TWI794476B - 絮凝劑，濾心及廢液處理方法 - Google Patents
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Abstract
即使為加工屑的濃度高之加工廢液，仍抑制濾心的消耗同時精製出純水。
把用來將加工廢液處理成清水之絮凝劑(55)形成為，把用來從清水精製出純水的離子交換樹脂粉碎成100μm以下的尺寸。藉由將離子交換樹脂粉碎而用作為絮凝劑，即使使加工廢液絮凝分離，從加工屑分離出的清水的導電率仍不會上昇而會抑制水質惡化。此外，絮凝劑被粉碎成100μm以下的尺寸，因此會促進加工屑的絮凝。
Description
本發明有關使廢液中的雜質絮凝(flocculation)之絮凝劑、濾心及廢液處理方法。
被加工物的切削或磨削中會使用切削裝置或磨削裝置等加工裝置。該些加工裝置中，為了防止雜質附著於元件，會一面供給純水作為加工水一面將被加工物加工。加工裝置中使用的純水多達每分鐘4～30公升，因此有純水的再循環(recycle)之需求。因應這樣的需求，正在開發一種從加工廢液精製出純水之純水精製裝置(例如參照專利文獻1)。專利文獻1記載之純水精製裝置，藉由過濾濾心從加工廢液除去加工屑，使其通過離子交換樹脂濾心藉此精製純水。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2011-041878號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，當為加工屑以高濃度混入之加工廢液的情形下，若加工廢液直接被送回純水精製裝置，則純水精製裝置內的過濾濾心會因加工屑而在短時間內堵塞。另一方面，也可設想將加工廢液的絮凝分離與純水的再循環予以組合，於送回純水精製裝置之前使加工廢液絮凝分離成加工屑與清水，但若為市售的絮凝劑則絮凝劑的成分會溶出於絮凝分離後的清水而導致導電率上昇。因此，即使絮凝分離後的清水被送回純水精製裝置，仍有導致純水精製裝置的離子交換樹脂濾心在短時間內被消耗之問題。
故，本發明之目的，在於提供一種即使是加工屑濃度高之加工廢液，仍能抑制濾心的消耗同時精製純水之絮凝劑、濾心及廢液處理方法。
[解決問題之技術手段]
依照本發明的一個面向，提供一種絮凝劑，係用來將於加工裝置之加工時供給的純水中被混入了因加工而產生的加工屑而成之加工廢液予以處理成清水之絮凝劑，其特徵為，把用來將清水精製成純水之離子交換樹脂粉碎成100μm以下的尺寸來形成。
按照此構成，把將清水精製成純水的離子交換樹脂予以粉碎而用作為絮凝劑，藉此絮凝劑的成分便不會溶出於清水中。故，即使於送回純水精製裝置之前使加工廢液絮凝分離，從加工屑分離出的清水的導電率也不會上昇，便能在純水精製裝置中抑制離子交換樹脂濾心的消耗。此外，絮凝劑被粉碎成100μm以下的尺寸，因此能夠促進加工屑的絮凝。
依照本發明的另一面向，提供一種濾心，係將加工廢液過濾及做離子交換而精製成純水之濾心，其特徵為，將把使如上述之絮凝劑及離子交換樹脂混合而成之，將加工廢液過濾之混合層；及將藉由混合層而被過濾的清水精製成純水之該離子交換樹脂層；予以交互層積來形成。
較佳是，該混合層，以從該加工廢液的流入側朝向流出側該絮凝劑的含量逐漸增加之方式被充填形成。
依照本發明的又另一面向，提供一種廢液處理方法，係用來將於加工裝置之加工時供給的純水中被混入了因加工而產生的加工屑而成之加工廢液予以精製成純水之廢液處理方法，其特徵為，具備：絮凝劑添加步驟，在收容有從該加工裝置被排出的加工廢液之攪拌槽添加如上述之絮凝劑；及固液分離步驟，於實施了該絮凝劑添加步驟後，將含有藉由該絮凝劑而該加工屑絮凝而成之絮凝體的加工廢液，藉由沉澱槽分離成該絮凝體及清水；及清水移送步驟，將該固液分離步驟中被分離出的清水往純水精製裝置移送；及純水精製步驟，將藉由該清水移送步驟而被移送的清水在該純水精製裝置精製成純水；及純水移送步驟，將藉由該純水精製步驟而被精製出的純水往該加工裝置移送。
[發明之功效]
按照本發明，把將清水精製成純水的離子交換樹脂予以粉碎而用作為絮凝劑，藉此即使是加工屑濃度高之加工廢液，仍能抑制濾心的消耗同時精製純水。
以下參照所附圖面，說明適用本實施形態之廢液處理方法的純水的再循環系統。圖1為本實施形態之純水的再循環系統模型圖。
如圖1所示，再循環系統1，構成為從加工裝置10將加工廢液回收而精製純水，而對加工裝置10供給純水。再循環系統1中，加工廢液從加工裝置10被排出至攪拌槽20，加工廢液在攪拌槽20暫時地貯留。在攪拌槽20安裝有螺旋槳式的攪拌機21，從加工裝置10被排出的加工廢液與從絮凝劑供給裝置22添加的絮凝劑藉由攪拌機21而在攪拌槽20內被混合。絮凝劑是對絮凝劑供給裝置22或加工廢液自動地添加，取而代之亦可操作者手動地添加至加工廢液。
一旦加工廢液與絮凝劑在攪拌槽20被攪拌，加工廢液便藉由壓送泵浦等從攪拌槽20被移送至沉澱槽30。沉澱槽30中加工廢液被絮凝分離成加工屑的絮凝體(flocculation floc)51及清水，絮凝體51堆積於沉澱槽30的底部。沉澱槽30，為所謂的傾斜板式沉澱槽，藉由多數的傾斜板31來縮短絮凝體51的沉降距離而沉澱速度會被提高。在沉澱槽30的底部中央形成排出口32，沉澱槽30的底部朝向排出口32降低傾斜。因此，沉澱槽30內的絮凝體51會被聚集於排出口32。
在沉澱槽30一旦清水從加工屑被分離，則清水藉由壓送泵浦等從沉澱槽30被移送至純水精製裝置40。純水精製裝置40中清水通過過濾濾心41及離子交換樹脂濾心42，藉此細小的加工屑會被除去並且被離子化而精製出純水。然後，純水從純水精製裝置40被送回加工裝置10，在加工裝置10被利用作為加工水。像這樣，經由攪拌槽20、沉澱槽30、純水精製裝置40而從加工廢液精製出純水，從加工裝置10被排出的加工廢液會作為加工水而在加工裝置10被再循環。
不過，若使用一般的絮凝劑來使加工廢液絮凝分離，則從加工屑分離出的清水的導電率會上昇。也就是說，在加工廢液中帶負電位的加工屑會因絮凝劑的陽離子成分而被中和而絮凝，但絮凝劑的成分會溶出於從加工屑分離出的清水。像這樣，若為一般的絮凝劑雖可做絮凝體51的再循環，但依絮凝劑的成分而定導電率會成為200μs/cm以上而水質會惡化。絮凝劑所致之水質惡化，會藉由純水精製裝置40內的離子交換樹脂濾心42而改善，但離子交換樹脂濾心42會很快消耗而濾心更換的頻率會變高。
像這樣，當使用了一般的絮凝劑的情形下，難以併用絮凝與純水再循環。鑑此，本實施形態中，是把將純水的再循環中使用之離子交換樹脂粉碎成100μm以下的尺寸之物予以使用作為絮凝劑。不同於一般的絮凝劑，絮凝劑的成分不會溶出於清水中，因此會抑制從加工屑分離出的清水的導電率上昇，同時可將加工廢液絮凝分離成加工屑及清水。此外，導電率的上昇被抑制，因此能夠抑制後段的純水精製裝置40的離子交換樹脂濾心42之消耗。
以下，參照圖2及圖3，說明離子交換樹脂及從離子交換樹脂形成之絮凝劑。圖2為本實施形態之離子交換樹脂濾心的模型圖。圖3為本實施形態之絮凝處理的說明圖。另，分別是圖3A為比較例之絮凝處理、圖3B為本實施形態之絮凝處理的一例示意圖。
如圖2所示，在離子交換樹脂濾心42，於罩殼43內填入有離子交換樹脂44。作為離子交換樹脂44，係陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂單獨或混合使用。例如，罩殼43內，為將僅由陰離子交換樹脂所構成之單獨層、陰離子交換樹脂及陽離子交換樹脂的混合層予以層積而成的2層構造。清水從罩殼43的上部的流入口45流入離子交換樹脂44，清水藉由通過離子交換樹脂44而成為純水，被攝入至罩殼43的集水管46的下端的流出口47。
藉由清水通過離子交換樹脂44，清水內的雜質的陰離子成分和陰離子交換樹脂的氫氧化物離子交換，清水內的雜質的陽離子成分和陽離子交換樹脂的氫離子交換。從陰離子交換樹脂放出的氫氧化物離子、從陽離子交換樹脂放出的氫離子會結合而精製出純水。依此方式，清水內的雜質被離子交換，藉此精製出從清水除去雜質之純水。本實施形態中，是把用來藉由此離子交換將清水精製成純水之離子交換樹脂44粉碎成100μm以下的尺寸而形成絮凝劑55(參照圖3B)。
在此情形下，加工廢液中的加工屑50帶負電，因此在絮凝劑55作為離子交換樹脂44會使用樹脂本身帶正電之陰離子交換樹脂。於加工廢液之絮凝分離時離子交換樹脂44的成分不會溶出，因此沉澱槽30(參照圖1)中絮凝分離後清水的導電率的上昇仍會被抑制。故，即使絮凝分離後的清水通過離子交換樹脂濾心42，也不會劇烈消耗離子交換樹脂濾心42，能夠減少離子交換樹脂濾心42的交換頻率而減輕操作者的作業負擔。
另，此處，作為絮凝劑55雖示例了粉狀的陰離子交換樹脂，但因應廢液亦可使用粉狀的陽離子交換樹脂、或將粉狀的陰離子交換樹脂與陽離子交換樹脂之混合樹脂使用作為絮凝劑55。絮凝劑55，為用來於加工裝置之加工時將加工屑50混入了純水而成之加工廢液處理成清水之物，且只要是將離子交換樹脂粉碎形成之物，則可以任何方式形成。
此處，參照圖3說明使用了離子交換樹脂之絮凝處理。圖3A的比較例中，以粉碎前的離子交換樹脂作為絮凝劑57來實施絮凝處理。於加工廢液中微細的加工屑50會浮遊，各加工屑50會帶負電而彼此排斥。在此，若投入由直徑300μm的離子交換樹脂所成之絮凝劑57，則微細的加工屑50會附著於絮凝劑57的外面。加工屑50附著於絮凝劑57而電位會被中和，但絮凝劑57的表面積有限而電位的中和量少。因此，加工廢液中的加工屑50不會充分被絮凝，難以從加工廢液將加工屑50回收。
相對於此，圖3B所示本實施形態中，以將離子交換樹脂粉碎而成之物作為絮凝劑55來實施絮凝處理。在加工廢液中，若投入由直徑100μm以下的離子交換樹脂所成之微細的絮凝劑55，則微細的加工屑50會附著於絮凝劑55的外面。絮凝劑55的直徑小而形成為粉狀，因此和比較例的絮凝劑57相比表面積會增加。因此，加工廢液中的電位的中和量會變多而絮凝率增加，能夠從加工廢液容易地回收加工屑50。此外，將離子交換樹脂做成絮凝劑55，藉此便沒有導電率的變化而水質穩定。
參照圖4，說明使用了離子交換樹脂作為絮凝劑之廢液處理方法。圖4為本實施形態之廢液處理方法的一例示意圖。
如圖4A所示，首先實施絮凝劑添加步驟。絮凝劑添加步驟中，從加工裝置10(參照圖1)排出的加工廢液被收容於攪拌槽20，對攪拌槽20內的加工廢液添加將離子交換樹脂粉碎而成之直徑100μm的粉狀的絮凝劑55(參照圖3B)。加工廢液係微細的加工屑50(參照圖3B)以膠體狀分散而懸濁。在攪拌槽20內，藉由螺旋槳式的攪拌機21而加工廢液與絮凝劑55被攪拌，絮凝劑55被均一地混合於加工廢液全體。一旦藉由攪拌機21而絮凝劑55與加工廢液被充分地攪拌，加工廢液便從攪拌槽20被移至沉澱槽30(參照圖4B)。
如圖4B所示，實施了絮凝劑添加步驟後實施固液分離步驟。固液分離步驟中，添加了絮凝劑55(參照圖3B)之加工廢液被收容於沉澱槽30，加工廢液在沉澱槽30被分離成絮凝體51及清水。此時，在加工廢液內帶負電的加工屑50(圖3B參照)，藉由帶正電的絮凝劑55(參照圖3B)而被中和，藉此引發絮凝。藉由加工屑的絮凝而絮凝體51被析出，絮凝體51從含有絮凝體51之加工廢液堆積於沉澱槽30的底部。絮凝劑55為將離子交換樹脂做成粉狀之物，因此會抑制絮凝分離後的清水的水質惡化(導電率的上昇)。
如圖4C所示，實施了固液分離步驟後實施清水移送步驟。清水移送步驟中，從加工屑分離出的清水被移送至純水精製裝置40。此外，實施了清水移送步驟後實施純水精製步驟。純水精製步驟中，在純水精製裝置40清水通過過濾濾心41及離子交換樹脂濾心42，藉此從清水精製出純水。前段的固液分離步驟中抑制絮凝分離後的清水的水質惡化，因此會抑制離子交換樹脂濾心42的消耗。
如圖4D所示，實施了純水精製步驟後實施純水移送步驟。純水移送步驟中，藉由純水精製裝置40精製出的純水被移送至加工裝置10。依此方式，於加工裝置10之加工時從加工屑混入於純水而成之加工廢液精製出純水，作為加工裝置10的加工水而純水再度被使用。如上述般，把將離子交換樹脂粉碎成100μm以下之物使用作為絮凝劑55(參照圖3B)，藉此實現若為一般的絮凝劑則會使水質惡化而難以做到之加工屑絮凝與純水再循環之併用。
像以上這樣，按照本實施形態，把將清水精製成純水的離子交換樹脂予以粉碎而用作為絮凝劑55，藉此絮凝劑55的成分便不會溶出於清水中。故，即使於送回純水精製裝置40之前使加工廢液絮凝分離，從加工屑分離出的清水的導電率也不會上昇，便能在純水精製裝置40中抑制離子交換樹脂濾心42的消耗。此外，絮凝劑55被粉碎成100μm以下的尺寸，因此能夠促進加工屑的絮凝。
上述實施形態中，藉由過濾濾心除去加工屑，藉由離子交換樹脂濾心去離子化。因此，在過濾濾心及離子交換樹脂濾心各自會發生更換作業，惟對於操作者會成為麻煩的作業，而有將濾心統一成一個之需求。此處，本案申請人使將離子交換樹脂粉碎而成之絮凝劑混入至離子交換樹脂濾心的離子交換樹脂，結果發現以離子交換樹脂濾心作為過濾濾心亦能使其良好地發揮功能。
以下，參照圖5至圖7，說明變形例之離子交換樹脂濾心。圖5為變形例之離子交換樹脂濾心示意模型圖。圖6為比較例之離子交換樹脂濾心示意模型圖。圖7為另一變形例之離子交換樹脂濾心示意模型圖。
如圖5所示，離子交換樹脂濾心60，為將加工廢液過濾及做離子交換而精製成純水之濾心，係把將離子交換樹脂粉碎而成的絮凝劑混合於離子交換樹脂而成之混合層61、及由離子交換樹脂所構成之離子交換樹脂層62予以交互層積而形成。各混合層61，是使絮凝劑均一地分散於離子交換樹脂，將加工廢液過濾並且使其絮凝分離加工屑及清水。各離子交換樹脂層62，係細小的加工屑被去除並且藉由去離子化，來將在混合層61過濾後的清水精製成純水。絮凝分離時離子交換樹脂的成分不會溶出，因此即使通過混合層61，離子交換樹脂層62也不會劇烈消耗。
另，絮凝劑形成為直徑30μm至100μm，離子交換樹脂形成為直徑300μm。絮凝劑形成得愈細則絮凝效果愈提升。混合層61，較佳是相對於離子交換樹脂而言絮凝劑含有5%至50%，更佳是相對於離子交換樹脂而言絮凝劑含有20%。離子交換樹脂中絮凝劑含有20%，藉此可獲得充分的絮凝效果並且能夠抑制水質惡化。此外，若混合層61太厚，則加工廢液會變得無法良好地被過濾，混合層61較佳是形成為薄到能夠過濾加工廢液之程度。
具體而言，如圖6比較例所示，若離子交換樹脂濾心70的混合層71形成得厚，則因加工廢液的通過，會從混合層71的上側的絮凝劑先開始絮凝。在加工廢液全體性地遍及混合層71而全體性的絮凝完畢之前，絮凝會在混合層71的一部分過度進行，藉此會造出孔73。孔73朝下方成長而貫通混合層71，藉此加工廢液會通過混合層71的孔73而流入離子交換樹脂層72。因此，加工廢液不會在混合層71被過濾，因此加工廢液的水質會惡化並且離子交換樹脂層72變得容易因加工屑而堵塞。
因此，如圖5所示，離子交換樹脂濾心60，並非將混合層61形成得厚，而是增加混合層61的層積數藉此形成得薄。
如此一來，可均一地使加工廢液遍及混合層61而良好地過濾。是故，混合層61較佳是形成為在造出孔之前加工廢液會遍及混合層61的全體之厚度。藉由使離子交換樹脂濾心60帶有加工廢液之過濾與純水精製的功能，能夠使濾心的更換作業只需1次，可減輕操作者的作業負擔。
此外，如圖7所示，離子交換樹脂濾心65的混合層66，亦可以從加工廢液的流入側朝向流出側逐漸增加絮凝劑的含量之方式來充填。例如，從加工廢液的流入側朝向流出側，相對於離子交換樹脂而言之絮凝劑的含有率以5%、10%、20%的複數個混合層66a-66c之三層構造來形成亦可。像這樣，將絮凝劑的含有率相異之複數個混合層66a-66c層積，藉此便能將加工廢液良好地過濾而供給至離子交換樹脂層67。另，各混合層66a-66c較佳是形成為在造出孔之前加工廢液會遍及混合層66a-66c的全體之厚度。
另，本實施形態中，作為加工裝置並不限定於切削裝置及磨削裝置。本發明，可適用於使用純水來實施加工之其他加工裝置。亦可適用於切削裝置、磨削裝置、研磨裝置、邊緣修整(end trimming)裝置及包含它們之叢集裝置(cluster)等其他的加工裝置。
此外，本實施形態中，是將攪拌槽與沉澱槽做成不同個體，但並不限定於此構成。攪拌槽與沉澱槽亦可形成為一體。
此外，作為受到加工裝置加工之晶圓，亦可使用半導體基板、無機材料基板、封裝基板等各種工件。作為半導體基板，亦可使用矽、砷化鎵、氮化鎵、碳化矽等各種基板。作為無機材料基板，亦可使用藍寶石、陶瓷、玻璃等各種基板。半導體基板及無機材料基板可形成有元件，亦可未形成有元件。作為封裝基板，亦可使用CSP(Chip Size Package；晶片尺寸封裝)、WLCSP(Wafer Level Chip Size Package；晶圓級晶片尺寸封裝)、EMI(Electro Magnetic Interference；電磁干擾)、SIP(System In Package；系統級封裝)、FOWLP(Fan Out Wafer Level Package；扇出型晶圓級封裝)用的各種基板。此外，作為工件，亦可使用元件形成後或元件形成前的鉭酸鋰、鈮酸鋰，以及裸陶瓷、壓電元件。
此外，雖說明了本實施形態及變形例，但作為本發明的其他實施形態，亦可為將上述實施形態及變形例予以全體地或部分地組合而成者。
此外，本發明之實施形態及變形例不限定於上述的實施形態，在不脫離本發明的技術性思想的意旨之範圍內亦可做各式各樣的變更、置換、變形。甚至，若因技術的進歩或衍生之其他技術，而能夠以別的方式實現本發明之技術性思想，則亦可用該方法來實施。是故，申請專利範圍，涵括本發明的技術性思想之範圍內可能包含之所有的實施形態。
此外，本實施形態中，雖說明了將本發明適應於純水的再循環之構成，但亦可適用於從自來水或工業用水精製出純水之構成。
如以上說明般，本發明，具有即使是加工屑的濃度高之加工廢液，仍能夠抑制濾心的消耗同時精製出純水這樣的效果，特別是對於將加工廢液絮凝分離之絮凝劑、濾心及廢液處理方法而言有效。
10‧‧‧加工裝置
20‧‧‧攪拌槽
30‧‧‧沉澱槽
40‧‧‧純水精製裝置
42‧‧‧離子交換樹脂濾心
44‧‧‧離子交換樹脂
50‧‧‧加工屑
51‧‧‧絮凝體
55‧‧‧絮凝劑
60‧‧‧離子交換樹脂濾心
61‧‧‧混合層
62‧‧‧離子交換樹脂層
65‧‧‧離子交換樹脂濾心
66‧‧‧混合層
67‧‧‧離子交換樹脂層
[圖1]本實施形態之純水的再循環系統模型圖。
[圖2]本實施形態之離子交換樹脂濾心的模型截面圖。
[圖3]絮凝處理的說明圖。
[圖4]本實施形態之廢液處理方法的一例示意圖。
[圖5]變形例之離子交換樹脂濾心的一例示意模型圖。
[圖6]比較例之離子交換樹脂濾心示意模型圖。
[圖7]另一變形例之離子交換樹脂濾心示意模型圖。
50‧‧‧加工屑
55‧‧‧絮凝劑(粉碎的離子交換樹脂)
57‧‧‧絮凝劑(粉碎前的離子交換樹脂)
Claims (4)
- 一種絮凝劑，係將從於加工裝置之加工時供給的純水中被混入了因加工而產生的加工屑而成之加工廢液分離出該加工屑而成之清水精製成純水而將該純水供給至該加工裝置的循環中，用來從加工廢液分離出加工屑而予以處理成清水之絮凝劑，其特徵為，把和被使用於將清水精製成純水之離子交換樹脂相同的離子交換樹脂粉碎成100μm以下的尺寸來形成。
- 一種濾心，係將加工廢液過濾及做離子交換而精製成純水之濾心，其特徵為，將把使如申請專利範圍第1項所述之絮凝劑及離子交換樹脂混合而成之，將加工廢液過濾之混合層；及將藉由該混合層而被過濾的清水精製成純水之離子交換樹脂層；予以交互層積來形成。
- 如申請專利範圍第2項所述之濾心，其中，該混合層，以從該加工廢液的流入側朝向流出側該絮凝劑的含量逐漸增加之方式被充填形成。
- 一種廢液處理方法，係用來將於加工裝置之加工時供給的純水中被混入了因加工而產生的加工屑而成之加工廢 液予以精製成純水之廢液處理方法，其特徵為，具備：絮凝劑添加步驟，在收容有從該加工裝置被排出的加工廢液之攪拌槽添加如申請專利範圍第1項所述之絮凝劑；及固液分離步驟，於實施了該絮凝劑添加步驟後，將含有藉由該絮凝劑而該加工屑絮凝而成之絮凝體的加工廢液，藉由沉澱槽分離成該絮凝體及清水；及清水移送步驟，將該固液分離步驟中被分離出的清水往純水精製裝置移送；及純水精製步驟，將藉由該清水移送步驟而被移送的清水通過該純水精製裝置的離子交換樹脂，藉此精製成純水；及純水移送步驟，將藉由該純水精製步驟而被精製出的純水往該加工裝置移送。
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