(57)【要約】【課題】シリコン廃水を２次的に処理することによって回収率を一定以上に上昇できるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム及びシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を提供する。【解決手段】シリコン廃水をＵＦ膜でろ過処理し、ＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離するＵＦ処理槽と、前記ＵＦ処理槽と連通され、前記分離されたシリコン濃縮廃液と外部から移送されたアルカリ性物質を互いに混合するラインミキサーと、前記ラインミキサーと連通され、前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに反応させて水素ガスを生産する水素生産水槽とを含んでシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムを構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン廃水をＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理し、ＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離するＵＦ処理槽と、
前記ＵＦ処理槽と連通され、前記分離されたシリコン濃縮廃液と外部から移送されたアルカリ性物質を互いに混合するラインミキサーと、
前記ラインミキサーと連通され、前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに反応させて水素ガスを生産する水素生産水槽と、を含むシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項２】
前記ＵＦ処理槽と連通され、分離されたシリコン濃縮廃液を貯蔵してラインミキサーに供給する廃液貯蔵槽をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項３】
前記ＵＦ処理槽と連通され、分離されたＵＦ処理水を貯蔵する第１の生産水槽と、
前記第１の生産水槽と連通され、ＵＦ処理水に加熱水を供給する加熱水供給槽と、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項４】
前記ラインミキサーと連通され、アルカリ性物質を貯蔵してラインミキサーに供給するアルカリ性物質タンクをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項５】
前記アルカリ性物質タンクは、貯蔵されたアルカリ性物質の湿度を一定に維持するように制御する除湿機と電気的に連結されたことを特徴とする、請求項４に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項６】
前記水素生産水槽と連通され、生成された水素を捕集して貯蔵する水素ガス捕集槽をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項７】
前記水素生産水槽と連通され、酸性物質を貯蔵して水素生産水槽に供給し、水素ガスと共に生成されたアルカリ性用水を中和する酸度調節器をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項８】
前記水素生産水槽と連通され、中和によって生成された上澄液を貯蔵する第２の生産水槽をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項９】
前記水素生産水槽と連通され、中和によって生成された沈殿物を受けた後、水分を脱水して外部に排出する遠心分離機をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項１０】
前記遠心分離機はＵＦ処理槽及び第２の生産水槽と連通され、前記ＵＦ処理槽から移送されたシリコン濃縮廃液と前記第２の生産水槽に沈澱される沈殿物を受けた後、水分を脱水して外部に排出することを特徴とする、請求項９に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム。
【請求項１１】
シリコン廃水のＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理してＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離する段階と、
前記分離されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに混合する段階と、
前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を反応させて水素ガスとアルカリ性用水を得る段階と、
前記アルカリ性用水を酸性物質で中和して上澄液と沈殿物を得る段階と、を含むシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【請求項１２】
前記沈殿物を脱水して得た固形分を廃棄する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【請求項１３】
前記アルカリ性物質は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＭｇＯＨ、ＣａＯＨ２、ＦｅＯＨ２、ＮＨ４ＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＢＨ４及びこれらの混合物からなる群から選択された１種であることを特徴とする、請求項１１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【請求項１４】
前記アルカリ性用水はｐＨ１２〜１３であることを特徴とする、請求項１１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【請求項１５】
前記酸性物質は、ＨＣｌ、ＨＮＯ３及びこれらの混合物からなる群から選択された１種であることを特徴とする、請求項１１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【請求項１６】
前記中和は、アルカリ性用水がｐＨ７〜１０になるように行うことを特徴とする、請求項１１に記載のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン廃水から水素ガスを生産することによって追加的なエネルギー資源を創出できるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム及び水素エネルギー生産方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、情報通信及び半導体産業の発展、石油エネルギーの枯渇及び地球温暖化防止のための太陽熱エネルギーを用いる産業の急浮上に伴い、シリコンウェハの需要が急増している。
一般に、シリコンウェハは、シリコンインゴットに切削油と研磨材（炭化ケイ素、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素など）を混合したスラリーを供給しながらワイヤソーで切削することによって製造される。
【０００３】
そして、切削されたシリコンウェハは、切削油及び研磨材が混合されたスラリーと切削粉が混ぜてある廃スラリーが付いた状態で洗浄装備（ワイヤソークリーナ）に移動され、洗浄剤（界面活性剤）を混合した水（洗浄液、ＤＩ  Ｗａｔｅｒ）に超音波を印加して洗浄する洗浄過程を通して太陽電池用のシリコンウェハに製造されたり、研磨エッチング及び洗浄工程などを経て半導体用シリコンウェハに製造される。前記のようなインゴット加工工程では、洗浄液にスラリーと切削粉が混合されたシリコン廃水が一定量発生する。
【０００４】
これにより、従来は、前記シリコン廃水を１次的に加圧式ＭＦ膜でろ過して生産水を生産し、これを再使用した。そして、ろ過時に発生した廃濃縮水には浸漬型ＵＦ膜ろ過を実施し、ＵＦ処理水は再使用し、残留する廃濃縮水はそのまま廃棄する方法を使用した。
しかし、シリコン廃水の１次処理時、残留する廃濃縮液の過濃縮により、２次的に実施されるＵＦ膜が塞がるなどの異常現象が発生し、正常的に２次フィルタリングが実施されないという問題がある。これにより、シリコン廃水から一定以上に生産水回収率を上昇できないという問題がある。
【０００５】
また、シリコン廃水から発生する廃濃縮水をそのまま廃棄することによって、１トン当たり６〜８万ウォンの廃棄費用が発生し、廃棄費用が上昇するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明は、上述した問題を解消するために創出されたもので、本発明の目的は、シリコン廃水を２次的に処理することによって回収率を一定以上に上昇できるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム及びシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、シリコン廃水から水素ガスを生産し、新しいエネルギー資源を創出できるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム及びシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、シリコン廃水で最終的に残存する廃棄物を固形化させることによって廃棄物の重さを減少させ、これにより、廃棄に要求される廃棄費用を効率的に節減できるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システム及びシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記のような本発明の課題を解決するために、本発明によるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムは、シリコン廃水をＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理してＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離するＵＦ処理槽と、前記ＵＦ処理槽と連通され、前記分離されたシリコン濃縮廃液と外部から移送されたアルカリ性物質を互いに混合するラインミキサーと、前記ラインミキサーと連通され、前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに反応させて水素ガスを生産する水素生産水槽とを含む。
【０００９】
また、本発明によるシステムは、前記ＵＦ処理槽と連通され、分離されたシリコン濃縮廃液を貯蔵してラインミキサーに供給する廃液貯蔵槽をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明によるシステムは、前記ＵＦ処理槽と連通され、分離されたＵＦ処理水を貯蔵する第１の生産水槽と、前記第１の生産水槽と連通され、ＵＦ処理水に加熱水を供給する加熱水供給槽とをさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明によるシステムは、前記ラインミキサーと連通され、アルカリ性物質を貯蔵してラインミキサーに供給するアルカリ性物質タンクをさらに含むことを特徴とする。
また、本発明によるシステムにおいて、前記アルカリ性物質タンクは、貯蔵されたアルカリ性物質の湿度を一定に維持するように制御する除湿機と電気的に連結されたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明によるシステムは、前記水素生産水槽と連通され、生成された水素を捕集して貯蔵する水素ガス捕集槽をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明によるシステムは、前記水素生産水槽と連通され、酸性物質を貯蔵して水素生産水槽に供給し、水素ガスと共に生成されたアルカリ性用水を中和する酸度調節器をさらに含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明によるシステムは、前記水素生産水槽と連通され、生成された上澄液を貯蔵する第２の生産水槽をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明によるシステムは、前記水素生産水槽と連通され、中和によって生成された沈殿物を受けた後、水分を脱水して外部に排出する遠心分離機をさらに含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によるシステムにおいて、前記遠心分離機は、ＵＦ処理槽及び第２の生産水槽と連通され、前記ＵＦ処理槽から移送されたシリコン濃縮廃液と前記第２の生産水槽に沈澱される沈殿物を受けた後、水分を脱水して外部に排出することを特徴とする。
また、前記のような本発明の課題を解決するために、本発明によるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法は、シリコン廃水のＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理してＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離する段階と、前記分離されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに混合する段階と、前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を反応させて水素ガスとアルカリ性用水を得る段階と、前記アルカリ性用水を酸性物質で中和して上澄液と沈殿物を得る段階とを含む。
【００１４】
また、本発明による生産方法は、前記沈殿物を脱水して得た固形分を廃棄する段階をさらに含むことを特徴とする。
また、本発明による生産方法において、前記アルカリ性物質は、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＭｇＯＨ、ＣａＯＨ２、ＦｅＯＨ２、ＮＨ４ＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＢＨ４及びこれらの混合物からなる群から選択された１種であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による生産方法において、前記アルカリ性用水はｐＨ１２〜１３であることを特徴とする。
また、本発明による生産方法において、前記酸性物質は、ＨＣｌ、ＨＮＯ３及びこれらの混合物からなる群から選択された１種であることを特徴とする。
また、本発明による生産方法において、前記中和は、アルカリ性用水がｐＨ７〜１０になるように行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、シリコン廃水から再使用できる処理水を２次的に処理することによって、回収率を一定以上に上昇できるという効果を有する。
また、本発明は、シリコン廃水から水素ガスを捕集し、新しいエネルギー資源を創出できるという効果を有する。
また、本発明は、シリコン廃水で最終的に残存する廃棄物を固形化させることによって廃棄物の重さを減少させ、これにより、廃棄に要求される廃棄費用を効率的に節減できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムを概略的に示した図である。
【図２】本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明による水素ガスの形成と中和過程を示した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の各図面を参照して本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムを説明する。
図１は、本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムを概略的に示した図である。
図１を参照すると、本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムは、ＵＦ処理槽２００、ラインミキサー４００及び水素生産水槽５００を備えている。
【００１９】
ＵＦ処理槽２００は、シリコン廃水を受けた後、これをＵＦ処理槽２００の内部に設置された浸漬式ＵＦ膜２０１でろ過処理し、ＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離する。このとき、シリコン廃水は、インゴット加工工程及び半導体製造工程などで発生するシリコンを含有する廃液を意味する。本発明の一実施例では、インゴット加工部１００からインゴット加工工程で発生するシリコン廃水を受けて処理する。
【００２０】
前記ＵＦ処理槽２００で分離されたシリコン濃縮廃液とＵＦ処理水は、ＵＦ処理槽２００と連通された廃液貯蔵槽３００と第１の生産水槽２２０にそれぞれ貯蔵される。そして、第１の生産水槽２２０は、これと連通されて加熱水を貯蔵する加熱水供給槽２１０から加熱水を受け、ＵＦ処理水を殺菌処理する。
ラインミキサー４００は、前記ＵＦ処理槽２００と連通され、廃液貯蔵槽３００から移送されたシリコン濃縮廃液と外部から移送されたアルカリ性物質を互いに混合する。アルカリ性物質は、ラインミキサー４００と連通されてアルカリ性物質を貯蔵するアルカリ性物質タンク４１０から提供される。アルカリ性物質タンク４１０は、貯蔵されたアルカリ性物質の湿度を一定に維持するように制御する除湿機と電気的に連結される。
【００２１】
前記アルカリ性物質としては、シリコンと反応して水素ガスを生成できるものであれば、制限なく使用することができ、水酸化系列のアルカリ性物質が使用可能である。一例として、前記アルカリ性物質としては、アルカリ金属及びアルカリ土金属の水酸化物が使用可能であり、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＭｇＯＨ、ＣａＯＨ２、ＦｅＯＨ２、ＮＨ４ＯＨ、Ｎａ２ＣＯ３、ＮａＢＨ４及びこれらの混合物からなる群から選択された１種を使用することがより望ましい。本発明では、ラインミキサー４００を通してシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに混合して接触面積を広げることによって、水素生産水槽５００で水素ガスが効果的に生産されるようにする。
【００２２】
水素生産水槽５００は、前記ラインミキサー４００と連通され、ラインミキサー４００で混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに反応させて水素ガスを生産する。このように生成された水素ガスは、生産水槽５００と連通された水素ガス捕集槽５１０に捕集されて分離・貯蔵される。したがって、本発明では、シリコン廃水からの処理水の回収率を維持しながら、これから別途の水素ガスを発生し、これを水素ガス捕集槽５１０で一定量捕集して貯蔵することによって、追加的に新しいエネルギー源を生産することができる。
【００２３】
一方、水素生産水槽５００は、これと連通され、酸性物質を貯蔵する酸度調節器５２０から酸性物質を受け、水素ガスと共に生成されたアルカリ性用水を酸性物質で中和して上澄液と沈殿物を生成する。このとき、酸性物質としては、ＨＣｌ、ＨＮＯ３又はこれらの混合物を使用することができる。ここで、前記酸度調節器５２０は、センサ及び制御部を通してアルカリ性用水が一定のｐＨに中和されるように酸性物質の提供量を調節することができる。
【００２４】
このように生成された沈殿物は、水素生産水槽５００と連通された遠心分離機７００に移送され、遠心分離機７００は、移送された沈殿物に含まれた水分を脱水して固形分に製造し、これを外部に排出する。
一方、第２の生産水槽６００は、水素生産水槽５００と連通され、生成された上澄液を受けて貯蔵する。
【００２５】
このとき、遠心分離機７００は、前記ＵＦ処理槽２００及び第２の生産水槽６００と連通される。これにより、前記遠心分離機７００は、ＵＦ処理槽２００でオーバーフローされるシリコン濃縮廃液と第２の生産水槽６００の内部で沈澱される他の残留沈殿物を受け、これらを脱水して固形化させ、外部に排出して廃棄することができる。
次に、前記のように構成されるシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産システムを用いた水素エネルギー生産方法を説明する。
【００２６】
図２は、本発明のシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を示したフローチャートである。
図２を参照すると、シリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法は、シリコン廃水をＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理してＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離する段階と、前記分離されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに混合する段階と、前記混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を反応させて水素ガスとアルカリ性用水を得る段階と、前記アルカリ性用水を酸性物質で中和して上澄液と沈殿物を得る段階とを含むシリコン廃水を活用した水素エネルギー生産方法を含む。
【００２７】
以下、各段階をより詳細に説明する。
まず、シリコン廃水をＵＦ（Ｕｌｔｒａ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）膜でろ過処理する。
本発明の一実施例によると、インゴット加工工程などで発生するシリコン廃水は、インゴット加工部１００から移送され、ＵＦ処理槽２００の内部に設置された浸漬式ＵＦ膜２０１でろ過処理される。これにより、シリコン廃水は、ＵＦ処理水とシリコン濃縮廃液に分離され、前記ＵＦ処理水は第１の生産水槽２２０に、前記シリコン濃縮廃液は廃液貯蔵槽３００にそれぞれ移送される。
【００２８】
このとき、前記第１の生産水槽２２０に移送されたＵＦ処理水は、第１の生産水槽２２０と連通された加熱水供給槽２１０を通して供給される加熱水と混合され、殺菌及びクリーニングされる。
次いで、分離されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を互いに混合する。
廃液貯蔵槽３００に貯蔵されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質タンク４１０に貯蔵されたアルカリ性物質は、ラインミキサー４００に提供されて混合される。ここで、前記アルカリ性物質は、上述したものと同一である。
【００２９】
次いで、混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質を反応させて水素とアルカリ性用水を得る。
ラインミキサー４００で混合されたシリコン濃縮廃液とアルカリ性物質は、水素生産水槽５００で互いに反応して水素を生成させる。このとき、副産物としてアルカリ性用水が発生する。
【００３０】
一例として、廃液中に含有されたシリコンがアルカリ性物質であるＮａＯＨと反応する場合、次の式１のように水素ガスが発生する。
［化１］
Ｓｉ  ＋  ２ＮａＯＨ  ＋  Ｈ２Ｏ（１）  →  Ｎａ２ＳｉＯ３  ＋  ２Ｈ２（ｇ）
このように生成された水素ガスは、分離された後、水素生産水槽５００と連通された水素ガス捕集槽５１０に貯蔵される。
【００３１】
最後に、アルカリ性用水を酸性物質で中和して上澄液と沈殿物を得る。
水素ガスの分離後、水素生産水槽５００に残留するアルカリ性用水はｐＨ１２〜１３の範囲を有する。そして、酸度調節器５２０から酸性物質を受け、水素生産水槽５００に残留するアルカリ性用水を中和してｐＨ７〜１０の範囲にする。このとき、酸性物質としては、ＨＣｌ、ＨＮＯ３又はこれらの混合物を使用することができる。
【００３２】
図３は、本発明に係る水素ガスの形成と中和過程を示した写真である。
図３を参照すると、アルカリ性用水を酸性物質で中和する場合、上澄液とゲル化された沈殿物に分離される。このとき、上澄液は、水素生産水槽５００の内部でオーバーフローされて第２の生産水槽６００に移送される。このように移送された上澄液は、工程水として再使用されるように供給される。
【００３３】
したがって、本発明では、前記水素ガスを生産すると同時に上澄液を分離し、これを工程水として再使用することによって、結局、シリコン廃水から再使用できる処理水の回収率を上昇させることができる。
追加的に、前記沈殿物を脱水して固形分を得た後、これを廃棄する。
前記沈殿物は、遠心分離機７００に移送され、水分が除去される。このように脱水が完了した沈殿物は固形化され、固形化された沈殿物は外部に排出されて廃棄される。
【００３４】
本発明は、前記のように脱水過程を追加的に実施し、ケーキ状に外部に排出される廃棄物を固形化させて排出することによって、廃棄物自体の重量を減少させ、これにより、廃棄に要求される費用を著しく節減することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００    インゴット加工部
２００    ＵＦ処理槽
２１０    加熱水供給槽
２２０    第１の生産水槽
３００    廃液貯蔵槽
４００    ラインミキサー
４１０    アルカリ性物質タンク
４２０    除湿機
５００    水素生産水槽
５１０    水素ガス捕集槽
５２０    酸度調節器
６００    第２の生産水槽
７００    遠心分離機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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