專利名稱：利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及氫能源生產(chǎn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從硅廢水生產(chǎn)氫氣而額外獲得能源的，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及氫能源生產(chǎn)方法。
背景技術：
最近，隨著遠程通信及半導體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和石油能源的枯竭、為防止全球溫度變暖而利用太陽能的產(chǎn)業(yè)急劇增長，使得對硅片的需求急增。通常，硅片是通過對硅錠(silicon ingot)供給將切削油和研磨材料(碳化硅、氧化鋁、二氧化硅等)混合的漿料，同時用線鋸(wiresaw)切削的方式制備的。并且，所切削的硅片在粘有由切削油和研磨材料混合而成的漿料和混合有切削粉末(saw dust)的廢漿料的狀態(tài)下，移動到洗凈裝備(線鋸清洗器)，在混合有洗凈劑(表面活性劑)的水(洗凈液，DIWater)施加超聲波來洗凈的洗凈過程而制備成太陽能電池用硅片，或通過研磨蝕刻工序而制備成半導體用硅片。在如上所述的硅錠加工工序中發(fā)生在洗凈液中混合有漿料和切削粉末的一定量的硅廢水。由此，在現(xiàn)有技術中利用如下方法，S卩，通過加壓式MF膜對上述硅廢水進行一次過濾來生產(chǎn)生產(chǎn)水，并再使用該生產(chǎn)水，通過對在過濾時所發(fā)生的廢濃縮水進行浸漬型UF 膜過濾而再使用所獲得的UF處理水，直接廢棄所殘留的濃縮水。但是，對硅廢水進行一次處理時所殘留的濃縮液由于過濃縮而導致發(fā)生二次實施的UF膜堵塞等的異?，F(xiàn)象，不能正常進行二次過濾的問題。由此，不能從硅廢水回收規(guī)定量以上的生產(chǎn)水而存在難以提高生產(chǎn)水回收率的問題。并且，因為直接廢棄在硅廢水中發(fā)生的廢濃縮水，由此發(fā)生每噸6 8萬韓幣的廢棄理費用，導致了廢棄費用的上升。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種對硅廢水進行二次處理時將回收率提高到規(guī)定值以上的，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法。本發(fā)明的另一目的在于提供一種從硅廢水生產(chǎn)氫氣而額外獲得能源的，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法。根據(jù)本發(fā)明的另一目的在于，提供一種對廢水中最終殘留廢棄物進行固化而減少廢棄物重量，由此有效降低廢棄所需的廢棄費用的，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法。本發(fā)明是以如下方式實現(xiàn)的。本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，包括UF處理槽，對硅廢水進行UF(Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液；管道混合器，與上述UF處理槽連通，將上述已分離的硅濃縮廢液和從外部輸送到的堿性物質彼此混合；氫氣生產(chǎn)水槽，與上述管道混合器連通，將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質彼此反應而發(fā)生氫氣。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括廢液儲存槽，與上述UF處理槽連通，儲存已分離的硅濃縮廢液而供給到管道混合器。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括第一生產(chǎn)水槽，與上述UF處理槽連通，儲存已分離的UF處理水；加熱水供給槽，與上述第一生產(chǎn)水槽連通，對UF處理水供給加熱水。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括堿性物質槽，該堿性物質槽與上述管道混合器連通，通過儲存堿性物質而供給到管道混合器。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，上述堿性物質槽，與除濕器電連接，通過上述除濕器使得已儲存的堿性物質的濕度保持規(guī)定值。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括氫氣收集槽，與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，收集所生成的氫氣。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括酸度調(diào)節(jié)器，該酸度調(diào)節(jié)器與上述氫氣生產(chǎn)槽連通，儲存酸性物質而供給到氫氣生產(chǎn)水槽，由此中和與氫氣一起生成的堿性用水。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括第二生產(chǎn)水槽，該第二生產(chǎn)水槽與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，儲存所生成的上層液。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括圓心分離器，與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，接受通過中和所生成的沉淀物后，脫去水分而排出到外部。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，上述圓心分離器，與UF 處理槽及第二生產(chǎn)水槽連通，接受上述UF處理槽的硅濃縮廢液和在上述第二生產(chǎn)水槽沉淀的沉淀物后，脫去水分而排出到外部。并且，為解決上述的本發(fā)明的課題，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法， 包括如下階段對硅廢水進行UF (Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液的階段；將上述已分離的硅濃縮廢液和堿性物質彼此混合的階段；將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質反應，從而獲得氫氣和堿性用水的階段；將上述堿性用水通過酸性物質中和而獲得上層液和沉淀物的階段。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，進一步包括將通過對上述沉淀物進行脫水而獲得的固型粉廢棄的階段。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，上述堿性物質是從由NaOH、 KOH、MgOH, CaOH2, FeOH2, NH4OH, Na2CO3^ NaBH4及它們的混合物所組成的組中選擇的一種。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述堿性用水的pH為 12 13。并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述酸性物質是從HC1、 HNO3及它們的混合物所組成的組中選擇的一種。
并且，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述中和是進行到堿性用水的PH為7 10。根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)對從硅廢水中可再使用的處理水進行二次處理，使得回收率提高到規(guī)定值以上的效果。并且，根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)從硅廢水中收集氫氣而額外獲得新的能源的效果。并且，根據(jù)本發(fā)明，可實現(xiàn)對廢水中最終殘留廢棄物進行固化而減少廢棄物重量， 由此有效降低廢棄所需的廢棄費用的效果。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)的概略示意圖。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法的流程圖。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的氫氣的形成和中和過程的照片。在圖1 圖3中，100 硅錠加工部，200 :UF處理槽，210 加熱水供給槽，220 第一生產(chǎn)水槽，300 廢液儲存槽，400 管道的混合器，410 堿性物質槽，420 除濕器，500 氫氣生產(chǎn)水槽，510 氫氣收集槽，520 酸度調(diào)節(jié)器，600 第二生產(chǎn)水槽，700 圓心分離器。
具體實施例方式以下，結合附圖對根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)進行說明。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)的概略示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)具備UF處理槽200、管道混合器400及氫氣生產(chǎn)水槽500。UF處理槽200接受所移送到的硅廢水，并通過設置在UF處理槽200內(nèi)部的浸漬式 UF膜201進行過濾處理，從而分離為UF處理水和硅濃縮廢液。此時的硅廢水，是指包含通過硅錠加工工序、半導體制備工序等所發(fā)生的硅的廢液。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，接受從硅錠加工部100的硅錠加工工序中發(fā)生的硅廢水，并對該硅廢水進行處理。在上述UF處理槽200分離的硅濃縮廢液和UF處理水，分別供給到與UF處理槽 200連通的廢液儲存槽300和第一生產(chǎn)水槽200。并且，第一生產(chǎn)水槽220與之連通，且從儲存加熱水的加熱水儲存槽210接受所供給的加熱水，從而對UF處理水進行殺菌處理。并且，上述管道混合器400與上述UF處理槽200連通，將從廢液儲存槽300移送到的硅濃縮廢液和從外部移送到的堿性物質彼此混合。堿性物質，是從與管道混合器連通且儲存堿性物質的堿性物質槽410供給的。儲存在堿性物質槽410與控制成所儲存的堿性物質的濕度保持規(guī)定值的除濕機電連接。并且，上述堿性物質沒有特特別限制，只要是可與硅反應而發(fā)生氫氣的物質即可， 可以利用氫氧化系列的堿性物質。作為一例，可以是堿金屬或堿土金屬的氫氧化物，更為優(yōu)選為，從由NaOH、KOH、MgOH, CaOH2, FeOH2, NH4OH, Na2CO3^ NaBH4及它們的混合物所組成的組中選擇的一種。通過本發(fā)明中的管道混合器400將硅濃縮廢液和堿性物質彼此混合而擴大接觸面積，可在氫氣生產(chǎn)槽有效生產(chǎn)氫氣。氫氣生產(chǎn)水槽500與上述管道混合器400連通，將在管道混合器400混合的硅濃縮廢液與堿性物質彼此反應而生產(chǎn)氫氣。如此生產(chǎn)的氫氣通過與生產(chǎn)水槽500連通的氫氣收集槽510所收集而分離儲存。由此，在本發(fā)明中在維持從硅廢水的處理水的回收率的同時，再次發(fā)生額外的氫氣而將一定量氫氣收集儲存到氫氣收集槽510，由此生產(chǎn)額外的能源。 另外，氫氣儲存水槽500與此連通，接受從儲存酸性物質的酸度調(diào)節(jié)器520所供給的酸性物質，將與氫氣一起生成的堿性用水通過酸性物質中和，從而生成上層液和沉淀物。 此時，酸性物質可以是HC1、HNO3及它們的混合物。此時，上述酸度調(diào)節(jié)器520通過傳感器及控制部以使得堿性用水中和成規(guī)定PH值的方式調(diào)節(jié)酸性物質供給量。這樣生成的沉淀物移送到與氫氣生產(chǎn)水槽500連通的圓心分離器700，圓心分離器700將移送到的沉淀物中所包含的水分進行脫水后制備成固型粉，并將此排出到外部。并且，第二生產(chǎn)水槽600與氫氣生產(chǎn)水槽500連通，并接受所生產(chǎn)的上層液并儲存該上層液。此時，圓心分離器700，可與上述UF處理槽200和第二生產(chǎn)水槽600連通。由此， 上述圓心分離器700接受從UF處理槽200溢出的硅濃縮廢液和在第二生產(chǎn)水槽600的內(nèi)部沉淀的其它殘留沉淀物，并對這些進行脫水而固型化，且向外部排出而廢棄。并且，以下對以如下方式構成的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)的氫能源生產(chǎn)方法進行說明。圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法的流程圖。如圖2所示，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，包括如下步驟對硅廢水進行UF (Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液的階段；將上述已分離的硅濃縮廢液和堿性物質彼此混合的階段；將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質反應，從而獲得氫氣和堿性用水的階段；將上述堿性用水通過酸性物質中和而獲得上層液和沉淀物的階段。以下分階段進行更為詳細的說明。首先，對硅廢水進行UF(Ultra Filtration)膜過濾處理。根據(jù)本發(fā)明的一實施例，在硅錠加工工序等所發(fā)生的硅廢水，從硅錠加工部100 移送到設置在UF處理槽200的內(nèi)部的浸漬式UF膜201而被過濾處理。由此，硅廢水分離為UF處理水和硅濃縮廢液，上述UF處理水分別移送到第一生產(chǎn)水槽220、上述硅濃縮廢液移送到廢液儲存槽300。此時，移送到上述第一生產(chǎn)水槽220的UF處理水，與加熱水混合而被殺菌及清潔， 所述加熱水是通過與第一生產(chǎn)水槽220連通的加熱水供給槽210供給的。此后，將分離的硅濃縮廢液和堿性物質彼此混合。在廢液儲存槽300儲存的硅濃縮廢液和在堿性物質槽410儲存的堿性物質被供給到管道混合器400而被混合。在此，上述堿性物質利用上面所提及的物質。并且，將混合的硅濃縮廢液和堿性物質反應而獲得氫氣和堿性用水。在管道混合器400所混合的硅濃縮廢液和堿性物質在氫氣生產(chǎn)水槽500彼此反應而生成氫氣。作為此時的副產(chǎn)品發(fā)生堿性用水。作為一例，在廢液中含有的硅與堿性物質即NaOH反應的情形下，發(fā)生如下化學式 1的氫氣。
化學式1Si+2Na0H+H20(l) — Na2Si03+2H2 (g)如此發(fā)生的氫氣被分離而儲存到與氫氣生產(chǎn)水槽500連通的氫氣收集槽510。最后，以酸性物質中和堿性用水，獲得上層液和沉淀物。氫氣分離后殘留在氫氣生產(chǎn)水槽510的堿性用水的pH為12 13。此時，從酸度調(diào)節(jié)器520接收酸性物質來中和氫氣生產(chǎn)水槽510殘留的堿性用水，使得pH變?yōu)? 10。 此時，酸性物質可以是HC1、HNO3或它們的混合物。圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的氫氣的形成和中和過程的照片。如圖3所示，將堿性用水用酸性物質中和的情形下，分離為上層液和漿化的沉淀物。此時，上層液從氫氣生產(chǎn)水槽500的內(nèi)部溢出而移送到第二生產(chǎn)水槽600。這樣移送的上層液以可再用做工序用水的方式供給。因此，在本發(fā)明中生產(chǎn)上述氫氣的同時，分離上等液并將該上等液用做工序用水的方式，提高可從硅廢水中再使用的處理水的回收率。進一步，對上述沉淀物進行脫水，獲得固型粉而廢棄。上述沉淀物被移送到圓心分離器700而去除水分。這樣完成脫水的沉淀物固型化，并將固型化的沉淀物排出到外部而廢棄。在本發(fā)明中通過額外進行上述的脫水過程，將以蛋糕(cake)狀排出到外部的廢棄物固型化而排出，從而減少廢棄物本身的重量，由此明顯減少廢棄所需費用。
權利要求
1.一種利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，包括UF處理槽，對硅廢水進行UF(Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液；管道混合器，與上述UF處理槽連通，將上述已分離的硅濃縮廢液和從外部輸送到的堿性物質彼此混合；氫氣生產(chǎn)水槽，與上述管道混合器連通，將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質彼此反應而發(fā)生氫氣。
2.根據(jù)權利要求1所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括廢液儲存槽，該廢液儲存槽與上述UF處理槽連通，儲存已分離的硅濃縮廢液而供給到管道混合器。
3.根據(jù)權利要求1所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括第一生產(chǎn)水槽，與上述UF處理槽連通，儲存已分離的UF處理水；加熱水供給槽，與上述第一生產(chǎn)水槽連通，對UF處理水供給加熱水。
4.根據(jù)權利要求1所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括堿性物質槽，上述堿性物質槽與上述管道混合器連通，通過儲存堿性物質而供給到管道混合器。
5.根據(jù)權利要求4所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，上述堿性物質槽，與除濕器電連接，通過上述除濕器使得已儲存的堿性物質的濕度保持規(guī)定值。
6.根據(jù)權利要求1所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括氫氣收集槽，與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，收集所生成的氫氣。
7.根據(jù)權利要求1所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括酸度調(diào)節(jié)器，該酸度調(diào)節(jié)器與上述氫氣生產(chǎn)槽連通，儲存酸性物質而供給到氫氣生產(chǎn)水槽，由此中和與氫氣一起生成的堿性用水。
8.根據(jù)權利要求7所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括第二生產(chǎn)水槽， 該第二生產(chǎn)水槽與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，儲存所生成的上層液。
9.根據(jù)權利要求7所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，進一步包括圓心分離器，與上述氫氣生產(chǎn)水槽連通，接受通過中和所生成的沉淀物后，脫去水分而排出到外部。
10.根據(jù)權利要求9所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)，其中，上述圓心分離器，與 UF處理槽及第二生產(chǎn)水槽連通，接受上述UF處理槽的硅濃縮廢液和在上述第二生產(chǎn)水槽沉淀的沉淀物后，脫去水分后排出到外部。
11.一種利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，包括如下階段對硅廢水進行UF(Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液的階段；將上述已分離的硅濃縮廢液和堿性物質彼此混合的階段；將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質反應，從而獲得氫氣和堿性用水的階段；將上述堿性用水通過酸性物質中和而獲得上層液和沉淀物的階段。
12.根據(jù)權利要求11所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，進一步包括將通過對上述沉淀物進行脫水而獲得的固型粉廢棄的階段。
13.根據(jù)權利要求11所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，上述堿性物質是從由 NaOH, KOH、MgOH, CaOH2, FeOH2, NH4OH, Na2CO3^ NaBH4及它們的混合物所組成的組中選擇的一種。
14.根據(jù)權利要求11所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述堿性用水的PH 為12 13。
15.根據(jù)權利要求11所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述酸性物質是從 HCUHNO3及它們的混合物所組成的組中選擇的一種。
16.根據(jù)權利要求11所述的利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)方法，其中，上述中和是進行到堿性用水的PH為7 10。
全文摘要
本發(fā)明公開一種利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及氫能源生產(chǎn)方法，更為詳細說明是，包括UF處理槽，對硅廢水進行UF(Ultra Filtration)膜過濾處理，從而分離成UF處理水和硅濃縮廢液；管道混合器，與上述UF處理槽連通，將上述已分離的硅濃縮廢液和從外部輸送到的堿性物質彼此混合；氫氣生產(chǎn)水槽，與上述管道混合器連通，將上述已混合的硅濃縮廢液和堿性物質彼此反應而發(fā)生氫氣的，利用硅廢水的氫能源生產(chǎn)系統(tǒng)及氫能源生產(chǎn)方法。
文檔編號C01B3/06GK102161472SQ20101061563
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年2月17日
發(fā)明者崔采錫, 金淵局, 黃智賢 申請人:熊津豪威株式會社