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1、光電業污染防治技術,輔英科技大學 環境工程與科學系,中 華 民 國 98 年 03 月 10 日,陳宏達 博士,國立成功大學永續環境科技研究中心,個人介紹,陳宏達 博士 國立成功大學 永續環境科技研究中心博士後研究員(2003-2007) 永續環境科技研究中心助理研究員(2007-) 教育部頂尖計畫永續環境科技研究中心聯絡人(2007-) 環保署訓練所廢棄物清理專業技術人員訓練班講座 中華民國環境工程學會土壤及地下水環境委員會幹事 中華民國環境工程學會會員 台灣資源再生協會會員 中華環安衛科技協會企畫活動組幹事 (2008) 95年度國防工業訓儲制度入選績優人員(2006) 96年度國防工業訓
2、儲制度入選績優人員 (2007) 榮獲第三屆有庠科技發明獎-綠色科技類 (2008) 榮獲中華民國環境工程學會優秀青年工程師獎 (2008),http:/proj.moeaidb.gov.tw/eta/book/item5.asp,http:/proj.moeaidb.gov.tw/riw/page6-3.asp,挑戰2008-國家重點發展計畫,兩兆雙星核心優勢產業 光電產業是結合光學、化學、物理、材料科學、電子、電機等技術的整合性高科技產業。由於光電業發展蓬勃，產品更新迅速，製程技術變化快速，加上生產過程中使用多樣且特殊的原物料及化學品,2792光電產業 主計處行業標準分類 分類系統表,光電
3、元件 光電顯示器 光輸出入 光儲存 光纖通訊 雷射及其他光電應光電材料元件系統、光學元件系統、光學資訊、顯像管、平面顯示器、太陽能電池及電池,光電產品界定範圍(產業定義),產業發展現況,TFT-LCD 之結構及原理,Array 製造流程,Cell 製造流程,Module 製造流程,Array 製造流程及廢棄物產源圖,Cell 製造流程及廢棄物產源圖,Module 製造流程及廢棄物產源圖,光電材料及元件製造業之製程對應原物料、產品及廢棄物關聯表,光電材料及元件製造業之製程對應原物料、產品及廢棄物關聯表,光電材料及元件製造業之製程對應原物料、產品及廢棄物關聯表,光電業各類廢棄物產生量推估及清理現況
4、,常用之減廢技術彙整,台灣環保產業科技應用之歷程,技術需求 相關領域,民生,工廠製程,工廠製程,產業永續發展,上水,下水,焚化爐,綜合評估,污染處理,污染防制,資源減省,預防性 清潔生產,回收,環境管理 環保形象,衛生工程/土木機械,環境工程/環境科技,製程技術/清潔生產,綜合管理,我國工業污染防治及預防之歷程,技術需求(1)廢水處理技術,厭氣,廢水,喜氣,物化及 高級處理,污泥,(有機),(無機),(放流),自 動 操 作,提 昇 效 率,資 源 回 收,厭氣處理系統 厭氣污泥床,廢水處理場自動化 系統穩定化設備 自動監控設備,化學氧化 水回收再利用,高效率電解 線上回收設備,污泥調理,污泥
5、再利用,特殊生物固定化系統 MBR,環保政策對技術與市場之推力,產業環保 技術需求,環保產業,政 策 壓 力,政 策 方 向,國外技術(引進),拉力,創新 研發,Vision,法規與工業廢水技術推動的關連性(1/2),法規與工業廢水技術推動的關連性(2/2),重金屬電鍍線上回收流程,回收槽-1,回收槽-2,清洗槽,電解回收 系統,鍍槽,離子交換樹脂,再生液,Blow down,清水,鍍件,研發變化之思考廢水處理技術為例,厭氣,廢水,喜氣,物化及 高級處理,污泥,(有機),(無機),(放流),自 動 操 作,提 昇 效 率,資 源 回 收,厭氣流體化床 上流式厭氣污泥床 雙併式厭氧醱酵,廢水處理
6、場自動化 連續放流SBR 生物監測,高級氧化 Fenton家族,高效率電解 流體化床結晶 線上回收設備,污泥調理 污泥水解,污泥消化 污泥堆肥,生物網膜（BioNET） 內包性固定化處理 膜離生物反應器(MBR),MORER&D？,解決新興產業問題技術整合 (其他領域)新科技之大創新應用bio/nano,永遠可找出local optimization或interesting題目,環境生物工程技術之創新發展,有機廢水,物理化學處理,生物處理,高濃度 厭氣,低濃度/特殊條件 喜氣,懸浮 微生物濃度低 需迴流/沈澱,固定 微生物濃度高 曝氣/傳氧困難,本土化 (UASB,AFB),BioNET,NE
7、W APPROACH,Membrane應用技術,具價格之優勢,重金屬廢水處理技術之創新思考,重金屬廢水,物理化學處理 混凝/沉澱 浮除.,污泥,處理,資源化,(價格高),於水相中回收污染物 處理不同濃度及不同成本效益技術之整合(行業水質特性之分析與掌握),水回收,資源再生,無污泥/省錢,光電元件製造程序流程圖,發光二極體製造程序製程簡介,電漿面板製造程序流程介紹,太陽能電池製造程序,液晶面板製造程序,廢水種類,有機廢水（生物處理、Fenton處理） 蝕刻/重金屬廢水（中和沈澱） 含鉻廢水（還原槽中和混凝沈澱、鐵氧磁體） 含氟廢水（氯化鈣沈澱法） 螯合廢水,重金屬廢水處理,重金屬廢水處理,含重金
8、屬之電鍍廢水處理，通常採用鹼或酸調整廢水之pH 值，使產生不溶性金屬氫氧化物後再以沉降分離方式去除。利用此種處理方式，可去除之金屬包括鉻、銅、鎳、鋅、鎘、鉛及鐵等金屬離子，為使處理水符合放流水標準，各種金屬離子沉澱之pH 範圍不同，圖4.1-7 為金屬離子濃度與pH 之關係；由於多種金屬離子共存關係，最適於沉澱之pH 範圍略有變化，一般最適宜pH 範圍在810 之間，實務上應依據各廠廢水性質進行杯瓶試驗，以確認真正必要之pH 範圍。各種金屬之氫氧化物適當沉降pH 值。,各種金屬氫氧化物適當沈降pH 值,溶解金屬溶解度與pH 之關係,含重金屬廢水處理流程圖,鉻系廢水處理,化學還原法,含鉻離子廢水
9、之處理過程中，還原為一重要單元。此方法之要點為將六價鉻離子先還原成三價之鉻離子，然後以鹼處理形成不溶性之氫氧化鉻Cr(OH)3沉澱而去除。所使用之還原劑有NaHSO3、SO2、FeSO4、Na2SO3、Na2S2O5 等，還原劑還原CrO3 之理論劑量。鹼劑則有石灰、消石灰、氫氧化鈉等，處理流程，產生之污泥需予以妥善處理，以避免造成二次污染。,含鉻離子廢水之處理過程,還原1 公斤CrO3 理論藥劑需求量,離子交換樹脂法,鍍鉻清洗水之CrO42-可利用樹脂將鉻酸回收至鍍槽中，惟六價鉻Cr6+無法單獨存在水溶液中，而以CrO42-之陰離子型式存在，故樹脂之選用需為陰離子樹脂而非陽離子樹脂。六價鉻之
10、離子交換反應式如下：2(R-H)Cr3+ 2R-Cr3H+2(R-OH)CrO42- 2R-CrO42OH-2R-CrO42NaOH 2(R-OH)Na2CrO42(R-H)2NaCrO4 2(R-Na)H2CrO4鉻離子之離子交換處理流程。為使操作順暢，離子交換系統應有備用交換塔。再生液經脫鈉處理、濃縮後可循環回收使用。,鉻系廢水離子交換法處理流程,含螯合劑廢水處理,含螯合劑之處理液,凝集沉澱法,廢水中含有NH3 之排水，由於NH3 存在而易形成金屬-氨錯鹽，如Cu(NH3)42+，不過NH3 濃度若在100mg/L 以下，可以形成Cu(OH)2 沉澱而使處理Cu2+在1mg/L 以下；若N
11、H3 濃度在100mg/L 以上，應採用汽提法先將NH3 濃度降至100mg/L 以下，亦可採用以螯合樹脂吸附或以硫化物處理。,螯合樹脂法,螯合樹脂係一種具三次元網狀構造之高分子母體與金屬離子相互螯合的有機官能基相結合之離子交換樹脂。高分子方面最常用者PS(polystylene)，其他尚有酚樹脂、環氧樹脂及氯乙烯樹脂。螯合樹脂種類繁多，其性質與用途亦互異。 螯合樹脂對金屬離子之選擇吸附性，除Na+、Ca2+外，皆較一般陽離子樹脂為大，因此常被利用於電鍍廢水處理後殘存處理水中微量重金屬去除之高級處理。由於處理之pH 值不同，其對金屬之吸附量亦有不同。其次若溶存之金屬已形成安定之螯合物時，如Cu
12、-EDTA，即使使用螯合樹脂，仍然無法除去，務必特別留意。,硫化物處理法,由於重金屬硫化物相當安定，其溶解度積較其他化合物小，因之將含有螯合劑之廢水加入硫化鈉(Na2S)，即可形成不溶性金屬硫化物。惟在酸性條件下，易發生有害之H2S 氣體，且金屬硫化物較易形成膠體，增加固液分離之困難。市面上提供解決這些缺點之處理藥品，泛稱為重金屬處理劑或重金屬捕集劑。,硫化物處理法,重金屬捕集劑，多為有機高分子硫化物，主要係由多元醇、KOH、CS2 合成之黃原酸(xanthogenic acid)鹽類，因係高分子硫化物，凝集性極佳。 採用重金屬捕集劑處理金屬螯合物時，宜注意下列事項： 1.使用時，能以氫氧化物
13、形式除去之金屬，先以凝集沉澱法處理，經固、液分離後，其上層液再添加重金屬處理劑以除去殘留之金屬。 2.重金屬處理劑之使用量必須確實依使用說明書及廢水水質添加，多餘之添加量將提高處理水之COD。,有機(COD)廢水處理,活性碳吸附法,活性碳係一種對有機性物質具選擇吸附特性且兼具耐酸、耐鹼而穩定性極高之碳素。一般而言，在酸性範圍內吸附效率較佳。然而活性碳亦視有機物種類與其性質之不同而有不同之吸附率，故有機物可分為易被吸附與不易被吸附兩類，因此，欲以活性碳去除COD，必須實際進行試驗，以確認其去除率。一般換算成 COD 約為550g/kgA.C,操作條件,前處理應儘可能去除COD，而將活性碳吸附設置
14、於最後階段。一般電鍍廢水之活性碳吸附裝置，大多採用固定式兩塔串聯使用，通水線速度(LV)為510m/hr。 係COD 處理達20mg/L 時，每1m3 之排水須消耗0.55kg 之活性碳。 如以生物處理方式使處理水之COD 降至23mg/L 後，再以活性碳處理至20mg/L，則僅須消耗0.09kg 之活性碳，活性碳處理成本減少至1/6。,處理水質與活性碳消耗量關係,生物處理法,生物處理法係利用微生物分解有機物以去除COD 之方法，費用十分便宜。 一般而言，廢水中所含之重金屬離子含量達到一定濃度即對微生物產生抑制，如文獻中報告，鋅離子之最低生物抑制濃度為0.3mg/L、鎳離子為1.0 mg/L、
15、銅離 子為1.0 mg/L、六價鉻為1.0 mg/L；因此，在進行生物處理前，各類型廢水需以前述之各項處理技術妥善進行處理後，方能排至生物處理系統中處理。而若為了 避免重金屬造成之干擾，亦可以將有機廢液(如脫脂廢液)及有機廢水(如脫脂清洗水)分類收集後，再泵送至處理系統中。,生物處理法,活性污泥法 固定床法 旋轉生物盤法 散水濾床,接觸曝氣法處理流程,有機廢水處理技術除了相分離(固/液分離、油/水分離及氣提)及生物處理技術之外, 其餘的有機物去除技術, 一般統稱為高級處理技術, 較常見的技術包含: 1.吸附技術:粒狀活性碳,粉狀活性碳,.等 2.化學氧化技術(AOP): O3, O3+UV,
16、H2O2, H2O2+UV, H2O2+Fe2+,NaClO,等 3. 電解氧化技術: 在電解槽的陽極直接將有機物氧化,廢水高級處理技術,Fenton 化學氧化法是利用過氧化氫(H2O2)為氧化劑, 亞鐵離子(Fe2+)為催化劑, 進行如右列的反應, 以產生的氫氧自由基(OH.), 將有機物氧化成二氧化碳及水並降低廢水中的COD; 由於其操作成本較高, 因此通常只應用於生物難分解的低濃度有機廢水, 是廢水高級處理程序的一種.,Fenton化學氧化法-技術簡介,可能的反應機構H2O2 + Fe2+ OH. + OH- + Fe3+ H2O2 + Fe3+ Fe2+ + H+ + HO2. RH + OH. H2O + R. Fe2+ + OH. Fe3+ + OH- R. + Fe3+ Fe2+ + Products R. + OH. ROH R. + H2O2 ROH + OH. HO2. + Fe3+ O2 +Fe2+ + H+ OH. + H2O2 HO2 + H2O,
