利用硅废水的氢能源生产系统及氢能源生产方法

摘要

本发明公开一种利用硅废水的氢能源生产系统及氢能源生产方法，更为详细说明是，包括：UF处理槽，对硅废水进行UF(Ultra Filtration)膜过滤处理，从而分离成UF处理水和硅浓缩废液；管道混合器，与上述UF处理槽连通，将上述已分离的硅浓缩废液和从外部输送到的碱性物质彼此混合；氢气生产水槽，与上述管道混合器连通，将上述已混合的硅浓缩废液和碱性物质彼此反应而发生氢气的，利用硅废水的氢能源生产系统及氢能源生产方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种从硅废水生产氢气而额外获得能源的，利用硅废水的氢能源生产系统及氢能源生产方法。

背景技术

最近，随着远程通信及半导体产业的发展和石油能源的枯竭、为防止全球温度变暖而利用太阳能的产业急剧增长，使得对硅片的需求急增。

通常，硅片是通过对硅锭(silicon ingot)供给将切削油和研磨材料(碳化硅、氧化铝、二氧化硅等)混合的浆料，同时用线锯(wiresaw)切削的方式制备的。

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浆料和混合有切削粉末(saw dust)的废浆料的状态下，移动到洗净装备(线锯清洗器)，在混合有洗净剂(表面活性剂)的水(洗净液，DIWater)施加超声波来洗净的洗净过程而制备成太阳能电池用硅片，或通过研磨蚀刻工序而制备成半导体用硅片。在如上所述的硅锭加工工序中发生在洗净液中混合有浆料和切削粉末的一定量的硅废水。

由此，在现有技术中利用如下方法，即，通过加压式MF膜对上述硅废水进行一次过滤来生产生产水，并再使用该生产水，通过对在过滤时所发生的废浓缩水进行浸渍型UF膜过滤而再使用所获得的UF处理水，直接废弃所残留的浓缩水。

但是，对硅废水进行一次处理时所残留的浓缩液由于过浓缩而导致发生二次实施的UF膜堵塞等的异常现象，不能正常进行二次过滤的问题。由此，不能从硅废水回收规定量以上的生产水而存在难以提高生产水回收率的问题。

并且，因为直接废弃在硅废水中发生的废浓缩水，由此发生每吨6～8万韩币的废弃理费用，导致了废弃费用的上升。

发明内容

为解决上述问题的不足，本发明的目的在于提供一种对硅废水进行二次处理时将回收率提高到规定值以上的，利用硅废水的氢能源生产系统及利用硅废水的氢能源生产方法。

本发明的另一目的在于提供一种从硅废水生产氢气而额外获得能源的，利用硅废水的氢能源生产系统及利用硅废水的氢能源生产方法。

根据本发明的另一目的在于，提供一种对废水中最终残留废弃物进行固化而减少废弃物重量，由此有效降低废弃所需的废弃费用的，利用硅废水的氢能源生产系统及利用硅废水的氢能源生产方法。

本发明是以如下方式实现的。本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，包括：

UF处理槽，对硅废水进行UF(Ultra Filtration)膜过滤处理，从而分离成UF处理水和硅浓缩废液；

管道混合器，与上述UF处理槽连通，将上述已分离的硅浓缩废液和从外部输送到的碱性物质彼此混合；

氢气生产水槽，与上述管道混合器连通，将上述已混合的硅浓缩废液和碱性物质彼此反应而发生氢气。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括废液储存槽，与上述UF处理槽连通，储存已分离的硅浓缩废液而供给到管道混合器。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括：

第一生产水槽，与上述UF处理槽连通，储存已分离的UF处理水；

加热水供给槽，与上述第一生产水槽连通，对UF处理水供给加热水。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括碱性物质槽，该碱性物质槽与上述管道混合器连通，通过储存碱性物质而供给到管道混合器。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，其中，上述碱性物质槽，与除湿器电连接，通过上述除湿器使得已储存的碱性物质的湿度保持规定值。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括氢气收集槽，与上述氢气生产水槽连通，收集所生成的氢气。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括酸度调节器，该酸度调节器与上述氢气生产槽连通，储存酸性物质而供给到氢气生产水槽，由此中和与氢气一起生成的碱性用水。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括第二生产水槽，该第二生产水槽与上述氢气生产水槽连通，储存所生成的上层液。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，进一步包括圆心分离器，与上述氢气生产水槽连通，接受通过中和所生成的沉淀物后，脱去水分而排出到外部。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统，其中，上述圆心分离器，与UF处理槽及第二生产水槽连通，接受上述UF处理槽的硅浓缩废液和在上述第二生产水槽沉淀的沉淀物后，脱去水分而排出到外部。

并且，为解决上述的本发明的课题，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，包括如下阶段：

对硅废水进行UF(Ultra Filtration)膜过滤处理，从而分离成UF处理水和硅浓缩废液的阶段；

将上述已分离的硅浓缩废液和碱性物质彼此混合的阶段；

将上述已混合的硅浓缩废液和碱性物质反应，从而获得氢气和碱性用水的阶段；

将上述碱性用水通过酸性物质中和而获得上层液和沉淀物的阶段。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，进一步包括将通过对上述沉淀物进行脱水而获得的固型粉废弃的阶段。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，上述碱性物质是从由NaOH、KOH、MgOH、CaOH₂、FeOH₂、NH₄OH、Na₂CO₃、NaBH₄及它们的混合物所组成的组中选择的一种。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，其中，上述碱性用水的pH为12～13。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，其中，上述酸性物质是从HCl、HNO₃及它们的混合物所组成的组中选择的一种。

并且，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法，其中，上述中和是进行到碱性用水的pH为7～10。

根据本发明，可实现对从硅废水中可再使用的处理水进行二次处理，使得回收率提高到规定值以上的效果。

并且，根据本发明，可实现从硅废水中收集氢气而额外获得新的能源的效果。

并且，根据本发明，可实现对废水中最终残留废弃物进行固化而减少废弃物重量，由此有效降低废弃所需的废弃费用的效果。

附图说明

图1是表示根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统的概略示意图。

图2是表示根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法的流程图。

图3是表示根据本发明的氢气的形成和中和过程的照片。

在图1～图3中，100：硅锭加工部，200：UF处理槽，210：加热水供给槽，220：第一生产水槽，300：废液储存槽，400：管道的混合器，410：碱性物质槽，420：除湿器，500：氢气生产水槽，510：氢气收集槽，520：酸度调节器，600：第二生产水槽，700：圆心分离器。

具体实施方式

以下，结合附图对根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统进行说明。

图1是表示根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统的概略示意图。

如图1所示，根据本发明的利用硅废水的氢能源生产系统具备UF处理槽200、管道混合器400及氢气生产水槽500。

UF处理槽200接受所移送到的硅废水，并通过设置在UF处理槽200内部的浸渍式UF膜201进行过滤处理，从而分离为UF处理水和硅浓缩废液。此时的硅废水，是指包含通过硅锭加工工序、半导体制备工序等所发生的硅的废液。根据本发明的一个实施例中，接受从硅锭加工部100的硅锭加工工序中发生的硅废水，并对该硅废水进行处理。

在上述UF处理槽200分离的硅浓缩废液和UF处理水，分别供给到与UF处理槽200连通的废液储存槽300和第一生产水槽200。并且，第一生产水槽220与之连通，且从储存加热水的加热水储存槽210接受所供给的加热水，从而对UF处理水进行杀菌处理。

并且，上述管道混合器400与上述UF处理槽200连通，将从废液储存槽300移送到的硅浓缩废液和从外部移送到的碱性物质彼此混合。碱性物质，是从与管道混合器连通且储存碱性物质的碱性物质槽410供给的。储存在碱性物质槽410与控制成所储存的碱性物质的湿度保持规定值的除湿机电连接。

并且，上述碱性物质没有特特别限制，只要是可与硅反应而发生氢气的物质即可，可以利用氢氧化系列的碱性物质。作为一例，可以是碱金属或碱土金属的氢氧化物，更为优选为，从由NaOH、KOH、MgOH、CaOH₂、FeOH₂、NH₄OH、Na₂CO₃、NaBH₄及它们的混合物所组成的组中选择的一种。通过本发明中的管道混合器400将硅浓缩废液和碱性物质彼此混合而扩大接触面积，可在氢气生产槽有效生产氢气。

氢气生产水槽500与上述管道混合器400连通，将在管道混合器400混合的硅浓缩废液与碱性物质彼此反应而生产氢气。如此生产的氢气通过与生产水槽500连通的氢气收集槽510所收集而分离储存。由此，在本发明中在维持从硅废水的处理水的回收率的同时，再次发生额外的氢气而将一定量氢气收集储存到氢气收集槽510，由此生产额外的能源。

另外，氢气储存水槽500与此连通，接受从储存酸性物质的酸度调节器520所供给的酸性物质，将与氢气一起生成的碱性用水通过酸性物质中和，从而生成上层液和沉淀物。此时，酸性物质可以是HCl、HNO₃及它们的混合物。此时，上述酸度调节器520通过传感器及控制部以使得碱性用水中和成规定pH值的方式调节酸性物质供给量。

这样生成的沉淀物移送到与氢气生产水槽500连通的圆心分离器700，圆心分离器700将移送到的沉淀物中所包含的水分进行脱水后制备成固型粉，并将此排出到外部。

并且，第二生产水槽600与氢气生产水槽500连通，并接受所生产的上层液并储存该上层液。

此时，圆心分离器700，可与上述UF处理槽200和第二生产水槽600连通。由此，上述圆心分离器700接受从UF处理槽200溢出的硅浓缩废液和在第二生产水槽600的内部沉淀的其它残留沉淀物，并对这些进行脱水而固型化，且向外部排出而废弃。

并且，以下对以如下方式构成的利用硅废水的氢能源生产系统的氢能源生产方法进行说明。

图2是表示根据本发明的利用硅废水的氢能源生产方法的流程图。

如图2所示，利用硅废水的氢能源生产方法，包括如下步骤：

对硅废水进行UF(Ultra Filtration)膜过滤处理，从而分离成UF处理水和硅浓缩废液的阶段；

将上述已分离的硅浓缩废液和碱性物质彼此混合的阶段；

将上述已混合的硅浓缩废液和碱性物质反应，从而获得氢气和碱性用水的阶段；

将上述碱性用水通过酸性物质中和而获得上层液和沉淀物的阶段。

以下分阶段进行更为详细的说明。

首先，对硅废水进行UF(Ultra Filtration)膜过滤处理。

根据本发明的一实施例，在硅锭加工工序等所发生的硅废水，从硅锭加工部100移送到设置在UF处理槽200的内部的浸渍式UF膜201而被过滤处理。由此，硅废水分离为UF处理水和硅浓缩废液，上述UF处理水分别移送到第一生产水槽220、上述硅浓缩废液移送到废液储存槽300。

此时，移送到上述第一生产水槽220的UF处理水，与加热水混合而被杀菌及清洁，所述加热水是通过与第一生产水槽220连通的加热水供给槽210供给的。

此后，将分离的硅浓缩废液和碱性物质彼此混合。

在废液储存槽300储存的硅浓缩废液和在碱性物质槽410储存的碱性物质被供给到管道混合器400而被混合。在此，上述碱性物质利用上面所提及的物质。

并且，将混合的硅浓缩废液和碱性物质反应而获得氢气和碱性用水。

在管道混合器400所混合的硅浓缩废液和碱性物质在氢气生产水槽500彼此反应而生成氢气。作为此时的副产品发生碱性用水。

作为一例，在废液中含有的硅与碱性物质即NaOH反应的情形下，发生如下化学式1的氢气。

【化学式1】

Si+2NaOH+H₂O(l)→Na₂SiO₃+2H₂(g)

如此发生的氢气被分离而储存到与氢气生产水槽500连通的氢气收集槽510。

最后，以酸性物质中和碱性用水，获得上层液和沉淀物。

氢气分离后残留在氢气生产水槽510的碱性用水的pH为12～13。此时，从酸度调节器520接收酸性物质来中和氢气生产水槽510残留的碱性用水，使得pH变为7～10。此时，酸性物质可以是HCl、HNO₃或它们的混合物。

图3是表示根据本发明的氢气的形成和中和过程的照片。

如图3所示，将碱性用水用酸性物质中和的情形下，分离为上层液和浆化的沉淀物。此时，上层液从氢气生产水槽500的内部溢出而移送到第二生产水槽600。这样移送的上层液以可再用做工序用水的方式供给。

因此，在本发明中生产上述氢气的同时，分离上等液并将该上等液用做工序用水的方式，提高可从硅废水中再使用的处理水的回收率。

进一步，对上述沉淀物进行脱水，获得固型粉而废弃。

上述沉淀物被移送到圆心分离器700而去除水分。这样完成脱水的沉淀物固型化，并将固型化的沉淀物排出到外部而废弃。

在本发明中通过额外进行上述的脱水过程，将以蛋糕(cake)状排出到外部的废弃物固型化而排出，从而减少废弃物本身的重量，由此明显减少废弃所需费用。