技术领域
[0002] 本发明涉及一种使用太阳能循环利用无机废水的装置和方法，在
半导体加工、电
镀加工、印制
电路板(PCB)的生产过程、
液晶显示器(LCD)的生产过程等过程中产生的无机废水通过该装置和方法被
净化，随后已净化的废水作为工艺用水被循环利用。更具体的是，本发明涉及一种使用太阳能循环利用无机废水的装置和方法，通过该装置或方法使用离子交换
树脂、
反渗透单元、
电解式离子交换器和/或混合床离子交换器来净化无机废水，随后已净化的废水作为工艺用水被循环利用。
背景技术
[0003] 近年来，在半导体加工、
电镀加工、印制
电路板(PCB)的生产过程、液晶显示器(LCD)的生产过程以及类似生产过程中产生的无机废水含有大量的无机重金属。通常，无机重金属是比重为4或4以上的重金属元素。无机重金属的例子包括
铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、
银(Ag)、砷(AS)、锑(Sb)、铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、
锡(Sn)、锌(Zn)、钡(Ba)、铋(Bi)、钴(Co)、锰(Mn)、
钒(V)、硒(Se)等。已知这些无机重金属中的一些对人体有害，例如，它们会引发癌症。当含有这些无机重金属的无机废水被排放到外面时，其会导致环境污染。因此，正在研发适合纯化这些无机废水的技术。
[0004] 最近，使用化学
试剂通过化学反应凝聚和收集溶解在半导体加工、电镀加工、印制电路板(PCB)的生产过程、液晶显示器(LCD)的生产过程等过程中产生的无机废水中的无机重金属，并随后将它们排放到污
水处理厂或河流中的方法已经被使用。
[0005] 图1示出了传统的处理无机废水的方法。
[0006] 参考图1，传统的处理无机废水的方法包括以下步骤：首先通过过筛或沉降过滤无机废水；
氧化和还原已过滤的无机废水；使用化学试剂化学凝聚被氧化和还原的无机废水；使已化学凝聚的无机废水沉淀并脱水；过滤已沉淀和脱水的无机废水并随后排放已过滤的无机废水到河流或
污水处理厂。
[0007] 但是，该方法的问题在于化学反应产生了对人体有害的刺激性气体和
腐蚀性气体，例如甲烷、
氨水、
硫化氢等，所以，当这些气体在不通
风的场所积聚时，导致了窒息，因此严重地影响了大脑或导致呼吸困难。
[0008] 该方法进一步的问题在于大量地产生了二次污染物，例如固体废物、淤泥等，因此进一步导致了环境污染。
[0009] 该方法进一步的问题在于需要较大的空间来安置用于处理无机废水的设备，并且该方法的问题在于因为大量使用了各种化学制品，所以产生了腐蚀性气体，使得用于处理无机废水的设备更加容易被腐蚀，导致该设备的使用期限变短，因而增加了生产成本。
[0010] 此外，该方法的问题在于由于必须大量使用各种化学制品，其经济效率较低，并且由于无机废水被排放到河流或污水处理厂，其不能被循环利用。
发明内容
[0011] 因此，为了解决上述问题提出了本发明，并且本发明的目的是提供一种循环利用无机废水的装置和方法，通过该装置和方法无机废水被过滤并随后被循环利用，因此减少了水资源的浪费并防止了环境污染。
[0012] 本发明的另一个目的是提供一种循环利用无机废水的装置和方法，本发明通过引入循环利用无机废水的装置能够防止例如固体废物、
污泥等的二次污染物的产生，和当净化生产过程中产生的无机废水时产生不想要的离子和污染物等。
[0013] 本发明的又一个目的是提供一种循环利用无机废水的装置和方法，其能够简化处理无机废水的设备，该设备包括
泵、储水池等，因此降低了生产成本并且使得处理无机废水的设备更容易保养和维修。
[0014] 本发明的又一个目的是提供一种循环利用无机废水的装置和方法，由于各种化学制品的用量较少，其降低了用于处理无机废水的包括泵、储水池等的设备的腐蚀的程度，并且其降低了处理无机废水的设备的使用
频率，因此减少了功耗。
[0015] 为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种循环利用无机废水的装置，该装置包括：储水池，所述储水池中引入生产过程中产生的低浓度的无机废水；
蒸发器，所述
蒸发器中引入生产过程中产生的高浓度的无机废水；第一离子交换单元，该第一离子交换单元从储水池供给的低浓度的无机废水去除不想要的离子；反渗透单元，该反渗透单元从已经由第一离子交换单元去除了不想要的离子的低浓度无机废水中分离污染物；和第二离子交换单元，该第二离子交换单元从已经由反渗透单元分离了污染物的低浓度无机废水中进一步去除不想要的离子来制备超纯水，其中，所述的超纯水被送回到生产过程，并且所述的蒸发器与用于存储太阳能的
蓄热器连接。
[0016] 在所述的装置中，储水池可以被进一步地供给补给水，所述补给水的量与所述高浓度无机废水和由所述反渗透单元分离的所述污染物的量相对应，并且所述蒸发器可以被进一步地供给由所述第一离子交换单元去除的所述不想要的离子和由所述第二离子交换单元去除的所述不想要的离子，并且该蒸发器可以将这些不想要的离子与所述高浓度的无机废水一起蒸发以浓缩所述高浓度的无机废水。
[0017] 更进一步地，该装置还进一步包括：设置在储水池和第一离子交换单元之间的一个过滤单元，该过滤单元用来过滤由储水池供给的低浓度的无机废水以去除其杂质；和用来氧化由过滤单元过滤的低浓度无机废水的臭氧处理单元。
[0018] 更进一步地，第二离子交换单元可以是混合床脱离子器(MBD)或电解式脱离子器(EDI)。
[0019] 更进一步地，过滤单元可包括一个或多个微型
过滤器、砂砾过滤器和
活性炭过滤器。
[0020] 为了实现上述目的，本发明的另一方面是提供一种循环利用无机废水的方法，该方法包括如下步骤：(1)将生产过程产生的无机废水分成低浓度的无机废水和高浓度的无机废水；(2)向低浓度无机废水中供给补给水使得补给水的量与高浓度的无机废水的量相对应；(3)使用第一离子交换单元从供给了补给水的低浓度的无机废水中去除不想要的离子；(4)使用反渗透单元从已经由所述第一离子交换单元去除了不想要的离子的低浓度的无机废水中分离污染物；(5)使用第二离子交换单元从已经分离了污染物的低浓度的无机废水中进一步去除不想要的离子来制备超纯水；以及(6)将制备的所述超纯水返回到所述生产过程，其中将由所述第一离子交换单元去除的不想要的离子和由所述第二离子交换单元去除的不想要的离子与所述高浓度的无机废水一起蒸发并且用太阳能浓缩。
[0021] 在该方法中，所述的分离污染物的步骤还可包括以下步骤：将已分离的污染物供给到在供给补给水的步骤所得到的所述低浓度的无机废水中。
[0022] 更进一步地，所述方法在供给所述补给水的步骤和去除不想要的离子的步骤之间还可包括以下步骤：(a)过滤供给了补给水的所述低浓度的无机废水以去除其中的杂质；和(b)用臭氧氧化已过滤的低浓度的无机废水。
[0023] 更进一步地，所述的进一步去除不想要的离子的步骤可通过混合床除离子器(MBD)或电解式除离子器(EDI)来进行。
[0024] 更进一步地，所述过滤所述低浓度的无机废水的步骤可通过一个或多个微型过滤器、砂砾过滤器和
活性炭过滤器来进行。
[0026] 从以下的详细描述并结合附图将会更加清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点，其中：
[0027] 图1示出了处理无机废水的传统的方法；
[0028] 图2是示出了根据本发明的
实施例的循环利用无机废水的装置的示意图；
[0029] 图3是示出了根据本发明的实施例的循环利用无机废水的方法的示意性
流程图；
[0030] 图4是示出了根据本发明的另一个实施例的循环利用无机废水的装置的示意图；和
[0031] 图5是示出了根据本发明的另一个实施例的循环利用无机废水的方法的示意性流程图。
具体实施方式
[0032] 下面，将参考附图详细地描述本发明的优选的实施例。
[0033] 图2是示出了根据本发明的实施例的循环利用无机废水的装置的示意图；而图3是示出了根据本发明的实施例的循环利用无机废水的方法的示意性流程图。
[0034] 参考图2，循环利用无机废水的装置100包括储水池120、第一离子交换单元130、反渗透单元140、第二离子交换单元150和蒸发器160。循环利用无机废水的装置100与生产过程110相连。
[0035] 同时，循环利用无机废水的装置100还包括：用于收集太阳能的热收集器310；和与热收集器310相连的蓄热器320以存储太阳能。该蓄热器320与蒸发器160相连。
[0036] 参考图3，一种循环利用无机废水的方法，包括如下步骤：(1)将生产过程产生的无机废水分成低浓度的无机废水和高浓度的无机废水(s100)；(2)向低浓度无机废水中供给补给水使得补给水的量与高浓度的无机废水的量相对应(S110)；(3)使用第一离子交换单元从供给了补给水的低浓度的无机废水中去除不想要的离子(S120)；(4)使用反渗透单元从已经由所述第一离子交换单元去除了不想要的离子的低浓度的无机废水中分离污染物(S130)；(5)使用第二离子交换单元从已经分离了污染物的低浓度的无机废水中进一步去除不想要的离子来制备超纯水(S140)；以及(6)将步骤(S120)中去除的不想要的离子和步骤(S140)中去除的不想要的离子与所述高浓度的无机废水一起蒸发以浓缩所述高浓度的无机废水(S150)。
[0037] 参考图2和图3，将详细描述循环利用无机废水的装置100和循环利用无机废水的方法。
[0038] (1)将生产过程产生的无机废水分离成低浓度的无机废水和高浓度的无机废水的步骤(s100)
[0039] 在本发明中，术语“生产过程”是指能够循环利用被排放的废水的各种过程。所述生产过程的例子包括半导体加工、电镀加工、印制电路板(PCB)的生产过程、液晶显示器(LCD)的生产过程。
[0040] 在本发明中，术语“低浓度的无机废水”是指包括了大量的在生产过程中产生的无机重金属的废水。更确切地说，无机废水是指包括了大量的比重为4或4以上的重金属元素的废水。无机重金属的例子包括铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、银(Ag)、砷(AS)、锑(Sb)、铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、锡(Sn)、锌(Zn)、钡(Ba)、铋(Bi)、钴(Co)、锰(Mn)、钒(V)、硒(Se)等。低浓度的无机废水的特征在于其溶解的固体总量(TDS)的范围在150～200mg/L之间。
[0041] 在本发明中，术语“高浓度的无机废水”是指包含了大量生产过程中产生的化学品的废水。高浓度的无机废水的特征在于其溶解的固体总量(TDS)的范围为500mg/L或500mg/L以上。
[0042] 在生产过程110进行这个步骤。因为将生产过程110产生的无机废水分成低浓度的无机废水和高浓度的无机废水的步骤是使用传统的技术来进行的，所以将省略其详细的描述。
[0043] 同时，如后面所描述的，由生产过程110产生的低浓度的无机废水被引入到储水池120，而由生产过程110产生的高浓度的无机废水被引入到蒸发器160。
[0044] (2)向低浓度的无机废水中供给补给水使得补给水的量与高浓度的无机废水的量相对应的步骤(S110)
[0045] 在本发明中，术语“补给水”是指除了低浓度的无机废水以外，被引入到储水池120的水。
[0046] 这个步骤在储水池120中进行。储水池120用来储存低浓度的无机废水。储水池被供给水，例如补给水，补给水的量与生产过程产生的高浓度的无机废水的量相当，使得无机废水的总量是恒定的。
[0047] 此外，如后面所描述的，从低浓度的无机废水中通过反渗透单元140分离的污染物被引入到储水池120中。
[0048] (3)使用第一离子交换单元从供给了补给水的低浓度的无机废水中去除不想要的离子的步骤(S120)
[0049] 这个步骤由第一离子交换单元130执行。该第一离子交换单元由单相离子交换树脂(2B2T，2B3T)制得。第一离子交换单元130与储水池120相连，并用于从储水池120供给的低浓度的无机废水中去除不想要的离子。第一离子交换单元130包括具有可交换的离子的多种离子交换树脂(或不溶的
合成树脂)。离子交换树脂的例子包括阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、两性离子交换树脂、
电子交换树脂、螯合树脂等。由于使用离子交换树脂去除不想要的离子的方法是公知常识，所以将省略其详细的描述。
[0050] 在本发明的一个实施例中，可以设定第一离子交换树脂130，使得已经去除了不想要的离子的低浓度无机废水中溶解的固体总量(TDS)的范围在10～15mg/L之间，而这个范围可由使用者任意地调节。
[0051] 由第一离子交换单元130去除了不想要的离子的低浓度的无机废水被引入到反渗透单元140。此外，如后面所描述的，由第一离子交换单元130从所述低浓度的无机废水中去除的不想要的离子被引入到蒸发器160。
[0052] (4)使用反渗透单元(S130)从已经由所述第一离子交换单元去除了不想要的离子的低浓度的无机废水中分离污染物的步骤
[0053] 在本发明中，术语“污染物”是指各种无机离子、有机物质、
热解物质、尺寸为1um或1um以上的胶体颗粒、
微生物等。
[0054] 这个步骤由反渗透单元140执行。反渗透单元140是利用反渗透的水纯化系统，并且用于从生水中使
用例如
醋酸纤维素膜、聚酰胺膜等的半透膜分离并去除污染物。
[0055] 通常，利用反渗透作用在水纯化系统中使用的
反渗透膜或半透膜从原材料的
角度来讲包括两种反渗透膜或半透膜，例如醋酸
纤维素半透膜和聚酰胺半透膜，以及从形状的角度来讲包括两种反渗透膜或半透膜，例如螺旋形的半透膜和中空纤维半透膜。
[0056] 通过第一离子交换单元130去除了不想要的离子的低浓度的无机废水被引入到2
反渗透单元140。被引入的低浓度的无机废水被加压到10～42Kg/cm 使其通过半透膜。但是，在这个过程中，通过半透膜的微孔将污染物从低浓度的无机废水中分离出来，并且只有去除了污染物的无机废水通过了半透膜。同时，在这个过程中被分离的污染物被引入到了储水池120中。
[0057] 在本发明的实施例中，可以设定所述反渗透单元140，使得其中已经去除了污染物的低浓度无机废水中溶解的固体总量(TDS)的范围在2.5～4.5mg/L之间。这个范围可由使用者任意地调节。
[0058] (5)使用第二离子交换单元从已经通过反渗透单元分离出污染物的低浓度的无机废水中进一步去除不想要的离子来制备超纯水的步骤(S140)
[0059] 在本发明中，术语“超纯水”是指
电阻系数为10～18MΩ·cm的水。但是其电阻系数并不限于这个范围。
[0060] 这个步骤由第二离子交换单元150执行。第二离子交换单元150包括混合床除离子器(MBD)或电解式除离子器(EDI)。
[0061] 电解式除离子器(EDI)用来从已经通过反渗透单元140去除了污染物的低浓度无机废水中第二次去除不想要的离子。电解式除离子器(EDI)包括离子交换膜、离子交换树脂和直流电源，并且使用电的方法通过持续并均一地从由反渗透单元140去除了污染物的低浓度的无机废水中去除不想要的离子来生产超纯水。
[0062] 混合床除离子器(MBD)也用来从已经通过反渗透单元140去除了污染物的低浓度无机废水中第二次去除不想要的离子。通常，混合床除离子器(MBD)通过将强酸阳离子交换树脂与强
碱阴离子树脂混合，接着将该混合物装料到一个单独的塔中并随后完全去除包含在无机废水中的阳离子组分和阴离子组分来生产超纯水。这种混合床去离子器(MBD)的优点在于，在生产了预定量的超纯水后，通过使用苛性钠(NaOH)和
盐酸(HCl)重新生成，它能够被重复使用。
[0063] 同时，为了从通过反渗透单元140去除了污染物的低浓度的无机废水生产超纯水，使用者可以随意选择一个或多个电解式除离子器(EDI)和混合床除离子器(MBD)。
[0064] 由电解式除离子器(EDI)和/或混合床除离子器(MBD)产生的超纯水被返回到生产过程110。因此，根据本发明，由生产过程产生的无机废水通过将其纯
化成超纯水而被循环利用。
[0065] 同时，如其后所描述的，由电解式除离子器(EDI)和/或混合床除离子器(MBD)从低浓度的无机废水中去除的不想要的离子被引入到蒸发器160。
[0066] (6)将步骤(S120)去除的不想要的离子和由步骤(S140)去除的不想要的离子与所述高浓度的无机废水一起蒸发以浓缩高浓度的无机废水(S150)的步骤
[0067] 这个步骤由蒸发器160执行。蒸发器160用来储存由生产过程110产生的高浓度的无机废水并蒸发该高浓度的无机废水以浓缩它。
[0068] 在此期间，由第一离子交换单元130去除的不想要的离子和由电解式除离子器(EDI)或混合床除离子器(MBD)去除的不想要的离子被引入到蒸发器160。这些不想要的离子与高浓度的无机废水一起被蒸发以浓缩所述高浓度的无机废水。因此，产生了少量的废物。
[0069] 为了蒸发被引入的蒸发器160的高浓度的废水、不想要的离子等需要大量的
能量。然而，本发明的蒸发器160的优点在于，当使用热收集器310和蓄热器320时，可使用较少的能量蒸发和浓缩高浓度的废水、不想要的离子等。
[0070] 图4是示出了根据本发明的另一个实施例的循环利用无机废水的装置的示意图；而图5是示出了根据本发明的另一个实施例的循环利用无机废水的方法的示意性流程图。
[0071] 参考图4，循环利用无机废水的装置200包括储水池220、第一离子交换单元230、反渗透单元240、第二离子交换单元250、蒸发器260，过滤单元270和臭氧处理单元280。循环利用无机废水的装置200与生产过程210相连。
[0072] 除了在储水池220和第一离子交换单元230之间还包括过滤单元270和臭氧处理单元280外，图4中示出的循环利用无机废水的装置200具有与图2中示出的循环利用无机废水的装置100相同的那些组成。因此，将省略其详细的描述。
[0073] 此外，图5中示出了一种循环利用无机废水的方法，除了在步骤s110和s120之间还有步骤：(a)过滤供给了补给水的低浓度的无机废水以去除存在于所述低浓度的无机废水中的杂质(S220)；和(b)用臭氧氧化已过滤的低浓度的无机废水(S230)之外，其具有与图3中示出的循环利用无机废水的方法相同的步骤。因此，将省略其详细的描述。
[0074] 参考图4和图5，将详细描述循环利用无机废水的装置200和循环利用无机废水的方法。
[0075] (a)过滤供给了补给水的低浓度的无机废水以去除存在于所述低浓度的无机废水中的杂质的步骤
[0076] 这个步骤由过滤单元270执行。过滤单元270与储水池210相连，并且通过过滤储水池210供给的低浓度的无机废水用来初步去除包括在该低浓度的无机废水中的杂质。由于过滤低浓度的无机废水以去除杂质的原理已众所周知，所以将省略其详细的描述。
[0077] 同时，过滤单元270可包括一个或多个微型过滤器、砂砾过滤器和活性炭过滤器。此外，只要它能够去除包含在无机废水中的杂质，该过滤单元270并不被特别限定。
[0078] (b)用臭氧氧化已过滤的低浓度的无机废水的步骤(S230)
[0079] 这个步骤由臭氧处理单元280执行。臭氧处理单元280被连接到过滤单元270，并且用于使用臭氧来氧化由过滤单元270初步过滤过的无机废水。也就是说，臭氧处理单元280利用臭氧的氧化性来去除溶解在无机废水中的无机重金属和有机物以消毒所述的无机废水。由臭氧处理单元280氧化的无机废水被引入到第一离子交换单元230，并随后通过与图3中所示的循环利用无机废水的装置100中所使用的相同的过程被循环利用。
[0080] 如上所述，根据本发明，无机废水可以被过滤并随后循环利用，因此减少了水资源的浪费并防止了环境污染。
[0081] 此外，根据本发明，通过将杂质、污染物等引入到循环利用无机废水的装置，可防止例如固体废物、污泥等的二次污染物的产生，所述杂质、污染物等是在纯化由生产过程产生的无机废水的过程中出现的。
[0082] 更进一步地，根据本发明，可以简化包括泵、储水池等的处理无机废水的设备，因此降低了操作成本并使得处理无机废水的设备更容易被保养和维修。
[0083] 此外，根据本发明，因为各种化学品的使用量小，可以降低包括了泵、储水池等的处理无机废水的设备的腐蚀度，并且因为处理无机废水的设备的使用频率降低以及主动地使用了太阳能，降低了能量的消耗，因此经济地纯化并循环利用了无机废水。
[0084] 虽然，为了说明的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该理解在不偏离所附的
权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种
修改、增加和替代是可能的。
