科技和應用

半導體廢水處理技術的現在與未來,這些事你不可不知!

作者:SEMI Taiwan | 2019/2/14 上午 08:23:00

 

台灣地形留水不易,雖然雨量豐沛,但是也很快地流入海、蒸發、滲入地下,真正供應工業發展、民生所需的水資源並不多,水資源不足的問題日益嚴重,政府與企業皆須重視。

 

水資源的危機

 近年,溫室效應讓全球地氣候變化劇烈,水災、旱災等極端氣候頻傳,水資源循環系統越來越不易維持。台灣也因為數次豪雨來襲,自來水濁度高升被迫停水,或是因為久旱無雨,為維持水庫安全水量,實施分區限水的現況時有所聞,可見水資源分配是刻不容緩的事。

 

台灣雨季、旱季明顯,需要發展出水資源科技調節枯水期的需求。政府單位研擬水資源開發、廢水回收、海水淡化技術等等方式,讓水資源供應無虞。然而,目前海水淡化技術成本偏高,最重要的還是如何讓水資源可以再利用,或是好好處理,回歸大自然。

 

「再生水資源發展條例」通過,代表台灣致力發展水回收再利用的發展方向,推廣「一滴水至少用兩次」的概念,解決水資源不足的危機。

 

科技如何解決水資源問題

 

過去,廢水處理的重點放在如何去除污染物,讓排出的水質達到標準,但是面臨水資源不足的危機,應該要進一步思考,處理過後的水,能否再次回到生產線,繼續使用?

 

為了讓水資源能夠再次被利用,必須針對不同的廢水成分,使用不同的技術方式處理,才能為產業所用。以目前工業廢水來說,大多分為:

  • 含氟酸廢液之製程廢水(氟酸廢水):工廠製程所產生的廢水,排放至處理廠時,氫氟酸濃度高於1,000 mg/L以上,需要另外處理之廢水。氟酸廢水處理時,大多會加入鈣,與氟離子結合成氟化鈣,再加入聚氯化鋁與高分子聚合物將氟化鈣混凝,沈澱後就可分離出符合法定濃度的鹼性廢水,再中和處理。

 

  • 不含氟酸廢液之製程廢水(酸鹼廢水):大部分的製程廢水為酸鹼廢水,其中包含硫酸、雙氧水、磷酸、氨水及鹽酸等,pH值大多是2-4左右。處理時,可以液鹼和硫酸調整pH值,兩次充分中和後,可排入污水處理廠處理。

 

  • 一般廢水:廠務系統產生的廢水,例如軟水再生、純水再生、洗滌廢水,pH值大約是7-11左右。經過兩次酸鹼中合後,原則上就可排放至污水處理廠處理。

 

  • 電鍍銅製程廢液處理技術:目前大多是以電鍍法技術,但是因為過程中會產生銅離子,在銅離子排放標準日漸嚴格的趨勢下,單獨設置銅離子回收系統尤其對半導體產業來說是有其必要,使電鍍廢液與洗滌廢水的銅離子濃度低於0.01 mg/L甚至更低。

 

安全,是金屬回收系統最重要的事,機台需配備溢出檢測器及溢出承接盤,採用自動化方式,以最少的人力就能操作處理所有程序(自動進水、潔淨乾燥氣體沖淨等)。

 

創新水資源處理技術

 

目前,工研院已發展出相當的技術,如厭氧性生物處理技術、厭氣流體化床生物處理技術、膜分離生物反應器技術,以及多孔性生物擔體技術等,應用於各種領域的廢水處理上。

 

一、厭氧性生物處理

若是以能源、資源回收、環境友善的角度來看,厭氧性生物處理技術是很好的選擇。厭氧性生物處理,是在厭氧的環境下,利用微生物降解有機物,代謝為甲烷與二氧化碳,再導引排出。成本低且可回收甲烷再利用,食品、石化、化工、塑膠等領域都已採用此技術。

 

二、厭氣流體化床生物處理技術

適合用在低濃度、含有生物異質性成分的廢水,在反應槽中填入細小擔體,厭氣微生物附著,再利用快速水流進行流體化處理,已有許多化工廠使用。

 

 三、膜分離生物反應器技術

結合濾膜分離與生物處理,佔地面積小、固液分離效率高、水質穩定是其優點。

 

 四、多孔性生物擔體水與廢水處理技術

適合低負荷、高流量的操作。以開放性多孔性生物擔體為介質,讓微生物大量附著增殖,去除有機物、氨氮、硝酸氮等物質。

 

五、流體化結晶廢水處理技術

利用0.20.5 mm矽砂擔體結晶,加入藥劑後使無機離子形成穩定狀態的結晶體,再排出利用。工業廢水回收再利用,需要政府與企業共同重視,重新評估改善處理方式,建立有效的處理系統。

 

台灣企業的因應對策案例台積電

 

在廢水回收領域上,其實已經有許多企業走在前端,創造相當高的效益。例如台灣產業龍頭台積電,十多年來研發節約用水技術,創下全球廢水回收率最高的紀錄,也和政府合作調度用水。

 

為因應每座晶圓廠的製造用水需求,幾乎每間廠房都有設置獨立的水質處理、監控系統;另外,為提高十二吋晶圓廠的良率,從二十五片晶圓批式清洗的製程,改為每一片單獨清洗,然廢水回收率卻超過八成,平均一滴水使用3.5次,一年省下7.5億的成本。

 

能有如此成績,關鍵在於貫徹5R 環境保護準則:

  • Reduce:減少有害物質排放量與資源使用量
  • Refuse:拒用無環保觀念之產品
  • Recycle:資源再生後回收重複使用
  • Reuse:資源重複再利用
  • Repair:重視預防性維修保養延長使用週期

並利用廠務值班台監控、工安環保緊急應變中心雙軌獨立監控,即時監測節水成效。

 

在廢水處理上,台積電依據化學污染程度,將廢水水質分類,多元的管線設計將廢水水質單一化,並完成硫酸銨/顯影液等資源回收系統,提升回收效率與再利用的使用率。廠房機台的廢水回收系統,經活性碳去除氧化物質後,再利用RO逆滲透膜去除雜質,回收再使用,讓每年廢水回收率高達87.4%。

 

半導體水資源技術未來發展

 

為實現水資源循環的目標,「節水三法」已修正上路,工業廢水必須處理後回收再利用,目標是到2031年時,再生水產量到達132CMD(公噸/日),創造再生水的龐大商機。

技術上,企業與國家工研院單位也不斷精進,從生物處理技術,進展到薄膜處理、電透析水、濾膜技術,比起使用國外進口RO設備,至少省下三成的成本。也可使用特殊材料聚合加工的奈米纖維濾膜,搭配複合層電荷、低電壓過濾,可有效去除鈉、鈣、鎂等離子,讓水資源循環使用。

無論是節水或是再生水技術,台灣都已發展出一定的成績,不僅節省能源,還可拓展國外商機,儼然是新的產業趨勢。

 

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