃分構件，於該導入口與該排出口之間，劃分出至少於一處彎曲的該被處理水用的流路。
  2. 如申請專利範圍第1項之廢液處理裝置，其中該流路劃分構件包含：第一流路劃分構件，設於該框體底部及第一側面；及第二流路劃分構件，設於該框體底部及與第一側面對向的第二側面；該第一流路劃分構件與該第二流路劃分構件，交互配置於該導入口與該排出口之間，使該被處理水在水平方向上相異的至少兩處往返並且流動的方式，而劃分出該流路。
  3. 如申請專利範圍第1項之廢液處理裝置，其中該流路劃分構件，包含：第一流路劃分構件，設於該框體底部；及第二流路劃分構件，設為離開該框體底面的態樣；該第一流路劃分構件與該第二流路劃分構件，交互配置於該導入口與該排出口之間，使該被處理水在垂直方向上相異的至少兩個高度之 間往返並且流動的方式，而劃分出該流路。
  4. 如申請專利範圍第1項之廢液處理裝置，其中於該流路劃分構件中，設有該被處理水可通過的孔；通過該流路劃分構件的該被處理水引起亂流，藉此劃分出至少於一處類似彎曲的該流路。
  5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之廢液處理裝置，其中以一片平板、沖孔金屬網(punching metal)、擴張金屬網(expand metal)中的至少一項構成該流路劃分構件。
  6. 一種廢液處理方法，其係分解被處理水中所含有之過氧化氫，以處理該被處理水，其中將被處理水導入設有流路劃分構件的框體內部，該流路劃分構件表面設有可分解過氧化氫的觸媒；藉由使該被處理水在該流路劃分構件所劃分且至少於一處彎曲的流路中流動，以處理該被處理水。
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