专利名称：一种纤维超过滤方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及的纤维超过滤方法和设备，特别涉及到处理切割研磨废水的纤维超过滤方法和设备。
背景技术：
在本发明提出来之前，半导体工业不断追求制作微缩化的与高集成度的集成电路，对于平坦化技术的需求显得更加重要。其中，化学机械研磨技术(chemical mechanical polishing CMP)成为最受瞩目的表面平坦化微细加工关键技术，也因此逐渐被广泛使用。
然而，在运用CMP技术的过程中，有大量的研磨废水产生。根据统计CMP研磨废水量占半导体制作过程中总废水量的15～25％。CMP研磨废水主要产生途径在于研磨过程中所排放的研磨废液(包含研磨液与研磨产生的研磨屑)以及研磨后以大量超纯水清洗所产生的清洗废水。研磨废水中主要含有(1)高浓度的，化学性质稳定的微细研磨粉体(如SiO2，Al2O3)、(2)研磨碎屑(如W，Al，Cu)、(3)缓冲剂及其他添加剂、(4)大量清洗废水。若不经过处理而直接排放研磨废液，势必对环境造成污染，且造成水资源严重浪费。
目前对于切割研磨废水的处理方法，主要有下列两大类(1)传统化学混凝法切割研磨废水中含有大量极微细悬浮颗粒，呈高度稳定分散状态。故在适当的PH环境下添加适量的化学药剂，改变颗粒表面性质，使颗粒呈现非稳定状态，进一步使颗粒能相互接触而凝聚。但化学药剂的加入量实在难以有效控制，加量过多则成本太大，加量不足则混凝效果不佳。此外加入化学药剂会影响水的纯净度，难以作为回收水再利用；混凝沉淀后所产生的大量污泥，会使处理成本再增高。
(1)薄膜过滤法近年来薄膜过滤已被广泛结合运用在切割研磨废水的处理上，如微过滤法(Microfiltration，MF)、超过滤法(Ultrafiltration，UF)、陶瓷过滤法(Ceramicfiltration)等。该方法能克服切割研磨废水中微细悬浮颗粒种类多，粒径分布广，悬浮稳定性高等特性。无需添加化学药剂，也无污泥处理问题，便能将切割研磨废水中所含微细悬浮颗粒有效滤除，所得到的过滤水的水质较好，可予以回收作为冷却塔补充水、洗涤塔清洗水或一般清洗用途，整体可回收水量可达85％以上。
然而，由于切割研磨废水中含有大量微细悬浮颗粒，颗粒的粒径分布相当广。若薄膜的孔径选用不当，势必加速滤膜阻塞及材质劣化时间，以致薄膜过滤方法的应用受到极大的障碍与限制。此外，薄膜过滤方法的操作成本及维护成本比较高，特别是与薄膜过滤方法中其他固定投资相比较，薄膜的价格相对较高。在正常的操作情况下，MF膜的寿命大约是五年，UF膜的寿命大约是一年。若薄膜选用不当或操作不当而骤减薄膜寿命，就可能致使整体处理成本倍增，水回收所取得的效益难以与之抗衡。
本
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提出一种在处理切割研磨废水时过滤效果佳，滤材寿命长，处理成本低，且过滤水可作为纯净水再利用的纤维超过滤方法和设备。
本发明是通过以下的技术措施来实现的。在纤维过滤器和超过滤器中，切割研磨废水经过纤维预过滤步骤和超过滤步骤获得可回收纯净水。并在运行一段时间后，利用可回收纯净水对超过滤膜和纤维过滤层进行反洗步骤。
在所述的纤维过滤器中，实施切割研磨废水的纤维预过滤步骤。在该容器上安装有切割研磨废水和反洗水的进口，纤维过滤水和反洗浓缩废水的出口以及安放在纤维过滤层上方的可上下活动的多孔板。所述的纤维过滤层由软质呈束状、且滤径介于1～10μm的纤维构成。多孔板的上下活动能调整纤维过滤层的滤径。当多孔板下压时纤维过滤层的滤径逐渐缩小，用以准备进行纤维预过滤步骤；当多孔板上移放松时纤维过滤层的滤径松弛增大，用以准备进行反洗步骤。
在进行纤维预过滤步骤时，控制多孔板向下堆压纤维过滤层，致使纤维过滤层的密度由上向下递增，且滤径由上向下递减。此时，切割研磨废水进入纤维过滤器，依靠重力导流作用而由上向下地垂流，经过纤维过滤层，切割研磨废水中大于1μm的微细悬浮颗粒被有效地滤阻下来，水液部分即能顺利流过纤维过滤层成为干净的纤维过滤水而流出来。
随后干净的纤维过滤水在超过滤器中，实施超过滤步骤。在该容器上安装有纤维过滤水，反洗水和空气导管的进口，可回收纯水和反洗废水的出口，溢流废水的出口；内部有安放超过滤膜的塑料材质的保护管。在该保护管的底部有空气喷头。呈卷状的，由良好的亲水性的材质制成的，滤径约介于0.01～0.05μm的浸泡式超过滤膜安放在保护管内。
将干净的纤维过滤水自下往上地导送入超过滤器的塑料保护管内，且经过超过滤膜的外膜面形成错流(cross flow)。在超过滤膜的中心的真空抽吸作用形成了中心的负压环境，造成膜外与膜内的压差效应。干净的纤维过滤水由膜外错流穿透超过滤膜到达膜内，水中所含粒径大于0.01～0.05μm以上的微细悬浮颗粒被超过滤膜所滤除，获得水质极佳的可回收纯净水。纤维过滤水与超过滤膜的外膜面所形成的剪切应力，抑制了超过滤膜的外膜面上的滤饼的成长；同时通过塑料保护管底部的空气喷头输入空气，也能减少微细悬浮颗粒在超过滤膜上的附着量，并进一步增加干净的纤维过滤水的穿透能力与滤液流量。
此外，在纤维过滤初期，纤维过滤器的纤维上会形成由所拦阻的微细悬浮颗粒沉积成的动态过滤层(dynamic layer)。此动态过滤层结构更为致密而能进一步滤除粒径小于1μm的悬浮微粒，有助于纤维过滤水质的再提升。
干净的纤维过滤水经过错流式超过滤步骤形成水质极佳的可回收纯净水。而极少部分未穿透超过滤膜的纤维过滤水则会形成溢流废水，并持续回流到进入纤维过滤器的切割研磨废水中。
上述的超过滤膜的材质可以是CA(聚二醋酸纤维素)，PS(聚砜)，PES(聚酯)，PVDF(聚偏二氟乙烯)和PVC(聚氯乙烯)。一般市场上均可购得。
当过滤作业持续进行一定时间之后，或滤液流量降低到规定的数值以下，或过滤压差增大到规定的数值以上时，过滤作业将接续进入反洗步骤。从已经得到的可回收纯净水中抽取0.5～5％作为反洗水。
在反洗纤维过滤层时，先推动多孔板上移而放松纤维过滤层，纤维过滤层的滤径因此而放大，反洗水则由下往上地导入纤维过滤层。吸附，沉积在纤维过滤层表面的微细悬浮颗粒被反洗水及空气冲洗下来，形成反洗浓缩废水，并被导入另外设制的废水池内等待处理。反洗纤维过滤层时用的反洗水可以利用可回收纯净水也可以利用原先进入纤维过滤器的切割研磨废水。反洗过后的纤维过滤层呈干净状态，而重新恢复过滤性能以供再使用。
在反洗超过滤膜时，反洗水被自上而下地导送入超过滤膜的内部中，并由膜内错流式地穿透至膜外，以将沉积于超过滤膜外膜面上的附著物去除，形成反洗废水导入切割研磨废水以重复进行过滤。反洗过后的超过滤膜重新恢复过滤性能以重复使用。
本发明采用上述技术措施后，切割研磨废水经过纤维过滤和超过滤处理后，原本所含高浓度微细悬浮颗粒近乎完全滤除。得到悬浮固体量几乎等于零的极佳水质可直接作为高品质纯净水回收利用。超过滤膜呈卷状而过滤流量大，整体过滤成效好。纤维过滤和超过滤处理过程中，耗损水量极少；反洗水仅占所得过滤水液的0.5～5％。超过滤器的反洗废水导入切割研磨废水可以重复进行过滤，不会造成水资源的浪费；纤维过滤器的反洗水可以利用切割研磨废水。因此整体水回收效率极佳而高达95％以上。纤维过滤层的滤径，密度可以扩缩调整，反洗时所吸附的颗粒会轻松洗出，纤维过滤层可以维持既有的过率性能，故纤维过滤层的使用寿命会长达十年之久；切割研磨废水先经纤维过滤得到干净的纤维过滤水，再经超过滤处理可以有效降低超过滤器的负荷，有效抑制超过滤膜阻塞与受污染情况，延长使用寿命。整个处理过程可以长期维持稳定，良好的过滤成效。使用寿命的延长能有效地降低滤材更换频率与滤材成本，致使整个操作维护处理成本相对低廉。
本发明并不限用于切割研磨废水的处理，还可以用于对河水，湖水，海水等进行水质直接过滤处理。可以得到水质优於传统化学混凝法所得的回收水。
附图1为处理切割研磨废水的实施例的步骤图。
附图2为处理切割研磨废水的实施例中的过滤工艺及设备图。
附图3为处理切割研磨废水的实施例中的反洗工艺图。
图中1为纤维过滤器，2为超过滤器，3为反洗浓缩废水池，11为多孔板，12为纤维过滤层，21为超过滤膜，22为塑料材质的保护管，23为空气喷头。
相应的物料流动编号如下101为切割研磨废水，102为纤维过滤水，103为可回收纯净水，104为溢流废水，105为空气，106为反洗水，107为反洗废水，108为反洗浓缩废水。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，处理切割研磨废水经过纤维预过滤步骤和超过滤步骤处理可获得可回收纯净水。并在运行一段时间后，利用可回收纯净水对超过滤膜和纤维过滤层进行反洗步骤，以维持处理过程持续进行。
如图2所示，纤维预过滤步骤，超过滤步骤和反洗步骤都在纤维过滤器1，超过滤器2中进行。
在纤维过滤器1中，实施切割研磨废水的纤维预过滤步骤。在该容器上安装有切割研磨废水101，反洗水106和空气导管105的进口，纤维过滤水102和反洗浓缩废水108的出口以及安放在纤维过滤层12上方的可上下活动的多孔板11。纤维过滤层12由软质呈束状且滤径约介于1～10μm的纤维构成。多孔板11的上下活动能调整纤维过滤层12的滤径。当多孔板11下压时纤维过滤层12的滤径逐下渐缩，用以准备进行纤维预过滤步骤；当多孔板11上移动时纤维过滤层12的滤径松弛增大，用以准备进行反洗步骤。
在进行纤维预过滤步骤时，控制多孔板11向下推压纤维过滤层12，致使纤维过滤层12的密度由上向下递增，且滤径由上向下递减。此时，切割研磨废水101进入纤维过滤器1，依靠重力导流作用而由上向下地垂流，经过纤维过滤层12，切割研磨废水101中大于1μm的微细悬浮颗粒被有效地滤阻下来，水液部分即能顺利流过纤维过滤层12成为干净的纤维过滤水而流出来。
随后干净的纤维过滤水102在超过滤器2中，实施超过滤步骤。在该容器上安装有纤维过滤水102，反洗水106和空气导管105的进口，可回收纯净水104，反洗废水107的出口和溢流废水104的出口；内部有安放超过滤膜的塑料材质的保护管22。在该保护管的底部有空气喷头23。呈卷状的，由良好的亲水性的材质制成的，滤径为0.03μm的超过滤膜21安放在保护管22内。
将干净的纤维过滤水102自下往上地导送入超过滤器2的塑料保护管22内，且经过超过滤膜21的外膜面形成错流(cross flow)。在超过滤膜21的中心的真空抽吸作用形成了中心的负压环境，造成膜外与膜内的压差效应。干净的纤维过滤水102由膜外错流穿透超过滤膜21到达膜内，水中所含粒径大于0.03μm的微细悬浮颗粒被超过滤膜21所滤除，获得水质极佳的可回收纯净水103。纤维过滤水102与超过滤膜21的外膜面所形成的剪切应力，抑制了超过滤膜21的外膜面上的滤饼的成长；同时通过塑料保护管22底部的空气喷头23输入空气，也能减少微细悬浮颗粒在超过滤膜21上的附著量，进一步增加干净的纤维过滤水的穿透能力与滤液流量。
干净的纤维过滤水102经过错流式超过滤步骤形成水质极佳的可回收纯净水103。而极少部分未穿透超过滤膜21的纤维过滤水102则会形成溢流废水104，并持续回流到进入纤维过滤器1的切割研磨废水101中。
当过滤作业持续进行一定时间之后，或滤液流量降低到规定的数值以下，或过滤压差增大到规定的数值以上时，过滤作业将接续进入反洗步骤。从已经得到的可回收纯净水103中抽取0.5～5％作为反洗水106。
如图3所示，在反洗纤维过滤层12时，先推动多孔板11上移而放松纤维过滤层12，纤维过滤层12的滤径因此而放大，反洗水106则由下往上地导入纤维过滤层12。吸附，沉积在纤维过滤层12表面的微细悬浮颗粒被反洗水106和空气105冲洗下来，形成反洗浓缩废水108，并被导入反洗浓缩废水池3内等待处理。反洗纤维过滤层12时用的反洗水可以利用可回收纯净水106，也可以利用原先进入纤维过滤器1的切割研磨废水101。反洗过后的纤维过滤层12呈干净状态，重新恢复过滤性能以供再使用。
在反洗超过滤膜21时，反洗水106被自上而下地导送入超过滤膜21的内部中，并由膜内错流式地穿透至膜外，以将沉积于超过滤膜21外膜面上的附着物去除，形成反洗废水107导入切割研磨废水101以重复进行过滤。反洗过后的超过滤膜21重新恢复过滤性能以重复使用。
本发明不局限于上述实施方式，不论在装置上作任何变化，凡切割研磨废水经过纤维预过滤步骤和超过滤步骤获得可回收纯凈水。并在运行一段时间后，利用可回收纯凈水对超过滤膜和纤维过滤层进行反洗步骤的纤维超过滤方法和设备均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种纤维超过滤方法，其特征在于切割研磨废水(101)首先经过软质且滤径介于1～10μm的纤维过滤层(12)，形成纤维过滤水(102)。然后经过滤径约介于0.01～0.05μm的超过滤膜(21)，得到可回收纯净水(103)；利用可回收纯净水(103)对超过滤膜(21)和纤维过滤层(12)进行反洗。
2.根据权利要求1所述的一种纤维超过滤方法，其特征是所述的纤维过滤层(12)呈束状；所述的超过滤膜(21)由浸泡式呈卷状且由亲水性佳的材质制成。
3.根据权利要求1所述的一种纤维超过滤方法，其特征是在纤维过滤过程中，切割研磨废水(101)由上而下流过纤维过滤层。
4.根据权利要求1所述的一种纤维超过滤方法，其特征是在超过滤过程中，纤维过滤水〔102〕由下而上流入超过滤膜(21)的外膜面，并籍由真空抽吸作用在超过滤膜(21)的内膜面形成的负压环境，纤维过滤水(102)错流式地由超过滤膜(21)的膜面外滤入超过滤膜(21)的内部，形成可回收纯净水(103)，并被抽出以供利用；超过滤膜(21)无法过滤的纤维过滤水成为溢流废水(104)则回流进入切割研磨废水(101)以重复进行过滤。
5.根据权利要求1所述的一种纤维超过滤方法，其特征是抽取约0.5～5％的可回收纯净水作为对超过滤膜(21)和纤维过滤层(12)进行反洗用的反洗水(106)；在反洗纤维过滤层(12)时，反洗水(106)和空气(105)由下而上流过纤维过滤层(12)，形成反洗浓缩废水(108)；在反洗超过滤膜(21)时，反洗水(106)由上而下错流式地从超过滤膜(21)内部穿透至膜外，形成反洗废水(107)导入切割研磨废水(101)重复进行过滤。
6.一种纤维超过滤设备，其特征在于包括带有可上下活动的多孔板(11)的纤维过滤器(1)和带有保护管(22)的超过滤器(2)。
7.根据权利要求6所述的一种纤维超过滤设备，其特征在于所述的纤维过滤器(1)具有化学机械研磨废水(101)，反洗水(106)和空气导管(105)的进口，纤维过滤水(102)和反洗浓缩废水(108)的出口以及安放在纤维过滤层(12)上方的可上下活动的多孔板(11)。
8.根据权利要求6所述的一种纤维超过滤设备，其特征在于所述的超过滤器(2)具有纤维过滤水(102)，反洗水(106)和空气导管(105)的进口，可回收纯净水(106)，反洗废水(107)的出口和溢流废水(104)的出口；还有内部安放超过滤膜(21)的保护管(22)。
9.根据权利要求6所述的一种纤维超过滤设备，其特征在于所述的超过滤器(2)的保护管(22)用塑料材质制成，保护管(22)的底面装有空气喷嘴(23)。
全文摘要
一种纤维超过滤方法和设备，涉及到处理切割研磨废水的纤维超过滤方法和设备。切割研磨废水经过纤维预过滤步骤和超过滤步骤获得可回收纯净水。并在运行一段时间后，利用可回收纯净水对超过滤膜和纤维过滤层进行反洗步骤。在纤维预过滤步骤中，纤维预过滤器内有可上下移动的多孔板和滤径约介于1～10μm的纤维过滤层。在超过滤步骤中，超过滤器内有内部安放滤径约介于0.01～0.05μm的超过滤膜及空气喷嘴的保护管。实施本发明后，过滤化学机械研磨废水的效果极佳，水的回收效率高达95％以上。滤层易于反洗，使用寿命长，整体处理成本低廉。
文档编号B01D61/14GK1743055SQ20051004137
公开日2006年3月8日 申请日期2005年8月5日 优先权日2005年8月5日
发明者罗铭鸿 申请人:宁波全泽国际贸易有限公司