WO2025115372A1 - 排ガス処理システム、排ガス処理方法および排ガス処理システムの改造方法 - Google Patents

排ガス処理システム、排ガス処理方法および排ガス処理システムの改造方法 Download PDF

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WO2025115372A1
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wastewater
gas
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gas treatment
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裕樹 成田
錦仙 陳
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Organo Corp
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    • B01D53/46—Removing components of defined structure
    • B01D53/68—Halogens or halogen compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D53/46—Removing components of defined structure
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    • B01D—SEPARATION
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    • B01D53/96—Regeneration, reactivation or recycling of reactants
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas treatment system, an exhaust gas treatment method, and a method for modifying an exhaust gas treatment system.
  • PFC perfluorochemical
  • CF4 , SF6 , CHF3 , and the like are used in the dry etching process
  • NF3 , C2F6 , C3F8 , and the like are used in thin film formation processes such as CVD (Chemical Vapor Deposition), and exhaust gases containing these PFC gases are generated.
  • PFC gases are harmful and also greenhouse gases.
  • the object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment system, an exhaust gas treatment method, and a method for improving an exhaust gas treatment system that can prevent the scale-up of exhaust gas treatment equipment and wastewater treatment equipment and prevent increases in plant costs and operating costs.
  • an exhaust gas treatment system having an exhaust gas separation section that receives a first gas containing a specific substance, separates a portion of the specific substance contained in the first gas, and discharges a second gas having a lower content of the specific substance than the first gas, a solubilization section that processes the second gas to solubilize the specific substance, a dissolution section that dissolves the solubilized specific substance in supply water and discharges a first wastewater, and a wastewater treatment facility that receives the first wastewater, removes the specific substance from the first wastewater, and recovers the wastewater from which the specific substance has been removed as make-up water for the supply water.
  • an exhaust gas treatment method including the steps of receiving a first gas containing a specific substance, separating a portion of the specific substance contained in the first gas, and discharging a second gas having a lower content of the specific substance than the first gas, treating the second gas to solubilize the specific substance, dissolving the solubilized specific substance in supply water and discharging a first wastewater, and receiving the first wastewater, removing the specific substance from the first wastewater, and recovering the wastewater from which the specific substance has been removed as make-up water for the supply water.
  • a method for modifying an exhaust gas treatment system that includes an abatement device that treats exhaust gas containing a specific substance to solubilize the specific substance, dissolves the solubilized specific substance in supply water, and discharges a first wastewater, and a wastewater treatment facility that receives the first wastewater, removes the specific substance from the first wastewater, and recovers the wastewater from which the specific substance has been removed as make-up water for the supply water, and that includes an exhaust gas separation device that receives the first gas containing the specific substance, separates a portion of the specific substance contained in the first gas, and discharges a second gas having a lower content of the specific substance than the first gas as the exhaust gas to the abatement device.
  • the present invention makes it possible to prevent the scale of exhaust gas treatment equipment and wastewater treatment equipment from increasing, and to prevent increases in plant costs and operating costs.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a detoxification device of the exhaust gas treatment system shown in FIG. 1 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a wastewater treatment facility of the exhaust gas treatment system shown in FIG. 1 .
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system of a comparative example.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a fluorine-based exhaust device of the exhaust gas treatment system shown in FIG. 5 .
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of a total exhaust emission device of the exhaust gas treatment system shown in FIG.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system of a comparative example.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a connection between a detoxification device and a gas treatment device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of an exhaust gas separation device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of the arrangement of an exhaust gas separation device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing yet another example of the arrangement of an exhaust gas separation device.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing yet another example of the arrangement of an exhaust gas separation device.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an exhaust gas treatment system according to a first embodiment of the present invention.
  • solid arrows show piping.
  • an exhaust gas treatment system 10 has an exhaust gas separation device (exhaust gas separation section) 11, a detoxification device (exhaust gas treatment facility) 12, and a wastewater treatment facility 13.
  • the exhaust gas separation device 11 and the abatement device 12 are installed in a manufacturing building 20.
  • the manufacturing building 20 is provided with a plurality of gas treatment devices 21 that discharge a first gas 22a containing a specific substance.
  • the abatement device 12 is connected to at least one of the gas treatment devices 21 via the exhaust gas separation device 11.
  • the abatement device 12 is connected to a gas treatment device 21 that performs a thin film formation process and a gas treatment device 21 that performs a dry etching process via the exhaust gas separation device 11.
  • the thin film formation process may include, for example, a CVD process, but is not limited to this.
  • PFC gases such as CF4 , SF6 , and CHF3 are used, and in the thin film formation process, PFC gases such as NF3 , C2F6 , and C3F8 , and semiconductor material gases such as SiH4 , NH3 , SiH2CL2 , and TEOS (tetraethoxysilane) are used.
  • gases such as NF3 and CL2 are used for cleaning the inside of the gas processing device.
  • the gas processing device 21 discharges a first gas 22a containing these gases. Gases not used in the reaction are discharged together with gases used in the reaction and decomposed (HF, CO2 , decomposition gas, etc.).
  • the first gas 22a includes a specific substance.
  • the specific substance may include one or both of fluorine (F) and a fluorine compound.
  • the specific substance may also include one or both of nitrogen (N) and a nitrogen compound.
  • the specific substance is not limited to fluorine and a fluorine compound or nitrogen and a fluorine compound.
  • the specific substance may include other components such as a carbon source (C), chlorine (Cl), silicon (Si), and their compounds.
  • the specific substance may include at least one component of fluorine, nitrogen, carbon, and silicon and one or both of the compounds of the component.
  • the exhaust gas separation device 11 receives the first gas 22a discharged from the gas treatment device (film formation device) 21 and the gas treatment device (dry etching) 21.
  • the first gas 22a may contain decomposition products and by-products of the gas discharged from the gas treatment device 21.
  • the exhaust gas separation device 11 separates a portion of the specific substance contained in the first gas 22a, and discharges a second gas 22b having a lower content of the specific substance than the first gas 22a.
  • the specific substance is assumed to be fluorine and/or its compounds, and the exhaust gas separation device 11 separates and recovers a portion of the fluorine contained in the first gas 22a. In this case, for example, the exhaust gas separation device 11 may recover fluorine as a valuable resource.
  • the exhaust gas separation device 11 may have any configuration as long as it can recover a specific substance (here, fluorine) from the first gas 22a.
  • Common gas recovery technologies include cryogenic distillation, which separates substances based on boiling point differences, pressure swing adsorption (PSA) and temperature swing adsorption (TSA) methods, which involve repeated adsorption and desorption, and membrane separation methods using gas separation membranes. Any one of these gas recovery technologies, or a combination of these, may be applied to the exhaust gas separation device 11.
  • the recovery rate R1 of the specific substance can be set to a theoretically or practically possible value depending on the substance to be recovered and the recovery method.
  • the specific substance is fluorine
  • the exhaust gas separation device 11 is configured so that the fluorine recovery rate R1 is 50%.
  • the fluorine recovery rate R1 indicates the recovery rate relative to the total fluorine load when the first gas 22a is a mixed gas of NF3 , CF4 , SF6 , etc.
  • the detoxification device 12 receives the supply water including makeup water 24 from the wastewater treatment facility 13 and the second gas 22b discharged by the exhaust gas separation device 11.
  • the detoxification device 12 combusts the second gas 22b to detoxify harmful substances including specific substances, and discharges wastewater in which components derived from the decomposed harmful substances have been dissolved in the supply water.
  • fluorine is assumed as the specific substance, and therefore the detoxification device 12 discharges first wastewater 23a in which fluorine has been dissolved in the supply water.
  • FIG 2 is a schematic diagram showing one configuration example of the detoxification device 12.
  • the solid arrows show a schematic piping through which liquid flows
  • the dashed arrows show a schematic piping through which gas flows.
  • the detoxification device 12 has a solubilization section 121 and a dissolution section 122.
  • the solubilization section 121 processes the second gas 22b to solubilize a specific substance.
  • the dissolution section 122 dissolves the specific substance solubilized in the solubilization section 121 into the supply water 25 and discharges the first wastewater 23a.
  • the supply water 25 may contain makeup water 24.
  • the solubilization section 121 may include a combustion chamber in which a combustion process is performed using, for example, a burner.
  • the second gas 22b is supplied to the combustion chamber, and the second gas 22b is decomposed by a thermal decomposition reaction (solubilization of a specific substance).
  • the combustion chamber may be cooled with supply water 25 including makeup water 24.
  • the water used for cooling is discharged as first wastewater 23a.
  • the dissolving section 122 may include, for example, a scrubber that sprays water on the gas.
  • the gas in the combustion chamber of the solubilizing section 121 is supplied to the scrubber. In the scrubber, specific substances remaining in the gas are dissolved in water by spraying water (dissolution).
  • the water with the specific substances dissolved therein is discharged from the bottom of the scrubber as the first wastewater 23a.
  • the solubilization section 121 and the dissolving section 122 may be the same device.
  • the combination of the combustion chamber constituting the solubilization section 121 and the scrubber constituting the dissolving section 122 is not limited to the above.
  • a scrubber may be provided on each of the inlet and outlet sides of the combustion chamber.
  • a smoke washing chamber for spraying water on the gas may be provided between the combustion chamber and the scrubber.
  • an existing abatement device that removes a specific substance using, for example, electric heating or plasma may be used as the abatement device 12. Although a detailed description of such abatement device is omitted, a device having a general configuration may be used.
  • the wastewater treatment equipment 13 receives the first wastewater 23a discharged by the detoxification equipment 12.
  • the wastewater treatment equipment 13 removes specific substances (here, fluorine) from the first wastewater 23a, and supplies the wastewater from which the specific substances have been removed to the detoxification equipment 12 as makeup water 24 for the supply water 25.
  • the wastewater treatment equipment 13 further discharges a second wastewater 23b containing the removed specific substances.
  • Fig. 3 shows an example of the wastewater treatment equipment 13.
  • the wastewater treatment equipment 13 has a raw water tank 130, a heat exchanger 131, a neutralization tank 132, a biological reaction tank (biological treatment) 133, an intermediate tank 134, an ultrafiltration device (UF) 135, an intermediate tank 136, a reverse osmosis membrane filtration device (RO) 137, and a make-up water tank 138.
  • the first wastewater 23a discharged from the detoxification device 12 is stored in the raw water tank 130 as water to be treated.
  • the raw water tank 130 and the heat exchanger 131 are connected via a pipe, and a pump 139a is provided on the pipe.
  • the heat exchanger 131 and the neutralization tank 132 are connected via a pipe.
  • the neutralization tank 132 and the biological reaction tank 133 are connected via a pipe.
  • the biological reaction tank 133 and the intermediate tank 134 are connected via a pipe.
  • the intermediate tank 134 and the UF 135 are connected via a pipe.
  • the UF 135 and the intermediate tank 136 are connected via a pipe.
  • the intermediate tank 136 and the RO 137 are connected via a pipe, and a pump 139b is provided on the pipe.
  • the RO 137 and the make-up water tank 138 are connected via a pipe.
  • a discharge pipe is connected to the make-up water tank 138, and a pump 139c is provided on this pipe.
  • the water to be treated stored in the raw water tank 130 can be supplied to the heat exchanger 131, the neutralization tank 132, the biological reaction tank 133, the intermediate tank 134, the UF (ultrafiltration membrane device) 135, the intermediate tank 136, the RO (reverse osmosis membrane device) 137, and the make-up water tank 138 in that order at an appropriate time.
  • Heat exchanger 131 performs heat exchange treatment using cooling water.
  • Neutralization tank 132 performs neutralization treatment using a neutralizing agent.
  • the neutralized water to be treated is supplied to biological reaction tank 133 after nutrients are added.
  • Biological reaction tank 133 performs biological treatment.
  • Biological reaction tank 133 is provided with a mechanism for aerating the water to be treated (air bubbling mechanism for supplying oxygen required by microorganisms).
  • the biologically treated water is supplied to UF 135 via intermediate tank 134.
  • UF 135 filters the biologically treated water using multiple UF membranes with fine pores.
  • the filtered water of UF 135 is stored in intermediate tank 136, and then a dispersant and slime control agent are added and supplied to RO 137.
  • RO 137 further filters the filtered water of UF 135 using multiple RO membranes.
  • the filtered water (permeate) of RO 137 is stored in make-up water tank 138.
  • the water stored in the make-up water tank 138 is charged with NaClO, discharged as make-up water 24, and supplied to the decontamination device 12.
  • the concentrated water separated in the UF 135 and RO 137 is discharged as the second wastewater 23b.
  • the exhaust gas separation device 11 separates a portion of the specific substances (components such as fluorine) contained in the first gas 22a, thereby making it possible to reduce the cooling energy required for the abatement device 12. As a result, it is possible to prevent the abatement device 12 and the wastewater treatment facility 13 from becoming large-scale, and to prevent increases in plant costs and operating costs. Below, this effect will be specifically explained using a comparative example.
  • (Comparative Example 1) 4 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system of Comparative Example 1.
  • the exhaust gas treatment system 100 of Comparative Example 1 differs from the exhaust gas treatment system 10 of the present embodiment in that it does not include an exhaust gas separation device 11.
  • the configuration other than the exhaust gas separation device 11 is basically the same as that of the exhaust gas treatment system 10.
  • the first gas 22a discharged from each gas treatment device 21 is directly supplied to the abatement device 12. Therefore, compared to a configuration including the exhaust gas separation device 11, the amount of harmful substances to be abated (or decomposed) is greater, and accordingly the amount of heat generated by the abatement device 12 increases, and the amount of supply water 25 required for cooling increases.
  • the amount of the first wastewater 23a from the abatement device 12 increases, and the scale of the drainage equipment and recovery equipment becomes larger, resulting in increased plant costs and operating costs.
  • fluorine (F) is a specific substance contained in the exhaust gas.
  • the amount of fluorine in the first gas 22a supplied to the detoxification device 12 per day is assumed to be, for example, 2,000 kg/d.
  • the thermal energy required to treat 2,000 kg/d of fluorine is consumed, and the amount of supply water 25 corresponding to the amount of heat generated is used.
  • the amount of discharge of the first wastewater 23a discharged by the detoxification device 12 per day is assumed to be 20,000 m 3 /d.
  • the amount of fluorine contained in the first wastewater 23a per day is 2,000 kg/d.
  • the first wastewater 23a also contains components other than fluorine.
  • the F concentration of the second wastewater 23b is, for example, 2,000 mg/L.
  • the stage flue gas separation device 11 recovers a part of the fluorine contained in the first gas 22a.
  • the fluorine recovery rate R1 is 50%, if it is assumed that the amount of fluorine in the first gas 22a per day is 2,000 kg/d, the amount of fluorine in the second gas 22b supplied to the detoxification device 12 per day is 1,000 kg/d.
  • the thermal energy required to treat 1,000 kg/d of fluorine is consumed, and the amount of the supply water 25 corresponding to the amount of heat generated is used.
  • the amount of this supply water 25 can be reduced compared to Comparative Example 1.
  • the amount of the first wastewater 23a discharged per day from the detoxification device 12 can be reduced to 15,000 m 3 /d compared to 20,000 m 3 /d in Comparative Example 1.
  • the exhaust gas treatment system 10 of this embodiment it is possible to reduce the amount of the first wastewater 23a discharged by the detoxification device 12 and the amount of fluorine contained in the first wastewater 23a, compared to Comparative Example 1.
  • This allows the scale of the detoxification device 12 and the wastewater treatment equipment 13 to be reduced, and plant costs and operating costs to be reduced.
  • the reduction in plant costs includes the reduction in construction costs of the plant equipment and the reduction in installation space due to the reduction in scale.
  • the operating costs include the energy costs related to operation, the costs of chemicals such as neutralizing agents required to recover specific decomposed substances (components such as fluorine), and the costs of treating waste such as sludge.
  • the reduction in operating costs includes the reduction in the amount of chemicals input and the reduction in energy costs (power consumption).
  • the amount of the first wastewater 23a discharged by the decomposition device 12 and the amount of fluorine contained in the first wastewater 23a can be reduced, so that even if the amount of harmful substances to be decomposed (or decomposed) increases with an increase in the amount of exhaust gas, the increase in the energy consumption and heat generation of the decomposition device 12, the increase in the amount of make-up water for cooling, and the amount of make-up water required to dissolve the components derived from harmful substances can be suppressed.
  • the increase in the amount of wastewater and the load of the decomposition device 12 and the increase in the scale of the wastewater treatment facility 13 can be suppressed, and the increase in plant costs and operating costs can be suppressed.
  • the decontamination device 12 shown in FIG. 2 by reducing the supply amount and load of the second gas 22b, it is possible to reduce energy such as fuel and electricity for the burner of the solubilization section 121.
  • energy such as fuel and electricity for the burner of the solubilization section 121.
  • the supply amount (required amount) of the supply water 25 it is possible to reduce/downsize the scale/capacity of the supply equipment such as piping/feedwater pumps for supplying the supply water 25 to the dissolution section 122.
  • the flow rate of the second gas 22b it is possible to reduce the scale of the solubilization section 121 and associated equipment, the scale of the dissolution section 122 and associated equipment, and the scale of the supply equipment such as piping/feedwater pumps for draining the first drainage water 23a.
  • the reduction in the amount of the first wastewater 23a makes it possible to reduce the scale of each of the raw water tank 130, the heat exchanger 131, the neutralization tank 132, the biological reaction tank 133, the intermediate tank 134, the UF 135, the intermediate tank 136, the RO 137, and the make-up water tank 138, and also makes it possible to reduce the scale of the piping connecting these.
  • the volume of the neutralization tank 132 is 209 m3 and the volume of the biological reaction tank 133 is 834 m3
  • the volume of the neutralization tank 132 can be reduced to 157 m3 and the volume of the biological reaction tank 133 can be reduced to 625 m3 .
  • the amount of cooling water, neutralizing agent, nutrients, dispersants, slime control agents, and NaCLO can be reduced by reducing the amount of water discharged from the first wastewater 23a.
  • the amount of TOC (total organic carbon), which is a component contained in the first wastewater 23a, can be reduced, allowing the scale of the biological reaction tank 133 to be reduced.
  • the UF 135 in Comparative Example 1 is provided with 223 UF membranes
  • the exhaust gas treatment system 10 of this embodiment it is possible to reduce the number of UF membranes in the UF 135 to 150.
  • the reduction in the load of the components (ions) of the second wastewater 23b makes it possible to reduce the number of RO membranes, thereby enabling a reduction in the scale of the RO 137.
  • the RO 137 in Comparative Example 1 is provided with 1012 RO membranes, then in the exhaust gas treatment system 10 of this embodiment, the number of RO membranes in the RO 137 can be reduced to 655.
  • the water recovery rate R2 of the wastewater treatment facility 13 can be improved as compared to Comparative Example 1.
  • the water recovery rate R2 of the wastewater treatment facility 13 may be rate-limiting due to CaF2 scale on the RO membrane concentration side, and when the fluorine concentration on the RO membrane concentration side is the same as that of 2000 mg/L, the water recovery rate R2 is 95% in Comparative Example 1, whereas it is 97% in this embodiment.
  • the water recovery rate R2 of the wastewater treatment facility 13 varies depending on the fluorine recovery rate R1 of the flue gas separation device 11.
  • Second Embodiment 5 is a schematic diagram showing the configuration of an exhaust gas treatment system according to a second embodiment of the present invention.
  • the exhaust gas treatment system 10A of this embodiment differs from the first embodiment in that it has a water treatment device 16.
  • the exhaust gas separation device 11, the abatement device 12, and the wastewater treatment facility 13 are the same as those of the first embodiment, so detailed descriptions of these configurations will be omitted here.
  • the water treatment device 16 receives the second wastewater 23b discharged by the wastewater treatment facility 13 and performs water treatment to remove specific substances from the second wastewater 23b.
  • the specific substance is assumed to be fluorine, and the water treatment device 16 has a fluorine-based wastewater device 14 and a total wastewater device 15.
  • the fluorine-based wastewater apparatus 14 receives the second wastewater 23b, and coagulates and precipitates the fluorine contained in the second wastewater 23b.
  • Fig. 6 shows a specific configuration of the fluorine-based wastewater apparatus 14.
  • the fluorine-based wastewater apparatus 14 has reaction tanks 140, 141, a coagulation tank 142, a sedimentation tank 143, and a dehydrator 144.
  • the reaction tank 140 and the reaction tank 141 are communicated with each other via a pipe.
  • the reaction tank 141 and the coagulation tank 142 are communicated with each other via a pipe.
  • the coagulation tank 142 and the sedimentation tank 143 are communicated with each other via a pipe.
  • the sedimentation tank 143 and the dehydrator 144 are communicated with each other via a pipe.
  • the second wastewater 23b discharged from the wastewater treatment facility 13 is stored in the reaction tank 140.
  • Ca(OH) 2 calcium hydroxide
  • the water to be treated to which calcium hydroxide has been added is stored in the reaction tank 141.
  • PAC polyaluminum chloride
  • NaOH sodium hydroxide
  • PAC is a flocculant that flocculates and makes it easier for suspended solids contained in the water to be treated to precipitate.
  • NaOH is an alkaline agent for adjusting the pH of the water to be treated.
  • the water stored in the reaction tank 141 is supplied to a settling tank 143 via a coagulation tank 142.
  • a coagulation tank 142 In the coagulation tank 142, turbid matter contained in the water to be treated coagulates, and tiny lumps of flocs are precipitated.
  • the settling tank 143 In the settling tank 143, the flocs settle.
  • the sediments are supplied to a dehydrator 144, and the water to be treated from which the sediments have been removed is supplied as wastewater to the total wastewater system 15. In the dehydrator 144, the sediments are dehydrated and discharged as sludge.
  • a crystallization reaction apparatus for obtaining calcium fluoride crystals as disclosed in Japanese Patent No. 5650164 may be used, and the fluorine-based drainage apparatus 14 is not limited to these methods.
  • the total wastewater treatment system 15 receives the wastewater discharged from the fluorine-based wastewater treatment system 14 and performs neutralization treatment.
  • Fig. 7 shows a specific configuration of the total wastewater treatment system 15. As shown in Fig. 7, the total wastewater treatment system 15 has a reaction tank 150, a coagulation tank 151, and a flotation separation tank 152. The reaction tank 150 and the coagulation tank 151 are connected via piping. The coagulation tank 151 and the flotation separation tank 152 are connected via piping. Wastewater discharged from the settling tank 143 of the fluorine-based wastewater treatment device 14 is stored in the reaction tank 150. In the reaction tank 150, PAC and NaOH are added.
  • the stored water in the reaction tank 150 is supplied to the flotation separation tank 152 via the coagulation tank 151.
  • the flotation separation tank 152 is a solid-liquid separation tank.
  • pressurized water in which gas is pressurized and dissolved is injected from the bottom of the tank, and air bubbles are attached to the flocs to give them buoyancy, thereby causing them to float and separate.
  • Clean water in the bottom of the stored water in the flotation separation tank 152 is discharged as flotation separation treated water.
  • the flotation separation treated water can be discharged, for example, into rivers or the ocean, or can be reused as recovered water.
  • the exhaust gas separation device 11 recovers a portion of the specific substance contained in the first gas 22a, thereby simultaneously achieving a reduction in the cooling energy required for the abatement device 12 and a reduction in the treatment load of the specific substance (here, fluorine) in the water treatment device 16.
  • the scale of the equipment for the water treatment device 16 can be reduced, and plant costs and operating costs can be reduced.
  • the amount of sludge generated by fluorine coagulation and precipitation can be reduced. Below, this effect will be specifically described with reference to a comparative example.
  • (Comparative Example 2) 8 is a schematic diagram showing an exhaust gas treatment system of Comparative Example 2.
  • the exhaust gas treatment system 100A of Comparative Example 2 differs from the exhaust gas treatment system 10A of the present embodiment in that it does not include an exhaust gas separation device 11.
  • the configuration other than the exhaust gas separation device 11 is basically the same as that of the exhaust gas treatment system 10A.
  • the daily discharge amount of the second wastewater 23b discharged from the wastewater treatment facility 13 is assumed to be, for example, 1,000 m3 /d.
  • the daily amount of fluorine contained in the second wastewater 23b is 2,000 kg/d.
  • the fluorine-based wastewater treatment device 14 subjects 2,000 kg/d of fluorine to coagulation and sedimentation treatment, and removes it as 8.4 tons of sludge material.
  • the daily discharge amount of wastewater discharged from the fluorine-based wastewater treatment device 14 is assumed to be 880 m3 /d.
  • the amount of wastewater treated by the total wastewater treatment device 15 is assumed to be 880 m3 /d.
  • the amount of second wastewater 23b discharged per day from the wastewater treatment facility 13 can be reduced from 1,000 m 3 /d in Comparative Example 2 to 500 m 3 /d.
  • the amount of fluorine contained in the second wastewater 23b per day can be reduced from 2,000 kg/d in Comparative Example 2 to 1,000 kg/d.
  • the fluorine-based wastewater treatment device 14 performs coagulation and sedimentation treatment of 1,000 kg/d of fluorine, and as a result, the amount of sludge can be reduced from 8.4 t in Comparative Example 2 to 4.2 t.
  • the amount of wastewater discharged per day from the fluorine-based wastewater treatment device 14 can be reduced from 880 m 3 /d in Comparative Example 2 to 440 m 3 /d, and the amount of wastewater treated by the total wastewater treatment device 15 can also be reduced from 880 m 3 /d in Comparative Example 2 to 440 m 3 /d.
  • the amount of fluorine treated by the fluorine-based wastewater treatment device 14 can be halved compared to Comparative Example 2. Therefore, the scale of the fluorine-based wastewater treatment device 14 can be reduced, and the amount of chemicals required for the coagulation and sedimentation treatment can be reduced.
  • the volume of the reaction tank 140 can be reduced to 6 m3 , the volume of the reaction tank 141 to 6 m3 , the volume of the coagulation tank 142 to 2 m3 , the area of the settling tank 143 to 2 m2 , and the membrane area of the dehydrator 144 to 28 m2 .
  • plant costs can be reduced by approximately 50%.
  • the input amount of Ca(OH) 2 when the input amount of Ca(OH) 2 is 4,200 kg/d, the input amount of PAC is 300 kg/d, and the input amount of NaOH (caustic soda) is 163 kg/d, in the exhaust gas treatment system 10A of this embodiment, the input amount of Ca(OH) 2 can be reduced to 2,100 kg/d, the input amount of PAC to 151 kg/d, and the input amount of NaOH to 82 kg/d. 7, the reduction in the amount of water and the amount of fluorine in the second wastewater 23b allows the scale of each of the reaction tank 150, the coagulation tank 151, and the flotation separation tank 152 to be reduced, and the scale of the piping connecting these tanks can also be reduced.
  • the volume of the reaction tank 150 can be reduced to 5 m3 , the volume of the coagulation tank 151 to 2 m3 , and the area of the flotation separation tank 152 to 1 m2 .
  • the plant cost can be reduced by about 50%.
  • the PAC input amount when the PAC input amount is 264 kg/d and the NaOH input amount is 143 kg/d, in the exhaust gas treatment system 10A of this embodiment, the PAC input amount can be reduced to 133 kg/d and the NaOH input amount can be reduced to 72 kg/d.
  • Table 2 shows the results of a comparison between this embodiment and Comparative Example 2.
  • each component of the exhaust gas treatment system 10 (10A) can be modified as appropriate without interfering with the action and effect described in each embodiment.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device 21 are arranged in any one of a one-to-one, one-to-many, many-to-one, and many-to-many connection configurations, or in a combination of two or more connection configurations, and the exhaust gas separation device 11 may be incorporated in at least one of the gas treatment devices 21.
  • Fig. 9 is a schematic diagram for explaining the connection between the abatement device 12 and the gas treatment device 21.
  • the solid arrows show schematic piping through which gas passes, and one solid line may show either a single pipe or multiple pipes.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device (film forming device) 21 are arranged in a many-to-many connection form, and the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21 are arranged in a many-to-many connection form.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided anywhere in the communication pipe connecting the decontamination device 12 and the gas treatment device (film forming device) 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for each gas treatment device (film forming device) 21 or each decontamination device 12, or may be provided in a collective section to which two or more gas treatment devices (film forming devices) 21 are connected, or in a collective section to which two or more decontamination devices 12 are connected.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided anywhere in the communication pipe connecting the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for each gas treatment device (dry etching) 21, or may be provided in a collective portion where two or more gas treatment devices (dry etching) 21 are connected.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device (film formation device) 21 are arranged in a one-to-one connection configuration, and the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21 are arranged in a one-to-one connection configuration.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for at least one gas treatment device (film formation device) 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for at least one gas treatment device (dry etching) 21.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device (film forming device) 21 are arranged in a many-to-one connection configuration, and the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21 are arranged in a many-to-one connection configuration.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided anywhere in the communication pipe connecting the decontamination device 12 and the gas treatment device (film forming device) 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for each decontamination device 12, or may be provided in a collective section where two or more decontamination devices 12 are connected.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided anywhere in the communication pipe connecting the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for each decontamination device 12, or may be provided in a collective section where two or more decontamination devices 12 are connected.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device (film formation device) 21 may be arranged in a one-to-many connection configuration.
  • the decontamination device 12 and the gas treatment device (dry etching) 21 may be arranged in a one-to-many connection configuration.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for at least one gas treatment device 21.
  • the connection between the decontamination device 12 and the gas treatment device (film formation device) 21 and the gas treatment device (dry etching device) 21 may be a combination of two or more of the four connection configurations of one-to-one, one-to-many, many-to-one, and many-to-many.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided for at least one of the gas treatment devices 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be incorporated in at least one gas treatment device 21 .
  • Fig. 10 is a schematic diagram showing an example of the arrangement of the exhaust gas separation device 11.
  • solid arrows are schematic diagrams showing pipes through which gas passes, and one solid line may show a single pipe or may show a plurality of pipes.
  • two abatement devices 12 and three gas treatment devices 21 are connected in a multiple-to-multiple configuration.
  • a film forming device or a dry etching device can be used as the gas treatment device 21.
  • Arrangement positions A1 to A6 indicate positions where the exhaust gas separation device 11 can be arranged.
  • Arrangement positions A1 and A2 indicate arrangement of two abatement devices 12 on the gas supply pipes.
  • Arrangement position A3 indicates arrangement at a joint of pipes from each gas treatment device 21.
  • Arrangement positions A4 to A6 indicate arrangement on pipes from each gas treatment device 21.
  • the exhaust gas separation device 11 may be provided at any of the arrangement positions A1 to A6.
  • the exhaust gas separation device 11 may also be provided at two or more of the arrangement positions A4 to A6. Furthermore, the exhaust gas separation device 11 may be provided at both the arrangement positions A1 and A2.
  • Fig. 11 is a schematic diagram showing another example of the arrangement of the exhaust gas separation device 11.
  • solid arrows typically indicate pipes through which gas passes.
  • the arrangement positions A1 to A9 of the exhaust gas separation device 11 are shown relative to one gas treatment device (film formation device) 21.
  • the gas treatment device (film formation device) 21 has four chambers 21a.
  • a pump 30 is provided in the piping on the discharge side of each chamber 21a.
  • the piping on the discharge side of each pump 30 merges into one.
  • Arrangement position A1 indicates the arrangement at the junction of the piping from each pump.
  • Arrangement positions A2 to A5 indicate the arrangement on the piping on the discharge side of each pump 30.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing yet another example of the arrangement of the exhaust gas separation device 11.
  • solid arrows are schematic diagrams showing pipes through which gas passes.
  • the chamber 21a, the pump 30, and the pipes are the same as those shown in FIG. 11.
  • a valve 31 is provided in the pipes from each pump 30, and two pipes are provided from before and after the valve 31 toward the exhaust gas separation device 11.
  • One of the two pipes is a supply line, and the other is a discharge line.
  • a valve 32 is provided in the supply line, and a valve 33 is provided in the discharge line.
  • Each supply line is connected to one line and connected to the exhaust gas separation device 11.
  • Each discharge line is also connected to one line and connected to the exhaust gas separation device 11.
  • each chamber 21a can be individually connected to the exhaust gas separation device 11. For example, when a cleaning process is performed for each chamber 21a in sequence, the chamber 21a in which the cleaning process is performed is connected to the exhaust gas separation device 11. This allows efficient recovery (separation) of exhaust gas. Furthermore, according to this arrangement, the amount of exhaust gas is the smallest and the concentration (load) of the gas to be treated can be increased compared to the arrangements shown in Figures 10 and 11, so that the recovery equipment can be made smaller and the recovery efficiency is improved. 12, the path switching unit using the valves 31 to 33 may be provided in at least one of the chambers 21a.
  • the number of the chambers 21a is not limited to four. The number of the chambers 21a may be two or more.
  • the valve 31 may be normally closed and the valves 32 and 33 may be normally open so that the exhaust gas from each gas treatment device 21 always passes through the exhaust gas separation device 11.
  • the valve 31 may be closed and the valves 32 and 33 may be opened so that the exhaust gas from each gas treatment device 21 always passes through the exhaust gas separation device 11 only during a time period when the amount of exhaust gas from each gas treatment device 21 is large.
  • the path switching unit using the valves 31 to 33 may be provided in a pipe other than the assembly of the pipes.
  • the path switching unit may be provided in at least one of the arrangement positions A1, A2, and A4 to A6 shown in FIG.
  • the path switching unit using the valves 31 to 33 can also be applied to the one-to-one connection, one-to-many connection, and many-to-many connection described with reference to Fig. 9.
  • a path switching unit using the valves 31 to 33 may be provided for at least one pipe as necessary.
  • the piping connecting the gas treatment device 21 and the abatement device 12 can be composed of a regular line and a reserve line.
  • a route switching unit using valves 31 to 33 may be provided in each of the regular line and the reserve line.
  • a route switching unit is provided at a junction of the piping of the regular lines, and similarly, a route switching unit is provided at a junction of the piping of the reserve lines.
  • the regular line is used, and the regular line is connected to the flue gas separation device 11 as necessary.
  • the reserve line is used, and the reserve line is connected to the flue gas separation device 11 as necessary.
  • a part of the piping connecting the gas treatment device 21 and the abatement device 12 may be a piping structure in which a plurality of pipes are connected in parallel.
  • a path switching unit using valves 31 to 33 may be provided for each pipe of the piping structure.
  • a collective portion of the pipes from each gas treatment device 21 may be the above-mentioned piping structure, and each pipe of this piping structure may be provided with a path switching unit.
  • the exhaust gas separation device 11 in a gas treatment device 21 that contains a large amount of a specific substance in the first gas 22a among the multiple gas treatment devices 21.
  • application of this technology makes it possible to reduce the plant costs of the abatement device 12 and the wastewater treatment facility 13, as well as the amount of chemicals and waste generated, and at the same time, it also makes it possible to reduce the amount of CO2 emissions caused by these activities.
  • the improvement method of this other embodiment is a method for improving an exhaust gas treatment system including a detoxification device 12 that receives exhaust gas containing a specific substance and makeup water, combusts the exhaust gas to detoxify the specific substance, and discharges wastewater in which the detoxified specific substance has been dissolved in the makeup water, and a wastewater treatment facility 13 that receives the wastewater, removes the specific substance from the wastewater, and recovers the wastewater from which the specific substance has been removed as the makeup water, and includes providing an exhaust gas separation device 11 that receives a first gas 22a containing the specific substance, recovers a portion of the specific substance contained in the first gas 22a, and discharges a second gas 22b, which contains less of the specific substance than the first gas 22a, as the exhaust gas to the detoxification device 12.
  • the recovery rate of the specific substance in the exhaust gas separation device 11 is set so that the supply amount per unit time of the specific substance supplied to the detoxification device 12 is less than the treatment amount per unit time of the specific substance treated by the detoxification device 12.
  • the supply amount of fluorine is assumed to be 2,000 kg/d, and the maximum fluorine processing amount of the abatement device 12 is assumed to be 1,000 kg/d.
  • fluorine recovery rate of the exhaust gas separation device 11 incorporated in the upstream stage of the abatement device 12 is set to 50%, fluorine can be removed by the abatement device 12 without changing the existing equipment.
  • the equipment that should be expanded in response to an increase in the supply amount of fluorine can be reduced so that the existing equipment can handle it, or it becomes possible to handle an increase in the load on the production side without increasing the wastewater treatment equipment and/or wastewater equipment.
  • an exhaust gas separation unit that receives a first gas containing a specific substance, separates a portion of the specific substance contained in the first gas, and discharges a second gas having a content of the specific substance less than that of the first gas; a solubilizing unit that processes the second gas to solubilize the specific substance; a dissolving section that dissolves the solubilized specific substance in supply water and discharges a first wastewater; a wastewater treatment facility that receives the first wastewater, removes the specific substances from the first wastewater, and recovers the wastewater from which the specific substances have been removed as make-up water for the supply water.
  • the wastewater treatment facility is configured to discharge a second wastewater containing the specific substance removed from the first wastewater; 2.
  • the first gas is a gas generated in one or both of a thin film formation process and a dry etching process.
  • Appendix 4 4. An exhaust gas treatment system according to any one of claims 1 to 3, wherein a decontamination device including the solubilization section and the dissolution section is connected to a gas treatment device that discharges the first gas via the exhaust gas separation section.
  • a plurality of the abatement devices and a plurality of the gas treatment devices are arranged, and the plurality of the abatement devices and the plurality of the gas treatment devices are connected in any one of a one-to-one, one-to-many, many-to-one, and many-to-many connection form, or in a combination of two or more connection forms;
  • the exhaust gas treatment system described in Appendix 4 wherein the exhaust gas separation unit is incorporated in a piping through which a gas containing the specific substance flows that is provided inside at least one of the multiple gas treatment devices, or in a piping through which a gas containing the specific substance flows that extends from the gas treatment device to the outside.
  • Appendix 6 6.
  • a method for remodeling an exhaust gas treatment system including: a detoxification device that treats exhaust gas containing specific substances to solubilize the specific substances, dissolves the solubilized specific substances in supply water, and discharges first wastewater; and a wastewater treatment facility that receives the first wastewater, removes the specific substances from the first wastewater, and recovers the wastewater from which the specific substances have been removed as make-up water for the supply water, comprising: A method for modifying an exhaust gas treatment system, comprising providing an exhaust gas separation device that receives a first gas containing the specific substance, separates a portion of the specific substance contained in the first gas, and discharges a second gas, which has a lower content of the specific substance than the first gas, as the exhaust gas to the abatement device.
  • Appendix 10 A method for modifying an exhaust gas treatment system as described in Appendix 9, in which the recovery rate of the specific substance in the exhaust gas separation device is set so that the amount of the specific substance supplied per unit time to the decontamination device is less than the amount of the specific substance treated by the decontamination device per unit time.

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Abstract

排ガス処理システム１０は、特定の物質を含む第１のガス２２ａを受け、第１のガス２２ａに含まれる特定の物質の一部を分離し、特定の物質の含有量が第１のガス２２ａよりも少ない第２のガス２２ｂを排出する排ガス分離装置１１と、第２のガス２２ｂを処理して特定の物質を可溶化し、可溶化された特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水２３ａを排出する除害装置１２と、第１の排水２３ａを受け、第１の排水２３ａから特定の物質を取り除き、特定の物質を取り除いた排水を供給水の補給水として回収する排水処理設備１３と、を有する。

Description

排ガス処理システム、排ガス処理方法および排ガス処理システムの改造方法
　本発明は、排ガス処理システム、排ガス処理方法および排ガス処理システムの改造方法に関する。
　半導体、液晶、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、太陽電池等の製造プロセスでは、パーフルオロ化合物（ＰＦＣ）ガスをはじめ様々なガスが使用されている。例えば、半導体製造工場では、ドライエッチング工程でＣＦ4、ＳＦ6、ＣＨＦ3などが使用され、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等の薄膜形成工程でＮＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8などが使用され、これらのＰＦＣガスを含む排ガスが生じる。ＰＦＣガスは、有害であり、温室効果ガスでもある。
　ＰＦＣガス等を含む排ガスを処理する設備として、排ガスを燃焼除害等により処理する排ガス処理設備（除害装置）が知られている（例えば、特許文献１等）。更に、排ガス処理設備からの排水を処理して排ガス処理設備に戻す排水処理設備も知られている（例えば、特許文献２等）。
特開２０２２－７２９８１号公報 特開２０２２－７０６０９号公報
　近年、半導体デバイスの微細化あるいは多層化により、半導体製造工程で用いられるガスの量は増加傾向にある。それに伴い、除害（又は分解）すべき有害物質の量も増加する。その結果、排ガス処理設備や排水処理設備の規模が大きくなり、プラントコストや運転コストが増加する。
　本発明の目的は、排ガス処理設備や排水処理設備の大規模化を抑制し、プラントコストおよび運転コストの増加を抑制可能な排ガス処理システム、排ガス処理方法、および排ガス処理システムの改善方法を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する排ガス分離部と、前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する可溶化部と、可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する溶解部と、前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備と、を有する、排ガス処理システムが提供される。
　本発明の別の態様によれば、特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する工程と、前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する工程と、可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する工程と、前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する工程と、を含む排ガス処理方法が提供される。
　本発明のさらに別の態様によれば、特定の物質を含む排ガスを処理して前記特定の物質を可溶化し、可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する除害装置と、前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備とを備える排ガス処理システムの改造方法であって、前記特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを前記排ガスとして前記除害装置へ排出する排ガス分離装置を設ける、排ガス処理システムの改造方法が提供される。
　本発明によれば、排ガス処理設備や排水処理設備の大規模化を抑制し、プラントコストおよび運転コストの増加を抑制することができる。
本発明の第１の実施形態による排ガス処理システムを示す模式図である。 図１に示す排ガス処理システムの除害装置の一例を示す模式図である。 図１に示す排ガス処理システムの排水処理設備の一例を示す模式図である。 比較例の排ガス処理システムを示す模式図である。 本発明の第２の実施形態による排ガス処理システムを示す模式図である。 図５に示す排ガス処理システムのフッ素系排出装置の一例を示す模式図である。 図５に示す排ガス処理システムの総排排出装置の一例を示す模式図である。 比較例の排ガス処理システムを示す模式図である。 除害装置とガス処理装置との接続形態を説明するための模式図である。 排ガス分離装置の配置の一例を示す模式図である。 排ガス分離装置の配置の別の例を示す模式図である。 排ガス分離装置の配置のさらに別の例を示す模式図である。 排ガス分離装置の配置のさらに別の例を示す模式図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態による排ガス処理システムの構成を示す模式図である。図１において、実線の矢印は配管を模式的に示したものである。図１を参照すると、排ガス処理システム１０は、排ガス分離装置（排ガス分離部）１１、除害装置（排ガス処理設備）１２、および排水処理設備１３を有する。
　本実施形態では、排ガス分離装置１１および除害装置１２は、製造棟２０に設置されている。製造棟２０には、特定の物質を含む第１のガス２２ａを排出する複数のガス処理装置２１が設けられている。除害装置１２は、排ガス分離装置１１を介して、少なくとも一つのガス処理装置２１と連通している。本実施形態では、除害装置１２は、排ガス分離装置１１を介して、薄膜形成工程を行うガス処理装置２１とドライエッチング工程を行うガス処理装置２１とに連通している。薄膜形成工程は、例えば、ＣＶＤ工程を含んでもよいが、これに限定されない。
　ドライエッチング工程では、例えば、ＣＦ4、ＳＦ6、ＣＨＦ3などのＰＦＣガスが使用され、薄膜形成工程では、例えば、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8などのＰＦＣガスや、ＳｉＨ４やＮＨ３、ＳｉＨ２ＣＬ２、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシアン）等の半導体材料ガスが使用される。また、ガス処理装置内のクリーニングのために、ＮＦ３やＣＬ２などのガスが使用される。ガス処理装置２１は、これらのガスを含む第１のガス２２ａを排出する。反応に使われなかったガスは、反応で使われ分解したガス（ＨＦ、ＣＯ2、分解ガス等）と共に排出される。各ガス処理装置２１において、第１のガス２２ａを排出するために、例えば、真空ポンプが用いられることがある。この場合、真空ポンプ以降の設備の保護や、安全上の目的から、多量の窒素（Ｎ2）ガスが導入されることがある。ここでは、第１のガス２２ａは、特定の物質を含む。特定の物質は、フッ素（Ｆ）およびフッ素化合物の一方または両方を含んでいてもよい。また、特定の物質は、窒素（Ｎ）および窒素化合物の一方または両方を含んでいてもよい。なお、特定の物質は、フッ素およびフッ素化合物や窒素およびフッ素化合物に限定されない。例えば、特定の物質は、炭素源（Ｃ）、塩素（Ｃｌ）、ケイ素（Ｓｉ）など、他の成分やその化合物を含んでいてもよい。換言すると、特定の物質は、フッ素、窒素、炭素、およびケイ素のうちの少なくとも１つの成分と該成分の化合物の一方または両方を含んでいてもよい。
　排ガス分離装置１１は、ガス処理装置（成膜装置）２１およびガス処理装置（ドライエッチング）２１がそれぞれ排出した第１のガス２２ａを受ける。第１のガス２２ａは、ガス処理装置２１から排出されたガスの分解物や副生成物を含んでいてもよい。排ガス分離装置１１は、第１のガス２２ａに含まれる特定の物質の一部を分離し、特定の物質の含有量が第１のガス２２ａよりも少ない第２のガス２２ｂを排出する。本実施形態では、特定の物質としてフッ素および／またはその化合物を想定しており、排ガス分離装置１１は、第１のガス２２ａに含まれるフッ素の一部を分離して回収する。この場合、例えば、排ガス分離装置１１は、フッ素を有価物として回収してもよい。
　排ガス分離装置１１は、第１のガス２２ａから特定の物質（ここでは、フッ素）を回収できるものであれば、どのような構成であってもよい。一般的なガス回収技術として、沸点差で分離する深冷蒸留法、吸脱着を繰り返す圧力スウィング吸着（ＰＳＡ）法や温度スウィング吸着（ＴＳＡ）法、ガス分離膜を使った膜分離法が知られている。これらガス回収技術のいずれか、または組み合わせを排ガス分離装置１１に適用してもよい。
　排ガス分離装置１１において特定の物質を分離して回収する場合、特定の物質の回収率Ｒ１は、回収対象物質や回収方法に応じて、原理的または現実的に可能な値に設定することができる。例えば、本実施形態では、特定の物質をフッ素とし、排ガス分離装置１１は、フッ素の回収率Ｒ１が５０％になるように構成されている。ここで、フッ素の回収率Ｒ１は、例えば、第１のガス２２ａがＮＦ3、ＣＦ4、ＳＦ6などの混合ガスである場合、フッ素負荷全量に対する回収率を示す。
　除害装置１２は、排水処理設備１３からの補給水２４を含む供給水と排ガス分離装置１１が排出した第２のガス２２ｂとを受ける。除害装置１２は、第２のガス２２ｂを燃焼して特定の物質を含む有害物質を除害し、分解された有害物質由来の成分を供給水に溶け込ませた排水を排出する。ここでは、特定の物質としてフッ素を想定しているため、除害装置１２は、フッ素を供給水に溶け込ませた第１の排水２３ａを排出する。
　除害装置１２の構成を具体的に説明する。図２は、除害装置１２の一構成例を示す模式図である。図２において、実線の矢印は液体が流れる配管を模式的に示したものであり、破線の矢印は気体が流れる配管を模式的に示したものである。図２を参照すると、除害装置１２は、可溶化部１２１と溶解部１２２を有する。可溶化部１２１は、第２のガス２２ｂを処理して特定の物質を可溶化する。溶解部１２２は、可溶化部１２１で可溶化された特定の物質を供給水２５に溶け込ませて第１の排水２３ａを排出する。供給水２５は、補給水２４を含んでもよい。
　可溶化部１２１は、例えばバーナを用いた燃焼処理が行われる燃焼室を含んでいてもよい。第２のガス２２ｂが燃焼室に供給され、熱分解反応によって第２のガス２２ｂが分解される（特定の物質の可溶化）。この場合、補給水２４を含む供給水２５で燃焼室を冷却してもよい。冷却に使用した水は、第１の排水２３ａとして排出される。
　溶解部１２２は、例えばガスに対して散水を行うスクラバーを含んでいてもよい。可溶化部１２１の燃焼室内のガスがスクラバーに供給される。スクラバー内では、散水により、ガス中に残っている特定の物質が水に溶け込む（溶解）。特定の物質が溶け込んだ水は、第１の排水２３ａとしてスクラバーの底部から排出される。
　なお、可溶化部１２１と溶解部１２２は、同一の装置であてもよい。また、可溶化部１２１を構成する燃焼室と溶解部１２２を構成するスクラバーとの組み合わせは上述したものに限定されない。例えば、燃焼室の入口側と出口側にそれぞれスクラバーを設けてもよい。また、燃焼室とスクラバーの間にガスに対して散水を行う洗煙室を設けてもよい。
　また、除害装置１２として、例えば、電気加熱やプラズマを用いて特定の物質を取り除く既存の除害装置を用いてもよい。このような除害装置の詳細な説明は省略するが、一般的な構成の装置を使用することができる。
　排水処理設備１３は、除害装置１２が排出した第１の排水２３ａを受ける。排水処理設備１３は、第１の排水２３ａから特定の物質（ここでは、フッ素）を取り除き、特定の物質を取り除いた排水を供給水２５の補給水２４として除害装置１２に供給する。排水処理設備１３は、さらに、取り除いた特定の物質を含む第２の排水２３ｂを排出する。
　図３に、排水処理設備１３の一例を示す。図３に示すように、排水処理設備１３は、原水槽１３０、熱交換器１３１、中和槽１３２、生物反応槽（生物処理）１３３、中間槽１３４、限外濾過装置（ＵＦ）１３５、中間槽１３６、逆浸透膜濾過装置（ＲＯ）１３７、および補給水槽１３８を有する。
　除害装置１２が排出した第１の排水２３ａは、被処理水として原水槽１３０に貯留される。原水槽１３０と熱交換器１３１は、配管を介して連通しており、この配管にポンプ１３９ａが設けられている。熱交換器１３１と中和槽１３２は、配管を介して連通している。中和槽１３２と生物反応槽１３３は、配管を介して連通している。生物反応槽１３３と中間槽１３４は、配管を介して連通している。中間槽１３４とＵＦ１３５は、配管を介して連通している。ＵＦ１３５と中間槽１３６は、配管を介して連通している。中間槽１３６とＲＯ１３７は、配管を介して連通しており、この配管にポンプ１３９ｂが設けられている。ＲＯ１３７と補給水槽１３８は、配管を介して連通している。補給水槽１３８には、排出用の配管が接続されており、この配管にポンプ１３９ｃが設けられている。ポンプ１３９ａ～１３９ｃを制御することで、原水槽１３０に貯留した被処理水を、適切なタイミングで、熱交換器１３１、中和槽１３２、生物反応槽１３３、中間槽１３４、ＵＦ（限外ろ過膜装置）１３５、中間槽１３６、ＲＯ（逆浸透膜装置）１３７、および補給水槽１３８に順に供給することができる。
　熱交換器１３１は、冷却水を用いた熱交換処理を行う。中和槽１３２は、中和剤を用いた中和処理を行う。中和した被処理水は、栄養剤を投入した後に、生物反応槽１３３に供給される。生物反応槽１３３は、生物処理を行う。生物反応槽１３３には、被処理水をばっ気する機構（微生物に必要な酸素を供給するためのエアバブリング機構）が設けられている。生物処理水は、中間槽１３４を介してＵＦ１３５に供給される。ＵＦ１３５は、微細孔径を有する複数本のＵＦ膜を用いて生物処理水を濾過する。ＵＦ１３５の濾過処理水は、中間槽１３６に貯留し、その後、分散剤およびスライムコントロール剤が投入されてＲＯ１３７に供給される。ＲＯ１３７は、複数本のＲＯ膜を用いてＵＦ１３５の濾過処理水をさらに濾過する。ＲＯ１３７の濾過処理水（透過水）は、補給水槽１３８に貯留される。この補給水槽１３８の貯留水は、ＮａＣＬＯが投入され、補給水２４として排出されて除害装置１２に供給される。ＵＦ１３５およびＲＯ１３７で分離された濃縮水は、第２の排水２３ｂとして排出される。
　上述した本実施形態の排ガス処理システム１０によれば、排ガス分離装置１１が第１のガス２２ａに含まれる特定の物質（フッ素等の成分）の一部を分離することで、除害装置１２に要求される冷却エネルギーの低減を図ることができる。その結果、除害装置１２や排水処理設備１３の大規模化を抑制し、プラントコストおよび運転コストの増加を抑制することができる。以下に、この作用効果について、比較例を挙げて具体的に説明する。
　（比較例１）
　図４は、比較例１の排ガス処理システムを示す模式図である。比較例１の排ガス処理システム１００は、排ガス分離装置１１を備えていない点で、本実施形態の排ガス処理システム１０と異なる。排ガス処理システム１００において、排ガス分離装置１１以外の構成は基本的に排ガス処理システム１０と同じである。
　排ガス処理システム１００では、各ガス処理装置２１が排出した第１のガス２２ａは、そのまま除害装置１２に供給される。このため、排ガス分離装置１１を備える構成に比べて、除害（又は分解）すべき有害物質の量が多くなり、それに伴って除害装置１２の発熱量が増大し、冷却に必要な供給水２５の量が増大する。その結果、除害装置１２の第１の排水２３ａの量が増大し、排水設備や回収設備の規模が大きくなり、プラントコストおよび運転コストが増大する。
　排ガスに含まれる特定の物質としてフッ素（Ｆ）を想定し、上記問題を具体的に説明する。排ガス処理システム１００において、除害装置１２に供給される第１のガス２２ａの一日当たりのフッ素の量を、例えば２，０００ｋｇ／ｄと仮定する。除害装置１２では、２，０００ｋｇ／ｄのフッ素を処理するのに必要な熱エネルギーが消費され、その発熱量に応じた量の供給水２５が使用される。除害装置１２が排出する第１の排水２３ａの一日当たりの排出量を２０，０００ｍ3／ｄと仮定する。第１の排水２３ａに含まれる一日当たりのフッ素の量は、２，０００ｋｇ／ｄである。なお、第１の排水２３ａには、フッ素以外の成分も含まれている。第２の排水２３ｂのＦ濃度は、例えば、２，０００ｍｇ／Ｌである。
　これに対して、本実施形態の排ガス処理システム１０では、段落排ガス分離装置１１が、第１のガス２２ａに含まれるフッ素の一部を回収する。ここでは、フッ素の回収率Ｒ１は５０％であるため、第１のガス２２ａの一日当たりのフッ素の量が２，０００ｋｇ／ｄであると仮定すると、除害装置１２に供給される第２のガス２２ｂの一日当たりのフッ素の量は１，０００ｋｇ／ｄとなる。除害装置１２では、１，０００ｋｇ／ｄのフッ素を処理するのに必要な熱エネルギーが消費され、その発熱量に応じた量の供給水２５が使用される。この供給水２５の量は、比較例１に比べて削減することができる。具体的には、除害装置１２が排出する第１の排水２３ａの一日当たりの排出量は、比較例１の２０，０００ｍ3／ｄに対して、１５，０００ｍ3／ｄに削減することができる。
　上記のように、本実施形態の排ガス処理システム１０によれば、比較例１と比較して、除害装置１２が排出する第１の排水２３ａの排出量およびその第１の排水２３ａに含まれるフッ素の量を低減することできる。これにより、除害装置１２および排水処理設備１３の規模を縮小し、プラントコストや運転コストを削減することができる。ここで、プラントコストの削減は、プラント設備の建設コストの削減や規模縮小による設置スペース縮小を含む。また、運転コストは、運転に関わるエネルギーコストや、分解された特定の物質（フッ素等の成分）を回収するために必要な中和剤などの薬品のコスト、汚泥などの廃棄物処理コストを含む。運転コストの削減は、薬品の投入量の削減やエネルギーコスト（電力消費量）の削減を含む。
　また、排ガス量の増加に伴い除害（又は分解）すべき有害物質の量が増加すると、除害装置のエネルギー消費量、発熱量が増大し、冷却する為の補給水、及び有害物質由来の成分を溶け込ませるに必要な補給水の量が増大する。その結果、除害装置の排水量及び負荷量が増大して、排水処理設備の規模が大きくなり、プラントコストや運転コストが増大する。本実施形態の排ガス処理システム１０によれば、除害装置１２が排出する第１の排水２３ａの排出量およびその第１の排水２３ａに含まれるフッ素の量を低減することできるため、排ガス量の増加に伴い除害（又は分解）すべき有害物質の量が増加しても、除害装置１２のエネルギー消費量、発熱量の増大、冷却する為の補給水、及び有害物質由来の成分を溶け込ませるに必要な補給水の量の増大を抑制することができる。その結果、除害装置１２の排水量及び負荷量の増大、排水処理設備１３の大規模化を抑制し、プラントコストや運転コストの増大を抑制することができる。
　具体的には、図２に示した除害装置１２において、第２のガス２２ｂの供給量低下と負荷量低下により、可溶化部１２１のバーナの燃料や電力等のエネルギー削減が可能である。供給水２５の供給量（必要量）の低下により、供給水２５を溶解部１２２に供給するための配管／給水ポンプ等の供給設備の規模／容量を削減／縮小することが可能である。第２のガス２２ｂの流量低下により、可溶化部１２１及び付帯設備の規模縮小、溶解部１２２及び付帯設備の規模縮小、第１の排水２３ａの排水用の配管／給水ポンプ等の供給設備の規模縮小が可能である。
　また、図３に示した排水処理設備１３において、第１の排水２３ａの水量減少により、原水槽１３０、熱交換器１３１、中和槽１３２、生物反応槽１３３、中間槽１３４、ＵＦ１３５、中間槽１３６、ＲＯ１３７、および補給水槽１３８のそれぞれの規模縮小が可能であり、これらを接続する配管の規模縮小も可能である。例えば、比較例１において、中和槽１３２の容積を２０９ｍ3、生物反応槽１３３の容積を８３４ｍ3とすると、本実施形態の排ガス処理システム１０では、中和槽１３２の容積を１５７ｍ3、生物反応槽１３３の容積を６２５ｍ3に削減することができる。
　また、第１の排水２３ａの水量減少により、冷却水、中和剤、栄養剤、分散剤、スライムコントロール剤、およびＮａＣＬＯの投入量（必要量）を削減することが可能である。さらに、第１の排水２３ａに含まれる成分であるＴＯＣ（全有機体炭素）負荷低下により、生物反応槽１３３の規模縮小が可能である。
　さらに、第１の排水２３ａに含まれる成分であるシリカ（珪酸）や固形物の負荷低下により、ＵＦ膜の本数を削減することができ、ＵＦ１３５の規模縮小が可能である。例えば、比較例１において、ＵＦ１３５が２２３本のＵＦ膜を備えるとすると、本実施形態の排ガス処理システム１０では、ＵＦ１３５のＵＦ膜の本数を１５０本に削減することが可能である。
　さらに、第２の排水２３ｂの成分（イオン類）の負荷低下により、ＲＯ膜の本数を削減することができ、ＲＯ１３７の規模縮小が可能である。例えば、比較例１において、ＲＯ１３７が１０１２本のＲＯ膜を備えるとすると、本実施形態の排ガス処理システム１０では、ＲＯ１３７のＲＯ膜の本数を６５５本に削減することが可能である。
　また、本実施形態の排ガス処理システム１０によれば、比較例１と比較して、排水処理設備１３の水回収率Ｒ２を改善することができる。例えば、排水処理設備１３の水回収率Ｒ２は、ＲＯ膜濃縮側のＣａＦ2スケールが律速となる可能性があり、ＲＯ膜濃縮側のフッ素濃度を同じ２０００ｍｇ／Ｌとした場合において、比較例１では９５％になるのに対して、本実施形態では９７％となる。
　なお、排水処理設備１３の水回収率Ｒ２は、排ガス分離装置１１のフッ素の回収率Ｒ１に応じて変化する。具体的には、除害装置１２からの排水量が一定の場合（排水処理設備１３への供給水量が一定の場合）、フッ素の回収率Ｒ１が高いほど、水回収率Ｒ２を高くすることができる。例えば、フッ素の回収率Ｒ１を７０％とすると、水回収率Ｒ２を９８％にすることができる。
　表１に、本実施形態（フッ素の回収率Ｒ１：５０％／７０％）と比較例１との比較結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　（第２の実施形態）
　図５は、本発明の第２の実施形態による排ガス処理システムの構成を示す模式図である。本実施形態の排ガス処理システム１０Ａは、水処理装置１６を有する点で、第１の実施形態と異なる。排ガス分離装置１１、除害装置１２、および排水処理設備１３は、第１の実施形態と同じであるため、ここでは、これらの構成の詳細な説明は省略する。
　水処理装置１６は、排水処理設備１３が排出した第２の排水２３ｂを受け、第２の排水２３ｂから特定の物質を除去する水処理を行う。ここでは、特定の物質としてフッ素を想定しており、水処理装置１６は、フッ素系排水装置１４および総排排水装置１５を有する。
　フッ素系排水装置１４は、第２の排水２３ｂを受け、第２の排水２３ｂに含まれているフッ素を凝集させて沈殿させる。図６に、フッ素系排水装置１４の具体的な構成を示す。図６に示すように、フッ素系排水装置１４は、反応槽１４０、１４１、凝集槽１４２、沈殿槽１４３、および脱水機１４４を有する。反応槽１４０と反応槽１４１は、配管を介して連通している。反応槽１４１と凝集槽１４２は、配管を介して連通している。凝集槽１４２と沈殿槽１４３は、配管を介して連通している。沈殿槽１４３と脱水機１４４は、配管を介して連通している。
　排水処理設備１３が排出した第２の排水２３ｂは、反応槽１４０に貯留される。反応槽１４０では、中和剤としてＣａ（ＯＨ）2（水酸化カルシウム）が投入される。水酸化カルシウムが投入された被処理水は、反応槽１４１に貯留される。反応槽１４１では、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）とＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）が投入される。ＰＡＣは、被処理水に含まれている濁質物を凝集し沈殿し易くする凝集剤である。ＮａＯＨは、被処理水のｐＨを調整するためのアルカリ剤である。
　反応槽１４１の貯留水は、凝集槽１４２を介して沈殿槽１４３に供給される。凝集槽１４２では、被処理水に含まれている濁質物が凝集し、微小な塊である凝集物（フロック）が析出する。沈殿槽１４３では、凝集物（フロック）が沈殿する。沈殿物は脱水機１４４に供給され、沈殿物を除去した被処理水は排水として総排排水装置１５に供給される。脱水機１４４では、沈殿物を脱水処理し、汚泥として排出する。
　以上は、水酸化カルシウムを用いた凝集沈殿法について述べたが、例えば、特許第５６５０１６４号のようなフッ化カルシウムの結晶を得る晶析反応装置を用いても良く、フッ素系排水装置１４はこれらの方式に限定されない。
　総排排水装置１５は、フッ素系排水装置１４が排出する排水を受け、中和処理を行う。図７に、総排排水装置１５の具体的な構成を示す。図７に示すように、総排排水装置１５は、反応槽１５０、凝集槽１５１、および浮上分離槽１５２を有する。反応槽１５０と凝集槽１５１は、配管を介して連通している。凝集槽１５１と浮上分離槽１５２は、配管を介して連通している。
　フッ素系排水装置１４の沈殿槽１４３から排出された排水は、反応槽１５０に貯留される。反応槽１５０では、ＰＡＣとＮａＯＨが投入される。反応槽１５０の貯留水は、凝集槽１５１を介して浮上分離槽１５２に供給される。凝集槽１５１では、被処理水に含まれている濁質物が凝集し、フロックが析出する。浮上分離槽１５２は、固液分離槽である。浮上分離槽１５２では、気体を加圧溶解させた加圧水が槽の下部から注入され、フロックに気泡を付けて浮力を与えることで浮上分離する。浮上分離槽１５２の貯留水のうち下部のきれいな水が、浮上分離処理水として排出される。浮上分離処理水は、例えば、河川や海洋に放流される他、回収水として再利用することが可能である。
　上述した本実施形態の排ガス処理システム１０Ａによれば、排ガス分離装置１１が第１のガス２２ａに含まれる特定の物質の一部を回収することで、除害装置１２に要求される冷却エネルギーの低減と水処理装置１６における特定の物質（ここでは、フッ素）の処理負荷の低減を同時に達成することができる。これにより、第１の実施形態で説明した効果に加えて、水処理装置１６に関して、設備の規模を縮小することができ、プラントコストおよび運転コストを削減することができる。加えて、フッ素凝集沈殿で発生する汚泥の量を低減することができる。以下に、この作用効果について、比較例を挙げて具体的に説明する。
　（比較例２）
　図８は、比較例２の排ガス処理システムを示す模式図である。比較例２の排ガス処理システム１００Ａは、排ガス分離装置１１を備えていない点で、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａと異なる。排ガス処理システム１００Ａにおいて、排ガス分離装置１１以外の構成は基本的に排ガス処理システム１０Ａと同じである。
　排ガス処理システム１００Ａにおいて、排水処理設備１３が排出する第２の排水２３ｂの一日当たりの排出量を、例えば１，０００ｍ3／ｄと仮定する。第２の排水２３ｂに含まれる一日当たりのフッ素の量は２，０００ｋｇ／ｄである。フッ素系排水装置１４は、２，０００ｋｇ／ｄのフッ素を凝集沈殿処理し、８．４ｔの汚泥物質として除去する。フッ素系排水装置１４が排出する排水の一日当たりの排出量を８８０ｍ3／ｄと仮定する。総排排水装置１５が処理する排水の量を８８０ｍ3／ｄと仮定する。
　本実施形態の排ガス処理システム１０Ａによれば、排水処理設備１３が排出する第２の排水２３ｂの一日当たりの排出量を、比較例２の１，０００ｍ3／ｄから５００ｍ3／ｄに削減することができる。また、第２の排水２３ｂに含まれる一日当たりのフッ素の量を、比較例２の２，０００ｋｇ／ｄから１，０００ｋｇ／ｄに低減することができる。これにより、フッ素系排水装置１４は、１，０００ｋｇ／ｄのフッ素を凝集沈殿処理することになり、その結果、汚泥量を、比較例２の８．４ｔから４．２ｔに削減することができる。また、フッ素系排水装置１４が排出する排水の一日当たりの排出量を、比較例２の８８０ｍ3／ｄから４４０ｍ3／ｄに削減することができ、これにより、総排排水装置１５で処理される排水量も、比較例２の８８０ｍ3／ｄから４４０ｍ3／ｄに削減することができる。
　上記のように、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａによれば、比較例２と比較して、フッ素系排水装置１４が処理するフッ素の量を半減することできる。よって、フッ素系排水装置１４の設備の規模を縮小することができ、凝集沈殿処理に必要な薬剤の投入量を削減することができる。
　具体的には、図６に示したフッ素系排水装置１４において、第２の排水２３ｂの水量低下およびフッ素量低下により、反応槽１４０、１４１、凝集槽１４２、沈殿槽１４３、および脱水機１４４のそれぞれの規模縮小が可能であり、これらを接続する配管の規模縮小も可能である。例えば、比較例２において、反応槽１４０の容積を１１ｍ3、反応槽１４１の容積を１１ｍ3、凝集槽１４２の容積を４ｍ3、沈殿槽１４３の面積を４ｍ2、脱水機１４４の膜面積を５６ｍ2とすると、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａでは、反応槽１４０の容積を６ｍ3、反応槽１４１の容積を６ｍ3、凝集槽１４２の容積を２ｍ3、沈殿槽１４３の面積を２ｍ2、脱水機１４４の膜面積を２８ｍ2に削減することができる。これら設備の縮小により、プラントコストを約５０％削減することができる。
　また、比較例２において、Ｃａ（ＯＨ）2の投入量を４，２００ｋｇ／ｄ、ＰＡＣの投入量を３００ｋｇ／ｄ、ＮａＯＨ（苛性ソーダ）の投入量を１６３ｋｇ／ｄとすると、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａでは、Ｃａ（ＯＨ）2の投入量を２，１００ｋｇ／ｄ、ＰＡＣの投入量を１５１ｋｇ／ｄ、ＮａＯＨの投入量を８２ｋｇ／ｄに低減することができる。
　また、図７に示した総排排水装置１５において、第２の排水２３ｂの水量低下およびフッ素量低下により、反応槽１５０、凝集槽１５１、および浮上分離槽１５２のそれぞれの規模縮小が可能であり、これらを接続する配管の規模縮小も可能である。例えば、比較例２において、反応槽１５０の容積を１０ｍ3、凝集槽１５１の容積を４ｍ3、浮上分離槽１５２の面積を２ｍ2とすると、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａでは、反応槽１５０の容積を５ｍ3、凝集槽１５１の容積を２ｍ3、浮上分離槽１５２の面積を１ｍ2に削減することができる。これら設備の縮小により、プラントコストを約５０％削減することができる。
　また、比較例２において、ＰＡＣの投入量を２６４ｋｇ／ｄ、ＮａＯＨの投入量を１４３ｋｇ／ｄとすると、本実施形態の排ガス処理システム１０Ａでは、ＰＡＣの投入量を１３３ｋｇ／ｄ、ＮａＯＨの投入量を７２ｋｇ／ｄに低減することができる。
　　表２に、本実施形態と比較例２との比較結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　以上説明した第１および第２の実施形態は、本発明の一例であり、排ガス処理システム１０（１０Ａ）の各構成要素は、各実施形態で説明した作用効果を妨げない範囲で、適宜に変更することができる。
　上述した第１および第２の実施形態において、除害装置１２とガス処理装置２１とは、一対一、一対多、多対一、および多対多のいずれか一つの接続形態で、または、２つ以上の接続形態の組み合わせで配置され、少なくとも一つのガス処理装置２１に対して排ガス分離装置１１が組み込まれていてもよい。
　図９は、除害装置１２とガス処理装置２１との接続形態を説明するための模式図である。図９において、実線の矢印はガスを通す配管を模式的に示したものであり、1つの実線は、単一の配管を示すものであってもよく、複数の配管を示すものであってもよい。
　図９（ａ）に示すように、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とが多対多の接続形態で配置され、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とが多対多の接続形態で配置されている。除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１との多対多の接続形態において、排ガス分離装置１１は、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とを接続する連通管のどこに設けられてもよい。例えば、排ガス分離装置１１は、ガス処理装置（成膜装置）２１毎または除害装置１２毎に設けられてもよく、２つ以上のガス処理装置（成膜装置）２１が接続された集合部または２つ以上の除害装置１２が接続された集合部に設けられてもよい。同様に、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１との多対多の接続形態において、排ガス分離装置１１は、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とを接続する連通管のどこに設けられてもよい。例えば、排ガス分離装置１１は、ガス処理装置（ドライエッチング）２１毎に設けられてもよく、２つ以上のガス処理装置（ドライエッチング）２１が接続された集合部に設けられてもよい。
　図９（ｂ）に示すように、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とが一対一の接続形態で配置され、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とが一対一の接続形態で配置されている。この場合、排ガス分離装置１１は、少なくとも一つのガス処理装置（成膜装置）２１に対して設けられてもよい。同様に、排ガス分離装置１１は、少なくとも一つのガス処理装置（ドライエッチング）２１に対して設けられてもよい。
　図９（ｃ）に示すように、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とが多対一の接続形態で配置され、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とが多対一の接続形態で配置されている。除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１との多対一の接続形態において、排ガス分離装置１１は、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とを接続する連通管のどこに設けられてもよい。例えば、排ガス分離装置１１は、除害装置１２毎に設けられてもよく、２つ以上の除害装置１２が接続された集合部に設けられてもよい。同様に、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１との多対一の接続形態において、排ガス分離装置１１は、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とを接続する連通管のどこに設けられてもよい。例えば、排ガス分離装置１１は、除害装置１２毎に設けられてもよく、２つ以上の除害装置１２が接続された集合部に設けられてもよい。
　また、図９には示されていないが、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１とが一対多の接続形態で配置されてもよい。同様に、除害装置１２とガス処理装置（ドライエッチング）２１とが一対多の接続形態で配置されてもよい。いずれの接続形態においても、排ガス分離装置１１は、少なくとも１つのガス処理装置２１に対して設けられてもよい。
　また、除害装置１２とガス処理装置（成膜装置）２１およびガス処理装置（ドライエッチング）２１との接続形態として、一対一、一対多、多対一、多対多の４つの接続形態のうちの２つ以上を組み合わせてもよい。この場合も、排ガス分離装置１１は、少なくとも１つのガス処理装置２１に対して設けられてもよい。
　また、上述した各接続形態において、排ガス分離装置１１は、少なくとも一つのガス処理装置２１内に組み込まれてもよい。
　以下、排ガス分離装置１１の配置例を具体的に説明する。
　図１０は、排ガス分離装置１１の配置の一例を示す模式図である。図１０において、実線の矢印はガスを通す配管を模式的に示したものであり、1つの実線は、単一の配管を示すものであってもよく、複数の配管を示すものであってもよい。
　図１０に示す例では、２台の除害装置１２と３台のガス処理装置２１との多対多の接続形態とされている。ガス処理装置２１には、成膜装置またはドライエッチング装置を用いることができる。配置位置Ａ１～Ａ６は、排ガス分離装置１１の配置が可能な位置を示す。配置位置Ａ１、A２はそれぞれ２台の除害装置１２のガス供給管への配置を示す。配置位置Ａ３は、各ガス処理装置２１からの配管の集合部分への配置を示す。配置位置Ａ４～Ａ６はそれぞれ各ガス処理装置２１からの配管への配置を示す。
　排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ１～Ａ６の何れに設けられてもよい。また、排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ４～Ａ６の２箇所以上に設けられてもよい。さらに、排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ１およびＡ２の両方に設けられてもよい。なお、ガス処理装置２１は２台以上であってもよく、この場合、排ガス分離装置１１は、１台以上のガス処理装置２１に対して設けられてもよい。また、除害装置１２は３台以上であってもよく、この場合、排ガス分離装置１１は、１台以上の除害装置１２に対して設けられてもよい。
　図１１は、排ガス分離装置１１の配置の別の例を示す模式図である。図１１において、実線の矢印はガスを通す配管を模式的に示したものである。
　図１１に示す例では、１台のガス処理装置（成膜装置）２１に対する排ガス分離装置１１の配置位置Ａ１～Ａ９が示されている。ガス処理装置（成膜装置）２１は、４台のチャンバー２１ａを備える。各チャンバー２１ａの排出側の配管にポンプ３０が設けられている。各ポンプ３０の排出側の配管は１つに合流している。配置位置Ａ１は、各ポンプからの配管の集合部分への配置を示す。配置位置Ａ２～Ａ５はそれぞれ各ポンプ３０の排出側の配管への配置を示す。配置位置Ａ６～Ａ９はそれぞれ各チャンバー２１ａの排出側の配管への配置を示す。
　排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ１～Ａ９の何れに設けられてもよい。また、排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ２～Ａ５の２箇所以上に設けられてもよい。さらに、排ガス分離装置１１は、配置位置Ａ６～Ａ９の２箇所以上に設けられてもよい。なお、チャンバー２１ａは、２台以上であってもよい。この場合、排ガス分離装置１１は、１台以上のチャンバー２１ａに対して設けられてもよい。
　図１２は、排ガス分離装置１１の配置のさらに別の例を示す模式図である。図１２において、実線の矢印はガスを通す配管を模式的に示したものである。チャンバー２１ａ、ポンプ３０および配管は図１１に示したものと同じである。各ポンプ３０からの配管にバルブ３１が設けられ、このバルブ３１の前後から排ガス分離装置１１に向かって２つの配管が設けられている。２つの配管のうちの一方の配管は供給ラインであり、他方の配管は排出ラインである。供給ラインにはバルブ３２が設けられ、排出ラインにはバルブ３３が設けられている。各供給ラインは１つのラインに連結して排ガス分離装置１１と接続されている。各排出ラインも１つラインに連結して排ガス分離装置１１と接続されている。
　チャンバー２１ａ毎に設けられた３つのバルブ３１～３３を操作することで、各チャンバー２１ａを個別に排ガス分離装置１１と接続することができる。例えば、各チャンバー２１ａに対して順にクリーニング工程を実施する場合に、クリーニング工程を実施するチャンバー２１ａを排ガス分離装置１１と接続する。これにより、排ガスの回収（分離）を効率的に行うことができる。また、本配置形態によれば、図１０及び図１１に示した配置形態と比較して、最も排ガス量が少なく、処理対象ガス濃度（負荷量）を高くすることができるので、回収設備を小さくすることができ、回収効率も向上する。
　なお、図１２に示した配置形態において、バルブ３１～３３を用いた経路切替部は、少なくとも１つのチャンバー２１ａに設けられてもよい。また、チャンバー２１ａの台数は４台に限定されない。チャンバー２１ａは２台以上であってもよい。
　図１３は、排ガス分離装置１１の配置のさらに別の例を示す模式図である。図１３において、実線の矢印はガスを通す配管を模式的に示したものであり、1つの実線は、単一の配管を示すものであってもよく、複数の配管を示すものであってもよい。除害装置１２、ガス処理装置２１および配管は図１０に示したものと同じである。
　図１３に示す例では、各ガス処理装置２１からの配管の集合部分にバルブ３１が設けられ、このバルブ３１から排ガス分離装置１１に向かって２つの配管が設けられている。２つの配管のうちの一方の配管は供給ラインであり、他方の配管は排出ラインである。供給ラインにはバルブ３２が設けられ、排出ラインにはバルブ３３が設けられている。３つのバルブ３１～３３を操作することで、各ガス処理装置２１を排ガス分離装置１１と接続することができる。
　例えば、バルブ３１を常時閉とし、バルブ３２、３３を常時開として、各ガス処理装置２１からの排ガスが常時、排ガス分離装置１１を通過するようにしてもよい。各ガス処理装置２１からの排ガス量が多くなる時間帯にのみ、バルブ３１を閉とし、バルブ３２、３３を開として、各ガス処理装置２１からの排ガスが排ガス分離装置１１を通過するようにしてもよい。
　なお、バルブ３１～３３を用いた経路切替部は、配管の集合部分以外の配管に設けることもできる。例えば、図１０に示した配置位置Ａ１、Ａ２、Ａ４～Ａ６の少なくとも１つの配置位置に経路切替部を設けてもよい。
　また、バルブ３１～３３を用いた経路切替部は、図９を参照して説明した一対一の接続形態、一対多の接続形態、および多対多の接続形態にも適用可能である。例えば、一対一の接続形態、一対多の接続形態、および多対多の接続形態において、必要に応じて、少なくとも１つの配管に対して、バルブ３１～３３を用いた経路切替部を設けてもよい。
　さらに、一対一の接続形態、一対多の接続形態、および多対多の接続形態において、ガス処理装置２１と除害装置１２とを接続する配管を、常用ラインと予備ラインで構成することができる。この場合、常用ラインと予備ラインのそれぞれにバルブ３１～３３を用いた経路切替部を設けてもよい。具体的には、常用ラインの配管の集合部分に経路切替部を設け、同様に、予備ラインの配管の集合部分に経路切替部を設ける。通常運転時は、常用ラインを使用し、必要に応じて常用ラインを排ガス分離装置１１と接続する。常用ラインのメンテナンス時は、予備ラインを使用し、必要に応じて予備ラインを排ガス分離装置１１と接続する。
　さらに、一対一の接続形態、一対多の接続形態、および多対多の接続形態において、ガス処理装置２１と除害装置１２とを接続する配管の一部を複数の配管を並列に接続した配管構造としてもよい。この場合、配管構造の各配管に対してバルブ３１～３３を用いた経路切替部を設けてもよい。具体的には、各ガス処理装置２１からの配管の集合部分を上記配管構造とし、この配管構造の各配管に経路切替部を設けてもよい。
　また、一対一の接続形態、一対多の接続形態、および多対多の接続形態において、排ガス分離装置１１は、複数のガス処理装置２１のうちの第１のガス２２ａに含まれる特定の物質の量が多いガス処理装置２１に対して配置することが好ましい。
　上述の通り、本技術の適用により、除害装置１２、排水処理設備１３のプラントコスト削減、薬品量、廃棄物量の削減が可能となるが、同時に、これらの活動によるＣＯ2排出量も削減可能となる。
　（他の実施形態）
　上述した排ガス処理システム１０、１０Ａはいずれも、既存の排ガス処理システムに排ガス分離装置１１を組み込むことで実現することが可能である。ここでは、除害装置１２と排ガス分離装置１１を組み合わせて用いる排ガス処理システムの改善方法について説明する。
　本他の実施形態の改善方法は、特定の物質を含む排ガスと補給水とを受け、排ガスを燃焼して特定の物質を除害し、除害した特定の物質を補給水に溶け込ませた排水を排出する除害装置１２と、上記排水を受け、該排水から上記特定の物質を取り除き、上記特定の物質を取り除いた排水を上記補給水として回収する排水処理設備１３とを備える排ガス処理システムの改善方法であって、上記特定の物質を含む第１のガス２２ａを受け、該第１のガス２２ａに含まれる上記特定の物質の一部を回収し、上記特定の物質の含有量が第１のガス２２ａよりも少ない第２のガス２２ｂを上記排ガスとして除害装置１２へ排出する排ガス分離装置１１を設けることを含む。除害装置１２に供給される特定の物質の単位時間当たりの供給量が、除害装置１２が処理する特定の物質の単位時間当たりの処理量よりも少なくなるように、排ガス分離装置１１の上記特定の物質の回収率が設定されている。
　上記の排ガス分離装置の組み込み方法によれば、排ガスに含まれる特定の物質の量が増大しても、除害装置１２の排出設備や排水処理設備１３の回収設備など、既存の設備を変更することなく、特定の物質を除害することができる。以下に、この効果を具体的に説明する。
　特定の物質がフッ素である場合を例に説明する。フッ素の供給量を２，０００ｋｇ／ｄと仮定し、除害装置１２のフッ素の最大処理量を１，０００ｋｇ／ｄと仮定する。この場合、除害装置１２の前段に組み込む排ガス分離装置１１のフッ素の回収率を５０％に設定すれば、既存の設備を変更することなく、除害装置１２でフッ素を除去することができる。換言すると、フッ素の供給量の増大に伴って拡大すべき設備を、既存の設備で対応できるように縮小することができる、または、排水処理設備および／または排水設備の増強無しで、製造側の負荷増量に対応することが可能となる。
　上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
（付記１）
　特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する排ガス分離部と、
　前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する可溶化部と、
　可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する溶解部と、
　前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備と、を有する、排ガス処理システム。
（付記２）
　前記排水処理設備は、前記第１の排水から取り除かれた前記特定の物質を含む第２の排水を排出するように構成され、
　前記第２の排水を受け、該第２の排水から前記特定の物質を除去する水処理を行う水処理装置をさらに有する、付記１に記載の排ガス処理システム。
（付記３）
　前記第１のガスは、薄膜形成工程およびドライエッチング工程の一方、または、両方で生じたガスである、付記１または２に記載の排ガス処理システム。
（付記４）
　前記可溶化部と前記溶解部とを含む除害装置が、前記排ガス分離部を介して、前記第１のガスを排出するガス処理装置と連通する、付記１から３のいずれか一つに記載の排ガス処理システム。
（付記５）
　前記除害装置と前記ガス処理装置とはそれぞれ複数配置され、複数の前記除害装置と複数の前記ガス処理装置とが、一対一、一対多、多対一、および多対多のいずれか一つの接続形態で、または、２つ以上の接続形態の組み合わせで接続され、
　前記排ガス分離部は、複数の前記ガス処理装置のうちの少なくとも一つのガス処理装置の内部に設けられた前記特定の物質を含むガスが流れる配管、または、当該ガス処理装置から外部に延びた前記特定の物質を含むガスが流れる配管に組み込まれている、付記４に記載の排ガス処理システム。
（付記６）
　複数の前記ガス処理装置からそれぞれ前記配管が延びており、前記排ガス分離部が、各ガス処理装置からの配管の集合部分に組み込まれている、付記５に記載の排ガス処理システム。
（付記７）
　前記特定の物質は、フッ素、窒素、炭素、およびケイ素のうちの少なくとも１つの成分と該成分の化合物の一方または両方を含む、付記１から６のいずれか一つに記載の排ガス処理システム。
（付記８）
　特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する工程と、
　前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する工程と、
　可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する工程と、
　前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する工程と、を含む排ガス処理方法。
（付記９）
　特定の物質を含む排ガスを処理して前記特定の物質を可溶化し、可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する除害装置と、前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備とを備える排ガス処理システムの改造方法であって、
　前記特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを前記排ガスとして前記除害装置へ排出する排ガス分離装置を設ける、排ガス処理システムの改造方法。
（付記１０）
　前記除害装置に供給される前記特定の物質の単位時間当たりの供給量が、前記除害装置が処理する前記特定の物質の単位時間当たりの処理量よりも少なくなるように、前記排ガス分離装置の前記特定の物質の回収率が設定されている、付記９に記載の排ガス処理システムの改造方法。
　以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０２３年１１月２９日に出願された日本出願特願２０２３－２０１７５５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１０　排ガス処理システム
　１１　排ガス分離装置
　１２　除害装置
　１３　排水処理設備
　２２ａ　第１のガス
　２２ｂ　第２のガス
　２３ａ　第１の排水
　２４　補給水

Claims (10)

  1. 　特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する排ガス分離部と、
    　前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する可溶化部と、
    　可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する溶解部と、
    　前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備と、を有する、排ガス処理システム。
  2. 　前記排水処理設備は、前記第１の排水から取り除かれた前記特定の物質を含む第２の排水を排出するように構成され、
    　前記第２の排水を受け、該第２の排水から前記特定の物質を除去する水処理を行う水処理装置をさらに有する、請求項１に記載の排ガス処理システム。
  3. 　前記第１のガスは、薄膜形成工程およびドライエッチング工程の一方、または、両方で生じたガスである、請求項１または２に記載の排ガス処理システム。
  4. 　前記可溶化部と前記溶解部とを含む除害装置が、前記排ガス分離部を介して、前記第１のガスを排出するガス処理装置と連通する、請求項１または２に記載の排ガス処理システム。
  5. 　前記除害装置と前記ガス処理装置とはそれぞれ複数配置され、複数の前記除害装置と複数の前記ガス処理装置とが、一対一、一対多、多対一、および多対多のいずれか一つの接続形態で、または、２つ以上の接続形態の組み合わせで接続され、
    　前記排ガス分離部は、複数の前記ガス処理装置のうちの少なくとも一つのガス処理装置の内部に設けられた前記特定の物質を含むガスが流れる配管、または、当該ガス処理装置から外部に延びた前記特定の物質を含むガスが流れる配管に組み込まれている、請求項４に記載の排ガス処理システム。
  6. 　複数の前記ガス処理装置からそれぞれ前記配管が延びており、前記排ガス分離部が、各ガス処理装置からの配管の集合部分に組み込まれている、請求項５に記載の排ガス処理システム。
  7. 　前記特定の物質は、フッ素、窒素、炭素、およびケイ素のうちの少なくとも１つの成分と該成分の化合物の一方または両方を含む、請求項１または２に記載の排ガス処理システム。
  8. 　特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを排出する工程と、
    　前記第２のガスを処理して前記特定の物質を可溶化する工程と、
    　可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する工程と、
    　前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する工程と、を含む排ガス処理方法。
  9. 　特定の物質を含む排ガスを処理して前記特定の物質を可溶化し、可溶化された前記特定の物質を供給水に溶け込ませて第１の排水を排出する除害装置と、前記第１の排水を受け、該第１の排水から前記特定の物質を取り除き、前記特定の物質を取り除いた排水を前記供給水の補給水として回収する排水処理設備とを備える排ガス処理システムの改造方法であって、
    　前記特定の物質を含む第１のガスを受け、該第１のガスに含まれる前記特定の物質の一部を分離し、前記特定の物質の含有量が前記第１のガスよりも少ない第２のガスを前記排ガスとして前記除害装置へ排出する排ガス分離装置を設ける、排ガス処理システムの改造方法。
  10. 　前記除害装置に供給される前記特定の物質の単位時間当たりの供給量が、前記除害装置が処理する前記特定の物質の単位時間当たりの処理量よりも少なくなるように、前記排ガス分離装置の前記特定の物質の回収率が設定されている、請求項９に記載の排ガス処理システムの改造方法。
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