臺灣博碩士論文加值系統

摘要
半導體產業的含氟廢水主要是由於半導體製程的蝕刻和清洗製程中，經常使用大量的氫氟酸、有機溶劑及酸液所產生，而目前含氟廢水大多採用混凝沈澱法處理，本研究以流體化床節結晶技術(Fluidized Bed Crystallization, FBC)，期在不同的操作條件下改變不同進流氟負荷(kg .F/d)及加藥比（鈣氟比）來探討各操作參數影響放流水中氟離子濃度。
本研究案例處理之水量達150CMH，故設置A、B、C等三套流體化床結晶設備，每套流體化床結晶設備處理水量為50CMH，並以三套設備運轉後數據進行交叉比對，期能尋找最適運轉參數及加藥量。
研究結果顯示系統在依據設計參數進行運轉後，A系統F-去除率平均值為95%，B系統F-去除率平均值為94%，C系統F-去除率平均值為95%，三套系統平均F-去除效率可維持於95%。
A、B、C三套系統於Ca/F比與出流水F濃度呈現負相關性，代表Ca/F比越大時出流水F濃度越低； 而Ca/F比與出流水濁度呈現負相關性，代表Ca/F比越大時晶體結晶形成越佳；而F負荷與出流水濁度呈現正相關性，代表進流F負荷愈大時未完成結晶反應之氟化鈣也愈多。
研究結果顯示流體化床結晶系統在運作時，操作參數Ca/F > 0.5以上，即可維持出流水F < 15 mg/L以符合行政院環保署公告放流水標準及科學園區污水廠納管標準。

Abstract
The fluoride-containing wastewater of the semiconductor industry is mainly produced by the frequent use of the large amount of hydrofluoric acid, organic solvents and acid in the etching and cleaning of the semiconductor manufacturing process. At present, the fluoride-containing wastewater is mainly disposed by using the coagulation and sedimentation method. This study employed the FBC (Fluidized Bed Crystallization) method to change the inflow fluoride load (kg.F/d) and dosage (calcium/fluoride ratio) under different operating conditions to discuss the effects of various operating parameters on the concentration of fluoride ions in effluents.
The volume of wastewater for treatment in this study was up to 150CMH. Therefore, three sets of fluidized bed crystallization equipment of A, B, C were used for respectively processing 50 CMH. This study conducted cross-matching of the operating data of the three sets of equipment, expecting to find out the optimum operating parameters and dosage.
The results showed that, after the operation of the system according to the design parameters, the average F- removal rate of System A is 95%, the average F- removal rate of System B is 94%, and the average F- removal rate of System C is 95% the average F- removal rate of three systems can be maintained at 95%.
For all three systems A, B, and C, the Ca/F ratio and the effluent F concentration are positively correlated, indicating that the effluent F concentration will be lower in case of larger Ca/F ratio. The Ca/F ratio and effluent turbidity are negatively correlated, indicating that the crystallization will be better in case of larger Ca/F ratio. The F load and effluent turbidity are positively correlated, indicating that there is more un-crystallized calcium fluoride in case of larger F load.
Moreover, the effluent F < 15 mg/L can be maintained if the operating condition Ca/F > 0.5 is maintained in the operation of the fluidized bed crystallization system to comply with the effluent standards, as published by the Environmental Protection Agency, the Executive Yuan, as well as the standards of the sewage plants in the scientific industrial park.

目 錄
摘要 I
誌謝 V
目 錄 VI
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 3
第二章 文獻回顧 4
2.1半導體產業簡介 4
2.1.1半導體產業概況 4
2.1.2半導體製造流程 5
2.1.3半導體含氟廢水來源 7
2.1.4半導體製造業含氟廢水之特性 10
2.1.5 半導體廠含氟廢水處理現況 12
2.2 氟化物之性質及處理技術 13
2.2.1 氟化物之性質與污染來源 13
2.2.2氟化物對人體及環境的影響 14
2.2.3氫氟酸的基本性質 15
2.2.4氫氟酸的應用及傷害 18
2.2.5含氟廢水處理技術 18
第三章 研究設備與方法 21
3.1 FBC系統設計與準則 21
3.1.1基本設計條件 21
3.1.2 設備設計準則 22
3.1.3系統設備組成 23
3.2系統操作模式及控制準則 35
3.2.1系統 操作模式 35
3.3.2系統其他控制參數 39
第四章 結果與討論 40
4.1 FBC系統水質總整理 40
4.1.1 A套系統水質總整理 41
4.1.2 A套系統F去除率與各項比較 43
4.1.3 B套系統水質總整理 47
4.1.4 B套系統F去除率與各項比較 49
4.1.5 C套系統水質總整理 53
4.1.6 C套系統F去除率與各項比較 55
4.2不同Ca/F比對系統出流水質之影響 59
4.2.1 不同Ca/F比對出流水F濃度之影響 59
4.2.2 不同Ca/F比對出流水濁度之影響 62
4.2.3 不同Ca/F比對出流水pH之影響 65
4.3不同F負荷對系統出流水質之影響 68
4.3.1 不同F負荷對出流水F濃度之影響 68
4.3.2 不同F負荷對出流水濁度之影響 71
4.3.3 不同F負荷對出流水pH之影響 74
第五章 結論與建議 77
參考文獻 80


表目錄
表2.1 RCA清洗溶液與清洗目標物 7
表2.2半導體常見之清洗/蝕刻劑之化學品及欲去除對象 9
表2.3園區半導體廠含氟廢水水量、濃度與使用鈣鹽資料 11
表3.1 FBC系統基本設計條件 21
表3.2 FBC系統設計基準 22
表3.3進流量(CMH)與氟離子濃度對照表 35
表3.4 不同Ca/F及進流負荷下對應之CaCl2進流量(CMH) 37
表3.5不同稀釋水流量及稀釋Ca濃度對應之37%CaCl2流量(L/min) 38
表4.2 A套系統水質總整理表 42
表4.3 A套F去除率與各項比較表 43
表4.4 B套系統水質總整理表 48
表4.5 B套系統F去除率與各項比較表 49
表4.6 C套系統水質總整理表 54
表4.7 C套系統F去除率與各項比較表 55


圖目錄
圖2.1 積體電路的製作流程 5
圖2.2積體電路晶圓製造方塊流程圖 6
圖2.3氫氟酸製造流程圖 15
圖2.4 氫氟酸解離物種分佈圖 17
圖3.1 處理流程圖 24
圖3.2 廢水收集系統圖 25
圖3.3 FBC結晶反應槽設計圖示 27
圖3.4 FBC結晶反應槽實體照片(一) 28
圖3.5 FBC結晶反應槽實體照片(二) 28
圖3.6 水流分佈器設計圖面與實體照片 29
圖3.7 含氟廢水輸送泵等 30
圖3.8 氯化鈣加藥系統圖 31
圖3.9 氯化鈣桶槽設計圖面與實體照片 32
圖3.10 37%氯化鈣加藥機系統 32
圖3.11 攔砂裝置照片 33
圖3.12 氟化鈣晶體外觀 34
圖3.12不同進流負荷之廢水量對照圖 36
圖3.13 不同Ca/F及進流負荷下對應之CaCl2進流量(CMH) 37
圖3.14不同稀釋水流量及稀釋Ca濃度對應之37%CaCl2流量(L/min) 38
圖4.1 A套HRT與F去除率比較 44
圖4.2 A套F負荷與F去除率比較 45
圖4.3 A套Ca/F與F去除率比較 46
圖4.4 B套HRT與F去除率比較 50
圖4.5 B套F負荷與F去除率比較 51
圖4.6 B套Ca/F與F去除率比較 52
圖4.7 C套HRT與F去除率比較 56
圖4.8 C套F負荷與F去除率比較 57
圖4.9 C套Ca/F與F去除率比較 58
圖4.10 不同Ca/F比對出流水F濃度之影響(A套) 59
圖4.11 不同Ca/F比對出流水F濃度之影響(B套) 60
圖4.12 不同Ca/F比對出流水F濃度之影響(C套) 61
圖4.13 不同Ca/F比對出流水濁度之影響(A套) 62
圖4.14 不同Ca/F比對出流水濁度之影響(B套) 63
圖4.15 不同Ca/F比對出流水濁度之影響(C套) 64
圖4.16 不同Ca/F比對出流水pH之影響(A套) 65
圖4.17 不同Ca/F比對出流水pH之影響(B套) 66
圖4.18 不同Ca/F比對出流水pH之影響(C套) 67
圖4.19 不同F負荷對出流水F濃度之影響(A套) 68
圖4.20 不同F負荷對出流水F濃度之影響(B套) 69
圖4.21 不同F負荷對出流水F濃度之影響(C套) 70
圖4.22 不同F負荷對出流水濁度之影響(A套) 71
圖4.23 不同F負荷對出流水濁度之影響(B套) 72
圖4.24 不同F負荷對出流水濁度之影響(C套) 73
圖4.25 不同F負荷對出流水pH之影響(A套) 74
圖4.26 不同F負荷對出流水pH之影響(B套) 75
圖4.27 不同F負荷對出流水pH之影響(C套) 76

參考文獻
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