专利名称：含氟废液的回收处理方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种废液(waste liquid)的回收处理方法及其设备，且特别是有关于一种含氟(fluorine)废液的回收处理方法及其设备。
背景技术：
随着气候变迁日益剧烈，全球各地发生涝灾与旱灾的机率也逐渐升高，进而导致越来越不容易有效地保存与利用人类生存所不可或缺的干净水资源。更重要的是，全球人口数量急速成长与工业科技的迅速发展，导致人类对于环境污染日益严重，更使得水资源的保存与利用问题越来越恶化。因此，如何能够有效地回收工业废水(industrial wastewater)中的污染物质，以降低污染物质对于环境的污染，已逐渐成为世界各国政府亟待解决的问题之一。
举例来说，在半导体产业中，氟化氢(hydrofluoric acid，化学式为HF，俗称氢氟酸)因具有能够溶解硅晶圆(silicon wafer)的特性，因此经常会被用来对硅晶圆进行浸蚀、清洗与刻划标记等工艺。然而，若未能有效回收上述工艺废水中的氟化物，则排放至环境中的工艺废水将会对环境造成污染。特别是工艺废水中的氟化物若是在动植物体内持续累积，不仅可能会使植物生长受阻与农作物产量减少，更可能会影响动物体内对于钙质的代谢，进而导致骨头与牙齿发生异常性的钙化。因此，部分国家已经立法，或者是倾向于立法，来限制废水中的氟化物含量。目前市场上通常是直接利用电透析(electro-deionization, EDI)法来回收废水中的氟化物。然而，这种做法必须使用到数量较多的电透析模块才能有效处理大量的废水，因此不仅回收成本会较高,回收效率也会较低。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种含氟废液的回收处理方法，以提高含氟废液的回收效率。为了解决上述问题，本发明还提供了一种含氟废液的回收处理设备，以降低含氟废液的回收成本。本发明提供一种含氟废液的回收处理方法，其包括下列步骤首先，在一含氟废液中加入一碱性溶剂(alkaline solvent),以形成一碱性废液(alkaline waste liquid);接着，利用一逆渗透膜(reverse osmosis membrane,RO membrane)将喊性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液；然后，再将高浓度废液分离为一含阴离子(anions)废液以及一含阳离子(cations)废液，以回收含阴离子废液。在本发明的一实施例中，上述的含氟废液的成分还包含过氧化氢(hydrogenperoxide，化学式为H2O2，俗称双氧水)，并且在将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液之前，还包括利用一催化剂(catalyst)去除碱性废液中的过氧化氢。其中，催化剂可为活性碳(activated carbon fibers, ACF)、二氧化猛(manganese dioxide,化学式为MnO2)或者是铁猛砂(manganese ore)。在本发明的一实施例中，上述的高浓度废液是利用一电透析模块或者是一离子交换树脂(ion exchange resin)分离为含阴离子废液以及含阳离子废液。本发明还提供一种含氟废液的回收处理设备，其包括一酸碱值调整槽(pHadjusting tank)、一逆渗透膜、一解离槽(ionization tank)以及一回收槽(collectingtank)，其中逆渗透膜配置于酸碱值调整槽与解离槽之间，并且回收槽连通于解离槽。酸碱值调整槽用以容纳一含氟废液，并且适于注入一碱性溶剂，以使含氟废液形成一碱性废液。逆渗透膜用以将碱性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液。解离槽用以将高浓度废液分离为一含阴离子废液以及一含阳离子废液。回收槽用以回收含阴离子废液。在本发明的一实施例中，上述的含氟废液的回收处理设备还包括容纳有一催化剂的一处理单元，而含氟废液的成分还包含过氧化氢，并且处理单元配置于酸碱值调整槽与逆渗透膜之间，用以利用催化剂去除碱性废液中的过氧化氢。其中，催化剂为活性碳、二氧 化猛或者是铁猛砂。在本发明的一实施例中，上述的解离槽中具有一电透析模块或者是一离子交换树月旨，并且高浓度废液利用电透析模块或者是离子交换树脂分离为含阴离子废液以及含阳离子废液。在本发明的一实施例中，上述的解离槽连通于酸碱值调整槽，用以将含阳离子废液当作碱性溶剂注入酸碱值调整槽中。在本发明的一实施例中，上述的含氟废液的回收处理设备还包括一贮存槽(storage tank)。贮存槽连通于酸碱值调整槽，用以贮存碱性溶剂，并且适于将碱性溶剂注入酸碱值调整槽中。在本发明的一实施例中，上述的碱性废液的酸碱值约为9. 5。在本发明的一实施例中，上述的含氟废液、碱性溶剂与含阳离子废液的成分皆包含钠离子(sodium ion,化学式为Na+)与钾离子(potassium ion,化学式为K+)至少其中之
O在本发明的一实施例中，上述的含氟废液的成分还包含硫酸根离子(sulfateion,化学式为SO广)与磷酸根离子(phosphate ion,化学式为PO广)至少其中之一。相较于现有技术，本发明不仅对于废液中氟化物(fluoride)的回收效率会较高，对于氟化物的回收成本也会因为可不需要使用到多个电透析模块而较低。
图I绘示出根据本发明一个实施例的一种含氟废液的回收处理方法的流程图。图2绘示出根据本发明另一个实施例的一种含氟废液的回收处理方法的流程图。图3绘示出根据本发明一个实施例的一种含氟废液的回收处理设备的结构示意图。图4绘示出根据本发明另一个实施例的一种含氟废液的回收处理设备的结构示意图。图中主要符号说明IOOaUOOb :含氟废液的回收处理设备
110:酸碱值调整槽120 :逆渗透膜130 :解离槽140:回收槽150疋存槽160、170、180 :泵190 :处理单元S100、S105、S110、S120、S130 :步骤。
具体实施例方式为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，以下特列举多个实施例，并配合附图，作详细说明。图I绘示出根据本发明一个实施例的一种含氟废液的回收处理方法的流程图。请参考图I所示，含氟废液的回收处理方法包括下列步骤首先，如步骤SlOO所示，在一含氟废液中加入一碱性溶剂，以将原来呈酸性的含氟废液的酸碱值调整至9. 5左右，进而形成一碱性废液；接着，如步骤SllO所示，再利用逆渗透膜将碱性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液；然后，如步骤S120所示，再对高浓度废液进行解离处理，以将高浓度废液分离为含有氟离子的一含阴离子废液以及一含阳离子废液；如此一来，如步骤S130所示，便能回收含有氟化物的含阴离子废液。更详细而言，由于碱性液体会使逆渗透膜带负电，因而会有利于逆渗透膜排斥同样是带负电的氟离子(fluorine ion，化学式为FO，进而在高浓度废液中保留更多的氟离子。因此，于此实施例中会先进行步骤S100，以藉由碱性溶剂将原来呈酸性的含氟废液调整为碱性废液。接着，在进行步骤SI 10，以利用逆渗透膜将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液时，便能够提高高浓度废液中的氟离子含量。此时，氟离子含量极低的低浓度废液便能够回收再利用，或者是排放至废水处理厂进行后续的一般废水处理工艺。然后，如步骤S120所示，再利用一电透析模块或者是一离子交换树脂来对高浓度废液进行解离处理，以将高浓度废液分离为含阴离子废液以及含阳离子废液。相较于现有技术，由于此实施例已先在步骤SllO中将浓度较低的含氟废液浓缩为高浓度废液，因此电透析模块或者是离子交换树脂便能够更有效率地将高浓度废液解离为含阴离子废液以及含阳离子废液。换句话说，相较于现有技术，此实施例能够以数量较少的电透析模块或者是离子交换树脂来处理相同体积的含氟废液。因此，相较之下，此实施例不仅具有较高的氟化物回收效率，也具有较低的回收成本。值得注意的是，为了简化上述工艺中的低浓度废液、含阴离子废液以及含阳离子废液等副产物的后续处理作业，碱性溶剂中所含有的阳离子成分最好是与含氟废液中所含有的主要阳离子成分相同，以避免上述副产物中的主要成分太过复杂。更详细而言，来自于半导体产业或者是其它产业的含氟废液的主要成分通常不会只包含有氟离子，可能还会包含有钠离子或者是钾离子等阳离子。举例来说，含氟废液的主要成分可为氟化钠(sodium fluoride,化学式为NaF)废液或者是氟化钾(potassiumfluoride，化学式为KF)废液。此时，碱性溶剂的主要成分便可为氢氧化钠(sodiumhydroxide,化学式为NaOH,俗称苛性钠，caustic soda)溶液或者是氢氧化钾(potassiumhydroxide,化学式为 KOH,俗称苛性钾，potassium soda)。另外，当含氟废液的主要成分包含有钠离子或者是钾离子时，在步骤S120中所产生的含阳离子废液的主要成分中，亦会包含有钠离子与钾离子至少其中之一。此时，含阳离子废液便可被当作用来调整含氟废液酸碱值的碱性溶剂 ，以进行重复利用。除此之外，于此实施例中，含氟废液的成分还可包含硫酸根离子(S042_)与磷酸根离子(PO43O至少其中之一。因此，在回收含阴离子废液时，除了可回收到氟化物之外，还可一并回收到硫酸根化合物与磷酸根化合物至少其中之一。图2绘示出根据本发明另一个实施例的一种含氟废液的回收处理方法的流程图。请参考图2所示，此实施例中的含氟废液的回收处理方法与前一实施例中的含氟废液的回收处理方法相似，二者不同之处在于此实施例中的含氟废液的主要成分还包含过氧化氢。因此，在进行步骤S110，以将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液之前，还包括进行步骤S105，以利用一催化剂去除碱性废液中的过氧化氢。其中，催化剂可为活性碳、二氧化锰或者是铁锰砂。其它步骤与前一实施例相同，于此不再赘述。为了让本领域技术人员能够更容易理解上述含氟废液的回收处理方法。以下将以具体实施例进一步揭露一种含氟废液的回收处理设备。然而，上述含氟废液的回收处理方法并非只能利用下述含氟废液的回收处理设备才能进行。图3绘示出根据本发明一个实施例的一种含氟废液的回收处理设备的结构示意图。请参考图3所示，含氟废液的回收处理设备IOOa包括一个酸碱值调整槽110、一个逆渗透膜120、一个解离槽130以及一个回收槽140。其中，逆渗透膜120配置于酸碱值调整槽110与解离槽130之间，并且回收槽140连通于解离槽130。酸碱值调整槽110用以容纳含氟废液，并且适于注入碱性溶剂，以将原来呈酸性的含氟废液调整为碱性废液。然后，再利用逆渗透膜120将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液。其中，氟离子含量极低的低浓度废液能够回收再利用，或者是排放至废水处理厂进行后续的一般废水处理工艺，而氟离子含量极高的高浓度废液则会注入解离槽130中，以利用解离槽130中的电透析模块或者是离子交换树脂进一步分离为含阴离子废液以及含阳离子废液。之后，再将含阴离子废液注入回收槽140进行回收。相同地，相较于现有技术，由于此实施例会先将浓度较低的含氟废液浓缩为高浓度废液，因此电透析模块或者是离子交换树脂便能够更有效率地将高浓度废液解离为含阴离子废液以及含阳离子废液。也因此，相较之下，此实施例不仅具有较高的回收效率，也具有较低的回收成本。另外，当含氟废液的主要成分还包含有钠离子或者是钾离子等阳离子时，可选择上述阳离子的氢氧化物来做为碱性溶剂的主要成分，以便简化低浓度废液、含阴离子废液以及含阳离子废液等副产物的后续处理作业。而且，于此实施例中，解离槽130亦可连通于酸碱值调整槽110。此时，还能够直接将含阳离子废液当做用来调整含氟废液酸碱值的碱性溶剂来注入酸碱值调整槽110中，以进行重复利用。值得注意的是，部分的阳离子会在上述工艺中随着低浓度废液被排放掉，因此含阳离子废液中的阳离子含量可能不足以在后续工艺中将含氟废液调整至所需酸碱值。因此，此实施例中的含氟废液的回收处理设备IOOa还可包括连通于酸碱值调整槽110并且用以贮存碱性溶剂的一个贮存槽150，以便根据需求量将碱性溶剂从贮存槽150注入酸碱值调整槽110中。此外，含氟废液的回收处理设备IOOa还可包括多个泵160、170以及180。其中，泵160可连接于酸碱值调整槽110与逆渗透膜120之间，用以将碱性废液从酸碱值调整槽110输送至逆渗透膜120。再者，泵170可连接于逆渗透膜120与解离槽130之间，用以将高浓度废液从逆渗透膜120注入解离槽130。另外，泵180则可连接于贮存槽150与酸碱值调整槽110之间，用以将碱性溶剂从贮存槽150注入至酸碱值调整槽110。除此之外，于此实施例中，含氟废液的成分还可包含硫酸根离子与磷酸根离子至少其中之一。因此，在回收含阴离子废液时，除了可回收到氟化物之外，还可一并回收到硫酸根化合物与磷酸根化合物至少其中之一。图4绘示出根据本发明另一个实施例的一种含氟废液的回收处理设备的结构示意图。请参考图4所示，此实施例中的含氟废液的回收处理设备IOOb与前一实施例中的含氟废液的回收处理设备IOOa相似，二者不同之处在于此实施例中的含氟废液的主要成分 还包含过氧化氢，因此含氟废液的回收处理设备IOOb还可包括配置于酸碱值调整槽110与逆渗透膜120之间的一个容纳有催化剂的一个处理单元190。其中，催化剂可为活性碳、二氧化锰或者是铁锰砂，用以在将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液之前，去除碱性废液中的过氧化氢。此时,泵160可连接于酸碱值调整槽110与处理单元190之间，用以将碱性废液从酸碱值调整槽110输送至处理单元190。其它组件的功能及连接关系与前一实施例相同，于此不再赘述。综合上述，由于碱性液体会使逆渗透膜带负电，因而会有利于逆渗透膜排斥氟离子，以便在高浓度废液中保留更多的氟离子。因此，本发明先将含氟废液的酸碱值调整为碱性，然后在利用逆渗透膜将碱性废液分离为高浓度废液以及低浓度废液时，便能提高逆渗透膜对于氟离子的回收效率；然后，再对高浓度废液进行处理，以将其分离为含阴离子废液以及含阳离子废液；之后，便能回收含有氟化物的含阴离子废液。因此，相较于现有技术，本发明不仅对于氟化物的回收效率会较高，对于氟化物的回收成本也会因为可不需要使用到多个电透析模块而较低。虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰。
权利要求
1.一种含氟废液的回收处理方法，其特征在于，该方法包括 在一含氟废液中加入一碱性溶剂，以形成一碱性废液； 利用一逆渗透膜将所述碱性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液；以及 将所述高浓度废液分离为一含阴离子废液以及一含阳离子废液，以回收所述含阴离子废液。
2.如权利要求I所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述含氟废液的成分还包含过氧化氢，并且，该方法还包括在将所述碱性废液分离为所述高浓度废液以及所述低浓度废液之前，利用一催化剂去除所述碱性废液中的所述过氧化氢。
3.如权利要求2所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述催化剂为活性碳、二氧化锰或者是铁锰砂。
4.如权利要求I所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述碱性废液的酸碱值约为9. 5。
5.如权利要求I所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述高浓度废液是利用一电透析模块或者是一离子交换树脂分离为所述含阴离子废液以及所述含阳离子废液。
6.如权利要求I所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述含氟废液、碱性溶剂与含阳离子废液的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
7.如权利要求I所述的含氟废液的回收处理方法，其特征在于，所述含氟废液的成分还包含硫酸根离子与磷酸根离子至少其中之一。
8.一种含氟废液的回收处理设备，其特征在于，该设备包括 一酸碱值调整槽，用以容纳一含氟废液，并且适于注入一碱性溶剂，以使所述含氟废液形成一碱性废液； 一逆渗透膜，用以将所述碱性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液； 一解离槽，所述逆渗透膜配置于所述酸碱值调整槽与解离槽之间，并且所述解离槽用以将所述高浓度废液分离为一含阴离子废液以及一含阳离子废液；以及 一回收槽，连通于所述解离槽，用以回收所述含阴离子废液。
9.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括容纳有一催化剂的一处理单元，并且所述含氟废液的成分还包含过氧化氢，其中所述处理单元配置于所述酸碱值调整槽与逆渗透膜之间，用以利用催化剂去除所述碱性废液中的过氧化氢。
10.如权利要求9所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述催化剂为活性碳、二氧化锰或者是铁锰砂。
11.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述碱性废液的酸碱值约为9.5。
12.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述解离槽中具有一电透析模块或者是一离子交换树脂，并且所述高浓度废液利用所述电透析模块或者是所述离子交换树脂分离为所述含阴离子废液以及含阳离子废液。
13.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述解离槽连通于所述酸碱值调整槽，用以将所述含阳离子废液当作碱性溶剂注入所述酸碱值调整槽中。
14.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，该设备还包括一贮存槽，连通于所述酸碱值调整槽，用以贮存所述碱性溶剂，并且适于将所述碱性溶剂注入所述酸碱值调整槽中。
15.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述含氟废液、碱性溶剂与含阳离子废液的成分皆包含钠离子与钾离子至少其中之一。
16.如权利要求8所述的含氟废液的回收处理设备，其特征在于，所述含氟废液的成分还包含硫酸根离子与磷酸根离子至少其中之一。
全文摘要
本发明提供了一种含氟废液的回收处理方法及其设备。所述的方法包括下列步骤首先，在一含氟废液中加入一碱性溶剂，以形成一碱性废液；接着，利用一逆渗透膜将碱性废液分离为一高浓度废液以及一低浓度废液；然后，再将高浓度废液分离为一含阴离子废液以及一含阳离子废液，以回收含阴离子废液。本发明还提供一种含氟废液的回收处理设备，其中形成于一酸碱值调整槽中的碱性废液经由逆渗透膜分离为高浓度废液以及低浓度废液之后，其中的高浓度废液会再于一解离槽中分离为含阴离子废液以及含阳离子废液，之后，再将含阴离子废液回收于一回收槽中。
文档编号C02F101/14GK102897940SQ20121002840
公开日2013年1月30日 申请日期2012年2月9日 优先权日2011年7月26日
发明者陈国益, 曹逸昌, 陈镜廉 申请人:兆联实业股份有限公司