卡罗酸废水处理系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种废水处理系统，特别是涉及一种卡罗酸废水处理系统。


背景技术：

2.卡罗酸又称为过氧一硫酸(h2so5)，主要是由高浓度的硫酸(h2so4)以及过氧化氢水溶液(h2o2)混合产生。卡罗酸是一种氧化性极高的无机酸，经常应用于氧化氰化物、蚀刻、脱色或除臭的工艺中。
3.举例来说，在半导体的曝光显影过程中，卡罗酸经常用于清除晶圆表面的光阻(光刻胶)残留物。在高温环境下，卡罗酸的强氧化性及脱水性可快速破坏有机物的碳氢键结，并将有机物分解为二氧化碳，以达到去除晶圆表面上的有机物的效果。
4.然而，使用后的卡罗酸废液，仍具有相当高的酸度及氧化性，若未妥善处理，具有极高的危险性。举例来说，卡罗酸若不慎与醚或酮类混合，会产生容易爆炸的危险物质(例如：过氧丙酮)。
5.现有技术中提供一种卡罗酸废水处理系统，其控制一加热器的温度为120 ℃至150℃，通过高温环境来达到分解卡罗酸的效果。然而，在此系统中，维持高温环境的耗能较高，且高温下容易发生连锁反应，会有系统温度失控的风险。
6.现有技术中提供另一种卡罗酸废水处理系统，其是于反应槽内添加催化剂(氧化锰、氧化铁)或还原剂(亚硫酸氢钠)，以将卡罗酸分解为硫酸铁溶液或硫酸钠溶液。然而，一般催化剂容易受腐蚀，一旦受腐蚀，会导致大量杂质(例如：锰或铁离子)析出。并且，添加催化剂或还原剂的成本较高。
7.因此，如何通过系统的改良，改善处理卡罗酸废水时产生的不便性，来克服上述的缺陷，已成为该项事业所欲解决的重要课题之一。


技术实现要素：

8.本实用新型所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种卡罗酸废水处理系统。
9.为了解决上述的技术问题，本实用新型所采用的其中一技术方案是提供一种卡罗酸废水处理系统。卡罗酸废水处理系统是用于处理含卡罗酸的一废水。卡罗酸废水处理系统包括：一预热装置、一微波催化装置及一碱式洗涤装置。预热装置具有一废水输入端以及一预热液输出端。微波催化装置与预热装置流体连通，微波催化装置是用于处理废水。微波催化装置具有一触媒固定床及一微波产生器。碱式洗涤装置与微波催化装置的一气体产物排放端流体连通。
10.更进一步地，卡罗酸废水处理系统进一步包括：一处理液收集槽，处理液收集槽与微波催化装置的一处理液排放端流体连通。
11.更进一步地，预热装置具有一热交换管件、一高温液接收端与一低温液排放端，热交换管件流体连通于高温液接收端与低温液排放端之间，高温液接收端与微波催化装置的
一处理液排放端流体连通。
12.更进一步地，卡罗酸废水处理系统进一步包括：一处理液收集槽，处理液收集槽与预热装置的低温液排放端流体连通。
13.更进一步地，微波产生器面对触媒固定床。
14.更进一步地，微波产生器环绕触媒固定床。
15.更进一步地，微波产生器通过一微波导波管与触媒固定床连通。
16.更进一步地，触媒固定床内填充有一触媒，触媒的体积填充量是触媒固定床的总体积的1/3至1/2。
17.更进一步地，触媒的平均粒径是1毫米至5毫米，所述触媒是表面披覆有铂金属触媒的陶瓷颗粒球、高密度球型活性炭触媒、碳化硅颗粒球或其组合物。
18.更进一步地，微波催化装置是一直立式微波催化装置，微波催化装置具有一预热液接收端、一处理液排放端与一气体产物排放端，预热液接收端位于微波催化装置的一底端，处理液排放端与气体产物排放端位于微波催化装置的一顶端。
19.本实用新型的其中一有益效果在于，本实用新型所提供的卡罗酸废水处理系统，其能通过“预热装置具有一废水输入端以及一预热液输出端”以及“微波催化装置具有一触媒固定床及一微波产生器”的技术方案，以达到处理废水的效果。在整体处理过程中，卡罗酸分解产生的过氧化氢可作为氧化剂，经由微波的诱导，过氧化氢可于触媒表面产生具强氧化力的自由基。并且，在自由基及触媒的协同作用下，废水中的卡罗酸可被分解，进而产生硫酸、氧气与水，以达到分解废水中卡罗酸的效果。
20.为使能更进一步了解本实用新型的特征及技术内容，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本实用新型加以限制。
附图说明
21.图1为本实用新型第一实施例的卡罗酸废水处理系统的示意图。
22.图2为本实用新型微波催化装置的剖视示意图。
23.图3为本实用新型第二实施例的卡罗酸废水处理系统的示意图。
具体实施方式
24.以下是通过特定的具体实例来说明本实用新型所公开有关“卡罗酸废水处理系统”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本实用新型的优点与效果。本实用新型可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本实用新型的构思下进行各种修改与变更。另外，本实用新型的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本实用新型的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本实用新型的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
25.本实用新型的卡罗酸废水处理系统可在较低的温度(80℃至120℃) 下进行，而具有较低的能耗。在处理的过程中，不需另外添加催化剂或还原剂，故不会有杂质产生。
26.本实用新型分解卡罗酸的机制包括：(1)施加微波诱导自由基产生，并在自由基与触媒的协同作用下分解卡罗酸；以及(2)施加微波加热卡罗酸，以进行热分解。具体来说，本实用新型的卡罗酸废水处理系统可将卡罗酸分解成硫酸、氧气及水。
27.[第一实施例]
[0028]
请参阅图1所示，本实用新型第一实施例提供一种卡罗酸废水处理系统，其包括：一预热装置1、一微波催化装置2、一碱式洗涤装置3以及一处理液收集槽4。
[0029]
预热装置1是用于预热废水，以便后续对废水进行处理。微波催化装置 2与预热装置1流体连通，微波催化装置2是用于分解废水中的卡罗酸，以形成一处理液，关于卡罗酸的具体分解方式，将于后叙述。碱式洗涤装置3 与微波催化装置2流体连通，碱式洗涤装置3是用于中和与洗涤，以去除微波催化装置2产生的一气体产物中的酸性气体(三氧化硫)。处理液收集槽 4与微波催化装置2流体连通，处理液收集槽4是用于收集微波催化装置2 产生的处理液。
[0030]
于一示范实施例中，预热装置1具有一废水输入端11及一预热液输出端 12。废水输入端11经配置以将废水引入预热装置1，本实用新型所指的废水包含卡罗酸。举例来说，半导体晶圆清洗工艺产生的废水中包括浓度为40wt％至80wt％的卡罗酸。预热液输出端12经配置以排出加热后的废水。预热装置1可以将废水加热至60℃至70℃。
[0031]
于一些实施例中，预热装置1可装设有一加热装置，直接加热废水。于另一些实施例中，预热装置1可设置有一热交换管件，通过导入其他温度较高的流体，以达到间接加热废水的效果。
[0032]
于实际使用时，预热装置1的废水输入端11可通过一第一输送管线a1 引进废水。废水可先经过一道或多道预处理工序，然后再被导入第一输送管线a1，预处理工序可以是物理处理工序(如筛除、调匀等)，以去除废水中的固体悬浮颗粒杂质或调整卡罗酸的浓度。
[0033]
在一些实施例中，卡罗酸废水处理系统可进一步包括一废水储槽(图中未显示)，用以存放待处理的废水，且废水储槽可通过第一输送管线a1与预热装置1的废水输入端11连通。
[0034]
于一示范实施例中，微波催化装置2具有一预热液接收端21、一气体产物排放端22及一处理液排放端23。预热液接收端21经配置以接收预热装置 1加热后的废水。气体产物排放端22经配置以排出微波催化装置2产生的气体产物(三氧化硫、氧气、水气)。处理液排放端23经配置以排出微波催化装置2产生的处理液。
[0035]
于实际使用时，微波催化装置2的预热液接收端21可通过一第二输送管线a2与预热装置1的预热液输出端12流体连通。
[0036]
请参阅图2所示，微波催化装置2具有一本体20，本体20的一底端形成有预热液接收端21，本体20的一顶端形成有气体产物排放端22及处理液排放端23。也就是说，微波催化装置2可以是一直立式微波催化装置，由底端导入废水，再由顶端排出处理液。
[0037]
本体20内部具有一触媒固定床24，且触媒固定床24流体连通于本体20 的底端与顶端之间。因此，经由预热液接收端21流入的废液，会流经触媒固定床24，再流出催化反应装置2。
[0038]
触媒固定床24可以是一石英材质的触媒固定床。触媒固定床24填充有颗粒状的一触媒25。触媒25的材料可以是表面披覆有铂金属触媒的陶瓷颗粒球、高密度球型活性炭触
媒、碳化硅颗粒球或其组合物。触媒25的平均粒径为1毫米至5毫米。并且，以整体触媒固定床24的总体积为基准(100体积百分比)，触媒25于触媒固定床24的体积填充量为1/3至1/2(33.3体积百分比至50体积百分比)。
[0039]
微波催化装置2具有一微波产生器26。微波产生器26面对触媒固定床 24，以施加微波至触媒固定床24。于一示范实施例中，微波产生器26环绕于触媒固定床24外，如此一来，微波产生器26可稳定持续地提供微波，并可防止微波泄漏。
[0040]
于一示范实施例中，微波产生器26通过一微波导波管27与触媒固定床 24连通。微波产生器26通过微波导波管27正对于触媒固定床24中的触媒 25，以达到最佳的分解效果。较佳的，微波产生器26的微波波长范围可设定为0.9ghz至2.45ghz。
[0041]
具体来说，卡罗酸与水混合后，会水解产生硫酸与过氧化氢(式(i))，过氧化氢在高温环境下容易分解成氧气及水(式(ii))。因此，由式(iii) 可得知，卡罗酸经分解后会产生硫酸、氧气及水。
[0042]
式(i)：
[0043]
式(ii)：2h2o2→
o2+2h2o。
[0044]
式(iii)：h2so5+h2o
→
h2so4+0.5o2+h2o。
[0045]
将废水导入触媒固定床24后，废水中的过氧化氢会受到微波诱导，于触媒25表面产生自由基。接着，卡罗酸(h2so5)会与自由基(例如：氢氧自由基)反应分解，并产生硫酸、氧气及水。另外，硫酸在高温环境下容易分解产生三氧化硫，故微波催化装置2产生的气体产物中会包括氧气及三氧化硫，微波催化装置2产生的处理液包括硫酸及水。
[0046]
于一示范实施例中，微波催化装置2在稳定状态时的反应温度为80℃至120℃，且废水在触媒固定床24内的平均滞留时间为5分钟至20分钟。经由微波催化装置2处理后，处理液中卡罗酸的残留浓度小于5ppm。
[0047]
碱式洗涤装置3具有一气体产物接收端31，气体产物接收端31经配置以接收微波催化装置2产生的气体产物。碱式洗涤装置3可中和气体产物中的三氧化硫，以将不具污染性的氧气排出。
[0048]
于实际使用时，碱式洗涤装置3的气体产物接收端31可通过一气体输送管线b1流体连通于微波催化装置2的气体产物排放端22。
[0049]
处理液收集槽4具有一处理液接收端41，处理液接收端41经配置以接收微波催化装置2产生的处理液。于实际使用时，处理液收集槽4的处理液接收端41可通过一第三输送管线a3与微波催化装置2的处理液排放端23流体连通。
[0050]
由于卡罗酸及硫酸具有高腐蚀性的特性，预热装置1、微波催化装置2、碱式洗涤装置3及处理液收集槽4需以耐腐蚀性高的材料制成，例如：石英、钽金属或合金、聚四氟乙烯或全氟烷氧基烷烃聚合物。
[0051]
[第二实施例]
[0052]
请参阅图3所示，本实用新型第二实施例提供一种卡罗酸废水处理系统，第二实施例的卡罗酸废水处理系统与第一实施例的卡罗酸废水处理系统(图 1)相似，其差异在于：第三输送管线a3连体流通于微波催化装置2与预热装置1之间，以将处理液导入预热装置1中。并且，卡罗酸废水处理系统进一步包括一第四输送管线a4，第四输送管线a4连体流通于预热装置1与处理液收集槽4之间，以收集处理液。
[0053]
于一示范实施例中，预热装置1还具有一热交换管件、一高温液接收端 13与一低温液排放端14，热交换管件流体连通于高温液接收端13与低温液排放端14之间。第三输送管线a3流体连通高温液接收端13以及微波催化装置2的处理液排放端23，因此，第三输送管线a3可将高温的处理液导入预热装置1中，高温的处理液便可与废水进行热交换，达到加热废水的效果。
[0054]
在第二实施液中，处理液收集槽4是与预热装置1流体连通。于实际使用时，处理液收集槽4的处理液接收端41可通过第四输送管线a4与预热装置1的低温液排放端14流体连通，以接收经热交换后的低温处理液。
[0055]
[实施例的有益效果]
[0056]
本实用新型的其中一有益效果在于，本实用新型所提供的卡罗酸废水处理系统，其能通过“预热装置具有一废水输入端以及一预热液输出端”以及“微波催化装置具有一触媒固定床及一微波产生器”的技术方案，以达到处理废水的效果。在整体处理过程中，卡罗酸分解产生的过氧化氢可作为氧化剂，经由微波的诱导，过氧化氢可于触媒表面产生具强氧化力的自由基。并且，在自由基及触媒的协同作用下，废水中的卡罗酸可被分解，进而产生硫酸、氧气与水，以达到分解废水中卡罗酸的效果。
[0057]
更进一步来说，可进一步配置使微波产生器面对触媒固定床，或是通过微波导波管的设置，使微波产生器面对触媒固定床，如此一来，可确保微波产生器产生的微波，被触媒固定床完整吸收。综合上述两者的配置关系，可将微波产生器环绕设置于触媒固定床外，并以微波导波管连通微波产生器与触媒固定床。因此，本实用新型通过调整触媒固定床及微波产生器的相对设置关系，而可优化废水的处理效果。
[0058]
更进一步来说，可进一步控制触媒在固定床反应中的填充比例以及触媒的颗粒大小。通过控制触媒固定床内触媒的规格尺寸，可优化废水的处理效率，以在短时间内处理大量的废水。
[0059]
以上所公开的内容仅为本实用新型的优选可行实施例，并非因此局限本实用新型的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本实用新型说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本实用新型的权利要求书的保护范围内。