專利名稱：處理液體廢物的方法
處理液體廢物的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及處理液體廢物的方法。在其優(yōu)選的實施方案中，該方 法用于處理來自金屬鍍工藝的液體廢物，但是本發(fā)明不局限于此并且 可以用于處理從任何工藝排出的液體。
滲透作用是一種過程，其中水或其它溶劑從相對稀溶液中通過半 透膜遷移到相對濃溶液。滲透作用持續(xù)直到達到滲透壓力。滲透壓力
由全部溶質的濃度決定；溶解固體的含量越高，滲透壓力越大。
在反滲透(RO)中，壓力被施加到膜上而超過滲透壓力，以便溶劑 流過膜而生產(chǎn)出脫除溶質的溶劑。納濾(NF)類似于反滲透，其中也施 加壓力來克服滲透壓力以便迫使溶劑通過膜。不同于RO，在NF中， 一價離子(例如硫酸中的H+和HS(V離子)可以容易地通過膜，然而多 價離子(例如銅(II)離子)和大分子沒有通過膜。因此，RO和NF膜 通常用于提純液體廢物。
這樣的膜處理的 一 個應用是從硫酸中的鍍銅廢物中除去重金屬。 通過在高于與銅和硫酸根離子有關的滲透壓力的壓力下將廢物輸送 到NF膜，重金屬可以濃縮在滲余物(沒有通過膜的那部分液體)中， 而大部分^5危酸將形成滲透物(通過膜的那部分液體)的一部分，其可以 被除去以便在中和裝置中進一步處理。例如，多級NF單元可以產(chǎn)生 在滲余物中超過20,000 ppm的銅濃度，而在滲透物中的銅濃度將小于 0.5ppm。然而，在半導體工業(yè)中，這樣的銅廢物可以包括一種或多種 較高濃度的氧化劑，如過氧化氫，其能夠飛快地損害NF膜，導致短 的膜壽命。雖然還原劑如焦亞硫酸鈉可以被添加到廢物以便破壞過氧 化物，這將提高廢物中的硫酸根的量。如果廢物是堿性的，那么膜具 有較高的硫酸根的排斥力，并且因此又增加了滲透壓力。盡管如果廢 物是酸性的，排斥力是較低的，將反應物添加到廢物增加了操作成本， 在原材料成本和實現(xiàn)并控制將反應物添加到廢物中的成本。
第二種應用是鈷化學鍍廢物的處理。例如，多級NF單元可以產(chǎn) 生在滲余物中超過2,000 ppm的鈷濃度，而在滲透物中的鈷濃度將小 于0.5 ppm。這樣的廢物一般地包含還原劑，如二曱胺硼烷(DMAB) 或次磷酸鈉，雖然其沒有損害NF膜，但是被認為是危險的，因為它可以通過與水反應析出氫。因此，廢物通常通過添加反應物如次氯酸 鈉來破壞還原劑進行處理。這可以導致向液體廢物中添加大量的作為 破壞還原劑的副產(chǎn)物形成的氯化鈉。添加到廢物中的反應物的量可能 是大量的，例如大約三份反應物添加到一份廢物，這可以導致相當大 的提高廢物處理裝置的尺寸。此外，因為任何過量的次氯酸鹽將飛快
地腐蝕NF膜，然后將焦亞辟u酸鈉添加到次氯酸鹽處理的廢物而除去 過量的氧化劑，這可以導致碌u酸鈉的形成。在pH大于2的溶液中， 如這些，大部分廢物物流中所含的硫酸根將被NF膜保留，這可以顯 著地增加至滲透壓力。滲透壓力進一步通過高氯化鈉濃度的液體廢物 而提高，后者源于將次氯酸鹽添加到液體中。滲透壓力的這種增加的 結果是需要相對昂貴的高壓泵來將液體廢物加壓到能夠使?jié)B透壓力 被克服的水平。
至少本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案的目標是設法解決這些問題。 本發(fā)明提供處理含目標物質的液體廢物的方法，包括以下步驟 使液體暴露于催化劑而從液體中除去還原劑或氧化劑，隨后將液體輸 送到反滲透或納濾膜而獲得富含目標物質的滲余物和貧乏目標物質 的滲透物，將滲余物返回到膜上游的液體。
如上所述的，還原劑或者氧化劑在液體廢物中的存在已經(jīng)先前導 致對膜操作有害的化學物質的添加，不僅相對于膜分解來說，而且相 對于克服滲透壓力所需要的操作壓力的考慮來說。相比而言，使用催 化劑來破壞液體中的還原劑或者氧化劑可以基本上降低克服滲透壓 力所需要的操作壓力，由此有助于使用較便宜的、較低壓的泵。其還 可能降低滲透物的量，這為操作員提供了成本節(jié)省，這是由于為后續(xù) 處理而待除去的滲透物的數(shù)量降低，并且提供了與在將化學物質添加 到液體廢物方面的降低、在設備尺寸方面的降低和降低的操作成本有 關的成本節(jié)省。
通過將滲余物循環(huán)到膜上游的液體，在液體中的目標物質的濃度 將逐漸地提高。
定期地，或者一旦這一濃度已經(jīng)到達所選值，滲余物和/或膜的進 料可以被排出到隨后的廢物處理系統(tǒng)或者在別處從用于處理的位點 取出。
在一個實施方案中，使用催化劑來將氧化劑從液體廢物中除去。例如，這種氧化劑可以是過氧化氬，通過催化劑其可以被轉化為氧氣
(02)和水(H20)。用于進行這種轉化的合適的催化劑是負載鉑的氧化
鋁，然而能夠從液體中除去氧化劑的任何催化劑可以被使用。如果從 液體廢物中除去氧化劑時作為副產(chǎn)物形成了氧氣，含催化劑的殼體在 液體廢物的處理期間可以連續(xù)地用氣體吹掃以便將氧氣稀釋到安全 限度。
從液體廢物中除去否則將損害膜的氧化劑是特別有益的，因此本
發(fā)明還提供處理含目標物質的液體廢物的方法，包括以下步驟將液 體輸送到反滲透或納濾膜而獲得富含目標物質的滲余物和貧乏目標 物質的滲透物，并且特征在于，在膜的上游，使液體暴露于催化劑而 從液體中除去氧化劑以便抑制對膜的損害。
在另 一 實施方案中，使用催化劑來將還原劑從液體廢物中除去。 例如，這種還原劑可以是氨基硼烷(aminoborane)，例如，二曱胺硼烷 (DMAB)，通過催化劑其被轉化為氬氣(H2)、硼酸和二曱胺。或者，這 種還原劑可以是堿金屬次磷酸鹽，如次磷酸鈉，通過催化劑其被轉化 為氫氣(H2)和亞磷酸根離子。如果從液體廢物中除去還原劑時作為副 產(chǎn)物形成了氬氣，含催化劑的殼體在液體廢物的處理期間可以連續(xù)地 用氮氣吹掃。用于進行這種轉化的合適的催化劑是負載鈀的氧化鋁或 碳，然而能夠從液體中除去還原劑的任何催化劑可以被使用。
在任一實施方案中，液體廢物可以是從工具中排出的廢物，其中 催化劑位于殼體中，所述殼體安裝在工具中或者鄰近于工具放置。從 液體廢物中快速除去氧化劑或還原劑是特別有益的；當通過催化劑待 乂人液體廢物中除去的物質是還原劑，如DMAB或次磷酸鈉時，這種 試劑可能析出潛在危險的氫氣(H。氣體，如果保留在液體廢物中的話， 并且當通過催化劑待從液體廢物中除去的物質是氧化劑時，高濃度的 02，例如大于30%,可能析出，其還可能在封閉空間中表現(xiàn)為安全危
:的方法，包括以下步驟、將液體i送到反滲透或納濾膜而獲得富含 目標物質的滲余物和貧乏目標物質的滲透物，并且特征在于，在膜的 上游，將液體輸送通過安裝在工具上或者鄰近于工具放置的并且包含 用于從液體中除去還原劑的催化劑的殼體。
待保留在滲余物中的目標物質可以是任何金屬或非金屬物質，其可以是帶電的(即以陰離子或陽離子的形式)或不帶電的。本發(fā)明特 別可用于處理從金屬鍍和化學鍍工藝中排出的液體廢物。例如，在一 個實施方案中，液體是來自鍍銅工藝的廢物物流，具有包括二價銅離 子的目標物質。本發(fā)明因此進一 步提供一種處理來自鍍銅工藝的液體
廢物的方法，液體包含多價銅離子和氧化劑。該方法包括以下的步驟 使液體暴露于催化劑而從液體中除去氧化劑，隨后將液體輸送到反滲 透或納濾膜而獲得富含多價銅離子的滲余物和貧乏多價銅離子的滲透物。
在另一實施方案中，液體是來自鈷化學鍍工藝的廢物物流，其中 目標物質包括鈷離子，其可以是游離金屬離子或絡合金屬離子形式 的。本發(fā)明因此進一步提供一種處理來自鍍鈷工藝的液體廢物的方 法，液體包含多價鈷離子和還原劑。該方法包括以下的步驟使液體 暴露于催化劑而從液體中除去還原劑，隨后將液體輸送到反滲透或納 濾膜而獲得富含多價鈷離子的滲余物和貧乏多價鈷離子的滲透物。目 標物質可以進一步或者備選地包括用于鍍工藝中的絡合劑，或者其它 非金屬物質。
在任一種情況中，這些多價離子可以使用納濾膜與廢物物流分 離。在鍍銅實例中，銅和疏酸根離子保留在滲余物中，而液體中的其 它物質，例如水和碌u酸，在滲透物中通過膜。
參考附圖
，現(xiàn)將僅僅通過實例來描述本發(fā)明，附圖舉例說明用于 處理從工藝工具10中排出的液體廢物的裝置。裝置包括殼體12,其 包含催化劑14,用于從液體廢物中除去氧化劑或還原劑。在附圖中， 殼體12被安裝在工具10上，j旦是殼體12可以位于鄰近于工具10或 者較遠地位于工具10的下游，這取決于氧化劑或還原劑將多快地從 液體廢物中除去。通過殼體12輸送吹掃氣體而除去在從液體廢物中 除去氧化劑或還原劑時的任何氣態(tài)副產(chǎn)物。液體廢物從殼體12被輸 送到存儲容器或罐16。液體廢物由液泵18從罐16中抽出，隨后輸送 到第二殼體20，后者包含濾膜22,其可以是反滲透(RO)膜或者納濾(NF) 膜。液泵18將液體廢物的壓力提高到滲透壓力以上，使得液體廢物 被膜22分成滲余物和滲透物。富含液體廢物中所含的目標物質的滲 余物通過滲余物管道24返回到罐16。貧乏這些目標物質的滲透物被 滲透物管道26輸送到滲透物存儲容器或罐28。罐28可以定期地排泄或者被空罐替代以便使?jié)B透物能夠被除去用于進一步的處理。罐16
也可定期地排泄或者被空罐替代以便使?jié)B余物能夠被除去用于進一 步的處理，或者使用另 一工藝如電解沉積或沉淀進行原位處理。 現(xiàn)將描述使用所舉例說明的裝置處理液體廢物的方法的兩個實
例。可以使用其它的膜配置，這將是實現(xiàn)NF和RO技術的本領域技 術人員熟知的。 實施例1
在此第一個實施例中，液體廢物中的目標物質是銅(II)離子。
電解鍍銅工藝在工具10中進行。疏酸和過氧化氫的水溶液通常 提供給這樣的用于在形成通孔和寄存器標記中從基底選擇蝕刻金屬 的工具，從而從工具10中排出的液體廢物可能定期地包括銅(II)離子， 硫酸，和過氧化氫。在這種液體廢物通過廢物處理裝置處理前，液體 廢物中的銅的量必須被降低到環(huán)境保護法規(guī)所規(guī)定的水平以下(例如 低于2ppm)。在本實施例中，由納濾膜提供了濾膜22，使得硫酸中 的H+和HS(V離子可以通過膜，從而包括脫除銅的硫酸溶液的滲透物 被輸送到滲透物罐28,而銅(II)離子濃縮在返回到罐16的滲余物中。 為避免NF膜受到過氧化氫的損害，在其達到NF膜之前，通過催化 劑14從液體廢物中除去過氧化氬。在本實施例中，由負載鉑的氧化 鋁提供催化劑，其可以將過氧化氬轉化為氧氣(02)和水。由于在催化 劑內(nèi)形成氧氣，輸送空氣或含氮的吹掃氣體通過殼體12而從液體廢 物中除去催化劑14所產(chǎn)生的氧氣。
這種從液體廢物中催化除去過氧化氬可以顯著地提高濾膜22的 壽命，無需向液體廢物添加還原劑如焦亞硫酸鈉來與過氧化物反應。 結果，可以避免與過氧化物和還原劑之間的反應有關的液體廢物中硫 酸才艮量的增加，以及因此增加了滲透壓力和在液體處理期間產(chǎn)生的滲 透物的量。
實施例2
在此第二個實施例中，液體廢物中的目標物質是多價鈷離子。 鈷化學鍍工藝在工具10中進行。含水化學鍍?nèi)芤撼３０ㄟ€原 劑，如二曱胺硼烷(DMAB)(或其它氨基硼烷)或次磷酸鈉(或其它堿金 屬次磷酸鹽)，其在鍍液中還原金屬而使得金屬沉積在基底表面上。例 如，鈷可以以卣化鈷例如氯化鈷的形式存在于鍍液中。鍍液一般地也包括絡合劑，如四曱基檸檬酸銨，以及其它本領域眾所周知的添加劑。 因此，從工具10中排出的液體廢物包括多價鈷離子，以及各種 數(shù)量的還原劑和其它鍍液組分，并且因此，在通過廢物處理裝置對這 種液體廢物進行處理前，液體廢物中的鈷的量必須被降低到環(huán)境保護
法規(guī)所規(guī)定的水平以下(例如，低于2ppm)。
上述的還原劑本身對濾膜無害，但是通過與水的反應能夠析出氫 氣。鑒于此，選擇催化劑14以便從液體廢物中除去還原劑。催化劑 14優(yōu)選地盡可能地靠近工具10放置以便液體廢物被飛快地處理而從 中除去還原劑。如附圖中舉例說明的，殼體12可以直接安裝在工具 10上，或者可以位于與工具10直接相鄰。在本實施例中，由負載4巴 的氧化鋁^是供催化劑，其可以將二曱胺硼烷(DMAB)和水轉化為氫氣 (H2)、硼酸和二曱胺，并且其可以將次磷酸鹽離子和水轉化為氫氣(H2) 和亞磷酸鹽離子。由于在催化劑內(nèi)形成氫氣，輸送吹掃氣體如氮氣通 過殼體12而從液體廢物中除去催化劑14所產(chǎn)生的氬氣。
在本實施例中，濾膜22可以由反滲透(RO)膜或NF膜提供，從而 富含多價鈷離子的滲余物返回到罐16,貧乏多價鈷離子的滲透物被輸 送到滲透物罐28。
在本實施例中，從液體廢物中催化除去還原劑使得能夠將還原劑 除去，卻沒有向液體廢物中添加用于與試劑反應的第 一反應物如次氯 酸鈉，并且因此沒有隨后添加用于從液體物流中除去過量的第 一反應 物的第二反應物如焦亞碌L酸鈉。因此，可以避免與在這些反應物和液 體物流的組分之間出現(xiàn)的反應有關的液體廢物的含鹽量的增加，以及 由此的滲透壓力的增加。
權利要求
1.一種處理含目標物質的液體廢物的方法，包括以下步驟使液體暴露于催化劑而從液體中除去還原劑或氧化劑，隨后將液體輸送到反滲透或納濾膜而獲得富含目標物質的滲余物和貧乏目標物質的滲透物，將滲余物返回到膜上游的液體。
2. 根據(jù)權利要求l的方法，其中氧化劑是通過催化劑除去的。
3. 根據(jù)權利要求2的方法，其中過氧化氫是通過催化劑除去的。
4. 根據(jù)權利要求3的方法，其中通過催化劑將過氧化氫轉化為 氧氣(02)和水(1120)。
5. 根據(jù)權利要求4的方法，其中催化劑用吹掃氣體如氮氣吹掃。
6. 根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中催化劑包括負載鉑 的氧化鋁。
7. 根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中液體包含硫酸，滲 透物富含好b酸。
8. 根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中目標物質包括至少 一種金屬。
9. 根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中液體是來自鍍銅工 藝的廢物物流，并且其中目標物質包括二價銅離子。
10. 根據(jù)權利要求1的方法，其中還原劑是通過催化劑從液體中 除去的。
11. 根據(jù)權利要求10的方法，其中氨基硼烷是通過催化劑從液 體中除去的。
12. 根據(jù)權利要求11的方法，其中二曱胺硼烷(DMAB)通過催化 劑轉化為氫氣(H2)、硼酸和二甲胺。
13. 根據(jù)權利要求10的方法，其中次磷酸鹽離子是通過催化劑 從液體中除去的。
14. 根據(jù)權利要求12的方法，其中次磷酸鹽離子通過催化劑轉 變?yōu)闅錃?H。和亞磷酸鹽離子。
15. 根據(jù)權利要求11-14中任一項的方法，其中催化劑用吹掃氣 體如氮氣吹掃。
16. 根據(jù)權利要求10-15中任一項的方法，其中目標物質包括至 少一種金屬。
17. 根據(jù)權利要求10-16中任一項的方法，其中液體是來自鍍鈷 工藝的廢物物流，并且其中金屬陽離子包括鈷離子。
18. 根據(jù)權利要求10-17中任一項的方法，其中催化劑包括負載 4巴的氧化鋁。
19. 根據(jù)前述權利要求中任一項的方法，其中液體廢物從工具中 排出，催化劑位于安裝在工具上或者鄰近于工具放置的殼體中。
20. —種處理含目標物質的液體廢物的方法，包括以下步驟將 液體輸送到反滲透或納濾膜而獲得富含目標物質的滲余物和貧乏目 標物質的滲透物，并且特征在于，在膜的上游，使液體暴露于催化劑 而從液體中除去氧化劑以便抑制對膜的損害。
21.包括以下步驟、將液體輸送到反滲透或納濾膜而獲得富含目標物質的 滲余物和貧乏目標物質的滲透物，并且特征在于，在膜的上游，將液 體輸送通過安裝在工具上或者鄰近于工具放置的并且包含用于從液 體中除去還原劑的催化劑的殼體。
全文摘要
描述了一種處理含目標物質的液體廢物的方法，其中液體被首先輸送通過包含用于從液體中除去還原劑或氧化劑的催化劑的殼體。然后液體被輸送到反滲透或納濾膜，而獲得富含目標物質的滲余物和貧乏目標物質的滲透物。滲余物返回到膜上游的液體，然而滲透物可以接受進一步的處理，例如在中和裝置中。
文檔編號C02F101/20GK101605729SQ200880004092
公開日2009年12月16日 申請日期2008年1月14日 優(yōu)先權日2007年2月5日
發(fā)明者C·P·瓊斯, P·錢德勒 申請人:愛德華茲有限公司