專利名稱：采用離子交換樹脂處理廢水的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水處理方法和裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種采用離子交換樹脂處理來自半導體車間的酸性廢水或堿性廢水的方法和裝置。
通常，來自半導體車間的酸性廢水都是通過采用各種各樣的化學物質來處理的，處理后的水直接排放，不能循環(huán)使用。使處理后的水不能循環(huán)使用的原因是處理后的水電導率很高，因而不能被循環(huán)。
至今為止，大多數(shù)超純水生產(chǎn)系統(tǒng)使用的離子交換樹脂都不能循環(huán)使用，而作為工業(yè)廢物廢棄掉。下面進一步詳細描述已有技術。
在各種半導體車間產(chǎn)生的廢水中，數(shù)量最多的是酸性廢水。因為半導體車間要大量使用酸，因而酸性廢水中含有使用過的酸，例如氟酸、硫酸和硝酸。至今為止，處理酸性廢水都是通過使用大量的化學物質對廢水中所含的F-和SO42-等物質進行混凝沉淀，即對它們進行化學處理，上述化學物質可以是例如熟石灰、苛性鈉、硫酸、聚氯化鋁和聚合物混凝劑。因此，處理這種酸性廢水得到的處理后水的電導率都比較高，也就是說，在1400-1900μs/cm的量級上?？紤]到通常城市水或工業(yè)水的電導率在100-400μs/cm的量級，因此不難看出從這種酸性廢水得到的處理后水的電導率是相當高的?！俺鞘兴边@一術語表示飲用水或自來水。
用這種方式，由于大量使用熟石灰、聚氯化鋁和聚合物混凝劑處理酸性廢水，處理后水的電導率高，且溶解鹽的含量也高，并含有大量的陽離子或陰離子。結果使這種處理后的水不能被循環(huán)使用。
進一步，當將處理后的水輸送到超純水生產(chǎn)裝置時，由于處理后水中含有混凝劑，它會附著在離子交換樹脂表面上，使超純水生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)能力降低，或堵塞反滲透(RO)膜。因而不能循環(huán)使用處理后的水。
通常，在半導體車間，含氟酸性廢水中氟的濃度經(jīng)常在30-300ppm的數(shù)量級上。傳統(tǒng)的作法是，對這種濃度的含氟廢水加入如熟石灰和聚氯化鋁這樣的化學物質，使其生成氟化鈣和氟化鋁的細小絮凝體。然后，通過加入聚合物混凝劑使之變成大的絮凝體，然后再對絮凝體進行沉淀分離。用這種方式，可以除去廢水中的氟。如上所述由于使用了化學物質，處理后水的電導率都比較高，在1400-1900μs/cm的量級上。
圖4表示的是半導體車間的常規(guī)用水系統(tǒng)，它包括一個用兩步混凝沉淀法處理廢水的設備。如圖所示，來自半導體車間100的酸性廢水首先流入原水池101，在這里根據(jù)廢水量和水質進行適當?shù)恼{節(jié)。之后，通過原水泵112將酸性廢水輸送到第一反應池102中。
然后，在第一反應池102中加入熟石灰，通過一個攪拌器113進行攪拌，使廢水與熟石灰進行反應。在這之后，在第一反應池102中，使氟與鈣反應生成氟化鈣。這樣便可以從廢水中除去氟。然后將廢水轉移到裝有鋁處理劑的第二反應池103，通過攪拌進行反應。在第二反應池103中，廢水中未反應的氟與鋁處理劑進行反應，生成氟化鋁。這樣可進一步從廢水中除去氟。
接下來，將廢水轉移到第一混凝池104，并加入聚合物混凝劑。隨后，第一反應池102中反應生成的氟化鈣的細小絮狀體和第二反應池103中反應生成的氟化鋁的細小絮狀體被混凝成大絮狀體。然后將廢水引入第一沉淀池105，在這里對廢水進行固-液分離。
單獨采用上述步驟，廢水氟的濃度不能降低到不大于15ppm的目標水質。因此，需要依次將廢水輸送到第三反應池106、第二混凝池107和第二沉淀池108中，此后，廢水進一步流過一個pH值調節(jié)池109，使廢水的pH值達到排放標準。只有在廢水的pH值被調節(jié)后，才能排放廢水。通過刮泥板114分別收集第一和第二沉淀池中的沉淀污泥，并將它們輸送到濃縮池110中。再通過一個刮泥板114收集濃縮池110中的污泥，并將它們輸送到一個壓濾機111中進行脫水。
同時，對水質較好的中性廢水，例如半導體車間中僅用于進行清洗的純水進行循環(huán)。也就是說，將中性廢水引入超純水生產(chǎn)裝置115，在該超純水生產(chǎn)裝置115中對廢水進行各種處理，之后將中性廢水回流到半導體車間用作超純水。如圖4所示，除了來自工業(yè)裝置的中性廢水以外，還在超純水生產(chǎn)裝置中引入城市水或工業(yè)水，以便與中性廢水相混合。用這種方式來生產(chǎn)超純水然而，如上所述，通常不能循環(huán)使用酸性廢水。
日本的少數(shù)半導體車間裝配有能夠循環(huán)使用酸性廢水的全封閉系統(tǒng)。在裝有這種全封閉系統(tǒng)的車間中，一般的作法都是在稀酸廢水經(jīng)過活性炭過濾器除去有機物和/或過氧化氫之后，使廢水流過弱陰離子交換樹脂床和陽離子交換樹脂床進行處理，然后再進一步進行紫外線(UV)消毒和其它微生物殺菌處理。
日本專利特開昭63-62592中描述了另一種水處理方法，其中，酸性廢水能被重復使用。該方法是在廢水經(jīng)過活性炭過濾器處理后，在一個由強酸陽離子交換樹脂和弱堿陰離子交換樹脂組成的混合床樹脂塔中對廢水進行處理。經(jīng)過這種處理后，可將廢水轉化成超純水進行重復使用。
上述兩種水處理方法中都使用了離子交換樹脂。因此，這兩種方法都有需要再生離子交換樹脂的缺點，并且當離子交換樹脂的性能變壞時，必須更換和廢棄性能變壞的離子交換樹脂。
此外，一般采用上述兩種水處理方法的作法是，不能在任何要循環(huán)的稀酸廢水中加入強酸廢水，而是將它獨立儲存在一個儲罐中，由另一個公司收集。
因此，需要發(fā)明一種裝置和方法處理這種廢水，使得強酸廢水能夠重復利用。
參見圖5，下面對上述兩種水處理方法中，采用陽離子交換樹脂塔125作為離子交換樹脂裝置的實例進行說明。陽離子交換樹脂塔125中裝有預定量的陽離子交換樹脂。待處理水按規(guī)定的量從頂部入口125A流入陽離子交換樹脂塔125中。當從陽離子交換樹脂塔125出口125C流出的處理后水的電導率不合適時，從底部進口125B向陽離子交換樹脂塔125通入幾個百分比的鹽酸或硫酸，以再生陽離子交換樹脂。在陽離子樹脂再生之后，用過的再生廢液(鹽酸或硫酸)從陽離子交換樹脂塔125的頂部出口125D排走。
通常，工業(yè)水或城市水不能直接流入組成超純水生產(chǎn)裝置的陽離子交換樹脂塔125，但是當這種水經(jīng)過圖5所示的預處理裝置預處理后，則可以通入陽離子交換樹脂塔125。可以單獨采用或聯(lián)合采用下列方法進行預處理，如混凝沉淀、混凝過濾、炭吸附和反滲透膜處理。
周這種方式，將經(jīng)過預處理的、水質改善了的工業(yè)水或城市水輸送到陽離子交換樹脂塔125或超純水生產(chǎn)裝置中。因此，要在較好的條件下使用陽離子交換樹脂塔125。換句話說，應向陽離子交換樹脂塔125通入水質較好或預處理到較好水質的水。通常的作法是，當從陽離子交換樹脂塔125出口排出水的水質不合適時，立即再生陽離子交換樹脂，如果再生仍不能使水質得到改善，那么就說明這些陽離子交換樹脂已不適用于超純水生產(chǎn)裝置，為了生產(chǎn)必須全部更換。
半導體車間無一例外地都裝配有如圖5所示的大型離子交換樹脂單元。超純水生產(chǎn)裝置中裝有大量的陽離子交換樹脂。當陽離子交換樹脂本身的離子交換性能變壞時，通常不管其成本有多大，都將這些樹脂作為工業(yè)廢物處置掉。原因是如果陽離子交換樹脂性能變壞，不但產(chǎn)水量減少了，而且還會出現(xiàn)有機物從陽離子交換樹脂中洗提出來的問題。然而，這并不意味著樹脂全部失去了其離子交換能力，而表示樹脂的離子交換性能變壞了。
然而，雖然情況如此，當其性能變壞時，通常的作法是不再使用這種陽離子交換樹脂，而是把它們作為工業(yè)廢物花費必需的處置費用處置掉。用過的離子交換樹脂是一種工業(yè)廢物，在任何水質低于上述超純水生產(chǎn)裝置的循環(huán)單元中也決不能再重新使用它。
如上所述，當用大量的化學試劑處理來自半導體車間的酸性廢水時，處理后水的電導率高達1400-1900μs/cm的量級。在這個意義上，處理后的水不適宜用作超純水生產(chǎn)裝置的原水。
目前，現(xiàn)有的幾個半導體廠都是采用全封閉系統(tǒng)。然而，實際情況是只有通過離子交換樹脂或類似方法處理稀的酸性廢水，這種廢水才能被循環(huán)使用。而決不能循環(huán)使用稀的酸性廢水和強酸廢水混合在一起得到酸性廢水混合物。
此外，從來都不會循環(huán)使用性能變壞的離子交換樹脂，這些性能變壞的離子交換樹脂作為工業(yè)廢物從超純水生產(chǎn)裝置中廢棄掉。
當陽離子交換樹脂塔125使用陽離子交換樹脂時，用過的離子交換樹脂必須進行化學再生。因此，單獨使用一個樹脂塔，不能連續(xù)運行。所以為了再生離子交換樹脂，分別需要特殊的化學試劑(再生液)。與該方法相配合的是，在再生液流過離子交換樹脂后，還必須進行中和處理。這又產(chǎn)生了中和處理運行費用的問題。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種水處理方法和裝置，該方法和裝置能夠處理在過去不能被循環(huán)的強酸廢水和稀酸廢水的混合廢水(或強堿廢水與稀堿廢水的混合廢水)，處理后的水無需添加各種化學試劑，便可用作超純水生產(chǎn)系統(tǒng)的原水。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種廢水處理方法和裝置，該方法和裝置能夠有效地循環(huán)使用用過的通常作為工業(yè)廢物廢棄掉的離子交換樹脂。
為了實現(xiàn)這些目的，根據(jù)本發(fā)明，廢水處理方法包括以下步驟在第一水池中引入堿水或酸水；在離子交換樹脂塔中引入含有陰離子或陽離子的水，用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂對水中的陰離子或陽離子進行離子交換處理，從而得到處理后的水；在第一水池中引入離子交換塔中的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂，用堿水或酸水對陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂進行再生；和將在第一水池再生后的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂返回到離子交換塔中；在離子交換塔和第一水池之間循環(huán)上述陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂。
因此，根據(jù)本發(fā)明，在離子交換塔中用陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂對含有陽離子或陰離子的水進行處理。在離子交換處理之后，將陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂，也就是說離子交換樹脂引到第一水池中。在第一水池中用酸水或堿水對引入的陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂進行再生。將再生后的陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂循環(huán)到離子交換塔中。
根據(jù)本發(fā)明，用這種方式，在第一水池中用堿水或酸水對離子交換塔中用過的離子交換樹脂進行再生。此外，在再生過程中，離子交換樹脂將堿水或酸水中和到接近中性。換句話說，根據(jù)本發(fā)明，通過重復進行離子交換塔中離子交換樹脂的交換處理，和用過的離子交換樹脂在第一水池中的再生，能夠在第一水池和離子交換塔兩個地方處理水。因此，本發(fā)明能夠對水進行最有效的離子交換處理。此外，用過的離子交換樹脂不會作為廢物廢棄掉，這樣節(jié)省了廢物處置費用。因此，本發(fā)明提供了一種廢物較少，有效利用資源，以及運行費用較少的水處理方法。
根據(jù)本發(fā)明，用離子交換塔中的離子交換樹脂對廢水進行離子交換處理，得到處理后的水。由于在上述塔中進行了離子交換，所以來自離子交換塔的處理后水的電導率基本上較低，能夠作為原水供應到超純水生產(chǎn)系統(tǒng)中。這樣能夠有效地利用水。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，引入第一水池的堿水或酸水是待處理的堿性廢水或酸性廢水，和在第一水池中，在對陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂再生之后，對堿性廢水或酸性廢水進行預處理，然后，將它作為待處理水引入離子交換塔中。
根據(jù)該實施例，第一水池中的堿性廢水或酸性廢水能夠有效地用于再生離子交換樹脂，同時，離子交換樹脂將其中和到接近中性。這意味著在一個處理階段可同時進行再生和處理，這本身又意味著能夠對水進行高效處理。
根據(jù)上述實施例，在離子交換塔中對在堿性廢水或酸性廢水處理過程中產(chǎn)生的含陰離子或陽離子的水進行離子交換處理，得到的處理后水能夠用作超純水生產(chǎn)系統(tǒng)的原水。這種方法有利地改善了廢水利用效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，提供了一種廢水處理裝置，該裝置包括用于接收堿水或酸水的第一水池；裝有陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的離子交換塔，將含有陰離子或陽離子的水引入上述離子交換塔，用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂對上述水進行離子交換處理，以便得到處理后的水；離子交換樹脂輸送部件，用于將離子交換塔中的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂引入第一水池；離子交換樹脂返回部件，用于將在第一水池中用堿水或酸水再生后的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂送回離子交換塔；和用于接收來自再生陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的第一水池中的堿水或酸水的部件，并引入離子交換塔，在這里對堿水或酸水進行預處理。
根據(jù)該實施例，在離子交換塔中用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂對引入離子交換塔的含有陰離子或陽離子的水進行離子交換處理。在離子交換處理之后，通過離子交換樹脂輸送部件將離子交換樹脂輸送到第一水池。在第一水池中，用堿水或酸水對陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂進行再生。通過離子交換樹脂返回部件將再生后的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂送回離子交換塔。
根據(jù)該實施例，用這種方式，在第一水池中，用堿水或酸水對在離子交換塔中進行離子交換的離子交換樹脂進行再生。此外，在再生過程中，堿水或酸水與離子交換樹脂反應后接近中性。換句話說，通過重復進行離子交換塔中使用離子交換樹脂的過程，和在第一水池中再生用過的離子交換樹脂的過程，能夠在第一水池和離子交換塔中更好地利用離子交換樹脂處理水。因此，該實施例能最有效地利用離子交換樹脂處理水。此外，用過的離子交換樹脂無需作為廢物廢棄掉，這樣節(jié)省了很多廢物處置費用。因此，本實施例提供了一種能夠減少產(chǎn)生的廢物，有效地利用資源，且運行費用低的水處理裝置。
根據(jù)該實施例，在離子交換塔中用離子交換樹脂對廢水進行離子交換處理，得到處理后的水。由于在離子交換塔中進行了離子交換，所以離子交換塔的處理后水有較低的電導率，它能用作原水輸送到超純水生產(chǎn)系統(tǒng)中。結果有效地利用了水。
在該實施例的裝置中，當在第一水池中對用過的離子交換樹脂再生后，對堿水或酸水進行預處理，得到的處理后水被輸送到離子交換塔中進行離子交換。這使處理后的水適于用作超純水生產(chǎn)系統(tǒng)的原水。因此根據(jù)該實施例，在對堿水或酸水預處理后，對水進行離子交換處理，由此使水能轉化成超純水生產(chǎn)系統(tǒng)的原水。這樣改進了廢水循環(huán)效率。
根據(jù)一個實施例，第一水池接收作為堿水或酸水的堿性廢水或酸性廢水。
根據(jù)該實施例，能夠在第一水池中再生離子交換樹脂，并在該過程中使堿性廢水或酸性廢水變成中性水，結果改進了水處理效率。
一個水處理裝置的實施例還包括，在第一水池中使堿水或酸水與陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂相混合的曝氣部件。
根據(jù)該實施例，能夠將離子交換樹脂與堿水或酸水相混合，而不會損壞離子交換樹脂，有利于離子交換樹脂的再生。
一個水處理裝置的實施例還包括，在離子交換塔中使堿水或酸水與陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂相混合的曝氣部件。
根據(jù)該實施例，能夠將離子交換樹脂與堿水或酸水相混合，而不會損壞和/或磨損離子交換樹脂，有利于用離子交換樹脂對含陰離子或陽離子的水進行離子交換處理。
根據(jù)一個實施例，每一個離子交換樹脂輸送部件和每一個離子交換樹脂返回部件都有與第一水池和離子交換塔相連接的管線和空氣提升泵。
根據(jù)該實施例，將離子交換樹脂有效地從離子交換塔輸送到第一水池中，或從第一水池輸送到離子交換塔中，而不會損壞和/或磨損離子交換樹脂。
根據(jù)一個實施例，離子交換塔有一個放置在其中的膜過濾器，它設置有一個處理水排放部件，用于排放通過膜過濾器處理后的、與陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂相分離的水。
根據(jù)該實施例，通過處理后水排放部件，與離子交換樹脂分離開的處理后水能作為原水輸送到超純水生產(chǎn)系統(tǒng)中。
根據(jù)一個實施例，將經(jīng)過預處理的待處理水引入離子交換塔的部件包括一個其中放置有碳酸鈣的碳酸鈣儲槽，它接收來自第一水池的并在其中帶有再生的陽離子交換樹脂的酸性廢水，并排出由碳酸鈣溶解在酸性廢水生成的接近中性的液體。
根據(jù)該實施例，當用碳酸鈣處理酸性廢水時，鈣離子被洗提出進入低pH值的酸性廢水中，使處理后的水中含有鈣離子。處理后水中的鈣離子能夠在離子交換塔中吸附在陽離子交換樹脂上。也就是說，陽離子交換樹脂能夠以交換的方式，從處理后的水中除去鈣離子。用過的吸附有鈣離子的陽離子交換樹脂被引入第一水池進行再生。
根據(jù)該實施例，用這種方式，用碳酸鈣處理酸性廢水得到的處理后水是一種陽離子水，它被引入離子交換塔中進行處理。因此，根據(jù)該實施例，酸性廢水首先在第一水池中與陽離子交換樹脂相反應，再生陽離子交換樹脂。在這種情況下，酸性廢水的pH值增加，使pH值接近中性。然后，中和過的酸性廢水與碳酸鈣相反應，使水接近中性。當pH值進一步增加時，在除去了鈣離子的離子交換塔中，含有鈣離子的酸性廢水的電導率較低。因此，能夠得到可用作超純水生產(chǎn)系統(tǒng)原水的處理后水。
根據(jù)該實施例，由于碳酸鈣的洗出，酸性廢水的中和反應很慢，可以看作是化學理論當量反應，所以可以將反應沉淀物的量保持在最低限度。因此，可使廢物量最少。
根據(jù)一個實施例，將經(jīng)過預處理的待處理水引入離子交換塔的部件包括一個用于接收來自碳酸鈣池的中性液體的生物處理池，上述生物處理池中裝填有炭和塑料填料，液體穿過炭和塑料填料循環(huán)，以進行生物處理。將生物處理后的液體作為陽離子水排放到離子交換塔中。
根據(jù)該實施例，通過生長在塑料填料和炭上的微生物的反應，能夠處理液體中所含的有機物。此外，塑料填料的存在還能夠改善液體在池中的接觸效率。
此外，在生物處理池中，通過使用炭作為催化劑，能夠將液體中所含的過氧化氫分解成水和氧氣。同時，液體中的有機物能夠吸附在炭上。
因此，根據(jù)該實施例，處理后水的電導率可以降低到處理后水可用作超純水生產(chǎn)系統(tǒng)原水的程度，這與已有技術的作法相反，已有技術是通過使用化學試劑如NaHSO3和類似的還原劑，來處理過氧化氫的。
根據(jù)下文所作的詳細描述和僅用于說明而不能限制本發(fā)明的附圖，將能全面地理解本發(fā)明的內容，其中

圖1是本發(fā)明水處理裝置第一實施例的流程圖。
圖2是本發(fā)明水處理裝置第二實施例的流程圖。
圖3是本發(fā)明水處理裝置第三實施例的流程圖。
圖4是傳統(tǒng)酸性廢水處理裝置的流程圖。
圖5是傳統(tǒng)陽離子樹脂塔的示意圖。
下面參照附圖所示的各種方式詳細描述本發(fā)明的內容。
第一實施例圖1表示的是本發(fā)明水處理裝置的第一實施例。在第一實施例中，該水處理裝置包括第一水池1、第二水池2、第三水池3、第四水池4、第五水池5、離子交換單元26和反滲透(RO)單元27。
第一水池1接收來自半導體車間的堿性廢水(例如含有再生化學試劑的水)，它有一個用作攪拌部件的曝氣管8。該曝氣管8與一個鼓風機10相連。在第一水池1的頂部固定安裝著一個通入空氣的提升泵15。第一水池1還用作陰離子交換樹脂循環(huán)池/曝氣池，這一點下文將要詳細描述。
第二水池2設置在第一水池1的旁邊。用于接收來自第一水池1的處理水。第二水池2的底部2A是傾斜的。此外，第二水池2有一個在中間垂直設置的作為曝氣/攪拌部件的曝氣管11。該曝氣管11與一鼓風機10相連。第二水池2內設置有一個返回空氣提升泵12的進口端12A，其開口朝向底部2A的最低端。進口端12A有一個作為通入空氣部件的曝氣管13，它與鼓風機10相連。來自第二水池2的處理后水引入廢水處理單元150進一步進行處理。
返回空氣的提升泵12從第二水池2向上延伸，它有一個向上開口的開口端12B。該提升泵12有一個從略低于開口端12B的頂端向右延伸的橫向延伸部分12C，如圖1所示。橫向延伸部分12C從左向右稍稍有點向下傾斜。橫向延伸部分12C在第三水池3的上方向下彎折，直到到達第三水池3的頂端。
進入空氣的提升泵15從低于水池1頂部的位置向上延伸，并在高于回流空氣提升泵12的位置水平向右延伸。該通入空氣的提升泵15進一步稍稍向上地向右延伸，并在第四水池4的上方向下彎折，如圖所示。向下彎折的部分有一個向上延伸的部分，它限定了一個向上開口的開口端15A。通入空氣的提升泵15的下端部分15B開口開到第四水池4傾斜的底部4A的最下端4A-1。
第三水池3有一個曝氣管16，向第三水池3通入含F(xiàn)-和SO42-負離子的廢水。曝氣管16與鼓風機23相連。第三水池3裝有作為離子交換樹脂的陰離子交換樹脂21。第三水池3還裝有一個膜過濾器單元17。該膜過濾器單元17有多個橫向排列的超濾膜和/或精濾膜。穿過膜過濾器單元17的處理后的水被泵20抽走，并引入第五水池5。
來自第三水池3的含有陰離子交換樹脂21的陰離子的廢水，通過隔墻W的出水管(圖中未示)引入第四水池4。具有引入空氣部件功能的曝氣管22設置在通入空氣的提升泵15的下端部分15B，其開口開在第四水池4的最下端4A-1上。曝氣管22與一鼓風機23相連。
從第三水池3引入第五水池5的處理后的水通過泵24輸送到離子交換樹脂單元26中，進一步再輸送到反滲透膜單元27中。離子交換樹脂單元26與反滲透膜單元27相連，構成了一個初級純水生產(chǎn)系統(tǒng)28。
在上述水處理裝置中，首先將堿性廢水引入具有陰離子交換樹脂再循環(huán)/曝氣功能的第一水池1中。堿性廢水對通過通入空氣提升泵15引入第一水池1中的陰離子交換樹脂堿性進行再生。換句話說，堿性廢水驅逐與陰離子交換樹脂21進行離子交換的負離子，以恢復陰離子交換樹脂21的離子交換能力。在第一水池1中恢復了離子交換能力的陰離子交換樹脂21被引入相鄰的水池，也就是第二水池(第一沉淀池)2，在該第二水池中，陰離子交換樹脂21向下移動，并沿著傾斜的底部2A向下移動，直到到達最下端2A-1。到達最下端2A-1的陰離子交換樹脂21的顆粒通過返回空氣提升泵12的入口端12A與空氣30一起被向上抽吸。從開口端12B的頂端排走空氣30。陰離子交換樹脂21的顆粒沿著橫向延伸部分12C向下移動，并進一步向下移動以從上部回到第三水池3中。這樣回到第三水池3的陰離子交換樹脂21在曝氣管16的攪拌下，從含陰離子的廢水中去除交換基團上的負離子(F-和/或SO42-)。由此沒有負離子的陰離子廢水穿過膜過濾器17，通過泵20抽走并通入第五水池5中。
通過第三水池3的隔墻W上的出水管(圖中未示)送入鄰近的第四水池4的用過的陰離子交換樹脂21的顆粒沿著傾斜的底部4A向下移動，直到到達最底部4A-1。然后，陰離子交換樹脂21的顆粒通過通入空氣提升泵15的下端15B被向上抽吸，結果與空氣30一起向上運動。從開口端15A排放空氣30。陰離子交換樹脂21的顆粒沿著向下傾斜的通入空氣提升泵15向左移動，并從第一水池1的上方垂直向下運動，直到到達第一水池1。如上所述，用堿性廢水對已經(jīng)到達第一水池1的陰離子交換樹脂21的顆粒進行再生。
然后，將引入第五水池5的陰離子廢水作為待處理水，通入超純水生產(chǎn)系統(tǒng)28的離子交換樹脂單元26，進一步進行離子交換處理。處理后的水穿過反滲透膜單元27，然后作為初級純水收集起來。
根據(jù)第一實施例，用這種方式可以在第三水池3中，用陰離子交換樹脂21從陰離子廢水中除去F-和/或SO42-，借助于空氣提升泵15將用過的陰離子交換樹脂21通入第一水池1中，以便用堿性廢水對陰離子交換樹脂進行再生。如此再生后的陰離子交換樹脂21通過回流空氣提升泵12回流到第三水池3中。因此，在該第一實施例中，中和來自半導體廠的堿性廢水的第一水池1也用于再生陰離子交換樹脂21。換句話說，這種結構能夠同時進行堿性廢水的處理和陰離子交換樹脂21的再生。因此，根據(jù)這種結構，能夠用強堿廢水和稀堿廢水的混合廢水作為超純水生產(chǎn)系統(tǒng)28的原水，而無需添加各種化學試劑。
此外，根據(jù)該第一實施例，在離子交換樹脂單元26中用過的離子交換樹脂被通入第三水池3以便重復使用，這樣顯著減少了工業(yè)廢物量，并降低了廢物處理費用。
在第一水池1中，對陰離子交換樹脂21進行的再生會導致廢水中含有來自陰離子交換樹脂21中的陰離子，但這不是問題，因為在隨后的廢水處理過程中可除去這些陰離子，所以陰離子濃度仍然很低。在該第一實施例中，用堿性廢水對陰離子交換樹脂21進行再生，但是無需說，陽離子交換樹脂要用酸性廢水進行再生。第一實施例利用了來自半導體車間的酸性廢水和/或堿性廢水中除了酸和堿外，不含許多雜質的好處。
第二實施例圖2顯示的是本發(fā)明水處理裝置第二實施例。該實施例設計用來處理半導體車間產(chǎn)生的大量酸性廢水，將酸性廢水處理到適于超純水生產(chǎn)裝置使用的程度。更具體地說，第二實施例用來循環(huán)來自半導體車間的酸性廢水混合物，它包括(1)由生產(chǎn)者收集的酸性廢水，(2)強酸廢水，和(3)稀酸廢水(下文稱作酸性廢水)，使它能夠作為超純水生產(chǎn)裝置的原水。第二實施例是一個甚至能夠處理如H2O2和有機物等物質的例子。在第二實施例中，使用碳酸鈣處理酸性廢水，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這能有效地生產(chǎn)水質較好的處理后水。
如圖2所示，該第二實施例的裝置包括第一水池41、第二水池42、第三水池43、第四水池44、第五水池45、第六水池46、第七水池47、第八水池48、第九水池49、第十水池50、和第十一水池51。該裝置還包括一個濃縮池52和一個壓濾器53。此外，該裝置還包括一個初級純水生產(chǎn)單元56，它有一個離子交換樹脂單元54和一個反滲透膜單元55。
第一水池41的底部設置有一個曝氣管57，該曝氣管57與一個第一鼓風機58相連。第一水池41用于接收從半導體車間(圖中未示)輸送來的酸性廢水。第二水池42設置在第一水池41的附近。第二水池42的底部42A是傾斜的。作為攪拌部件的曝氣管59垂直設置在第二水池42的中間。該曝氣管59與第一鼓風機58相連?？諝馓嵘?1的入口端61A安裝在第二水池42中。入口端61A的開口開到第二水池42傾斜底部42A的最下端42A-1。引入空氣的部件曝氣管62設置在入口端61A上。該曝氣管62與第一鼓風機58相連。
空氣提升泵61從入口端61A直接向上延伸，在泵61的最頂端限定了一個開口端61B，該開口端61B向上敞開。空氣提升泵61有一個橫向部分61C，它從開口端61B稍前的位置橫向延伸，橫向部分61C在第九水池49的上方終止。該橫向部分61C從第二水池42向第九水池49的方向稍稍向下傾斜?？諝馓嵘?1從橫向部分61C的末端向下延伸，直到到達第九水池49。
第三水池43設置在第二水池42附近，相互隔開一定的距離。使第三水池43適于接收來自第二水池42的待處理水。起曝氣/攪拌作用的曝氣管63設置在第三水池43的底部，并與第二鼓風機72相連。在曝氣管63的上方固定有一個格柵64。粒徑為10mm量級的大碳酸鈣顆粒堆積在格柵64上。第四水池44設置在第三水池43的旁邊并與其相連。第四水池44的底部是圓錐形的，且第四水池44的最低部分44A通過管線與濃縮池52相連。第五水池45設置在第四水池44附近，并相互隔開一定的距離。在第五水池45的底部設置有一個曝氣管66，該曝氣管66與第三鼓風機69相連。在曝氣管66的上方固定有一個格柵67。粒徑為5mm量級的較小碳酸鈣顆粒堆積在格柵67上。第六水池46設置在第五水池45的旁邊并與其相連。第六水池46的底部46A是圓錐形的，且第六水池46的最低部分通過管線與濃縮池52相連。
第七水池47設置在第六水池46附近，并相互隔開一定的距離。第七水池47有一個潮濕的上部區(qū)域47A和一個浸沒的下部區(qū)域47B。該浸沒的下部區(qū)域47B有一個設置在底部的曝氣管70，一個第一接觸循環(huán)部分47B-1，和一個在其旁邊設置的第二接觸循環(huán)部分47B-2。曝氣管70與第四鼓風機71相連。第一接觸循環(huán)部分47B-1在格柵77上交替有塑料填料75和炭76的堆積層。第二接觸循環(huán)部分47B-2在格柵77上也交替有塑料填料78和炭80的堆積層。潮濕的上部區(qū)域47A有一個格柵81和位于該格柵81上交替的塑料填料82和炭80的堆積層。第七水池47有一個空氣提升泵85，其最下端的開口85A靠近第二接觸循環(huán)部分47B-2的最下端?？諝馓嵘?5有一個位于下部開口端85A內的曝氣管86，該曝氣管86用作引入空氣部件。該空氣提升泵85從下部開口85A處向上延伸，并在潮濕的上部區(qū)域47A橫向彎折，從水平延伸部分85B的位置水平延伸。該水平部分85B構成了一個噴水器87，在它的下表面部分有多個小孔。
第八水池48設置在第七水池47旁邊，并是第七水池47的延續(xù)部分。第八水池48要適于接收來自第七水池47的處理后的水。第八水池48有一個與第七水池47的底部47D相連的、并朝著底部47D向下傾斜的底部48A。此外，第七水池47的底部47D與該底部48A有相同的傾斜度。傾斜的底部47D和48A用于引導底部曝氣管70，底部物質沿著底部47D、48A下落，通過從曝氣管70吹出的空氣流的遷移運動，使底部物質向上流動。
第九水池49設置在第八水池48附近，并與它隔開一定的距離。第九水池49底部有一個曝氣管88。該曝氣管88與第五鼓風機90相連。第九水池49頂部有一個膜過濾器91。該膜過濾器91有多個水平排列的超濾膜或精濾膜。在本實施例中，使用排列在水下的超濾膜或精濾膜，然而，也可以采用其它的過濾膜，例如反滲透膜。將多個超濾膜或精濾膜固定在兩個縱向相對的管子上。膜過濾器泵92連接在膜過濾器部分91上，以便使該泵92將穿過膜過濾器91的處理后的水引導到第十一水池51中。返回空氣提升泵61的出口端61D與第九水池49的最上端相連。再生后的陽離子交換樹脂93穿過出口61D被引導到第九水池49中。
第十水池50設置在第九水池49旁邊并與其相連。第十水池50有一個朝遠離第九水池49方向向下傾斜的底部50A。引入空氣提升泵95的入口端95A安裝在靠近底部50A最低的位置上。一個用作引入空氣部件的曝氣管96設置在入口端95A的內部。該曝氣管96與第五鼓風機90相連。引入空氣的空氣提升泵95從入口端95A直接向上延伸，空氣提升泵95的最上端部分限定了一個開口95B。引入空氣提升泵95在稍低于開口95B的位置水平彎折，并從這里朝著第一水池41的方向稍稍向下傾斜延伸，形成了一個向下傾斜部分95C。引入空氣提升泵95在向下傾斜部分95C的末端向下彎折，然后垂直向下延伸，由此形成了一個向下延伸部分95D。該向下延伸部分95D有一個下端出口，它設置在第一水池41的最頂部。
通過處理后水的水泵98將從第九水池49引導到第十一水池51的處理后的水引到初級純水生產(chǎn)單元56中。在離子交換單元54中，對來自第十一水池51的處理后的水進行離子交換處理，然后再引導到反滲透膜單元55進行過濾。流過初級純水生產(chǎn)單元56的處理后的水可作為初級純水再循環(huán)，或者在經(jīng)歷了次級純水生產(chǎn)單元(圖中未示)的隨后處理后，作為半導體車間的超純水。
在上述構造的水處理裝置中，來自半導體車間的酸性廢水首先被引入第一水池41中。同時，通過引入空氣提升泵95向第一水池41中引入陽離子交換樹脂93。使用該陽離子交換樹脂93作為陽離子交換樹脂的原因是因為它在第九水池49中已經(jīng)與處理后水進行了離子交換。由此，該陽離子交換樹脂93含有正離子Ca++。引入第一水池41中的陽離子交換樹脂93在曝氣管57的曝氣下與酸性廢水反應，結果陽離子交換樹脂93的鈣離子被釋放出來()。因此，陽離子交換樹脂得到了再生。酸性廢水中的氟離子可以有效地與釋放的鈣離子的反應，生成氟化鈣。
在半導體車間，在沖洗半導體片時，使用的是高純度的工業(yè)等級的氟酸和硫酸，然后再用超純水沖洗該半導體片。上述沖洗過程生成的酸性廢水作為酸性廢水排出半導體車間。因此，可以說半導體車間排出的酸性廢水是相當清潔的廢水。通常，再生陽離子交換樹脂的鹽酸和硫酸也是工業(yè)純度。因此，由這種純度的氟酸和硫酸形成的酸性廢水可以令人滿意地作為再生陽離子交換樹脂的化學試劑。
曝氣管57鼓入空氣，徹底攪拌該酸性廢水和該陽離子交換樹脂，使它們相互接觸。因此，上述鈣離子和氟離子之間能夠充分進行反應。
接下來，如上所述，處理后的水與再生后的離子交換樹脂93一起，流入鄰近的第二水池42。在第二水池42中，在垂直方向的中間位置曝氣管以較小的鼓入空氣速度進行曝氣。在第二水池42內，由于陽離子交換樹脂的比重比較大，所以陽離子交換樹脂沉淀，而氟化鈣不會沉淀，因為它的顆粒非常細小，不可能發(fā)生沉淀。因此，引入鄰近的第三水池43中的氟化鈣會留在處理后的水中。
陽離子交換樹脂93沿著傾斜的底部42A向下運動，這使它能自動地到達返回空氣提升泵61的入口端61A。然后，陽離子交換樹脂93被入口端61A吸走，并與從曝氣管62鼓出的空氣一起向上運動。當從開口端61B排放空氣時，再生后的陽離子交換樹脂93流入橫向部分61C。陽離子交換樹脂93沿著稍稍向下傾斜的橫向部分61C移動，并在橫向部分61C的末端向下運動。然后，再生后的陽離子交換樹脂93回到第九水池49。用這種方式，通過在第一水池41中陽離子交換樹脂93與酸性廢水相反應，陽離子交換樹脂93對酸性廢水進行處理，同時用這種方式也使陽離子交換樹脂得到再生。此外，回到第九水池49的再生后的陽離子交換樹脂93能夠使處理后的水除去正離子。也就是說，根據(jù)該第二實施例，能夠在再生陽離子交換樹脂93的同時，用陽離子交換樹脂93處理廢水。因此，能夠改進廢水處理效率。此外，通過使用初級純水生成系統(tǒng)56的離子交換樹脂單元54中的用過的離子交換樹脂，可以有效地利用用過的離子交換樹脂處理水，而不用將它作為廢物廢棄掉。與此同時，該種結構減少了廢物數(shù)量，這樣作的結果減少了與廢物處置有關的費用。
根據(jù)該第二實施例，借助于空氣提升泵61和69使陽離子交換樹脂93在水池之間移動，因此，在移動過程中，可以防止損壞陽離子交換樹脂93。此外，每一個空氣提升泵61和95都沿陽離子交換樹脂93的運動方向向下傾斜，這樣可確保陽離子交換樹脂93能夠平穩(wěn)地流動。
來自第二水池42的處理后的水流入第三水池43中。未反應的氟離子與從碳酸鈣中洗出的鈣離子相反應，生成氟化鈣，該碳酸鈣填充在第三水池43(第一反應池)中。此外，碳酸鈣還可以中和硫酸。通過來自曝氣管63鼓入的空氣對碳酸鈣礦物質65進行攪拌，這可加速洗提鈣離子的速度。從第二水池42引入第三水池43中的處理后的水是酸性的，其pH值為4或低于4。因此，這種用途的碳酸鈣礦物質65的粒徑可以比較大，在1cm的量級上，將曝氣使用的空氣量維持在合理的水平上。采用這種尺寸的碳酸鈣顆粒是由于當洗出鈣離子時，能夠防止碳酸鈣礦物質65粘連在一起。在該第二實施例中，可采用天然石灰石作為碳酸鈣礦物質65，然而，研磨過的碳酸鈣都可以使用，如可以使用市售的稱為“Kansuiseki”的礦產(chǎn)品。
第三水池43的格柵64其垂直投影面積遠小于其水平投影面積。因此，來自曝氣管63的攪拌空氣能夠迅速地穿過格柵64。該格柵64的強度比較大，使它能夠支承重量較重的碳酸鈣礦物質65。
第三水池43處理后的水流入第四水池44。在第四水池44中，對該處理后的水進行固液分離，結果，分離出的氟化鈣沉淀在底部44A上。借助于一個與底部44A相連接的管子，將沉淀出的氟化鈣引入濃縮池52。而此時第四水池44中的上清液則流入第五水池45(第二反應池)。在第五水池45中，在處理后水中未反應的氟離子與從碳酸鈣礦物質68中洗出的鈣離子相反應，生成了氟化鈣。第五水池45中碳酸鈣礦物質68的粒徑在0.5cm的量級上。這意味著第五水池45生成氟化鈣的反應活性比第三水池43大得多。因此，第五水池45能夠進一步降低處理水中氟離子的濃度。
在第五水池45中，氟離子濃度已被進一步降低的處理后水流入第六水池46中。在第六水池46中，沉淀物沉積在漏斗形的底部46A上。通過一個與底部46A相連的管將沉積物引入濃縮池52中。沉淀物在濃縮池52被濃縮后輸送到下一個階段，也就是，使沉積物脫水的壓濾器53。在壓濾機53中，通?？僧a(chǎn)生水分含量不超過65％的濾餅，濾餅中水分的含量取決于所采用的壓濾機的種類。
第六水池46中的上清液流入下一水池或第七水池47進行進一步處理。第七水池47是一個過氧化氫分解池。在第七水池47中，首先通過設置在浸沒的下部區(qū)域47B的第一接觸循環(huán)部分47B-1的曝氣管70對待處理水進行攪拌。這樣水與炭76和塑料填料75相接觸，水中所含的過氧化氫被炭76分解，與此同時，水中所含的有機物被生長在塑料填料75上的微生物分解掉。
然后，水流入第二接觸循環(huán)部分47B-2與其中的炭80和塑料填料78相反應，同時與它們相接觸，由此分解水中的過氧化氫。在起催化劑作用的炭80的幫助下，過氧化氫被分解成水和氧氣。通過隔板W10使第一接觸循環(huán)部分47B-1和第二接觸循環(huán)部分47B-2彼此隔開。
隨后，經(jīng)過如此處理后的水穿過格柵77，在那里一部分水回到第一接觸循環(huán)部分47B-1，而另一部分水到達空氣提升泵85的下部開口端85A。到達開口端85A的處理后水與曝氣管86鼓入的空氣一起向上移動。到達潮濕的上部區(qū)域47A的處理后的水通過噴水器87上的多個小孔噴灑到潮濕的上部區(qū)域47A上。水在重力的作用下下落，與此同時，將填充在潮濕的上部區(qū)域47A中的炭83和塑料填料82浸濕。在這種情況下，通過中間的炭83對處理水中所含的過氧化氫進行分解，噴灑水通過氣-液接觸可以更有效地進行分解。
用這種方式對引入第七水池47中的水進行分解，與此同時，水穿過第一接觸循環(huán)部分47B-1、第二接觸循環(huán)部分47B-2、和潮濕的上部區(qū)域47A循環(huán)流動?？蓮呐D希環(huán)、馬鞍形填料、編制填料、Terralet和pole ring中適當?shù)剡x擇塑料填料75、78、82。這些塑料填料有許多水和空氣可滲透部分，并且便于水的流動。因此，處理后的水能夠等量地分布在潮濕的上部區(qū)域47A上，尤其是從頂部到底部。這有助于通過炭的催化作用分解過氧化氫，以及通過氣液接觸分解過氧化氫。盡管在第二實施例中第七水池47裝配有空氣提升泵85，通常，使用的是泵而不是空氣提升泵85。然而，應當注意，使用空氣提升泵85有一個好處，就是可以較低的能量消耗，帶動大量的處理后水流動。此外，使用空氣提升泵85能使水保持在好氧條件下進行處理，這有助于微生物的繁殖。尤其是在潮濕的上部區(qū)域47A中有助于好氧微生物的繁殖，通過這些微生物能夠有效地處理待處理水中所含的有機物。
在第七水池47中，在處理池下部區(qū)域的第一接觸循環(huán)部分47B-1和第二接觸循環(huán)部分47B-2對待處理水中的過氧化氫進行處理，因此，微生物很可能生長在潮濕的上部區(qū)域47A中的炭83上。當廢水(待處理水)中的過氧化氫的濃度低時，經(jīng)過一定的時間，過氧化氫新陳代謝細菌不僅在潮濕的上部區(qū)域47A繁殖，而且還在填充在第一和第二接觸循環(huán)部分47B-1和47B-2中的炭76，80上繁殖，以處理有機物?！斑^氧化氫新陳代謝細菌”這一術語在這里表示微生物熟悉低濃度的過氧化氫。炭76、80用作固定微生物的載體，炭表面形成有生物膜。因此，當?shù)谝唤佑|循環(huán)部分47B-1荷有在生物處理區(qū)域產(chǎn)生的剩余污泥或生物膜污泥時，在起微生物固定載體作用的炭76、80上很快就形成了生物膜。此外，通過周期性地將生物膜污泥引入第一接觸循環(huán)部分47B-1，能夠恒定地提供生物膜。通過生長在潮濕的上部區(qū)域47A中炭83表面的微生物、生長在第一接觸循環(huán)部分47B-1中炭76表面的微生物和生長在第二接觸循環(huán)部分47B-2中炭80表面的微生物，對待處理水中的有機物進行處理。
對裝填在第一接觸循環(huán)部分47B-1和第二接觸循環(huán)部分47B-2中的炭來說，應選擇其比重大于1的被稱為“Binchotan”的炭，以便使炭浸沒在水中?！癇inchotan”炭具有吸附有機物的作用。因此，可用生長在炭76、80上的微生物處理吸附在“Binchotan”炭上的有機物。通常，將這種其上可繁殖微生物的炭76、80稱為活性炭。
接下來，使待處理水從第七水池47流入第八水池48，而將處理后的上清液引入下一個處理池或第九水池49。第九水池49是一個陽離子交換樹脂曝氣池，在第一水池41中用酸性廢水再生的陽離子交換樹脂93，穿過空氣提升泵61連續(xù)流到第九水池49中。在該第九水池49中，通過曝氣管88對水進行攪拌和曝氣。通過在離子交換基團上的陽離子交換樹脂93，能夠除去來自碳酸鈣礦物質的處理水中所含的鈣離子。從曝氣管88鼓入的空氣不僅能夠清潔膜過濾器91，而且還有助于用陽離子交換樹脂置換廢水中的鈣離子。
用泵92吸取除去了鈣離子的水，以穿過膜過濾器91。膜過濾器91用于從水中過濾出陽離子交換樹脂93，還能過濾出細小的懸浮微生物、反應產(chǎn)物(如細小的氟化鈣顆粒)，它們都是在第八水池(沉淀池)48中不能沉淀的。應當注意，由于在第九水池49中進行曝氣，經(jīng)過一定的時間這種懸浮微生物在處理過程中能被消化掉和消失。
在現(xiàn)行的技術狀況中，超濾膜和精濾膜僅僅是不同種類的商業(yè)產(chǎn)品，它們適宜用作設置在處理池中的浸沒式過濾器(膜過濾器)，并且這種用途還沒有其它類型的過濾器。在將反滲透膜用作膜過濾器的情況下，反滲透膜必需設置在第九水池49或陽離子交換樹脂曝氣池的外面，不能設置在里面。目前，還沒有反滲透膜設置在浸沒式過濾器里面的用法。浸沒式過濾器的過濾膜設置在處理池內部的一個特殊例子是Kubota公司的“NF”系列。精濾膜的一個特殊例子是Mitsubishi Rayon股份有限公司的“STERAPORE”。不用說，本發(fā)明并不局限于這些例子。對反滲透膜來說，唯一需要的是選擇螺線形的醋酸纖維素膜，其運行壓力為10-25kg/cm2，就加工和生產(chǎn)樣本或模型來說，一點也不受限制。在上述這三種分離膜中，反滲透膜具有最高的過濾精度。而在過濾精度方面，超濾膜排在第二，精濾膜排在第三。反滲透膜能夠過濾低分子范圍的離子，而超濾膜或精濾膜不能過濾低分子范圍的離子。超濾膜能夠除去所有種類的細小顆粒、細菌、病毒和某些膠體狀的溶解有機物。精濾膜也能除去某些細小顆粒、細菌、病毒和一些膠體狀的溶解有機物。
在本實施例中，膜過濾器91由超濾膜組成。另一方面，膜過濾器91也可以由精濾膜或反滲透膜組成。再一方面，膜過濾器91還可以由超濾膜和反滲透膜聯(lián)合組成。無需說，這種聯(lián)合組成的過濾膜能夠改善處理水的水質。
在第九水池49中，通過從曝氣管88中鼓入的空氣對膜過濾器91進行持續(xù)清潔，這可以防止堵塞過濾器，并將由于堵塞造成處理水量減少的可能性降低到最小限度。由于預先考慮到水處理會在膜過濾器91處發(fā)生堵塞，所以，可將膜過濾器泵92運行在開-關控制狀態(tài)，以便使膜過濾器91間歇進行過濾。通過這種間歇運行可將堵塞的可能性降低到最小限度，由此也將降低過濾水數(shù)量的可能性降低到最小程度。
如圖2所示，膜過濾器91包括多個水平相互隔開的，排列在位于一對垂直方向上隔開的管子(或平板)上的多個超濾膜。應當注意，如果膜過濾器91有“STERAPORE”單元，作為精濾膜，而不是超濾膜的，那么“STERAPORE”單元應是一個空心絲膜精濾器，因此，它是絲型的，而不是板型的。因此，在這種情況下，膜過濾器應當包括多個隔開排列的絲。
對膜過濾器91來說，如上所述，可以使用精濾膜或反滲透膜代替超濾膜。在這種情況下，根據(jù)整個水處理系統(tǒng)內初級純水生產(chǎn)裝置56的最終水質要求，決定這兩種膜的類型。在整個系統(tǒng)中，從維持運行的觀點來看，尤其重要的一點是通過使用空氣總是保持過濾膜91表面的清潔。
通過膜過濾器泵92抽出的處理水被引入第十一水池51中，該第十一水池51由一個泵接收槽構成。
已經(jīng)與鈣離子交換了氫離子的陽離子交換樹脂53進入下一處理池或第十水池50，在這里樹脂93沿著向下傾斜的底部50A向下運動。然后，陽離子交換樹脂93被空氣提升泵95的入口端95A吸走，與從曝氣管96引入的空氣一起向上運動。然后，陽離子交換樹脂93通暢地穿過向下傾斜部分95C和向下延伸部分95D，而不會被損壞，然后，將它引入第一水池41中。在起陽離子交換樹脂再生曝氣池作用的第一水池41中，用酸性廢水再生陽離子交換樹脂93，以便重復使用。
通過處理后水的水泵98，抽吸引入作為泵接收槽的第十一水池51中的處理后的水，將它們引入離子交換單元54中，該離子交換單元54填充有陰離子交換樹脂或類似物。在離子交換單元54中，對處理后的水進一步進行離子交換處理。然后將已經(jīng)通過陽離子和陰離子處理的處理后水引入反滲透膜單元55中，進行反滲透處理。根據(jù)超純水的最終水質要求，從反滲透膜單元55排出的處理后水可流過一組圖中未示的處理單元進行進一步處理，直到最后生成超純水。
第三實施例圖3顯示的是本發(fā)明水處理裝置的第三實施例。第三實施例與第二實施例的不同之處僅在于第三實施例的裝置不包括第七水池(過氧化氫分解池)47、第八水池(沉淀池)48、和如圖2所示的第四鼓風機71。因此，在圖3中，與圖2相同的部件用相同的數(shù)字表示。
在第三實施例中，來自第六水池46的處理后的水直接流入第九水池49。在來自半導體車間的酸性廢水中絕對探測不出過氧化氫的情況下適于使用第三實施例，或者即使探測出了過氧化氫，而過氧化氫的濃度可忽略，無需對水中所含的過氧化氫進行處理的情況下，也適于采用第三實施例。
通常，在半導體車間，用車間生產(chǎn)系統(tǒng)的管線將過氧化氫單獨分離出來。因此，在這種半導體車間，對過氧化氫單獨進行處理，而不將它與酸性廢水混合。第三實施例的廢水處理裝置正好適用于這種半導體車間。
因此，根據(jù)第三實施例的廢水處理裝置，在酸性廢水不含過氧化氫的情況下，通過對該酸性廢水進行處理，無需采用象第二實施例中的上部和下部填充有活性炭和塑料填料的生物反應器(第七水池)，就可將廢水的水質處理到可用作初級純水生產(chǎn)單元56原水的程度。
然而應當注意，圖3所示的第三實施例不適于處理含有過氧化氫和/或有機物的廢水。因此，如上所述，在第三實施例中根本不使用活性炭，在處理過氧化氫的問題上，第三實施例的性能不僅比第二實施例低，而且，對處理有機物它的性能也低。
下面用一特定的實施例進一步說明本發(fā)明。在如圖2所示的水處理裝置中，組成單元分別具有下列容積。第一水池(陽離子交換樹脂再生曝氣池)41的容積大約為0.6立方米。第二水池(再生陽離子交換樹脂的第一沉淀池)42的容積大約為0.3立方米。第三水池(第一反應池)43的容積大約為1.2立方米。第四水池(第二沉淀池)44的容積大約為0.4立方米。第五水池(第二反應池)45的容積大約為1.2立方米。第六水池(第三沉淀池)46的容積大約為0.4立方米。第一接觸循環(huán)部分47B-1的容積大約為0.6立方米。第二接觸循環(huán)部分47B-2的容積大約為0.4立方米。潮濕的上部(反應噴水部分)47的容積大約為0.5立方米。第八水池(第四沉淀池)48的容積大約為0.2立方米。第九水池(陽離子交換樹脂曝氣池)49的容積大約為0.6立方米。第十水池(第五沉淀池)50的容積大約為0.4立方米。陽離子交換樹脂93的量大約占第一和第二水池41、42以及第九和第十水池49、50容積總和的10％?？諝馓嵘?1和95輸送的空氣量大約占廢水流量的3％。
從第二水池42轉移到第九水池49的廢水流量的3％限定了這樣一個流量比例，該比例的水不穿過第二水池與第九水池之間的廢水處理池，沒有被處理，而流量的97％在上述處理池中進行了處理。因此，整個廢水大體上被處理了。
在本實施例中，在未處理階段，酸性廢水的pH值為2.9；氟離子濃度為206ppm；電導率為1600μs/cm；陽離子總濃度為64ppm；過氧化氫濃度為112ppm；TOC(總有機碳)為12ppm；KMnO4消耗量為110ppm。處理后，廢水的pH值變到7.2，氟離子降低到13ppm，電導率降低到320μs/cm。陽離子濃度降低到40ppm，過氧化氫濃度減少到不超過6ppm。TOC降低到不超過1ppm，KMnO4消耗量降低到不超過6ppm。KMnO4消耗量是一個必需的分析項目，與純水生產(chǎn)有關，主要用來表示有機物的量。
為了進行比較，對未經(jīng)處理的相同水質的酸性廢水在如圖4所示的已有技術的酸性廢水處理裝置中進行處理。處理后，廢水的pH值為7.5，氟離子濃度為14ppm，電導率為1780μs/cm。此外，廢水的陽離子總量為820ppm，過氧化氫濃度為62ppm，TOC為9ppm，KMnO4消耗量為82ppm。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的實施例將陽離子濃度降低到已有技術的大約二十分之一。將過氧化氫濃度降低到已有技術的大約十分之一。將TOC降低到已有技術的九分之一或更低。將KMnO4消耗量降低到已有技術的十三分之一或更低。也就是說，本實施例表明，使用本發(fā)明的裝置能夠得到高水質的處理水，可很好地用作超純水生產(chǎn)裝置的純水。
在上述實施本發(fā)明的方式中，在處理廢水過程要中加入碳酸鈣。另一方面，也可以采用消石灰處理廢水。在這種情況下，為了沉淀要使用混凝劑，然而任何離子化的混凝劑都不能通過膜過濾除去，它們容易吸附在離子交換樹脂上。因此，使離子交換樹脂不能獲得所期望的離子交換作用。
在上述第二和第三水池中都使用了陽離子交換樹脂，然而，如果要處理堿性廢水，如含氨廢水，可使用陰離子交換樹脂。在這種情況下，第三水池43到第六水池46應當用作堿性處理池。
如上所述，如保護全球環(huán)境所熱切提倡的那樣，本發(fā)明的水處理裝置和方法能夠滿足保護資源和節(jié)約能量的要求，它對環(huán)境是有益的并能夠合理地管理生產(chǎn)車間。
以上描述了本發(fā)明，顯然，還可以有許多方式的變化。這種沒有背離本發(fā)明范圍和精神的變化，以及所有對本專業(yè)技術人員來說是顯而易見的變化，都應包括在下列權利要求書的保護范圍之內。
權利要求
1.一種水處理方法，包括以下步驟在第一水池中加入堿水或酸水；在離子交換塔中引入含有陰離子或陽離子的水，用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂對水中的陰離子或陽離子進行離子交換處理，得到處理后的水；在第一水池中引入離子交換樹脂塔中的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂，用堿水或酸水對陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂進行再生；和將在第一水池再生后的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂返回到離子交換塔；在離子交換塔和第一水池之間循環(huán)上述陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂。
2.如權利要求1所述的水處理方法，其特征在于引入第一水池的堿水或酸水是待處理的堿性廢水或酸性廢水，和在第一水池再生完陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的堿性廢水或酸性廢水，作為待處理水被引入離子交換塔中。
3.一種廢水處理裝置，該裝置包括用于接收堿水或酸水的第一水池；裝有陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的離子交換塔，將含有陰離子或陽離子的水引入上述離子交換塔，用陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂對上述水進行離子交換處理，以便得到處理后的水；離子交換樹脂輸送部件，用于將離子交換塔中的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂引入第一水池；離子交換樹脂返回部件，用于將在第一水池中用堿水或酸水再生后的陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂送回離子交換塔；和用于接收來自再生陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂的第一水池中的堿水或酸水的部件，并引入離子交換塔，在這里對堿水或酸水進行預處理。
4.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于第一水池接收作為堿水或酸水的堿性廢水或酸性廢水。
5.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于還包括在第一水池中用于將堿水或酸水與陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂相混合的曝氣部件。
6.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于還包括在離子交換塔中用于將陰離子水或陽離子水與陰離子交換樹脂或陽離子交換樹脂相混合的曝氣部件。
7.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于每一個離子交換樹脂輸送部件和離子交換樹脂返回部件都有與第一水池和離子交換塔相連接的管線和空氣提升泵。
8.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于離子交換塔有一個放置在其中的膜過濾器，以及一個處理水排放部件，用于排放穿過膜過濾器的、與陽離子交換樹脂或陰離子交換樹脂相分離的處理后水。
9.如權利要求3所述的水處理裝置，其特征在于將經(jīng)過預處理的待處理水引入離子交換塔的部件包括一個其中放置有碳酸鈣的碳酸鈣儲槽，它接收來自第一水池的并在其中再生了陽離子交換樹脂的酸性廢水，并排出由碳酸鈣溶解在酸性廢水生成的接近中性的液體。
10.如權利要求9所述的水處理裝置，其特征在于將經(jīng)過預處理的待處理水引入離子交換塔的部件包括一個用于接收來自碳酸鈣池的中性液體的生物處理池，上述生物處理池中裝填有炭和塑料填料，液體穿過炭和塑料填料流動，以進行生物處理，將生物處理后的液體作為陽離子水排放到離子交換塔中。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種處理后的水可用作超純水生產(chǎn)裝置原水，而無需添加各種化學物質的水處理裝置。該裝置包括一個接收堿水或酸水的第一水池，一個對來自第一水池的廢水進行固-液分離的第二水池，一個裝有離子交換樹脂和曝氣管的離子交換塔，一個沉淀離子交換樹脂的沉淀池，一個將離子交換樹脂從沉淀池輸送的第一水池的空氣提升泵，一個將離子交換樹脂從第二水池返回到離子交換塔到返回空氣提升泵。離子交換樹脂與處理水中的氟離子在離子交換塔中進行離子交換，并在第一水池中用酸性廢水對其進行再生。
文檔編號B01J47/10GK1146977SQ9610999
公開日1997年4月9日 申請日期1996年8月16日 優(yōu)先權日1995年8月16日
發(fā)明者山崎和幸, 濱口喜弘, 松本茂樹 申請人:夏普公司