[发明专利]用于能量发生和废物处理的电渗析系统和方法

说明书

技术领域

一个或多个方面大体上涉及废物处理。更特别地，一个或多个方面涉及在处理废物的同时生成能量用的系统和方法。

发明背景

在各种工业中使用大量酸性和碱性材料。例如，晶片清洗是集成电路制造中最频繁重复的步骤并且是半导体设备业务中最重要的部门之一。随着器件尺寸缩小和使用新材料，该方法变得更复杂。这样的清洗法中常用的一些代表性的酸和碱包括盐酸、硫酸、氢氟酸和氢氧化铵。代表性的半导体加工厂可能每月消耗或至少购买大约70至80吨50%氢氧化钠溶液来中和酸性废物。在化学蚀刻中，使用酸或碱溶解不想要的材料，如金属、半导体材料或玻璃。用作蚀刻剂的常见的酸和碱包括盐酸、硝酸、氢氟酸、氢氧化钠和氢氧化钾。采矿废料也是一个问题。

酸性和碱性废弃排出物通常在弃置前通过中和法处理。在处理中还使用沉淀和压滤机。由于酸和碱的放热反应，必须小心控制该中和法。为回收或再循环酸和碱，已提出几种尝试，如通过扩散渗析、离子交换、低压蒸馏和溶剂萃取，但这些方法的工业应用迄今非常有限。

概述

根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间，由第一离子交换膜和双极膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通、和位于阳极和阴极之间，由所述双极膜和第二离子交换膜限定的第二室——所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通。

在一些实施方案中，该系统可进一步包含位于阳极和阴极之间、由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室，所述第三室与盐溶液源流体连通。该系统可进一步包含构造成使酸性废弃排出物流再循环至第一室的再循环系统。该再循环系统可进一步构造成使碱性废弃排出物流再循环至第二室。该系统可构造和布置成中和酸性和碱性废污水流，同时将它们的化学能转化成电能。该系统可构造和布置成将第一室出口的酸性废弃排出物流与第二室出口的碱性废弃排出物流混合以形成盐溶液源。在一些实施方案中，该系统可进一步包含与盐溶液源流体连通的第三室。该酸性废弃排出物在一些实施方案中可包含盐酸。

根据一个或多个实施方案，处理排出物废物的方法可包括提供反向电渗析系统，将酸性废弃排出物源流体连接至反向电渗析系统的第一室，将碱性废弃排出物源流体连接至反向电渗析系统的第二室，在反向电渗析系统的出口收集中和的污水流和在反向电渗析系统的阳极和阴极之间提供荷载以利用电能。

在一些实施方案中，流体连接酸性和碱性废弃排出物源可包括将半导体制造操作流体连接至所述反向电渗析系统。该方法可进一步包括将酸性废弃排出物再循环至第一室。在一些实施方案中，该方法可进一步包括将碱性废弃排出物再循环至第二室。该方法可进一步包括将中和的排出物流输送至反向电渗析系统的第三室。在一些实施方案中，该方法可进一步包括排出中和的排出物流。在至少一些实施方案中，该方法可进一步包括在排出前处理所述中和的排出物流。在一些实施方案中，该方法可进一步包括调节所述荷载的电阻。

根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间，由第一离子交换膜和包含接合至离子交换膜的阳离子交换膜的模拟双极膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流流体连通、位于阳极和阴极之间，由所述模拟双极膜和第二离子交换膜限定的第二室——所述第二室与碱性废弃排出物流流体连通、和位于阳极和阴极之间，由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第三室——所述第三室与盐溶液源流体连通。

在一些实施方案中，该盐溶液源可包含离开第一室的酸性废弃排出物流和离开第三室的碱性排出物流的混合物。

根据一个或多个实施方案，反向电渗析系统可包含阳极、阴极、与阳极和阴极电连通的荷载、位于阳极和阴极之间、由第一离子交换膜和第二离子交换膜限定的第一室——所述第一室与酸性废弃排出物流和盐溶液源流体连通、位于阳极和阴极之间，由第二离子交换膜和第三离子交换膜限定的第二室——所述第二室与盐溶液源流体连通、位于阳极和阴极之间，由第三离子交换膜和第四离子交换膜限定的第三室——所述第三室与碱性废弃排出物流和盐溶液源流体连通、和位于阳极和阴极之间，由第四离子交换膜和第五离子交换膜限定的第四室——所述第四室与盐溶液源流体连通。

在一些实施方案中，该盐溶液源可包含离开第一室的酸性废弃排出物流和离开第三室的碱性排出物流的混合物。