TW202225103A - 電滲析裝置、水處理系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之電滲析裝置係在陽極與陰極之間交互地配置雙極膜及陰離子交換膜且具有：陽極室，其由陽極及雙極膜所界定；陰極室，其由陰極及雙極膜所界定；及至少一組酸室及鹼室，其隔著陰離子交換膜鄰接地配置在陽極室與陰極室之間。酸室係由陰離子交換膜及配置在陽極室側之雙極膜所界定並被供給水而藉由電滲析產生酸液，且鹼室係由陰離子交換膜及配置在陰極室側之雙極膜所界定並被供給含有酸及鹼之被處理液而藉由電滲析產生鹼液。

Description

電滲析裝置、水處理系統及方法
本發明係關於電滲析裝置、水處理系統及方法。
開發再利用由各種程序排出作為副產物或廢棄物之中性鹽或廢酸、廢鹼的技術係於各種工廠之重要課題。例如，在半導體裝置之製程中大量地排出混合氫氟酸(HF)及緩衝氫氟酸(HF+NH 4F：BHF)而得之廢液。迄今一直在檢討用以由該廢液回收酸(氫氟酸)或鹼(氨水：NH 4OH)之技術。該回收亦包含回收氟(F)或氨氣(NH 3)。
就由含有如此之氟及銨(NH 4 +)之廢液(以下，有時稱為被處理液)回收氫氟酸(或氟)的方法而言，迄今習知的是使用氫氧化鈣(Ca(OH) 2)之凝集沈澱法。但是，凝集沈澱法有大量地產生包含未反應氫氧化鈣或未因沈澱分離之氟化物且需要進一步處理的泥漿(污泥)的問題。
另一方面，就由上述被處理液回收氨氣之方法而言，習知的是使用蒸氣之汽提法。但是，汽提法為了調整pH必須添加鹼，因此有化學藥品成本增加且排水之TDS(總溶解固體(Total Dissolved Solid))值變大的問題。
為了解決該等問題，例如，專利文獻1提出使用習知之電滲析由上述被處理液回收氫氟酸及氨水(或氨氣)的方法。
專利文獻1記載之水處理系統使用電滲析裝置由被處理液分別地產生酸液、鹼液及脫鹽液。但是，於由廢液回收酸及鹼為主目的之半導體裝置製程的水處理系統中，脫鹽液未必是必要的。此外，亦可能會需要用以進一步處理產生之脫鹽液的設備。因此，包含如此之脫鹽液作為產生物之水處理系統恐有招致系統全體成本增加之虞。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利第3519112號公報
本發明係為了解決如上所述之背景技術具有的問題而作成者且目的在於提供可用低成本由被處理液回收酸及鹼之電滲析裝置、水處理系統及方法。
為了達成上述目的，本發明之電滲析裝置係用於處理含有酸及鹼之被處理液的電滲析裝置， 該電滲析裝置係構成為在陽極與陰極之間交互地配置雙極膜及陰離子交換膜且具有： 陽極室，其由前述陽極及前述雙極膜所界定； 陰極室，其由前述陰極及前述雙極膜所界定；及 至少一組酸室及鹼室，其隔著前述陰離子交換膜鄰接地配置在前述陽極室與前述陰極室之間， 前述酸室係由前述陰離子交換膜及配置在前述陽極室側之前述雙極膜所界定並被供給水而藉由電滲析產生酸液， 前述鹼室係由前述陰離子交換膜及配置在前述陰極室側之前述雙極膜所界定並被供給前述被處理液而藉由前述電滲析產生鹼液。
本發明之水處理系統係構成為具有： 上述電滲析裝置； 純水槽，其貯存供給至前述酸室之前述水； 被處理液槽，其貯存供給至前述鹼室之前述被處理液； 酸循環路，其使由前述酸室排出且包含藉由前述電滲析產生之前述酸液及與前述酸液之產生無關而殘留之前述水的酸混合液返回前述純水槽並循環； 鹼循環路，其使由前述鹼室排出且包含藉由前述電滲析產生之前述鹼液及與前述鹼液之產生無關而殘留之前述被處理液的鹼混合液返回前述被處理液槽並循環； 電流測定裝置，其在前述電滲析時測定前述電滲析裝置中流動之電流值；及 控制裝置，其控制前述純水槽及前述被處理液槽以及前述酸循環路及前述鹼循環路之動作，並且接收用前述電流測定裝置測得之電流值， 前述控制裝置係在實行前述電滲析時使用前述酸循環路使前述酸混合液循環並使用前述鹼循環路使前述鹼混合液循環，前述電流值在預定範圍內繼續預定時間量時結束前述電滲析，接著使前述純水槽內之前述酸混合液排出作為前述酸液並使前述被處理液槽內之前述鹼混合液排出作為前述鹼液。
本發明之水處理方法係用於處理含有酸及鹼之被處理液的水處理方法，該方法包含以下步驟： 準備電滲析裝置，該電滲析裝置係在陽極與陰極之間交互地配置雙極膜及陰離子交換膜且具有：陽極室，其由前述陽極及前述雙極膜所界定；陰極室，其由前述陰極及前述雙極膜所界定；及至少一組酸室及鹼室，其隔著前述陰離子交換膜鄰接地配置在前述陽極室與前述陰極室之間； 供給水至由前述陰離子交換膜及配置在前述陽極室側之前述雙極膜所界定的前述酸室並藉由電滲析產生酸液； 供給前述被處理液至由前述陰離子交換膜及配置在前述陰極室側之前述雙極膜所界定的前述鹼室並藉由前述電滲析產生鹼液。
接著用圖式說明本發明。 (第一實施形態) 第一實施例說明包含本發明之電滲析裝置之水處理系統的一例。
圖1係顯示第一實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖且圖2係顯示圖1所示之本發明電滲析裝置之概略結構的示意圖。
如圖1所示地，第一實施形態之水處理系統具有：被處理液槽11，其貯存被處理液；純水槽12，其貯存水(純水：H 2O)；電滲析裝置13，其被供給被處理液及水並藉由電滲析由被處理液及水產生酸液及鹼液；電源裝置14，其供給在電滲析中需要之預定直流電壓至電滲析裝置13；酸液槽15，其貯存藉由電滲析裝置13產生之酸液；鹼液槽16，其貯存藉由電滲析裝置13產生之鹼液；及控制裝置17，其控制圖1所示之水處理系統全體的動作。
被處理液槽11、純水槽12、酸液槽15及鹼液槽16透過具有未圖示之泵及閥之流路18而與電滲析裝置13分別地連接。控制裝置17透過習知之有線通信設備及無線通信設備而與電源裝置14以及各流路18具有之泵及閥連接並可控制電源裝置14以及各流路18具有之泵及閥的動作。控制裝置17控制電源裝置14之開/關並且使用各流路18具有之泵及閥來控制被處理液由被處理液槽11對電滲析裝置13之供給及停止、水由純水槽12對電滲析裝置13之供給及停止、酸液由電滲析裝置13對酸液槽15之供給及停止以及鹼液由電滲析裝置13對鹼液槽16之供給及停止。
在圖1所示之水處理系統中，控制裝置17使所需量之被處理液及純水由被處理液槽11及純水槽12供給至電滲析裝置13，使直流電壓由電源裝置14施加於電滲析裝置13並實行電滲析例如預設之預定時間量。接著，電滲析結束時，使藉由電滲析裝置13產生之酸液回收至酸液槽15並使藉由電滲析裝置13產生之鹼液回收至鹼液槽16。控制裝置17可藉由資訊處理裝置(電腦)來實現，該資訊處理裝置包含：依據預定程式實行處理之CPU(中央處理單元(Central Processing Unit))、暫時地保持在該CPU處理中需要之資訊或資料的主記憶裝置、保存程式及上述資訊或資料等之副記憶裝置(輔助記憶裝置)、用以和外部發送接收資訊之通信裝置、觸控板及鍵盤等各種輸入裝置以及顯示裝置及印表機等各種輸出裝置。控制裝置17不需要與本發明之水處理系統經常連接，例如可只在變更電源裝置14以及各流路18具有之泵及閥等的設定時，與該變更對象之裝置連接。
貯存在被處理液槽11中之被處理液係混合由例如半導體裝置之製程排出的氫氟酸(HF)及緩衝氫氟酸(BHF)而得之廢液。此時，藉由電滲析裝置13產生之酸液係氫氟酸且鹼液係氨水。
如圖2所示地，本發明之電滲析裝置13係在陽極(+)131與陰極(-)132之間交互地配置作為離子交換膜之雙極膜(BP膜)133及陰離子交換膜(A膜)134而形成多數室的結構。電滲析裝置13具有：陽極室135，其由陽極131及BP膜133界定；陰極室136，其由陰極132及BP膜133界定；及至少一組酸室137及鹼室138，其配置在陽極室135與陰極室136之間。圖2顯示在陽極室135及陰極室136之間配置3組酸室137及鹼室138的結構例。
陽極131及陰極132使用例如鎳(Ni)電極及鈦(Ti)製鉑(Pt)電鍍電極等。陽極室135及陰極室136分別用由例如氫氧化鈉(NaOH)溶液及硫化鈉(Na 2SO 4)溶液等形成之電極液充滿。一組酸室137及鹼室138隔著A膜134鄰接，酸室137配置在陽極131側且鹼室138配置在陰極132側。酸室137係由A膜134及配置在陽極131側之BP膜133界定並由純水槽12被供給水(純水：H 2O)。鹼室138係由A膜134及配置在陰極132側之BP膜133界定並由被處理液槽11被供給被處理液。
A膜134係使陰離子通過且阻止陽離子通過之離子交換膜。BP膜133係黏合陽離子交換膜及A膜而得之複合膜。陽離子交換膜係使陽離子通過且阻止陰離子通過之離子交換膜。
BP膜133具有在陽離子交換膜側施加正電位差且在A膜側施加負電位差(順向電壓)時電流流動且施加與順向電壓相反方向之電位差(逆向電壓)時只有一點點點電流流動的整流效果。但是，BP膜133在逆向電壓超過預定臨界值而變大時，在膜內之水(H 2O)發生電離並產生氫離子及羥離子而大電流可流動。多數BP膜133分別地配置在陽極131與陰極132之間以便施加逆向電壓。
圖2所示之本實施形態的電滲析裝置13係藉由以陽極131側為正且陰極132側為負之方式在陽極131與陰極132之間由電源裝置14施加預定直流電壓來開始電滲析。
開始電滲析時，於各BP膜133之膜內的水電離成氫離子(H +)及羥離子(OH -)，接著氫離子移動至酸室137(或陰極室136)且羥離子移動至鹼室138(或陽極室135)。在鹼室138中，被處理液(HF、NH 4F)電離成氫離子(H +)、氟離子(F -)及銨(NH 4 +)，接著作為陰離子之氟離子通過A膜134並移動至在陽極131側鄰接之酸室137。
結果，在酸室137中藉由BP膜133電離而得之氫離子及由鹼室138移動之氟離子結合產生氫氟酸(HF)並排出室外而藉由酸液槽15回收。另一方面，在鹼室138中銨及藉由陰極132側之BP膜133電離而得之羥離子結合產生氨水(NH 4OH)並排出室外而藉由鹼液槽16回收。
此外，如圖2所示地，實施電滲析時，藉由BP膜133電離而得之羥離子移動至陽極室135中且藉由BP膜133電離而得之氫原子移動至陰極室136中。因此，在陽極室135及陰極室136中使用相同電極液時，可例如藉由使電極液在陽極室135與陰極室136之間循環而使各自之氫離子及羥離子平衡。
依據第一實施形態之水處理系統，藉由在陽極131與陰極132之間交互地配置雙極膜(BP膜)133及陰離子交換膜(A膜)134並使用形成有酸室137及鹼室138之電滲析裝置13進行電滲析，可由被處理液及純水產生酸液(氫氟酸)及鹼液(氨水)。
因此，可如專利文獻1記載之水處理系統地在未包含可能招致成本增加之脫鹽液作為產生物的情形下由被處理液回收酸及鹼。因此，可用低成本由被處理液回收酸及鹼。 (第二實施形態) 圖3係顯示第二實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。
如圖3所示地，第二實施形態之水處理系統係在具有使由電滲析裝置13之酸室137排出之溶液循環返回純水槽12的酸循環路21及使由電滲析裝置13之鹼室138排出之溶液循環返回被處理液槽11的鹼循環路22方面與第一實施形態之水處理系統不同的結構。
在圖1所示之第一實施形態的水處理系統中，可由電滲析裝置13之酸室137排出由藉由電滲析產生之氫氟酸(HF)及未藉由BP膜133電離之純水形成的酸混合液至室外。同樣地，可由電滲析裝置13之鹼室138排出由藉由電滲析產生之氨水及包含未與羥離子結合之銨及未移動至酸室137或由酸室137返回之氟離子的被處理液形成的鹼混合液至室外。即，可由酸室137排出包含藉由電滲析產生之酸液及與該酸液之產生無關而殘留之水(純水)的酸混合液並由鹼室138排出包含藉由電滲析產生之鹼液及與該鹼液之產生無關而殘留之被處理液的鹼混合液。
因此，第二實施形態的水處理系統實行電滲析時，使由電滲析裝置13之酸室137排出的酸混合液使用酸循環路21返回純水槽12並由該純水槽12再供給至酸室137。如此實行電滲析時，藉由使用酸循環路21使酸混合液循環來濃縮於酸混合液之酸液(氫氟酸)濃度。酸混合液可在酸液(氫氟酸)濃度到達預定值(或預定範圍)時，由純水槽12排出(或抽出)作為酸液(氫氟酸)來回收。由純水槽12回收之酸液可如圖3所示地貯存在酸液槽15中。由未圖示之外部槽重新供給純水至已排出酸混合液之純水槽12中。
同樣地，圖2所示之第二實施形態的水處理系統實行電滲析時，使由鹼室138排出的鹼混合液使用鹼循環路22返回被處理液槽11並由該被處理液槽11再供給至鹼室138。如此實行電滲析時，藉由使用鹼循環路22使鹼混合液循環來濃縮於鹼混合液之鹼液(氨水)濃度。鹼混合液可在鹼液(氨水)濃度到達預定值(或預定範圍)時，由被處理液槽11排出(或抽出)作為鹼液(氨水)來回收。由被處理液槽11回收之鹼液可如由圖3所示地貯存在鹼液槽16中。由未圖示之外部槽重新供給被處理液至已排出鹼混合液之被處理液槽11中。
純水槽12內之酸混合液及被處理液槽11內之鹼混合液可在相同時點排出或例如依據於酸混合液之酸液濃度及於鹼混合液之鹼液濃度在不同時點排出。
可藉由控制裝置17控制之未圖示泵及閥分別地配置在酸循環路21及鹼循環路22中。控制裝置17可使用該等泵及閥控制於酸循環路21之酸混合液的循環及停止以及於鹼循環路22之鹼混合液的循環及停止。此外，可藉由控制裝置17控制之未圖示閥配置在被處理液槽11及純水槽12中。控制裝置17可使用該閥控制鹼混合液由被處理液槽11之排出及停止以及酸混合液由純水槽12之排出及停止。
在第二實施形態之水處理系統中，由被處理液槽11及純水槽12供給所需量之被處理液及水至電滲析裝置13並開始電滲析時，控制裝置17使用酸循環路21使由酸室137排出之酸混合液循環並使用鹼循環路22使由鹼室138排出之鹼混合液循環。另一方面，電滲析結束時，控制裝置17分別地停止使用酸循環路21之酸混合液循環及使用鹼循環路22之鹼混合液循環，接著使純水槽12內之酸混合液排出並貯存在酸液槽15中且使被處理液槽11內之鹼混合液排出並貯存在鹼液槽16中。其他結構與圖1所示之第一實施形態的水處理系統相同，因此其說明省略。
在如此之結構中，使用電滲析裝置13之電滲析亦可如在第一實施形態中例示地實行預設之預定時間量。但是，第二實施形態之水處理系統係藉由觀察電滲析裝置13之陽極131與陰極132之間流動的電流值變化來決定結束電滲析之時點。
此外，雖然亦在後述實施例顯示，但結束電滲析之時點亦可藉由分別地觀測酸混合液及鹼混合液之導電率變化來決定。但是，為了使用一般之導電率計測定導電率，必須將該導電率計具有之由金屬形成的電極部插入酸混合液內及鹼混合液內。此時，恐有電極部被酸混合液包含之氫氟酸等腐蝕之虞，因此例如必須藉由進行氟塗布等措施來保護電極部不受腐蝕。
另一方面，電滲析裝置13之陽極131與陰極132之間流動的電流值可在不將電流感測器或電流計之一部份(電極部)插入酸混合液內或鹼混合液內的情形下測定，因此不需要用以保護不受腐蝕之措施。此外，電滲析一般使用電流感測器或電流計來監視電滲析裝置13之陽極131與陰極132之間流動的電流值，因此若由該電流值之變化決定結束電滲析之時點，亦不需要設置導電率計等新計量器。因此，結束電滲析之時點宜藉由觀察電滲析裝置13之陽極131與陰極132之間流動的電流值變化來決定。
如圖4所示地，第二實施形態之水處理系統具有與電源裝置14及電滲析裝置13串聯地連接之電流測定裝置30。電流測定裝置30具有測定電源裝置14與電滲析裝置13之間流動之電流值的電流感測器或電流計，且使用習知之有線通信設備或無線通信設備經常地或每一預定周期(例如，大約數秒鐘至數分鐘)地發送藉由該電流感測器或電流計測得之電流值至控制裝置17。圖4顯示水處理系統獨立地具有電流測定裝置30之結構例，但電流測定裝置30可為設置在電源裝置14內之結構或設置在控制裝置17內之結構。
雖然亦在後述實施例顯示，但開始電滲析時，鹼混合液因為氟離子濃度減少且藉由BP膜電離而得之羥離子濃度上升，所以pH呈鹼性，且因為鹼混合液中之銨成為無助於導電率之游離銨，所以導電率漸漸地下降並經過一段時間時穩定在低值。另一方面，酸混合液因為導電率低之純水減少且有助於高導電率之氫離子及氟離子增加，所以導電率漸漸地上升並經過一段時間時穩定在比較高值。
因此，電滲析裝置13中流動之電流值在開始電滲析時漸漸地上升後，由某時點轉變為下降，然後穩定在比較低值。該電流值穩定在比較低值之狀態，即電流值在預定範圍內繼續預定時間量時使電滲析結束。電流值是否在預定範圍內繼續預定時間量可用例如電流值之變化斜率是否在預定範圍內來判定。因此，可用最小限度時間結束利用電滲析所為之所需氟酸及氨水濃縮。因此，可效率良好地由被處理液回收酸液及鹼液。
本實施形態之控制裝置17保存由電流測定裝置30接收之電流值且觀測其變化，並可如上所述地在該電流值之變化斜率變成在預定範圍內之時點結束電滲析。
依據第二實施形態之水處理系統，除了與第一實施形態之水處理系統同樣的效果以外，亦可效率良好地由被處理液回收酸液及鹼液。 (第三實施形態) 圖5係顯示第三實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。
如圖5所示地，第三實施形態之水處理系統係在透過被處理液槽11供給用逆滲透膜裝置40濃縮而得之濃縮液至電滲析裝置13之鹼室138作為被處理液方面與第一及第二實施形態之水處理系統不同的結構。圖5顯示在圖1所示之第一實施形態之水處理系統中具有逆滲透膜裝置40的結構例，但逆滲透膜裝置40可為圖3所示之第二實施形態之水處理系統具有的結構。
連接逆滲透膜裝置40及被處理液槽11之流路41具有可藉由控制裝置17控制濃縮液由逆滲透膜裝置40對被處理液槽11之供給及停止的未圖示泵及閥。控制裝置17及流路41具有之泵及閥係透過習知之有線通信設備或無線通信設備連接。本實施形態之控制裝置17係藉由控制流路41具有之泵及閥來控制濃縮液對被處理液槽11之供給及停止。
逆滲透膜裝置40係使用習知之逆滲透(RO：Reverse Osmosis)膜產生去除所供給溶液之溶質而得之透過水(通常是純水)及濃縮該溶質而得之濃縮液的2種溶液的裝置。供給例如混合上述氫氟酸(HF)及緩衝氫氟酸(BHF)而得之廢液至逆滲透膜裝置40。此時，由逆滲透膜裝置40輸出濃縮氫氟酸(HF)及氟化銨(NH 4F)而得之濃縮液。其他結構與圖1所示之第一實施形態或圖3所示之第二實施形態的水處理系統相同，因此其說明省略。
依據第三實施形態之水處理系統，藉由用逆滲透膜裝置40濃縮而得之濃縮液作為被處理液供給至電滲析裝置13，可減少供給至電滲析裝置13之被處理液的體積。因此，除了與第一實施形態或第二實施形態相同之效果以外，亦可使電滲析裝置13小型化。因此，可期待水處理系統全體進一步降低成本。此外，濃縮後之被處理液包含的氟離子濃度及銨濃度值越大越有助於電滲析裝置13之小型化，因此是理想的。例如，被處理液包含之氟離子及銨的濃度宜分別為1000mg/L以上且5000mg/L以上更佳。 (第四實施形態) 圖6係顯示第四實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。
如圖6所示地，第四實施形態之水處理系統係在更具有由貯存在酸液槽15中之酸液(氫氟酸)回收氟的氟回收裝置51及由貯存在鹼液槽16中之鹼液(氨水)回收氨氣的氨回收裝置52方面與第一至第三實施形態之水處理系統不同的結構。
氟回收裝置51可為例如使由酸液槽15取得之氟酸與鈣化合物(例如氫氧化鈣)反應形成固體之氟化鈣(CaF 2)來回收氟的結構。此外，氨回收裝置52可為藉由蒸餾由鹼液槽16取得之氨水來回收氨氣的結構。
圖6顯示氟回收裝置51由貯存在酸液槽15中之酸液(氫氟酸)回收氟且氨回收裝置52由貯存在鹼液槽16中之鹼液(氨水)回收氨氣的結構例。氟回收裝置51可由電滲析裝置13之酸室137排出之酸液回收氟，且氨回收裝置52可由電滲析裝置13之鹼室138排出之鹼液回收氨氣。
此外，圖6顯示在圖1所示之第一實施形態的水處理系統中具有氟回收裝置51及氨回收裝置52的結構例。圖6所示之氟回收裝置51及氨回收裝置52可為圖3所示之第二實施形態的水處理系統具有的結構。此時，氟回收裝置51可由純水槽12排出之酸混合液(酸液)回收氟，且氨回收裝置52可由被處理液槽11排出之鹼混合液(氨水)回收氨氣。此外，圖6所示之氟回收裝置51及氨回收裝置52可為圖5所示之第三實施形態的水處理系統具有的結構。
連接酸液槽15及氟回收裝置51之流路53具有可藉由控制裝置17控制酸液由酸液槽15對氟回收裝置51之供給及停止的未圖示泵及閥。同樣地，連接鹼液槽16及氨回收裝置52之流路54具有可藉由控制裝置17控制鹼液由鹼液槽16對氨回收裝置52之供給及停止的未圖示泵及閥。控制裝置17以及流路53及54具有之泵及閥係透過習知之有線通信設備或無線通信設備連接。本實施形態之控制裝置17係例如藉由控制流路53及54具有之泵及閥來控制酸液對氟回收裝置51之供給及停止以及鹼液對氨回收裝置52之供給及停止。
依據第四實施形態之水處理系統，藉由設置氟回收裝置51及氨回收裝置52，不僅可回收酸液(氫氟酸)及鹼液(氨水)，亦可回收氟及氨氣。因此，除了與第一至第三實施形態相同之效果以外，亦可由被處理液一併回收氟及氨氣。 [實施例]
接著用圖式說明本發明之實施例。
本實施例使用圖3所示之第二實施形態的水處理系統，用以下表1所示之條件實施電滲析。
[表1]
項目 實驗條件
酸室 純水
鹼室 BHF廢液
電極液 1N-NaOH
水溫[℃] 常溫(20至25)
如表1所示地，在本實施例中，使用1mol之氫氧化鈉(1N-NaOH)溶液作為電極液，供給純水(H 2O)至電滲析裝置13之酸室137並使其循環且供給混合氟酸及緩衝氫氟酸而得之BHF廢液(緩衝氫氟酸廢液)至鹼室138並使其循環。此外，該等純水及BHF廢液分別為常溫(20至25℃)。接著，分別地測定於實行電滲析時之酸混合液的氟離子濃度及鹼混合液的銨濃度、酸混合液及鹼混合液之導電率以及電滲析裝置13中流動之電流值及其累計電流量。
圖7係顯示實施例之於酸混合液及鹼混合液之氟離子及銨的存在比(莫耳比)變化情形的圖，圖8係顯示實施例之酸混合液及鹼混合液之導電率變化情形的圖。圖9係顯示實施例之電滲析裝置中流動之電流值及累計電流量變化情形的圖。圖7至圖9分別地顯示於本實施形態之實驗結果的一例。
透過離子交換膜之離子移動基本上藉由上述電滲析來控制。但是，隔著離子交換膜鄰接之2個室內的溶液具有濃度差時，離子藉由起因於該濃度差之習知擴散現象通過該離子交換膜漸漸地移動。即，在圖2所示之供給水(純水：H 2O)至酸室137並供給被處理液(HF、NH 4F)至鹼室138的結構中，氟離子(F -)及銨(NH 4 +)藉由擴散由濃度高之鹼室138分別地移動至濃度低之酸室。利用擴散現象獲得之離子移動係與電滲析實行時及非實行時無關地發生。圖7顯示開始電滲析前藉由擴散現象由鹼室138移動之氟離子及銨包含於酸混合液中的例子。
如圖7所示地，開始電滲析時，氟離子(F -)如上所述地由鹼混合液移動至酸混合液，因此於酸混合液之氟離子比例隨著時間經過增加。接著，經過一段時間後由鹼混合液移動之氟離子(F -)變少時，於酸混合液之氟離子停止增加。此外，因為在電滲析中銨(NH 4 +)未移動，所以於鹼混合液之銨比例因氟離子(F -)由鹼混合液移動至酸混合液而增加。在圖7中，於酸混合液之銨比例暫時減少後隨著時間經過漸漸地增加，但這表示於酸混合液之銨比例因上述擴散現象而增加。
如上所述地，開始電滲析時，在鹼混合液中，因為氟離子減少且銨增加，所以導電率如圖8所示地漸漸地降低並在經過一段時間時穩定在低值。另一方面，在酸混合液中，因為氫離子及氟離子增加，所以酸混合液之導電率如圖8所示地漸漸地上升並在經過一段時間時穩定在比較高值。
因此，如圖9所示地，電滲析裝置13中流動之電流值在電滲析開始時漸漸地上升後，由某時點轉變為下降，然後穩定在比較低值。如圖8及圖9所示地，在本實施例中，在開始電滲析後經過大約40分鐘之時點，鹼混合液及酸混合液之導電率分別地穩定且電滲析裝置13中流動之電流值亦穩定在比較低值。
如圖9所示地，電流值穩定在比較低值後電流亦在電滲析裝置13中流動時，累計電流量上升。但是，電流值穩定在比較低值以後電滲析無助於氫氟酸及氨水之濃縮，因此不需要繼續該電滲析。此外，如圖7所示地，在酸混合液中，銨比例隨著時間經過因擴散現象漸漸地增加。因此，若於酸混合液之氟離子比例停止增加，最好在該時點停止電滲析並使酸混合液及鹼混合液由電滲析裝置13分別地排出。即，電滲析最好在電滲析裝置13中流動之電流值穩定在比較低值的狀態，例如該電流值之變化斜率變成在預定範圍內的時點結束。
藉由本實施例，發明人等確認即使是電滲析裝置13只具有1組酸室137及鹼室138之結構，亦可由被處理液及純水製得充分氟離子濃度之酸液及充分銨濃度之鹼液。
以上，雖然參照實施形態及實施例說明了本申請案發明，但本申請案發明不限於上述實施形態。本申請案發明之結構或細部可在本申請案發明之範圍內進行所屬技術領域中具有通常知識者可理解之各種變更。
11:被處理液槽 12:純水槽 13:電滲析裝置 14:電源裝置 15:酸液槽 16:鹼液槽 17:控制裝置 18,41,53,54:流路 21:酸循環路 22:鹼循環路 30:電流測定裝置 40:逆滲透膜裝置 51:氟回收裝置 52:氨回收裝置 131:陽極(+) 132:陰極(-) 133:雙極膜(BP膜) 134:陰離子交換膜(A膜) 135:陽極室 136:陰極室 137:酸室 138:鹼室
圖1係顯示第一實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。 圖2係顯示圖1所示之電滲析裝置之概略結構的示意圖。 圖3係顯示第二實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。 圖4係顯示第二實施形態之水處理系統具有之電流測定裝置連接例的方塊圖。 圖5係顯示第三實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。 圖6係顯示第四實施形態之水處理系統之一結構例的方塊圖。 圖7係顯示實施例之於酸混合液及鹼混合液之氟離子及銨的存在比(莫耳比)變化情形的圖。 圖8係顯示實施例之酸混合液及鹼混合液之導電率變化情形的圖。 圖9係顯示實施例之電滲析裝置中流動之電流值及累計電流量變化情形的圖。

Claims (10)

  1. 一種電滲析裝置，係用於處理含有酸及鹼之被處理液， 該電滲析裝置係在陽極與陰極之間交互地配置雙極膜及陰離子交換膜且具有： 陽極室，其由該陽極及該雙極膜所界定； 陰極室，其由該陰極及該雙極膜所界定；及 至少一組酸室及鹼室，其在該陽極室與該陰極室之間隔著該陰離子交換膜而鄰接配置， 該酸室係由該陰離子交換膜及配置在該陽極室側之該雙極膜所界定，並被供給水而藉由電滲析產生酸液， 該鹼室係由該陰離子交換膜及配置在該陰極室側之該雙極膜所界定，並被供給該被處理液而藉由該電滲析產生鹼液。
  2. 一種水處理系統，具有： 如請求項1之電滲析裝置； 純水槽，其貯存供給至該酸室之該水； 被處理液槽，其貯存供給至該鹼室之該被處理液； 酸循環路，其使由該酸室排出且包含藉由該電滲析產生之該酸液及與該酸液之產生無關而殘留之該水的酸混合液返回該純水槽並循環； 鹼循環路，其使由該鹼室排出且包含藉由該電滲析產生之該鹼液及與該鹼液之產生無關而殘留之該被處理液的鹼混合液返回該被處理液槽並循環； 電流測定裝置，其在該電滲析時測定該電滲析裝置中流動之電流值；及 控制裝置，其控制該純水槽及該被處理液槽以及該酸循環路與該鹼循環路之動作，並且接收用該電流測定裝置測得之電流值， 該控制裝置係在實行該電滲析時，使用該酸循環路使該酸混合液循環，並使用該鹼循環路使該鹼混合液循環，該電流值在預定範圍內繼續預定時間量時結束該電滲析，接著使該純水槽內之該酸混合液排出作為該酸液，並使該被處理液槽內之該鹼混合液排出作為該鹼液。
  3. 如請求項2之水處理系統，其中，該控制裝置在該電流值之變化的斜率變成在預定範圍內時結束該電滲析。
  4. 如請求項2或3之水處理系統，更具有逆滲透膜裝置，該逆滲透膜裝置使用逆滲透膜將溶質受濃縮而得之濃縮液供給至該鹼室作為被處理液。
  5. 如請求項2之水處理系統，其中該被處理液含有氟及銨。
  6. 如請求項5之水處理系統，其中該被處理液係在半導體裝置之製程中排出的廢液。
  7. 如請求項5之水處理系統，更具有： 氟回收裝置，其使藉由該電滲析裝置回收的該酸亦即氫氟酸與鈣化合物反應而回收氟；及 氨回收裝置，其將藉由該電滲析裝置回收的該鹼液亦即氨水蒸餾而回收氨氣。
  8. 如請求項5之水處理系統，其中，該被處理液所包含之氟離子濃度及該銨之濃度分別係1000mg/L以上。
  9. 如請求項8之水處理系統，其中該被處理液所包含之該氟離子濃度及該銨之濃度分別係5000mg/L以上。
  10. 一種水處理方法，係用於處理含有酸及鹼之被處理液， 該水處理方法包含以下步驟： 準備電滲析裝置，該電滲析裝置係在陽極與陰極之間交互地配置雙極膜及陰離子交換膜，且具有：陽極室，其由該陽極及該雙極膜所界定；陰極室，其由該陰極及該雙極膜所界定；及至少一組酸室及鹼室，其在該陽極室與該陰極室之間隔著該陰離子交換膜而鄰接配置； 對於由該陰離子交換膜及配置在該陽極室側之該雙極膜所界定的該酸室供給水，並藉由電滲析產生酸液； 對於由該陰離子交換膜及配置在該陰極室側之該雙極膜所界定的該鹼室供給該被處理液，並藉由該電滲析產生鹼液。
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