KR100839350B1 - 폐수 재활용 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 - Google Patents
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Abstract
폐수 재활용 방법에 따르면, 폐수로부터 경도(hardness)를 제거한다. 상기 폐수로부터 가스를 제거한다. 그런 다음, 상기 폐수로부터 고효율 역삼투압 방식(high efficiency reverse osmosis)으로 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거한다. 따라서, 반도체 폐수를 재활용하여 반도체 공정용 공업용수로 사용할 수 있게 되므로, 반도체 장치의 제조단가를 줄임과 아울러 반도체 폐수로 인한 환경오염도 해소될 수 있다.
Description
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수 재활용 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 2는 도 1의 장치를 이용해서 반도체 폐수를 재활용하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 3은 수소이온농도에 따른 제거율을 나타낸 그래프이다.
도 4는 수소이온농도에 따른 규소 산화물의 회수율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 수소이온농도에 따른 생균수를 나타낸 그래프이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 경도 제거 유닛 120 : 탈기 유닛
130 : 고효율 역삼투 유닛 141, 142, 143, 144, 145 : 수조
161, 162, 163, 164, 165, 166 : 라인
본 발명은 폐수 재활용 방법 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 폐수를 재활용하는 방법, 및 이를 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치는 증착 공정, 사진식각 공정, 이온 주입 공정, 연마 공정, 세정 공정 등을 통해서 제조된다. 이러한 공정들에는 여러 가지 화공약품들이 사용된다. 따라서, 상기된 공정이 완료된 후에는, 화공약품 내의 성분들, 예를 들면 유기탄소(organic carbon), 바이오 흡착물(bio-fouling), 고형물(suspended solid), 불소(F) 이온 등이 포함된 반도체 폐수가 발생된다.
종래에는, 반도체 폐수의 유해성분들을 제거한 후, 반도체 폐수를 전혀 재활용하지 못하고 그대로 방류하였다. 따라서, 새로운 공업용수를 사용해서 반도체 장치를 제조해야 하는 관계로, 반도체 장치의 제조단가가 상승되는 문제가 있었다.
본 발명은 반도체 폐수를 재활용할 수 있는 방법을 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법을 수행하기에 적합한 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 폐수 재활용 방법에 따르면, 폐수로부터 경도(hardness)를 제거한다. 상기 폐수로부터 가스를 제거한다. 그런 다음, 상기 폐수로부터 고효율 역삼투압 방식(high efficiency reverse osmosis)으로 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경도 제거 전에, 상기 폐수에 미생물 제거제를 투입하여 상기 폐수로부터 미생물을 제거할 수 있다. 상기 미생물 제거제 는 차아염소산나트륨(NaOCl)을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수를 이온교환수지(ion-exchange resin)를 통과시켜서 상기 폐수 내의 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 이온교환수지는 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation resin)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수에 중화제를 투입하여 상기 이온교환수지의 산화를 방지시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 중화제는 중아황산나트륨(sodium bisulfate)을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 1 수소이온농도(pH) 조절제를 투입하여 상기 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 1 수소이온농도 조절제는 수산화나트륨(NaOH)를 포함할 수 있다.
부가적으로, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수에 스케일(scale) 방지제를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 스케일 방지제는 염산(HCl)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가스를 제거하는 단계는 상기 폐수로부터 탄산(CO3) 가스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 탄산 가스를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 2 수소이온농도 조절제를 투입하여 상기 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 2 수소이 온농도 조절제는 염산(HCl)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 염과 유기탄소를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 3 수소이온농도 조절제를 투입하여 상기 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제 3 수소이온농도 조절제는 수산화나트륨(NaOH)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 반도체 폐수 재활용 방법에 따르면, 반도체 폐수에 제 1 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공한다. 상기 반도체 폐수를 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation ion-exchange resin)로 통과시켜서 상기 반도체 폐수로부터 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)을 제거한다. 상기 반도체 폐수에 염산(HCl)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공한다. 상기 반도체 폐수로부터 탄산(CO3) 가스를 제거한다. 상기 반도체 폐수에 제 2 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공한다. 그런 다음, 상기 반도체 폐수로부터 고효율 역삼투압 방식(high efficiency reverse osmosis)으로 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거한다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 폐수 재활용 장치는 경도 제거 유닛, 탈기 유닛 및 고효율 역삼투 유닛을 포함한다. 경도 제거 유닛은 폐수로부터 경도(hardness)를 제거한다. 탈기 유닛은 경도 제거 유닛에 연결되어, 상기 폐수로부터 가스를 제거한다. 고효율 역삼투 유닛은 탈기 유닛에 연결되어, 상기 폐수로부 터 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수를 도입시키는 배관으로 상기 폐수로부터 미생물을 제거하는 미생물 제거제를 투입하기 위한 미생물 제거제 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 경도 제거 유닛은 상기 폐수 내의 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)을 제거하기 위한 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation ion-exchange resin)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 이온교환수지의 산화를 방지하는 중화제를 투입하기 위한 중화제 라인, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공하는 제 1 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 1 수소이온농도 조절제 라인, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수를 도입시키는 배관으로 상기 배관의 내벽에 스케일(scale)이 형성되는 것을 방지하는 스케일 방지제를 투입하기 위한 스케일 방지제 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 탈기 유닛으로 상기 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공하는 제 2 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 2 수소이온농도 조절제 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 역삼투 유닛으로 상기 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공하는 제 3 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 3 수소이온농도 조절제 라인을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 경도 제거 유닛에 투입되기 전의 상기 폐수를 저장하기 위한 제 1 수조, 상기 경도 제거 유닛에 의해 상기 경도가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 2 수조, 상기 탈기 유닛에 의해 상기 기체가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 3 수조, 및 상기 역삼투 유닛에 의해 상기 염과 상기 유기탄소가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 4 수조를 더 포함할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 수산화나트륨을 이용해서 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공한 상태에서 폐수 내의 경도를 제거하게 되므로, 폐수 내의 칼슘과 마그네슘을 보다 용이하게 제거할 수가 있다. 또한, 염산을 이용해서 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공한 상태에서 폐수 내의 탄산 가스를 제거하게 되므로, 탄산 가스를 폐수로부터 효과적으로 제거할 수가 있다. 아울러, 수산화나트륨을 이용해서 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공한 상태에서 역삼투 방식으로 염과 유기탄소를 제거하게 되므로, 폐수 내의 고형물질과 유기물을 제거하는 효율이 향상된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
폐수 재활용 장치
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폐수 재활용 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 폐수 재활용 장치(100)는 경도 제거 유닛(110), 탈기 유닛(120), 고효율 역삼투 유닛(130), 제 1 내지 제 5 수조(141, 142, 143, 144, 145), 및 제 1 내지 제 6 라인(161, 162, 163, 164, 165, 166)들을 포함한다.
제 1 배관(151)이 제 1 수조(141)에 연결된다. 반도체 폐수는 제 1 배 관(151)을 통해서 제 1 수조(141)로 공급된다. 여기서, 반도체 폐수는 칼슘, 마그네슘, 탄산 가스, 염, 유기탄소, 불소 이온 등을 포함하고 있다.
제 1 라인(161)이 제 1 배관(151)에 연결된다. 미생물 제거제가 제 1 라인(161)을 통해서 제 1 배관(151) 내로 투입되어, 반도체 폐수 내의 미생물을 제거한다. 본 실시예에서, 미생물 제거제로는 차아염소산나트륨(NaOCl)이 사용된다.
제 1 수조(141)는 제 2 배관(152)을 통해서 경도 제거 유닛(120)에 연결된다. 제 4 라인(164)이 제 2 배관(152)에 연결된다. 스케일 방지제가 제 4 라인(164)을 통해서 제 2 배관(152)으로 공급되어, 제 2 배관(152)을 통해 흐르는 반도체 폐수에 의해서 제 2 배관(152)의 내벽에 스케일이 형성되는 것을 방지한다. 구체적으로, 제 2 배관(152)을 따라 흐르는 반도체 폐수 내의 탄산(CO3) 가스와 칼슘(Ca)이 화학적으로 결합하여, CaCO3가 형성된다. 이러한 CaCO3가 제 2 배관(152)의 내벽에 고착되어 스케일이 제 2 배관(152)의 내벽에 발생된다. 스케일 방지제는 CO3 가스와 칼슘이 화학적으로 결합하는 것을 방지하여, 제 2 배관(152)의 내벽에 스케일이 형성되는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 스케일 방지제로는 염산(HCl)이 사용된다.
경도 제거 유닛(110)은 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation resin)를 포함한다. 약산성 양이온 교환수지는 반도체 폐수 내에서 스케일로 작용할 수 있는 경도(hardness), 즉 칼슘과 마그네슘만을 제거한다. 즉, 약산성 양이온 교환수지는 COO-기를 가져서, COO-기와 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온이 이온교환됨으로써, 반 도체 폐수 내의 칼슘과 마그네슘만을 제거한다.
제 2 라인(162)이 경도 제거 유닛(110)에 연결된다. 중화제가 제 2 라인(162)을 통해서 경도 제거 유닛(110)으로 공급되어, 반도체 폐수의 산성 성분에 의해서 약산성 양이온 교환수지가 산화되는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 중화제로는 중아황산나트륨(sodium bisulfate)이 사용된다.
또한, 제 3 라인(163)이 경도 제거 유닛(110)에 연결된다. 여기서, 반도체 폐수의 수소이온농도(pH)가 8.5 미만이면, 약산성 양이온 교환수지에 의한 칼슘과 마그네슘의 제거 효율이 낮아진다. 따라서, 제 1 수소이온농도 조절제가 제 3 라인(163)을 통해서 경도 제거 유닛(110)으로 공급되어, 경도 제거 유닛(110) 내의 반도체 폐수에 8.5 내지 9.5 정도의 수소이온농도를 제공한다. 본 실시예에서, 제 1 수소이온농도 조절제로는 수산화나트륨(NaOH)가 사용된다.
경도 제거 유닛(110)과 제 2 수조(142)는 제 3 배관(153)을 통해서 연결된다. 따라서, 경도 제거 유닛(110)에 의해서 경도가 제거된 반도체 폐수는 제 3 배관(153)을 통해서 제 2 수조(142)에 저장된다.
제 2 수조(142)와 탈기 유닛(120:degasifier)은 제 4 배관(154)을 통해서 연결된다. 탈기 유닛(120)은 반도체 폐수 내의 가스를 제거한다. 특히, 반도체 폐수 내의 탄산(CO3) 가스를 제거함으로써, 탄산 가스와 칼슘(Ca)이 화학적으로 결합하여 CaCO3가 형성되는 것을 방지한다. 이를 위해서, 탈기 유닛(120)은 반도체 폐수를 통과시키는 미세 그물망 구조의 필터, 및 필터의 하부로부터 다량의 공기를 불어넣어 주는 공기 발생기를 갖는다. 즉, 반도체 폐수는 미세 그물망의 필터를 통과하면서 면적이 확장된다. 이러한 확장된 면적을 갖는 반도체 폐수에 다량의 공기가 아래로부터 타격을 가하면, 반도체 폐수 내의 가스가 상부를 향해 방출된다.
여기서, CO3 가스보다는 가벼운 CO2 가스를 제거하기가 용이하다. 따라서, CO3 가스를 CO2 가스로 전환시키기 위해, 반도체 폐수의 수소이온농도를 낮추기 위한 제 2 수소이온농도 조절제가 제 5 라인(165)을 통해서 탈기 유닛(120)으로 공급된다. 제 2 수소이온농도 조절제는 탈기 유닛(120) 내의 반도체 폐수에 대략 2 내지 3 정도의 수소이온농도를 제공한다. 본 실시예에서, 제 2 수소이온농도 조절제로는 염산(HCl)이 사용된다.
제 3 수조(143)는 제 5 배관(155)을 통해서 탈기 유닛(120)에 연결된다. 따라서, 탈기된 반도체 폐수는 제 3 수조(143)에 저장된다. 또한, 제 3 수조(143)는 제 6 배관(156)을 통해서 고효율 역삼투 유닛(130)에 연결된다.
고효율 역삼투 유닛(130)은 반도체 폐수 내의 염과 유기탄소를 역삼투 방식으로 제거한다. 고효율 역삼투 유닛(130)은 고농도 내의 용매를 저농도측으로 이동시키는 반투막을 이용해서 반도체 폐수 내의 염과 유기탄소를 제거한다.
여기서, 고효율 역삼투 유닛(130)에 의한 염과 유기탄소 제거 효율은 반도체 폐수의 수소이온농도가 10 이상일 때 향상된다. 즉, 반도체 폐수 내의 유기탄소, 규소, 나트륨, 염소, 황, 붕소 등은 반도체 폐수의 수소이온농도가 10 이상일 때 음이온으로 대전되기가 용이하다. 음이온으로 대전된 성분들은 역삼투압 방식으로 용이하게 제거시킬 수가 있으므로, 제 3 수소이온농도 조절제가 제 6 라인(166)을 통해서 고효율 역삼투 유닛(130)으로 제공된다. 즉, 제 3 수소이온농도 조절제는 고효율 역삼투 유닛(130) 내의 반도체 폐수에 대략 10 이상의 수소이온농도를 제공한다. 본 실시예에서, 제 3 수소이온농도 조절제로는 수산화나트륨(NaOH)가 사용된다.
반도체 폐수가 고효율 역삼투 유닛(130)을 통과하게 되면, 반도체 공정에 사용될 수 있는 공업용수가 된다. 이러한 공업용수는 제 7 배관(157)을 통해서 제 4 수조(144)에 저장된다.
한편, 고효율 역삼투 유닛(130)에서 발생된 알칼리 농축수는 제 8 배관(158)을 통해서 제 5 수조(145)에 저장된다.
폐수 재활용 방법
도 2는 도 1의 장치를 이용해서 반도체 폐수를 재활용하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 단계 S210에서, 미생물 제거제인 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제 1 라인(161)을 통해서 제 1 배관(151) 내로 투입한다. 차아염소산 나트륨은 제 1 배관(151) 내를 따라 흐르는 반도체 폐수 내의 미생물을 제거한다. 미생물이 제거된 반도체 폐수는 제 1 수조(141)에 저장된다.
단계 S220에서, 제 1 수조(141) 내의 반도체 폐수는 제 2 배관(152)을 통해서 경도 제거 유닛(110)으로 공급된다. 여기서, 스케일 방지제인 염산(HCl)을 제 4 라인(164)을 통해서 제 2 배관(152)으로 투입한다. 염산은 반도체 폐수 내의 탄산(CO3) 가스와 칼슘(Ca)이 화학적으로 결합하는 것을 방지하여, CaCO3의 형성을 방지한다. 따라서, CaCO3가 제 2 배관(152)의 내벽에 고착되어 제 2 배관(152)의 내벽에 스케일이 발생되는 것이 방지된다.
단계 S230에서, 중화제인 중아황산나트륨(sodium bisulfate)을 제 2 라인(162)을 통해서 경도 제거 유닛(110)으로 투입한다. 중아황산나트륨은 반도체 폐수의 산성 성분에 의해서 약산성 양이온 교환수지가 산화되는 것을 방지한다.
단계 S240에서, 제 1 수소이온농도 조절제인 수산화나트륨(NaOH)을 제 3 라인(163)을 통해서 경도 제거 유닛(110)에 투입하여, 경도 제거 유닛(110) 내의 반도체 폐수에 8.5 내지 9.5 정도의 수소이온농도를 제공한다.
단계 S250에서, 반도체 폐수는 경도 제거 유닛(110)의 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation resin)를 통과하면서 칼슘과 마그네슘이 제거된다. 즉, 약산성 양이온 교환수지의 COO-기와 칼슘 이온 또는 마그네슘 이온이 이온교환됨으로써, 반도체 폐수 내의 칼슘과 마그네슘이 제거된다. 여기서, 반도체 폐수의 수소이온농도가 8.5 내지 9.5 정도이므로, 반도체 폐수 내의 칼슘과 마그네슘이 효과적으로 제거될 수 있다. 경도가 제거된 반도체 폐수는 제 3 배관(153)을 통해서 제 2 수조(142)에 저장된다.
단계 S260에서, 제 2 수조(142) 내의 반도체 폐수는 제 4 배관(154)을 통해서 탈기 유닛(120)으로 공급된다. 여기서, 제 2 수소이온농도 조절제인 염산(HCl) 을 제 5 라인(165)을 통해서 탈기 유닛(120)에 투입하여, 탈기 유닛(120) 내의 반도체 폐수에 대략 2 내지 3 정도의 수소이온농도를 제공한다. 특히, 염산은 CO3 가스를 CO2 가스로 전환시킴으로써, 탈기 유닛(120)에 의한 반도체 폐수의 탈기 동작을 용이하게 한다.
단계 S270에서, 반도체 폐수의 수소이온농도가 2 내지 3일때 탄산가스 제거 효율이 최적이므로, 탈기 유닛(120)은 이러한 반도체 폐수로부터 가스, 즉 탄산 가스를 효과적으로 제거하게 된다. 즉, 반도체 폐수는 미세 그물망의 필터를 통과하면서 면적이 확장된다. 이러한 확장된 면적을 갖는 반도체 폐수에 다량의 공기가 아래로부터 타격을 가하여, 반도체 폐수 내의 탄산 가스가 상부를 향해 방출된다. 탈기된 반도체 폐수는 제 5 배관(155)을 통해서 제 3 수조(143)에 저장된다. 여기까지의 공정들을 반도체 폐수의 전처리 공정이라 칭한다.
단계 S280에서, 전처리된 제 3 수조(143) 내의 반도체 폐수는 제 6 배관(156)을 통해서 고효율 역삼투 유닛(130)으로 공급된다. 여기서, 제 3 수소이온농도 조절제인 수산화나트륨(NaOH)을 제 6 라인(166)을 통해서 고효율 역삼투 유닛(130)에 투입하여, 고효율 역삼투 유닛(130) 내의 반도체 폐수에 대략 10 이상의 수소이온농도를 제공한다.
단계 S290에서, 고효율 역삼투 유닛(130)은 10 이상의 수소이온농도를 갖는 반도체 폐수로부터 유기탄소, 규소, 나트륨, 염소, 황, 붕소 등을 역삼투 방식으로 용이하게 제거한다. 한편, 고효율 역삼투 유닛(130)에서 발생된 알칼리 농축수는 제 8 배관(158)을 통해서 제 5 수조(145)에 저장된다.
상기와 같은 과정을 거친 반도체 폐수는 반도체 공정에 사용될 수 있는 공업용수로 전환된다. 이러한 공업용수는 제 7 배관(157)을 통해서 제 4 수조(144)에 저장된다.
상기와 같은 본 실시예에 따르면, 수산화나트륨을 이용해서 폐수에 8.5 내지 9의 수소이온농도를 제공한 상태에서 폐수 내의 경도를 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 염산을 이용해서 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공한 상태에서 폐수 내의 탄산 가스를 효과적으로 제거할 수 있다. 아울러, 수산화나트륨을 이용해서 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공한 상태에서 역삼투 방식으로 염과 유기탄소를 제거하게 되므로, 폐수 내의 고형물질과 유기물을 제거하는 효율이 향상된다.
반도체 폐수 재활용 능력 평가
비교예
반도체 폐수에 대해서 전처리 공정을 실시하지 않고 역삼투 방식만을 적용하여, 반도체 폐수를 처리하였다.
본 발명에 따른 반도체 폐수 처리
미생물 제거제인 차아염소산나트륨(NaOCl)을 이용해서 반도체 폐수 내의 미 생물을 제거하였다. 염산(HCl)을 이용해서 반도체 폐수 내의 탄산(CO3) 가스와 칼슘(Ca)이 화학적으로 결합하는 것을 방지하였다. 중아황산나트륨(sodium bisulfate)을 이용해서 약산성 양이온 교환수지가 산화되는 것을 방지하였다. 수산화나트륨(NaOH)을 이용해서 반도체 폐수에 9.0의 수소이온농도를 제공하였다. 그런 다음, 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation resin)를 이용해서 반도체 폐수 내의 칼슘과 마그네슘을 제거하였다. 염산(HCl)을 이용해서 반도체 폐수에 대략 2 내지 3 정도의 수소이온농도를 제공하였다. 그런 다음, 반도체 폐수로부터 탄산 가스를 제거하였다. 이러한 전처리된 반도체 폐수에 수산화나트륨(NaOH)을 이용해서 11의 수소이온농도를 제공하였다. 반도체 폐수로부터 역삼투 방식으로 유기탄소, 규소, 나트륨, 염소, 황, 붕소 등을 제거하였다.
도 3은 수소이온농도에 따른 제거율을 나타낸 그래프이다. 도 3에서, 우측 수직축은 붕소(B)의 제거율을 나타내고, 좌측 수직축은 유기탄소(Total Organic Carbon:TOC), 규소 산화물(SiO2), 나트륨(Na), 염소 이온(Cl-), 황산화물(SO4 2-)의 제거율을 나타내며, 수평축은 수소이온농도를 나타낸다.
도 3에 나타난 바와 같이, 역삼투 유닛 내의 반도체 폐수의 수소이온농도가 높아질수록 붕소(B), 유기탄소(TOC), 규소 산화물(SiO2), 나트륨(Na), 염소 이온(Cl-), 황산화물(SO4 2-)의 제거율을 높아짐을 알 수 있다. 여기서, 비교예의 역삼 투 유닛 내의 반도체 폐수는 대략 8 정도의 수소이온농도를 갖는다. 반면에, 본 발명에서는, 고효율 역삼투 유닛으로 투입되기 전에, 반도체 폐수에 수산화나트튬을 투입하였으므로, 반도체 폐수가 11 정도의 수소이온농도를 갖는다. 따라서, 비교예보다 본 발명에 따른 방법이 반도체 폐수로부터 붕소(B), 유기탄소(TOC), 규소 산화물(SiO2), 나트륨(Na), 염소 이온(Cl-), 황산화물(SO4 2-)을 제거하는 효율이 높음을 알 수 있다.
도 4는 수소이온농도에 따른 규소 산화물의 회수율을 나타낸 그래프이다. 도 4에서, 수직축은 규소 산화물의 회수율을 나타내고, 수평축은 수소이온농도를 나타내며, 곡선은 규소 산화물의 용해도를 나타낸다.
도 4에 나타난 바와 같이, 수소이온농도가 10 이상에서, 규소 산화물의 용해도가 급격하게 상승한다. 따라서, 8 정도의 수소이온농도 하에서 운전되는 비교예보다 11 정도의 수소이온농도 하에서 운전되는 본 발명의 방법이 규소 산화물의 회수율이 상대적으로 높음을 알 수 있다.
도 5는 수소이온농도에 따른 생균수를 나타낸 그래프이다. 도 5에서, 수직축은 생균수를 나타내고, 수평축은 역삼투 유닛의 운전 시간을 나타낸다.
도 5에 나타난 바와 같이, 수소이온농도가 8일 경우에는, 운전 시간이 늘어나도 생균수가 증가한다. 반면에, 수소이온농도가 11일 경우에는, 운전 시간에 비례하여 생균수가 급격하게 감소함을 알 수 있다. 따라서, 비교예에 비해서 본 발명의 방법이 반도체 폐수 내의 생균을 효과적으로 제거함을 알 수 있다.
하기 표는 반도체 폐수를 비교예와 본 발명의 방법에 따라 처리하여 획득한 공업용수를 검사한 결과를 나타낸다.
표
| 비교예 | 본 발명 | |
| TOC(ppm) | 0.5 | 0.07 |
| 전도율(㎛/㎝) | 95.8 | 99 |
| Ca(ppm) | 2.77 | 0.001 |
| 회수율(%) | 75 | 89 |
| 비용(원/㎥) | 576 | 290 |
상기 표에 나타난 바와 같이, 공업용수에 잔류한 TOC의 양에서, 비교예는 0.5ppm인데 반해서 본 발명에서는 0.07ppm 정도로 낮아진다. 또한, 전도율에서, 비교예는 95.8㎛/㎝인데 반해서 본 발명에서는 99㎛/㎝로 높다. 공업용수에 잔류한 Ca의 양에서, 비교예는 2.77ppm인데 반해서 본 발명에서는 0.001ppm으로 매우 낮았다. 따라서, 반도체 폐수에 대한 공업용수의 회수율이 비교예는 75%이고 본 발명은 89%로서, 본 발명에 의한 반도체 폐수 재활용율이 더 높게 나타남을 알 수 있다. 특히, 비교예보다 저렴한 비용으로 본 발명이 반도체 폐수를 재활용할 수 있음도 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 폐수를 재활용하여 반도체 공정용 공업용수로 사용할 수 있게 되므로, 반도체 장치의 제조단가를 줄임과 아울러 반도체 폐수로 인한 환경오염도 해소될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (29)
- 폐수로부터 경도(hardness)를 제거하는 단계;상기 폐수로부터 가스를 제거하는 단계; 및상기 폐수로부터 고효율 역삼투압 방식(high efficiency reverse osmosis)으로 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거하는 단계를 포함하고,상기 경도를 제거하는 단계는상기 폐수를 이온교환수지(ion-exchange resin)를 통과시켜서 상기 폐수 내의 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)을 제거하는 단계; 및상기 폐수에 중화제를 투입하여 상기 이온교환수지의 산화를 방지시키는 단계를 포함하는 폐수 재활용 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경도 제거 전에, 상기 폐수에 미생물 제거제를 투입하여 상기 폐수로부터 미생물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 미생물 제거제는 차아염소산나트륨(NaOCl)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 이온교환수지는 약산성 양이온 수지(weak acid cation resin)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 중화제는 중아황산나트륨(sodium bisulfate)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 1 수소이온농도(pH) 조절제를 투입하여 상기 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 수소이온농도 조절제는 수산화나트륨(NaOH)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경도를 제거하는 단계는 상기 폐수에 스케일(scale) 방지제를 투입하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 스케일 방지제는 염산(HCl)을 포함하는 것을 특징 으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가스를 제거하는 단계는 상기 폐수로부터 탄산(CO3) 가스를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 12 항에 있어서, 상기 탄산 가스를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 2 수소이온농도 조절제를 투입하여 상기 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 수소이온농도 조절제는 염산(HCl)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 염과 유기탄소를 제거하는 단계는 상기 폐수에 제 3 수소이온농도 조절제를 투입하여 상기 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 3 수소이온농도 조절제는 수산화나트륨(NaOH)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 방법.
- 반도체 폐수에 제 1 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 8.5 내지 9.5의 수소이온농도를 제공하는 단계;상기 반도체 폐수를 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation ion-exchange resin)로 통과시켜서 상기 반도체 폐수로부터 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)을 제거하는 단계;상기 반도체 폐수에 염산(HCl)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공하는 단계;상기 반도체 폐수로부터 탄산(CO3) 가스를 제거하는 단계;상기 반도체 폐수에 제 2 수산화나트륨(NaOH)을 투입하여 상기 반도체 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공하는 단계; 및상기 반도체 폐수로부터 고효율 역삼투압 방식(high efficiency reverse osmosis)으로 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거하는 단계를 포함하는 반도체 폐수 재활용 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 수산화나트륨(NaOH) 투입 전에, 상기 반도체 폐수에 차아염소산나트륨(NaOCl)을 투입하여 상기 반도체 폐수로부터 미생물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 폐수 재활용 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 반도체 폐수를 상기 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation ion-exchange resin)로 통과시키기 전에, 상기 반도체 폐수에 중아황산나트륨(sodium bisulfate)을 투입하여 상기 약산성 양이온 이온교환수지의 산화를 방지시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 폐수 재활용 방법.
- 제 17 항에 있어서, 상기 반도체 폐수를 약산성 양이온 교환수지(weak cation ion-exchange resin)로 통과시키기 전에, 상기 반도체 폐수에 염산(HCl)을 투입하여 상기 양이온 이온교환수지에 연결된 배관 내에 스케일(scale)이 형성되는 것을 방지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 폐수 재활용 방법.
- 폐수로부터 경도(hardness)를 제거하기 위한 경도 제거 유닛;상기 경도 제거 유닛에 연결되어, 상기 폐수로부터 가스를 제거하기 위한 탈기 유닛;상기 탈기 유닛에 연결되어, 상기 폐수로부터 염(salt)과 유기탄소(organic carbon)를 제거하기 위한 고효율 역삼투 유닛; 및상기 역삼투 유닛으로 상기 폐수에 10 이상의 수소이온농도를 제공하는 제 3 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 6 라인을 포함하는 폐수 재활용 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수를 도입시키는 배관으로 상기 폐수로부터 미생물을 제거하는 미생물 제거제를 투입하기 위한 제 1 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛은 상기 폐수 내의 칼슘(Ca)과 마그 네슘(Mg)을 제거하기 위한 약산성 양이온 교환수지(weak acid cation ion-exchange resin)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 제 23 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 약산성 양이온 교환수지의 산화를 방지하는 중화제를 투입하기 위한 제 2 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수에 8.5 내지 9의 수소이온농도를 제공하는 제 1 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 3 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛으로 상기 폐수를 도입시키는 배관으로 상기 배관의 내벽에 스케일(scale)이 형성되는 것을 방지하는 스케일 방지제를 투입하기 위한 제 4 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 탈기 유닛으로 상기 폐수에 2 내지 3의 수소이온농도를 제공하는 제 2 수소이온농도 조절제를 투입하기 위한 제 5 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
- 삭제
- 제 21 항에 있어서, 상기 경도 제거 유닛에 투입되기 전의 상기 폐수를 저장하기 위한 제 1 수조;상기 경도 제거 유닛에 의해 상기 경도가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 2 수조;상기 탈기 유닛에 의해 상기 기체가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 3 수조; 및상기 역삼투 유닛에 의해 상기 염과 상기 유기탄소가 제거된 상기 폐수를 저장하기 위한 제 4 수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 재활용 장치.
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