珠海半导体园区环保规划及建议0.doc

珠海半導體園區環保規劃及建議環境背景說明2015年新的環保法開始執行，根據環境功能企業汙水處理要達到行業或者綜合排放標準的一級或者二級（IV、V類功能區）排放標準；有地方標準時，執行地方制訂的更嚴格的排放標準。目前廣東省許多新設企業(尤其排水量較大者)在環評審批都被要求排放水符合四類水體標準(類 主要適用於一般工業用水區及人體非直接接觸的娛樂用水區)；廢水排放標準只是對廢水排放的最低要求，並不是說達到標準就可以排放。排放的廢水，除了達到排放標準之外，還必須滿足：區域污染物總量控制要求，以及保證水體環境功能的要求。當受納水體水質不能達到水體功能區要求的水質時，根據第二個要求，就出現了“工業汙水處理後的污水要達到四類水的要求”的特殊要求。各類水體水質要求如下表：序號分類類類類類類標準值項目1水溫 ()人為造成的環境水溫變化應限制在：周平均最大溫升1周平均最大溫降22pH值(無量綱) 693溶解氧（DO）飽和率 90% (或7.5)65324高錳酸鹽指數24610155化學需氧量（COD日生化需氧量（BOD5）3346107氨氮(NH3-N)0.150.511.528總磷（以 P 計）0.020.10.20.30.4(湖、庫O.01) (湖、庫O.025) (湖、庫O.05) (湖、庫O.1) (湖、庫O.2) 9總氮(湖、庫以N計) 0.20.511.5210銅0.01111111鋅0.05112212氟化物（以 F- 計）1111.51.513硒0.010.010.010.020.0214砷0.050.050.050.10.115汞0.000050.000050.00010.0010.00116鎘0.0010.0050.0050.0050.0117鉻（六價）0.010.050.050.050.118鉛0.010.010.050.050.119氰化物0.0050.050.020.20.220揮發酚0.0020.0020.0050.010.121石油類0.050.050.050.5122陰離子表面活性劑0.20.20.20.30.323硫化物0.050.10.20.5124糞大腸菌群（個L）2002000100002000040000珠海半導體園區位於珠海金鼎工業園內，佔地約1500畝，有晶片廠、封裝廠等半導體產業鏈進駐，預計廢水量20000T/天(一期10000T/天、二期10000T/天)，一般半導體園區的廢水處理可分為有機、無機、重金屬及研磨廢水等，而處理方式則有生物化槽、回收、分餾、燃燒、酸鹼中和、過濾及電解等。由各廠進行回收及預處理後的廢水（需符合本園區廢水場的納管標準），依鋪設管線排放至本園區之污水處理廠進行後續綜合處理。（依未來環評的要求，看處理後是否直接排放或再納入金鼎工業區污水場處理）圖1廢水處理流程示意簡圖本規劃就半導體業的廢水處理做一概述，包括含氟酸廢液之製程廢水、電鍍銅製程之廢液及化學機械研磨液等之處理方式及理念。廢水排放依其特性的不同，及本園區廢水場的納管限值，而採用不同的處理方式（圖1）。所處理的廢液為：含氟酸廢液之製程廢水，又稱為氟酸廢水；不含氟酸廢液之製程廢水，又稱為酸鹼廢水；其他廠務系統所產生之廢水，則稱為一般廢水。1. 含氟酸廢液之製程廢水製程使用後之氫氟酸，經管路排放至廢水處理廠時，其初始濃度遠高於1,000 mg/L以上。因該濃度遠超過分析儀器之最大測值，故無法提供完整數據且需另外處理。至於氟酸廢液之處理，係於廢水中加入大量的鈣，使氟離子與鈣離子結合成氟化鈣。再將氟化鈣廢水抽至沉澱槽，利用聚氯化鋁與高分子聚合物將氟化鈣混凝、膠凝後沉澱分離。由於沉澱槽上層之澄清液，其氟離子濃度已降至法定標準以下且偏鹼性，故排放至不含氟酸廢液之製程廢水前置池中再處理。如此，除可中和酸性廢水，並能降低後續中和藥劑之使用量。一般而言，常使用的鈣添加原料為熟石灰。熟石灰雖然成本較低，但所生成的污泥量較多，後續處理較不易。近年來，已逐步改用溶解性佳且污泥生成量低的氯化鈣。為因應半導體行業廢水回收率的提高，在上述2種方法處理含氟廢水時，常會過量添加鈣離子使氟離子達標，但此時處理水中含有大量的鈣離子所造成的硬度，會使廢水回收的RO膜結垢，而增加廢水回收的操作成本。為解決此一問題，本公司在含氟廢水處理上有專利技術，透過特殊設計的控制器來控制鈣離子的加藥量，使氟離子及廢水的導電度同時下降，不但減少加藥量減少污泥產生量，更能同時降低導電度使廢水回收的RO膜設備效率更高，操作費用更省。2. 不含氟酸廢液之無機製程廢水此項廢水為製程廢水之大宗，其來源有硫酸、雙氧水、磷酸、氨水及鹽酸等。經製程使用後，依既設管路排放至廢水處理廠時，其pH值多保持在24之間。處理時，係先進入前置池混合，待達一定水量後，利用馬達抽至中和槽進行中和，以液鹼和硫酸調整pH值。經過兩次中和處理並充分混合後，即可符合納管要求，續排至園區之污水處理廠進行後續綜合處理。硫酸來源可為廠內製程所使用後之廢硫酸，純度仍可達95%以上，但因無法再利用於其他製程，故經稀釋後即可使用於廢水處理系統，或另設置硫酸純化及回收系統（本公司有專利及硫酸回收實績）。液鹼則因園區使用量少，無足夠液鹼可回收，所以價位較硫酸高出數倍。3. 其他廠務系統所產生之廢水廠務相關系統所產生之廢水，包含軟水再生、純水再生或廢氣系統所產生之洗滌廢水等。此類廢水先進入另一個前置池混合，其pH值約為711之間，待達一定水量時，經過兩次中和處理充分混合後，即可達納管要求，再下排至科學園區之污水處理廠進行後續綜合處理。其中常需監測的項目與限值為化學需氧量（COD）小於500 mg/L，生化需氧量（BOD）小於300 mg/L，氟化物小於15 mg/L，銅小於3 mg/L。4. 電鍍銅製程之廢液處理隨著半導體元件尺寸的縮減，銅金屬連線的普及率也逐漸增加，銅金屬將取代鋁合金成為新世代的金屬連線。目前銅製程大部份採用電鍍法的技術，故電鍍液中的銅離子亦成廢棄物處理的問題。在環保意識的覺醒及政府法規的限制下，銅離子的排放標準將日趨嚴格，目前國內新建企業銅離子排放標準為0.5 mg/L（嚴控區為0.3 mg/L）。因此，若要大量採用銅製程時，必須要有足夠的銅離子回收設置。然由於半導體廠的廢棄回收系統多無此項功能，故必須單獨的設置。目前半導體設備商在銅製程設備上，直接設置一套銅離子回收系統，處理電鍍廢液及其洗滌水內的銅離子，使其銅的含量低於0.01 mg/L，甚低於排放標準值。系統設計時，需先瞭解電鍍銅製程的廢液種類、數量及含銅濃度。一般電鍍銅製程有二種廢液產生，一種為電鍍槽內的硫酸銅耗液，另一種為晶圓清洗後的洗滌水。在硫酸銅電鍍的耗液中，其組成可含括硫酸銅、硫酸及微量的特殊有機及無機的添加物。而銅的組成以二價銅離子(Cu2+)方式存在，濃度約為17,000 mg/L，硫酸含量約為15%重量百比率。至於在洗滌水廢液方面，則為沖洗後純水及其殘餘的電鍍液，其成分有10100 mg/L範圍濃度的溶解Cu2+，及pH值大於2的酸液。但為符合廢水重金屬排放標準，都必須事先處理此類廢液的Cu2+濃度。一般銅金屬回收系統首重安全考量，即整合系統成單一機台模式，內含溢出檢測器及溢出承接盤，可承接110%處理槽之容量。外環抗酸面板，需配備連鎖裝置以避免非允許的入侵。其次為自動化設計，強調最少的人員操作步驟。例如處理槽的填充、處理程式及處理操作等過程，均以可程式邏輯控制器控制（PLC），且配備彩色觸控的介面。同時具有自動進水及潔淨乾燥氣體沖淨程式，俾以清除殘餘化學藥劑，保養過濾室、幫浦離子交換床及系統管路等設施。此外，仍須配備手動操作模式，可直接觸控PLC面板，驅動所有幫浦及閥門，不需進入化學處理區段。回收結構與操作，如圖2所示。第一個單元為電採單元（Electrowinning Unit），做為電鍍槽內硫酸銅耗液的銅金屬採收之用。第二個為兩階段中和單元，整合處理電採程式後的殘液與清洗晶圓水，調整其pH值。第三個是選擇性離子交換單元，用來去除溶解其中的Cu2+離子，使其濃度降到ppb的層級，以便排放到廠務區的廢水處理系統圖2銅金屬回收及相關水溶液處理系統5. 化學機械研磨液之處理化學機械研磨是半導體工業必備的一項製程，如何在純水的使用與回收上取得平衡，是一重要課題。此製程純水使用量在50%以上，若想以擴建純水系統因應，則耗資過大，不易符合環保局對用水總量、回收率及再使用量的規範。所以唯有設置一套良好的過濾回收系統，方可提高產能且符合法規。降低超純水的使用量，可將CMP製程的回收水用於非製程及無晶圓接觸的製程上，如酸氣洗滌、CMP槽清洗、超純水回洗及製程冷卻水等使用。此外，可藉降低CMP磨液之排放量及磨料濃度的增加，來改善其廢水的處理系統。6. 廢水處理監控系統廢水處理是一項繁瑣的工作，因此需要一套全自動的電腦監控系統來運作。但為安全起見，仍須有手動切換功能及異常警報系統，隨時提醒與掌控狀況，甚至具自動撥號、撥入查詢及上網檢核等功能。故在其系統除應有的控制盤外，訊號多被導入PC進行監控，以利管理及維護。監控的項目包含馬達動作、液位顯示、pH值顯示及流量顯示等項目，並透過PLC收集訊號進行監控。一般監控端是由PLC依事先定義之程式進行運作自動控制，並不直接進行控制，以維護系統運作及人員安全。另外，監控程式亦提供曲線記錄功能，可回溯舊有之資料，以利修改運作條件。如此即可隨時掌控狀況及追蹤異常行為，進而有效預防事故發生，甚至進行系統最佳化步驟，以降低運作成本並達到資源回收再利用。初步工程規劃（設計處理後排入金鼎工業區廢水場）結合類似工程實例可知主要污染因數為：Cu2+、Ni2+，Pb2+、矽粉、SiO2、F-、氨氮、COD、PH、SS等。針對半導體產業園的生產工藝和水質特點，我公司初步規劃了一套廢水處理技術方案（由於尚未進行環評，排放水系及出水要求皆不明確，所以僅能大致規劃）。一、工程規模根據半導體產業園提供的廢水資料，結合貴公司實際規劃生產情況，本工程廢水日平均處理總量為10000噸/天（一期）及10000噸/天（二期）。由於第二期尚未規劃，本設計僅將調節池共用（調節池設置時考慮二期的廢水量，一期設備運轉時有更大的安全空間），並預留第二期其他處理流程的空間，待第二期招商時再規劃。考慮到高峰期排水，本工程設計時處理能力600噸/小時，每天運行20小時。 二、 廢水水質水量以及排放標準1 廢水水質水量及設計處理能力廢水主要來源於生產工藝產生的各車間酸堿洗清洗廢水、含氟廢水、矽粉有機廢水、有機廢水等。廢水水質水量表如下：廢水水質水量表序號廢水種類污染物質排水量（m3/d）設計處理能力（m3/h）備註1酸堿廢水酸、堿Cu2+，Ni2+，Pb2+As3+，7200360每天工作20小時2含氟廢水HF，氟化物，180090每天工作20小時3矽粉有機廢水矽粉，SiO2，BOD, COD重金屬離子80040每天工作20小時4有機廢水聚乙二醇，其他形式BOD,COD重金屬離子200合計10000500每天工作20小時2 排放標準（預估）根據環評要求，2008/12/31年以後新建企污水經處理設施後達到污水綜合排放標準一級排放標準(非嚴控區)。主要水質排放指標序號污染物最高允許濃度序號污染物最高允許濃度1總鎳0.5mg/L7總銅0.5 mg/L2總鉛0.2 mg/L8總銀0.3 mg/L3總氟10 mg/L9COD100 mg/L4PH69 10色度505懸浮物(SS)70 mg/L11石油類56氨氮15mg/L3 廢水水質情況分析新建污水站廢水主要處理半導體園區內各廠回收並經過預處理後的廢水(需符合本園區廢水廠的納管標準)，由於廢水種類繁多，不能全部混合在一起處理。按照廢水化學性質不同分別進行處理，可以提高水處理品質並大大降低水處理的藥品消耗和處理費用，一般採用分質處理的方法。根據半導體產業廢水的特點以及本工程的實際特點，酸堿廢水主要含一些重金屬離子，COD濃度低於排放標準；含氟廢水主要污染物重金屬離子和HF，HF對池子結構防腐有特殊要求，需要先氧化後再進行處理；有機廢水主要污染物是重金屬離子、COD和BOD，只用物化處理COD不可能達到排放標準，因此需要物化處理後再進行生化處理。綜上所述，本設計方案決定將各半導體廠的酸堿洗清洗廢水放在一起處理，各廠含氟廢水單獨處理，含矽粉的有機廢水和一般的有機廢水混合處理，下邊簡稱酸堿廢水、含氟廢水和有機廢水。根據產業園提供資料，各股水廢水量預估：酸堿廢水7200t/d，含氟廢水1800t/d，有機廢水1000t/d，總水量10000 t/d(一期)。4 廢水處理原理目前，國內對聚合有機廢水處理方式主要是強氧化法和生物法，由於強氧化法處理成本較高，效果具有針對性，因此本設計方案有機廢水擬採用先物化絮凝沉澱後生化的方式進行處理。各路廢水經過單獨系統處理後達標排放至排清水池，混同其餘廢水一並排入金鼎工業區的管網介面排入污水場處理。產生的污泥利用皮框式壓濾機脫水，泥餅外運交有資質的單位處置。5 廢水處理工藝流程說明酸堿廢水進入酸堿廢水調節池，由水泵提升至反應槽同時調節水中PH，加入絮凝劑助凝劑等物質，使水中的重金屬離子從水中分離出來，從而達到達標排放的目的。含氟廢水先進含氟廢水調節池後，然後提升至反應槽，不需調節PH值，以專利控制器控制氫氧化鈣Ca（OH）2，使廢水形成CaF2沉澱，在以專利控制器的控制下加藥，氟離子及導電度都可以明顯降低，此時可有效回收廢水，濃水將再進一步處理。有機廢水進入有機廢水調節池後，由水泵提升至“酸析-混凝沉澱器”，將重金屬離子去除後進入水解酸化池進行酸化，酸化池出水進入生化選擇池後由“MBBR反應池”為主體工藝去除廢水中有機物，從而達到達標納管。MBBR反應池污泥排入污泥池後用泵送至板框式壓濾機脫水，泥餅外運。6 酸堿廢水處理系統酸堿廢水中的主要污染物質是清洗過程中的重金屬離子，主要採用物化的處理方法，調節水中PH至9-10，加入絮凝劑助凝劑等物質，使水中的重金屬離子從水中分離出來。根據長期以來的一些設計經驗，酸堿廢水中常含有重金屬，加入常規絮凝劑助凝劑很難達到排放標準，因此本設計方案擬採用同時FeSO4和PAC，使重金屬得到共沉，從而達到排放標準。處理過程中採用PH線上監測控制裝置，自動控制加藥量保證處理效果，節約藥品用量，減少人為因素的影響。酸堿廢水廢水處理系統有調節池、反應槽、PH調節槽和加藥裝置組成。調節池到中液位後水泵啟動將廢水提升到反應槽同時加藥泵打開，處理完成後進入“PH調節槽”，調節PH至6-9後排至清水池，最後統一排放。7 含氟廢水處理系統HF有很強的還原性，對後續池體和設備都有不同程度的腐蝕作用，需要進行特殊的防腐工藝進行處理，成本較高，因此本設計方案擬採用廢水進入含氟廢水調節池。含氟廢水經過提升泵提升至反應槽，同時在控制器的控制下加入適量的Ca（OH）2，使廢水形成CaF2沉澱，同時降低導電度及氟離子，通過UF後濾除懸浮的CaF2顆粒，再進入RO系統可大量回收含氟廢水。處理過程中採用多段的導電度控制器線上監測控制裝置，自動控制加藥量保證處理效果，節約藥品用量，減少人為因素的影響。含氟廢水廢水處理系統有含氟廢水調節池、反應槽和加藥控制裝置組成。調節池到中間液位後水泵啟動將廢水提升到反應槽同時加藥泵打開，處理完成後進入廢水回收槽，可各別回收或統一回收使用。8 有機廢水處理系統半導體行業用到的有機溶劑種類較多，且成分比較複雜，其中包括異聚醇類、脂肪族、芬芳族、醛類、 酮類、酯類、醚類、氯代烴類等，這些物質是水中COD的主要來源。預估半導體產業園未來的有機廢水主要有機污染物質是聚乙二醇，但有機廢水成分較為複雜。鑒於該類廢水有機物質較多，多為易溶于水的醇類，難以用物化強氧化的形式從水中祛除，因此本設計方案擬採用先物化後生化的方式祛除。物化處理採用酸析-混凝沉澱的方式，酸析主要是為了破除有機物中的-OH，為後邊的物化做準備，混凝沉澱主要是為了去除廢水中的重金屬離子。考慮到該類廢水BODCOD比較低，且分子量較大，生化性較低，C/N0.35。然後通過好氧SBR工藝生化氧化祛除水中的COD，從而使廢水做到達標排放。處理過程中採用PH線上監測控制裝