[发明专利]处理液体废物的方法

说明书

本发明涉及处理液体废物的方法。在其优选的实施方案中，该方 法用于处理来自金属镀工艺的液体废物，但是本发明不局限于此并且 可以用于处理从任何工艺排出的液体。

渗透作用是一种过程，其中水或其它溶剂从相对稀溶液中通过半 透膜迁移到相对浓溶液。渗透作用持续直到达到渗透压力。渗透压力 由全部溶质的浓度决定；溶解固体的含量越高，渗透压力越大。

在反渗透(RO)中，压力被施加到膜上而超过渗透压力，以便溶剂 流过膜而生产出脱除溶质的溶剂。纳滤(NF)类似于反渗透，其中也施 加压力来克服渗透压力以便迫使溶剂通过膜。不同于RO，在NF中， 一价离子(例如硫酸中的H⁺和HSO₄^-离子)可以容易地通过膜，然而多 价离子(例如铜(II)离子)和大分子没有通过膜。因此，RO和NF膜 通常用于提纯液体废物。

这样的膜处理的一个应用是从硫酸中的镀铜废物中除去重金属。 通过在高于与铜和硫酸根离子有关的渗透压力的压力下将废物输送 到NF膜，重金属可以浓缩在渗余物(没有通过膜的那部分液体)中， 而大部分硫酸将形成渗透物(通过膜的那部分液体)的一部分，其可以 被除去以便在中和装置中进一步处理。例如，多级NF单元可以产生 在渗余物中超过20,000ppm的铜浓度，而在渗透物中的铜浓度将小于 0.5ppm。然而，在半导体工业中，这样的铜废物可以包括一种或多种 较高浓度的氧化剂，如过氧化氢，其能够飞快地损害NF膜，导致短 的膜寿命。虽然还原剂如焦亚硫酸钠可以被添加到废物以便破坏过氧 化物，这将提高废物中的硫酸根的量。如果废物是碱性的，那么膜具 有较高的硫酸根的排斥力，并且因此又增加了渗透压力。尽管如果废 物是酸性的，排斥力是较低的，将反应物添加到废物增加了操作成本， 在原材料成本和实现并控制将反应物添加到废物中的成本。

第二种应用是钴化学镀废物的处理。例如，多级NF单元可以产 生在渗余物中超过2,000ppm的钴浓度，而在渗透物中的钴浓度将小 于0.5ppm。这样的废物一般地包含还原剂，如二甲胺硼烷(DMAB) 或次磷酸钠，虽然其没有损害NF膜，但是被认为是危险的，因为它 可以通过与水反应析出氢。因此，废物通常通过添加反应物如次氯酸 钠来破坏还原剂进行处理。这可以导致向液体废物中添加大量的作为 破坏还原剂的副产物形成的氯化钠。添加到废物中的反应物的量可能 是大量的，例如大约三份反应物添加到一份废物，这可以导致相当大 的提高废物处理装置的尺寸。此外，因为任何过量的次氯酸盐将飞快 地腐蚀NF膜，然后将焦亚硫酸钠添加到次氯酸盐处理的废物而除去 过量的氧化剂，这可以导致硫酸钠的形成。在pH大于2的溶液中， 如这些，大部分废物物流中所含的硫酸根将被NF膜保留，这可以显 著地增加至渗透压力。渗透压力进一步通过高氯化钠浓度的液体废物 而提高，后者源于将次氯酸盐添加到液体中。渗透压力的这种增加的 结果是需要相对昂贵的高压泵来将液体废物加压到能够使渗透压力 被克服的水平。

至少本发明的优选的实施方案的目标是设法解决这些问题。

本发明提供处理含目标物质的液体废物的方法，包括以下步骤： 使液体暴露于催化剂而从液体中除去还原剂或氧化剂，随后将液体输 送到反渗透或纳滤膜而获得富含目标物质的渗余物和贫乏目标物质 的渗透物，将渗余物返回到膜上游的液体。

如上所述的，还原剂或者氧化剂在液体废物中的存在已经先前导 致对膜操作有害的化学物质的添加，不仅相对于膜分解来说，而且相 对于克服渗透压力所需要的操作压力的考虑来说。相比而言，使用催 化剂来破坏液体中的还原剂或者氧化剂可以基本上降低克服渗透压 力所需要的操作压力，由此有助于使用较便宜的、较低压的泵。其还 可能降低渗透物的量，这为操作员提供了成本节省，这是由于为后续 处理而待除去的渗透物的数量降低，并且提供了与在将化学物质添加 到液体废物方面的降低、在设备尺寸方面的降低和降低的操作成本有 关的成本节省。

通过将渗余物循环到膜上游的液体，在液体中的目标物质的浓度 将逐渐地提高。

定期地，或者一旦这一浓度已经到达所选值，渗余物和/或膜的进 料可以被排出到随后的废物处理系统或者在别处从用于处理的位点 取出。

在一个实施方案中，使用催化剂来将氧化剂从液体废物中除去。