Transcript 100-優等獎簡報1-南科園區事業廢水特定成分銦、鉬

行政院國家科學委員會
100年度自行研究計畫
台灣高科技產業的新希望
南科園區事業廢水特定成分
南部科學工業園區
銦、鉬、鎵特性研究暨因應策略研訂
研究人員：郭本正、郭崇文
95.07.17
101 年 5 月
簡報大綱
壹、計畫緣起及目的
貳、園區產業廢水特性
參、研究內容與設備
肆、結果與討論
伍、結論與建議
2
壹、計畫緣起及目的
計畫緣起
科學園區光電產業及半導體產業快速發展，相關原物料及
化學品眾多複雜，相關排放廢水特定成份對環境可能衝擊
影響，應管制減量。
環保署基於污染預防及風險管理，推動放流水新增管制標
準，增加銦、鉬、鎵等三項新興產業特殊重金屬管制，需
研究因應。
現有產業調查指出光電產業排水含有銦、鉬、鎵成分，需
進行園區銦、鉬、鎵來源調查及特性研究，掌握污染來源
及研擬管制策略。
3
壹、計畫緣起及目的
計畫目的
建構園區產業銦、鉬、鎵貢獻度分佈，並提供試驗
結果給園區廠商參考，協助廠商選擇最佳化操作方
案來進行銦、鉬、鎵減量處理。
探討污水廠現有銦、鉬、鎵處理單元(化學混凝沉澱
系統)最佳操作條件，以供建立污水廠緊急應變機制。
研擬園區銦、鉬、鎵管制策略，最終達到確保污水
廠放流水質符合標準目的並減輕環境水體負荷。
4
貳、園區產業廢水特性
園區含銦、鉬、鎵產業製程廢水特性分析
產業別
TFTLCD
LED
製程
含銦、鉬、鎵原物料
Array(微影光罩 )製
程(包括濺鍍薄膜、 1.氧化銦錫(ITO)靶材
光阻塗佈、顯影、 2.鉬靶材
蝕刻及剝離等五道 3.氧化銦錫(ITO)蝕刻液
步驟)
磊晶及蝕刻製程
1.砷化鎵基板
2.三甲基鎵、三乙基鎵
3.三甲基銦
廢水特性
 蝕刻製程產生低濃度含銦、鉬廢
水混合其他廢水排放
 含銦、鉬廢水採批次方式排放，
濃度變化較大
 磊晶及蝕刻製程之局部高濃度含
鎵、銦廢水混合其他廢水排放
 蝕刻及洗滌塔之低濃度含鎵、銦
廢水混合其他廢水排放
 含鎵、銦廢水採批次方式排放，
濃度變化較大
 TFT-LCD產業製程使用含銦、鉬原物料，排放水質銦、鉬濃度較高
 LED產業製程使用含鎵、銦原物料，排放水質鎵、銦濃度較高
 半導體產業排放水質亦含有低濃度之銦、鉬、鎵
5
參、研究方法及實驗設備
研究方法
污水廠進流廢水化學混凝沉降
去除銦、鉬、鎵試驗
鋁鹽
(PAC)
鐵鹽
(氯化鐵)
調整不同pH值
調整不同pH值
(pH：6、7、8、9)
調整加藥劑量
園區事業廢水化學混凝沉降
去除銦、鉬、鎵試驗
LED廢水
(含鎵廢水)
TFT-LCD廢水
(含鉬廢水)
(pH：6、7、8、9)
鋁鹽
PAC(10%Al2O3)
鐵鹽
氯化鐵(39%Fe2O3)
調整加藥劑量
調整加藥劑量
最佳化操作參數
(pH、混凝劑種類及加藥量)
▲污水廠進流廢水化學沉降實驗流程
調整pH值
(pH：6、7、8)
最佳化學混凝加藥量
▲園區事業廢水化學沉降實驗流程
研訂南科園區對事業排水之銦、鉬、鎵因應方案及緊急應變策略
建立南科園區事業排水銦、鉬、鎵管理機制，維持園區污水廠正常穩定操作
6
參、研究方法及實驗設備
實驗設備
序號
1
2
3
實驗設備
廠牌與規格
設定條件
瓶杯試驗
(1)廠牌：PHIPPS &BIRD
(2)型號：PB-700
(3)規格：攪拌葉片長7.5cm、寬2.5cm，轉速介於5-300rpm之間
100rpm 下 快 混 5 分 鐘 ， 30rpm 下
慢混20分鐘及靜置30分鐘
(1)廠牌：WTW
(2)型號：330i
(1)廠牌：JY
(2)型號：ULTIMA 2000
感應耦合電漿原 (3)規格：光學架構：焦距0.64米
子發射光譜儀
聚光鏡片10*8公分
(ICP-AES)
2400條刻劃數/毫米之雙極光光柵
pH計
以完成校正之pH計進行pH量測
銦設定波長：230.606nm
鉬設定波長：202.032nm
鎵設定波長：294.363nm
※光譜範圍從120至800nm
※電漿觀測位置:側向觀測電漿
▲瓶杯試驗器
▲感應耦合電漿原子發射光譜
7
肆、結果與討論
園區各產業銦、鉬、鎵濃度及貢獻度
銦
鉬
鎵
LED,
3.8%
項目
半導體
TFT-LCD
LED
水量(CMD)
25,458
32,995
2,228
N.D.~0.039
N.D.~0.183
N.D.~0.167
17.9％
78.3％
3.8％
N.D.~0.012
0.084~1.91
N.D.~0.062
0.45％
99.5％
0.05％
N.D.~0.011
N.D.~0.055
0.004~2.26
9.0％
37.8％
53.2％
濃度範圍(mg/L)
貢獻度(％)
濃度範圍(mg/L)
貢獻度(％)
濃度範圍(mg/L)
貢獻度(％)
半導體,
17.9%
TFTLCD,
78.3%
▲園區各產業銦貢獻比例圖
LED,
0.05%
半導體,
0.45%
TFTLCD,
99.5%
LED,
53.2%
半導體,
9.0%
TFTLCD,
37.8%
▲園區各產業鉬貢獻比例圖 ▲園區各產業鎵貢獻比例圖
8
肆、結果與討論
廠商排放特性分析
 銦排放特性
 TFT-LCD及LED廠商排水平均值均
低於0.1mg/L
 廠商可採均流混合排放
▲TFT-LCD及LED排放水質銦濃度範圍
 鉬排放特性
 TFT-LCD局部廠商均值高於
0.6mg/L
 廠商需進行相關減量工作
▲TFT-LCD排放水質 鉬濃度範圍
鎵排放特性
 LED局部廠商均值高於0.1mg/L
 廠商需進行相關減量工作
▲LED排放水質鎵濃度範圍
9
肆、結果與討論
100年園區污水廠銦、鉬、鎵處理及排放情況說明
污水處理廠檢測分析
100年1~10月平均處理水量： 74,305CMD
化學處理單元操作參數
項目
10 ％ PAC加藥量：150mg/L
助凝劑加藥量：2mg/L
銦
鉬
處理效率統計
處理水量
(CMD)
鎵
74,305
100年1~10月
平均進流水質
(mg/L)
100年1~10月
平均放流水質
(mg/L)
平均
去除率
(％)
排放量
(kg/day)
0.037
0.027
27.0％
2.0
0.327
0.319
2.4％
23.7
0.024
0.016
33.3％
1.2
統計100年1~10月銦平均去除率為27.0％ 、鎵平均去除率為
33.3％ ，對鉬則不具處理效果，平均去除率僅為2.4％。
分析園區以鉬排放量最大，為園區未來管制重點。
10
肆、結果與討論
化學混凝程序對污水廠進流水銦、鉬、鎵去除試驗
最佳pH值探討(PAC)
銦去除率(%)
鉬去除率(%)
鎵去除率(%)
100%
 設定條件
助凝劑：2mg/L
調整pH=6.0、7.0、8.0、9.0
混凝沉降實驗結果
去除率(%)
PAC：250mg/L
80%
60%
40%
20%
0%
6.0
7.0
8.0
9.0
反應後pH值
銦濃度為0.0122mg/L，在 pH=8.0時，銦去除率較佳為43.2％。
鉬濃度為0.4690mg/L，在pH=6.0~9.0範圍時，鉬去除效果均不理
想，在pH=7.0時鉬去除率最高僅為3.6％。
鎵濃度為0.0311mg/L，在pH=6.0時，鎵去除率較佳為85.4％
考量處理後水質須符合放流水標準，同時為減少酸鹼調整藥劑量，
本研究設定pH值為7.0進行後續不同加藥劑量之試驗。
11
肆、結果與討論
化學混凝程序對污水廠進流水銦、鉬、鎵去除試驗
100%
去除率(%)
最佳混凝劑量探討(PAC)
 設定條件
80%
60%
40%
20%
 設定pH=7.0
 調整PAC加藥量：
0%
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
不 同加藥量銦去除率變化圖(mg/L)
去除率(%)
100%
趨勢
說明
銦
鉬
鎵
去除率隨加藥
量上升
去除率與加藥
量無明顯關係
去除率與加藥
量無明顯關係
60%
40%
20%
0%
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
 混凝沉降實驗結果
80%
不 同加藥量鉬去除率變化圖(mg/L)
最佳
加藥量
500 mg/L
去除率
56.2%
1,200 mg/L
14.3%
200 mg/L
62.3%~83.3%
去除率(%)
100%
80%
60%
40%
20%
0%
效果不佳
原水濃度
差異較大
50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600
不 同加藥量鎵去除率變化圖(mg/L)
12
肆、結果與討論
化學混凝程序對污水廠進流水銦、鉬、鎵去除試驗
銦去除率(%)
最佳pH值探討(氯化鐵)
氯化鐵：800mg/L
助凝劑：2mg/L
調整pH=6.0、7.0、8.0、9.0
60%
40%
20%
0%
6.0
混凝沉降實驗結果
鎵去除率(%)
80%
去除率(%)
 設定條件
鉬去除率(%)
100%
7.0
8.0
9.0
反應後pH值
銦濃度為0.0153mg/L，在pH=7.0時，銦去除率較佳為19.5%，隨著pH值變
化，銦去除效果均有較低情事。
鉬濃度為0.2837mg/L，在pH=6.0時，鉬去除效果較佳為54.6%，隨著pH值
上升，鉬去除效果會有下降趨勢。
鎵濃度為0.0098mg/L，在pH=7.0時，鎵去除率較佳為42.9％，其餘pH值變
化，銦去除效果均有較低情事。
考量處理後水質須符合放流水標準，同時為減少酸鹼調整藥劑量，
本研究設定pH值為7.0進行後續不同加藥劑量之試驗。
13
肆、結果與討論
化學混凝程序對污水廠進流水銦、鉬、鎵去除試驗
100%
去 除 率 (%)
80%
最佳混凝劑量探討(氯化鐵)
 設定條件
60%
40%
20%
 設定pH=7.0
 調整氯化鐵加藥量
0%
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
不 同加藥量銦去除率變化圖(mg/L)
 混凝沉降實驗結果
銦
鉬
鎵
去除率(%)
100%
80%
60%
40%
20%
0%
100
最佳加藥量
去除率
加藥量與去除
率呈緩降趨勢
200 mg/L
54.7%~55.9%
去除率隨加藥
量上升
1,200 mg/L
88.4%~90.2%
加藥量與去除
率無明顯關係
200 mg/L
59.5%~63.3%
300
400
500
600
700
800
900 1000 1100 1200
不 同加藥量鉬去除率變化圖(mg/L)
100%
去除率(%)
趨勢
說明
200
80%
60%
40%
20%
0%
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
不 同加藥量鎵去除率變化圖(mg/L)
14
肆、結果與討論
化學混凝程序去除銦、鉬、鎵之成本分析（污水廠）
項目
混凝劑
增加操作費用
(藥品費及污泥費)
估算去除率基準
PAC
6.7 元/m3
50％
氯化鐵
2.3 元/m3
50％
PAC
11.1 元/m3
僅能達到14％
氯化鐵
7.9 元/m3
50％
PAC
1.6 元/m3
50％
氯化鐵
2.3 元/m3
50％
銦
鉬
鎵
15
肆、結果與討論
事業廢水銦、鉬、鎵化學混凝程序試驗
化學混凝程序對TFT-LCD廠商含鉬廢水去除試驗
設定條件(混凝劑為氯化鐵)
混凝沉降實驗結果與討論
pH=7.0
pH=8.0
80%
去除率(%)
廢水來源：廠商蝕刻製程稀排含鉬廢水(鉬:8.999mg/L)
調整pH=6.0 、7.0 、8.0
調整氯化鐵加藥量：400~2,400mg/L
pH=6.0
100%
60%
40%
20%
0%
不同pH條件下試驗結果均呈現隨著加藥量上升，可提高
400
800
1200
1600
2000
2400
加藥量(mg/L)
鉬去除效果。
在pH=7.0條件，加藥量增加已達2,400mg/L，鉬去除率 ▲不同pH及加藥量鉬去除率變化圖
最佳仍僅38.3％ ，鉬去除效果並不理想。
污水廠進流廢水
TFT-LCD含鉬稀排廢水
氯化鐵加藥(mg/L)
1,200(mg/L)
2,400(mg/L)
鉬去除率
88.4%
38.3%
磷酸塩
44.2mg/L
522mg/L
高磷酸塩耗用
FeCl3 ，減少
鉬去除效果
註：使用氯化鐵35.2％去除率，估算每噸廢水之操作成本增加約22.7元，不合經濟效益。
16
肆、結果與討論
事業廢水銦、鉬、鎵化學混凝程序試驗
化學混凝程序對LED廠商含鎵廢水去除試驗
設定條件(混凝劑為PAC)
100%
廢水來源：廠商混合之酸鹼調勻池含鎵廢水 (鎵:0.278mg/L)
設定pH=7.0
調整PAC加藥量：50~300mg/L
去除率(%)
80%
60%
40%
20%
0%
混凝沉降實驗結果與討論
加藥量為100mg/L時，鎵去除率均可達到95％以
50
100
150
200
250
300
加 藥量(mg/L)
▲不同加藥量鎵去除率變化圖
上，隨著加藥量增加，鎵去除效果無明顯上升情形。
LED含鎵廢水使用PAC為混凝劑時，在PAC加藥量
為50mg/L時，去除率可達到96.7 ％ ，每噸廢水增加之成本約0.6元。
使用PAC去除鎵具有較佳之處理效果，且增加之加藥成本及污泥清運
費用尚屬合理，故使用化學混凝程序處理鎵廢水合宜。
17
伍、結論及建議
化學混凝程序對銦、鉬、鎵去除功能試驗結果
污水廠進流廢水混凝試驗最佳條件
項目
銦
鉬
鎵
藥品
PAC
氯化鐵
PAC
氯化鐵
PAC
氯化鐵
加藥量(mg/L)
500
200
1,200
1,200
250
1,000
去除率(%)
56.2
55.9
14.3
90.2
83.9
73.1
TFT-LCD及LED廠商廢水混凝試驗最佳條件
LED廠製程調勻
含鎵廢水
TFT-LCD廠蝕刻
製程含鉬廢水
加藥量(mg/L)
PAC 100 mg/L
氯化鐵2,400 mg/L
去除率(%)
98.4%
38.3%
建議
適用化學混凝
不適用化學混凝
去除效果不佳
建議使用離子
交換樹脂濃縮
回收處理
18
伍、結論及建議
管制策略研擬
項目
銦
鉬
鎵
現況說明
廠商排水 平均 值均 局部廠商 均值 高於 局 部 廠 商 均 值 高 於
低於0.1mg/L。
0.6mg/L。
0.1mg/L。
污水廠放 流水 銦超 污水廠放 流水 鉬超 污 水 廠 放 流 水 鎵 超
標風險低。
標風險高。
標風險低。
管制因應
方式
(廠商端)
短期：均流排放。
長期：污染減量。
納管標準管制
緊急應變
策略
(污水廠)
遇緊急狀 況可 藉由
遇 緊 急 狀 況 可 藉 由
遇緊急狀 況可 改為
增 加 PAC 加 藥 量 來
增 加 PAC 加 藥 量 來
添加氯化鐵來因應。
因應。
因應。
短期：均 流排 放及
短期：均流排放。
重點廠商減量改善。
長期：污染減量。
長期：污染減量。
納管標準管制
納管標準管制
19
伍、結論及建議
建議事項
檢討園區污水下水道容許標準暨收費標準之管制項目，研議增訂銦、
鉬、 鎵納管及異常收費標準。
建立污水廠緊急應變機制，若遇緊急狀況可迅速調整加藥量來因應，達
到確保污水廠放流水100％符合標準。
本次研究主要以園區排放現況研訂因應對策，建議未來研究方向：
添加調配不同濃度廢水進行化學混凝研究，並探討銦、鉬、鎵去除機制。
低濃度銦、鉬、鎵經加藥混凝沉澱產生之污泥，後續相關累積及溶出情
況，是否會造成環境生態之有害影響。
20