計畫名稱 主持人 編號
總計畫 排放係數及排氣處理方法評估 周明顯 NSC 92-EPA-Z-110-002 子計畫一 生物處理技術之研發 周明顯 NSC 92-EPA-Z-110-002 子計畫二 轉輪濃縮沸石之研發
張仁瑞 NSC 92-EPA-Z-194-001
子計畫三 化學洗滌技術之研發 謝祝欽 NSC 92-EPA-Z-224-003總計畫：排放係數及排氣處理方法評估
本總計畫研究目標為完成國內代表性半導體業及光電業揮發性有機物排放係數及排放量 推估。研究方法為包括調查VOC 用量、流向，調查廠家數為晶圓製造、晶圓封裝、TFT-LCD、
CD-R、發光二極體製造等計九家。預期成果為可建立該二行業之本土化 VOC 排放係數、計 算方法與作業準則。全部完成五家光電廠(A 及 B 廠為 TFT-LCD；E 及 F 廠為發光二極體；I 廠為CD-R 製造)、四家半導體廠(C 及 D 廠為晶圓製造；G 及 H 廠為晶圓封裝)資料研析。結 果知管道排放係數：彩色濾光片、TFT-LCD、12”晶圓、 3-5”晶圓分別為 0.0042、0.0097、0.0324、
0.0012 kg/片，發光二極體、封裝測試、CD-R 分別為 2.34-47.3 × 10-6、1.71-3.20 × 10-6、2.32 × 10-5 kg/片。
生物濾床法、生物洗滌及轉輪吸附濃縮-RTO 法為二行業排氣之經濟有效處理法。
在生物濾床法方面，以 500 Nm3/min 之氣體流量計，進氣 VOC 濃度為 100、200、500 mg/Nm3時，含濾料之設備初設費用分別為NT$ 412、716、1,516 萬，年操作、人力維護及折 舊費用合計分別為NT$ 159、249、508 萬，去除每 kg VOC 之操作、人力維護及折舊費用分 別為NT$ 73.6、57.6、47.0，處理每 1,000 Nm3進氣之操作及人力費用分別為NT$ 6.63、10.4、
21.2。
在生物洗滌法方面，以500 Nm3/min 之氣體流量計，進氣 VOC 濃度為 100 及 200、500 mg/Nm3時，含吸收塔及活性污泥設備之初設費用分別為NT$ 241、383、705 萬，年操作、人 力及折舊費用合計分別為NT$ 171、203、288 萬，去除每 kg VOC 之操作、人力維護及折舊 費用分別為NT$ 79.3、46.9、26.6，處理每 1,000 Nm3進氣之操作、人力維護及折舊費用分別 為NT$ 7.13、8.45、12.0。
在轉輪吸附濃縮-RTO 法方面，以 500 Nm3/min 之氣體流量計，進氣 VOC 濃度為 100、
200、500 mg/Nm3時，設備初設費用均為NT$ 2,000 萬，年操作、人力及折舊費用合計分別為 NT$ 337、312、251 萬，去除每 kg VOC 之操作、人力維護及折舊費用分別為 NT$ 148、68.5、
22.0，處理每 1,000 Nm3進氣之操作、人力維護及折舊費用分別為NT$ 14.1、13.0、10.5。排 氣VOC 濃度為 100 mg/Nm3時，以生物法(生物濾床及生物洗滌法)最經濟，轉輪吸附濃縮-RTO 法次之；排氣VOC 濃度為 200 mg/Nm3時，以生物法(生物濾床及生物洗滌法)最經濟，轉輪
吸附濃縮-RTO 法次之；排氣 VOC 濃度為 500 mg/Nm3時，以生物洗滌及轉輪吸附濃縮-RTO 法最經濟，生物濾床法次之；排氣VOC 濃度為 1,000 mg/Nm3時，以轉輪吸附濃縮-RTO 法最 經濟，生物洗滌法次之。
本研究對空污防治之預期貢獻：本研究所推估排放係數可供半導體及光電等業者污染改 善之參考，亦可作為訂定該業別排放標準時之依據。針對不同風量及廢氣濃度所評選出之最 佳可行控制技術(BACT)，將有助於業者於衡量實際排放情況後，選擇最適當之處理技術。
子計畫一：生物處理技術之研發
本研究是針對半導體及光電業所產生廢氣中VOC 之生物處理可行性研究。由所蒐集資料 顯示，此二行業之VOC 主要為異丙醇及丙酮，占總排放量約 90％以上。本生物濾床法試驗，
主要依濾料體積比不同分為二組(A 組濾料：蛇木屑/堆肥體積比＝7/3；B 組濾料：蛇木屑/堆 肥體積比＝5/5)，正式試驗時間約 4 個月(異丙醇 3 個月、丙酮 1 個月)。試驗目的為評估濾料 組成對含異丙醇及丙酮廢氣有最佳之處理效果，據以訂定出最佳處理技術(BACT)。由實驗結 果知悉：
供試VOC 為異丙醇，3 個月試驗期中，進氣異丙醇濃度 197-385 mg/m3(平均 307 mg/m3)、
平均有機負荷27 g/m3.h、平均空塔停留時間 41 秒時，A 組濾料(蛇木屑/堆肥體積比＝7/3)之 平均異丙醇去除率為74%，B 組濾料(蛇木屑/堆肥體積比＝5/5)之平均異丙醇去除率為 77%。
供試VOC 為丙酮，1 個月試驗期中，進氣丙酮濃度 303-431 mg/m3(平均 346 mg/m3)、平 均有機負荷為37 g/m3.h、平均空塔停留時間 34 秒時，A 組濾料(蛇木屑/堆肥體積比＝7/3)之 平均丙酮去除率為79%，B 組濾料(蛇木屑/堆肥體積比＝5/5)之平均丙酮去除率為 81%。
由試驗結果知，針對半導體及光電製程所排放之異丙醇及丙酮，A 及 B 組生物濾床之濾 料配比效果在穩定性或去除率方面均佳，平均整體去除效率約78 %。由實驗過程中另知，若 可對針對濾料pH 值之變化及濾床壓密問題事先作預防，可得到更佳之 VOC 去除率。
本研究對空污防治之預期貢獻：得知生物濾床濾料組成比例為「堆肥：蛇木屑＝7:3 及 5:5」時，對排氣中異丙醇及丙酮皆有約 80%之去除效果。由總計畫評估各 VOCs 處理技術知，
生物濾床在低VOC 濃度(約 100-300 mg C/m3)時，有較佳之去除率，且較其他方法經濟。此 法可利用於半導體、光電、及其他事業含低VOC 濃度排氣處理。
子計畫二：轉輪濃縮沸石之研發
在轉輪濃縮沸石研發方面，採用四種不同矽鋁比之沸石做吸附性能測試，分別是 Y Zeolite、ROC（廢觸媒）、FCC（廢觸媒）、ZSM-5，其測試結果為 Y Zeolite> ZSM-5>ROC and FCC。而 ZSM-5 吸附效能不如預期，有可能是在製備過程中孔洞被阻塞。引入含揮發性有機 物質之氣體重覆吸附之實驗，由研究中我們發現之前三次之再生其吸附重下降約 20%，而再 第五次再生時則量明顯之變化。此再生吸附劑經由XRD 檢測發現其結晶結構並無任何破壞現
象，因此推論前幾次再生之吸附量下降之原因乃在於水氣之強吸附或硬焦碳(hard cake)累積所 致。為了取得較佳之再生效果，我們應探討再生溫度對二氧化碳生成及伴隨之揮發性有機氣 體脫附之影響，由實驗中發現提昇溫度有助於二氧化碳之生成及增加再生效率，然為考慮太 高之溫度將需要輔助燃料，並可能破壞沸石之結構，因此 355℃再生，應為較合適之再生溫 度。
本研究經由實驗後可得下列6 項要點：
1、 製備沸石吸附劑鍛燒溫度不可超過 550℃，段燒溫度 450℃可得最佳效能。
2、 親水性吸附劑吸附異丙醇，其吸附量僅為疏水性吸附劑之 55 ％左右，所以須選擇疏水 性吸附劑。
3、 疏水性之 SiO2和不同矽鋁比之Zeolite 所摻配而製作出的吸附劑之效能比較，很明顯可發 現中油廢觸媒（FCC 及 ROC）之吸附效果極差，其吸附量僅僅為疏水性吸附劑之 8％左 右而已，所以根本不符合我們的需求。
4、 高矽鋁比之 ZSM5 其疏水性能更佳，但其吸附量卻沒比 Y Zeolite/ SiO2還大，反而僅為其 吸附量之70％左右。會產生這樣之結果，其原因可能因揉合過程中，matrix 堵住了 ZSM5 上之小孔洞，造成表面積損失，使得吸附效能不如預期。
5、 由再生之實驗中我們發現在前三次之再生吸附量大約下降 20%，而在第三次再生時則並 沒有明顯之變化，而由XRD 之檢測中發現再生之過程中沸石之結晶並無改變，因而前幾 次之吸附量下降應為水氣及硬碳(hard coke)強吸附所致。
6、 由程溫氧化之實驗中發現最低之再生溫度為 355℃，過低之溫度除了再生效率差外亦產 生揮發性有機氣體之脫附，因而增加設備之成本，然而過高之再生溫度，將使吸附劑產 生相的變化，因而使吸附劑失去活性，故再生之最適之溫度為355℃。
本研究對空污防治之預期貢獻：本研究已成功開發疏水性沸石吸附劑之成型技術，由於 其具：(1)高吸附量(>10wt%)、(2)可再生使用、及(3)價格低廉(約為目前市售材料之 35%)等特 性，因此將可配合防制設備之設計取代目前之沸石轉輪或活性碳吸附塔。然而目前台灣應用 沸石轉輪之工廠之負責人對本土發展之技術較不具信心，故建議將本研究所發展之技術提供 給感興趣廠商，在前期階段先開發可再生吸附塔以取代活性碳吸附劑，在取得實場之應用數 據後，再開發轉輪設備，如此，將較能得到半導體或光電大廠使用之信心，以取代目前需仰 賴國外進口之昂貴設備。
子計畫三：化學洗滌技術之研發
光電及半導體工業生產製程繁雜且多樣化，使用的酸鹼溶劑、化學溶劑、毒性氣體種類 相當多，在製造過程中容易造成大量揮發性有機物逸散於周遭的空氣中。有機廢氣的處理方
法主要有焚化法、吸附法、吸收法、生物處理法及回收法（或冷凝法）等，其中濃縮焚化法 會消耗大量燃料、操作成本高，同時廢氣中的高沸點物質會影響吸附材料壽命；而活性碳吸 附需經常換新碳維持費用高昂。化學洗滌法具有設置及操作費用低、VOCs 高去除率之優點，
但亦有氧化劑費用高、氧化不完全致循環洗滌液需後續處理(包括後續化學氧化或生物處理) 等缺點或顧慮，而為推廣此法應用於光電及半導體事業排氣處理，需進一步深入研究。
本研究以兩套內插 UV 燈管之板層塔氧化洗滌裝置為研究主體其分為隔板式洗滌塔、氧 化塔兩部分，隔板式洗滌塔主體為高270 cm×長 20 cm×寬 5 cm，氧化塔則為高 220 cm×內徑 15 cm 之不鏽鋼材質所組成。供試氣體流量為 300 L/min，185nm UV 強度為 14 W/L，254nm UV 強度為 9 W/L。供試 VOC 濃度 50-500 ppm，主要 VOC 為半導體業使用之光阻劑 PGME (propylene glycol methyl ether)及一般常用溶劑甲苯。半批次氧化實驗變數為：水位高度、H2O2
濃度等對VOCs 廢氣處理效率之影響，並進一步探討計算 UV/H2O2氧化洗滌設備中不同吸收 塔、氣液比下，廢氣中VOCs 之去除效率。
假設欲達到KLa 10 1/hr 且去除率 90%污染物，隨著水量的增加吸收塔所需的塔高隨之增 加，其中處理甲苯之水量與塔高呈線性關係。比較甲苯與丙酮氣液比與去除率的關係：去除 率在 60%以下時，甲苯與 Acetone 兩者所需要的吸收塔高度一致；隨去除率的提升，丙酮吸 收所需塔高較甲苯大；去除率為99％時，丙酮吸收所需塔高為 12m，約為甲苯之兩倍。
半批次氧化結果中顯示，單獨以水、254 nm UV 及 254 nm UV＋500 ppm H2O2處理程序 中，對於含500 ppm 的 PGME 廢氣，其去除率皆可達 95％以上。由 UV 及 UV/H2O2處理的 ORP 值知，加入 H2O2在水中可以瞬間產生較多的 OH 自由基，增加水中的氧化潛勢，達到 去除PGME 的效果。處理含 500 ppm 甲苯廢氣的實驗過程中，50 ppm H2O2搭配185 nm UV 及254 nm UV 進行比較，發現在水深 0.9 m 下兩者處理效率一致；水深 0.3 及 0.6 m 時， 185
半批次氧化結果中顯示，單獨以水、254 nm UV 及 254 nm UV＋500 ppm H2O2處理程序 中，對於含500 ppm 的 PGME 廢氣，其去除率皆可達 95％以上。由 UV 及 UV/H2O2處理的 ORP 值知，加入 H2O2在水中可以瞬間產生較多的 OH 自由基，增加水中的氧化潛勢，達到 去除PGME 的效果。處理含 500 ppm 甲苯廢氣的實驗過程中，50 ppm H2O2搭配185 nm UV 及254 nm UV 進行比較，發現在水深 0.9 m 下兩者處理效率一致；水深 0.3 及 0.6 m 時， 185