台灣高科技產業的新希望 南部科學工業園區 南科園區事業廢水特定成分 銦、鉬、鎵特性研究暨因應策略研訂 行政院國家科學委員會

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1 台灣高科技產業的新希望 南部科學工業園區 南科園區事業廢水特定成分 銦、鉬、鎵特性研究暨因應策略研訂 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 南部科學工業園區 南科園區事業廢水特定成分 銦、鉬、鎵特性研究暨因應策略研訂 研究人員：郭本正、郭崇文 101 年 5 月

2 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

3 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。

4 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。

5 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 TFT-LCD產業製程使用含銦、鉬原物料，排放水質銦、鉬濃度較高
產業別 製程 含銦、鉬、鎵原物料 廢水特性 TFT-LCD Array(微影光罩)製程(包括濺鍍薄膜、光阻塗佈、顯影、蝕刻及剝離等五道步驟) 1.氧化銦錫(ITO)靶材 2.鉬靶材 3.氧化銦錫(ITO)蝕刻液 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 LED 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 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

6 污水廠進流廢水化學混凝沉降去除銦、鉬、鎵試驗
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 調整不同pH值 (pH：6、7、8、9) 鋁鹽 (PAC) 鐵鹽 (氯化鐵) 調整加藥劑量 最佳化操作參數 (pH、混凝劑種類及加藥量) 園區事業廢水化學混凝沉降 去除銦、鉬、鎵試驗 鋁鹽 PAC(10%Al2O3) LED廢水 (含鎵廢水) TFT-LCD廢水 (含鉬廢水) 調整加藥劑量 最佳化學混凝加藥量 鐵鹽 氯化鐵(39%Fe2O3) 調整pH值 (pH：6、7、8) ▲污水廠進流廢水化學沉降實驗流程 ▲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

7 感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP-AES)
參、研究方法及實驗設備 實驗設備 序號 實驗設備 廠牌與規格 設定條件 1 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 2 pH計 (1)廠牌：WTW (2)型號：330i 以完成校正之pH計進行pH量測 3 感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP-AES) (1)廠牌：JY (2)型號：ULTIMA 2000 (3)規格：光學架構：焦距0.64米 聚光鏡片10*8公分 2400條刻劃數/毫米之雙極光光柵 ※光譜範圍從120至800nm ※電漿觀測位置:側向觀測電漿 銦設定波長： nm 鉬設定波長： nm 鎵設定波長： nm ▲瓶杯試驗器 ▲感應耦合電漿原子發射光譜

8 肆、結果與討論 園區各產業銦、鉬、鎵濃度及貢獻度 項目 半導體 TFT-LCD LED 銦 鉬 鎵 水量(CMD) 25,458
32,995 2,228 銦 濃度範圍(mg/L) N.D.~0.039 N.D.~0.183 N.D.~0.167 貢獻度(％) 17.9％ 78.3％ 3.8％ 鉬 N.D.~0.012 0.084~1.91 N.D.~0.062 0.45％ 99.5％ 0.05％ 鎵 N.D.~0.011 N.D.~0.055 0.004~2.26 9.0％ 37.8％ 53.2％ ▲園區各產業銦貢獻比例圖 ▲園區各產業鉬貢獻比例圖 ▲園區各產業鎵貢獻比例圖

9 ▲TFT-LCD及LED排放水質銦濃度範圍
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 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 鎵排放特性 LED局部廠商均值高於0.1mg/L ▲TFT-LCD及LED排放水質銦濃度範圍 ▲TFT-LCD排放水質 鉬濃度範圍 ▲LED排放水質鎵濃度範圍

10 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 處理效率統計
100年1~10月平均處理水量： 74,305CMD 化學處理單元操作參數 10 ％ PAC加藥量：150mg/L 助凝劑加藥量：2mg/L 處理效率統計 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。 項目 處理水量 (CMD) 100年1~10月 平均進流水質 (mg/L) 平均放流水質 平均 去除率 (％) 排放量 (kg/day) 銦 74,305 0.037 0.027 27.0％ 2.0 鉬 0.327 0.319 2.4％ 23.7 鎵 0.024 0.016 33.3％ 1.2

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 最佳pH值探討(PAC) 設定條件 PAC：250mg/L 助凝劑：2mg/L
混凝沉降實驗結果 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。

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 最佳混凝劑量探討(PAC) 設定條件 混凝沉降實驗結果 設定pH=7.0
趨勢 說明 去除率隨加藥量上升 去除率與加藥量無明顯關係 最佳 加藥量 500 mg/L 1,200 mg/L 200 mg/L 去除率 56.2% 14.3% 62.3%~83.3% 效果不佳 原水濃度 差異較大

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 最佳pH值探討(氯化鐵) 設定條件 混凝沉降實驗結果
氯化鐵：800mg/L 助凝劑：2mg/L 調整pH=6.0、7.0、8.0、9.0 混凝沉降實驗結果 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。

14 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 最佳混凝劑量探討(氯化鐵) 設定條件 混凝沉降實驗結果 設定pH=7.0
調整氯化鐵加藥量 混凝沉降實驗結果 銦 鉬 鎵 趨勢 說明 加藥量與去除率呈緩降趨勢 去除率隨加藥量上升 加藥量與去除率無明顯關係 最佳加藥量 200 mg/L 1,200 mg/L 去除率 54.7%~55.9% 88.4%~90.2% 59.5%~63.3%

15 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） 銦 6.7 元/m3 50％ 2.3 元/m3 鉬 11.1 元/m3
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 銦 PAC 6.7 元/m3 50％ 氯化鐵 2.3 元/m3 鉬 11.1 元/m3 僅能達到14％ 7.9 元/m3 鎵 1.6 元/m3

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TFT-LCD廠商含鉬廢水去除試驗 設定條件(混凝劑為氯化鐵)
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 混凝沉降實驗結果與討論 不同pH條件下試驗結果均呈現隨著加藥量上升，可提高鉬去除效果。 在pH=7.0條件，加藥量增加已達2,400mg/L，鉬去除率最佳仍僅38.3％ ，鉬去除效果並不理想。 ▲不同pH及加藥量鉬去除率變化圖 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。

17 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)
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 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 上，隨著加藥量增加，鎵去除效果無明顯上升情形。 ▲不同加藥量鎵去除率變化圖 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。

18 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 TFT-LCD及LED廠商廢水混凝試驗最佳條件
項目 銦 鉬 鎵 藥品 PAC 氯化鐵 加藥量(mg/L) 500 200 1,200 250 1,000 去除率(%) 56.2 55.9 14.3 90.2 83.9 73.1 去除效果不佳 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 建議使用離子交換樹脂濃縮回收處理

19 伍、結論及建議 管制策略研擬 項目 銦 鉬 鎵 現況說明 管制因應方式 (廠商端) 緊急應變策略 (污水廠)
廠商排水平均值均低於0.1mg/L。 污水廠放流水銦超標風險低。 局部廠商均值高於0.6mg/L。 污水廠放流水鉬超標風險高。 局部廠商均值高於0.1mg/L。 污水廠放流水鎵超標風險低。 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 短期：均流排放及重點廠商減量改善。 緊急應變策略 (污水廠) 遇緊急狀況可藉由增加PAC加藥量來因應。 遇緊急狀況可改為添加氯化鐵來因應。

20 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。
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。

21 報告完畢 敬請指教