國
立
交
通
大
學
工學院產業安全與防災學程
碩
士
論
文
製程廢水回收處理系統之經濟效益研究
Economic benefit of process wastewater reclamation system
研 究 生：林昱宏
指導教授：黃志彬 教授
製程廢水回收處理系統之經濟效益研究
Economic benefit of process wastewater reclamation
system
研 究 生：林昱宏 Student：Yu-Hung Lin
指導教授：黃志彬 Advisor：Chih-Pin Huang
國 立 交 通 大 學
工學院產業安全與防災學程
碩 士 論 文
A Thesis
Submitted to Degree Program of Industrial Safety and Risk Management
College of Engineering
National Chiao Tung University
in partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of
Master of Science
in
Industrial Safety and Risk Management
January 2010
Hsinchu, Taiwan, Republic of China
i
製 程 廢 水 回 收 處 理 系 統 之 經 濟 效 益 研 究
學生﹕林昱宏 指導教授：黃志彬
國立交通大學工學院產業安全與防災學程
摘 要
科學工業園區管理局為促進與輔導園區內廠商有效利用水資源，降低缺水壓 力避免對工廠生產造成影響損失，特訂定嚴格的用水回收率標準。本研究中個案 工廠因水回收率法令的要求下，必需進行提升用水回收率的工程投資。評估中的 「製程切割研磨廢水回收系統擴充」及「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」之投 資預算是經多家水處理專業工程承商報價彙整後所擬定，在系統正式運轉後是否 能有水回收效益，是必須執行經濟效益評估的。 本研究首先調查個案工廠現況的全廠用水成本，為評估水回收案建立基礎資 料。再分別評估水回收工程案設置後對全廠用水成本的影響，並以工程經濟分析 工具之淨現值法（Net Present Worth，NPW）對這水回收工程與現況進行經濟效 益評估。為避免過於樂觀的評估，造成誤判，故最後再以這兩個水回收系統依投 資金額及回收系統產水效率的變異進行敏感性分析。 結果發現，預估投資「製程切割研磨廢水回收系統擴充」 每年全廠用水成 本（含設備折舊）為26,020,650 元，「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」每年全 廠用水成本（含設備折舊）為 26,341,955 元。與個案工廠現況每年全廠用水成 本為26,510,713 元相比較，似乎是符合經濟效益。 但經淨現值及敏感性分析後，「製程切割研磨廢水回收系統擴充」在投資金 額比預算金額多139%時，仍然符合經濟效益的；若回收系統產水效率在低於 49.7%以下時，將不符合經濟效益。「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」若以預算 金額進行投資，與現況比較是不能符合經濟效益，除非投資金額比預算金額低 7%；而產水效率部分，若能提高到 71.7%以上時，即可符合經濟效益。此研究 結果，可以提供個案工廠在執行工程議價及未來系統操作時參考。 關鍵字: 經濟效益、水回收ii
Economic benefit of process wastewater reclamation system
Student：Yu-Hung Lin Advisors：Chih-Pin Huang
Degree program of Industrial Safety and Risk Management
College of Engineering
National Chiao Tung University
ABSTRACT
The high standard of water reuse ratio has been setting up for Science Park
Administration to avoid the losses on the production of the vendors’ factories inside the Science Park through the promotion and supervision them the effectively usage of water resources and the reduction the water crisis.
In this study case, it is regarding to the project investments for a factory to build two engineering projects which upgrades the water recovery rate to meet the law of standard of water reuse ration. Those two projects are DSR/BG Waste Water Reclaim System and LHF Waste Water Reclaim System. It is necessary to have the Assessment of economic benefits of the Effectiveness of water reclaim for those two projects basic on the quotations from the engineering contractors.
First of all, the data base for the study of the water reuse ratio has been collected basic upon the total water use cost of current factory. Secondary, the Assessment of
economic benefits before and after the projects has been evaluated by the Net Present Worth, NPW, a tool of the Engineering Economy. In order to have the ultimate
evaluation without any misjudgment, a Sensitivity Analysis has been processed by the variation of investment and reclaim efficiency from these two water reclamation projects.
From the result, the costs of applying DSR/BG Waste Water Reclaim System and LHF Waste Water Reclaim System (including Equipment depreciation) per year are $ 26,020,650 NTD and $ 26,341,955 NTD. It seems to be a positive results of the
iii
economic benefits compared to the current cost of $ 26,510,713 per year without applying one of these systems.
After the analysis of the Net Present Worth and the Sensitivity Analysis, the results are different. For the DSR/BG Waste Water Reclaim System, it is positive to the economic benefits when the percentage of the investment is under 139% and the effectiveness of water reclaim is higher than 49.7%. For the LHF Waste Water Reclaim System, it is negative to the economic benefits unless the percentage of the investment is lower than 7% and the effectiveness of water reclaim is higher than 71.7%. The results provide the reference to the future engineering bargaining of the project assessment for the factory.
iv
誌 謝
感謝恩師 黃志彬 老師在碩士班的修習過程中，對於學識經驗的傳授與悉 心解惑，並協助論文研究方向的確立與指導，使學生獲益良多，在此，致上最 深的謝意與敬意。 感謝論文口試委員 袁如馨 老師、 周珊珊 老師於論文評審期間，以專業 豐厚之學養，對本研究提出精闢之指正與寶貴之建議，均使本論文更臻完整。 感謝我的姐姐，謝謝您在論文內容的鼎力相助，姊弟情深，感銘於心！ 感謝摯愛的父母，您的關懷與期望，永遠是我心靈上最大的支柱，謝謝您 們。 最後，還是最感謝我的老婆、女兒，謝謝您們在我趕製論文的期間，不斷 的給予關心、包容、鼓勵與體諒，是我完成這篇論文最大的動力。v
目 錄
中文摘要 ………..…………i 英文摘要 ……….…..…….…………ii 誌謝 ……….……..….………iv 目錄 ……….…….…...………v 表目錄 ………..………vii 圖目錄 ……….…..………ix 一、 前言…..……….…….………1 1.1 研究緣起….……….…….………1 1.2 研究目的….……….….………2 二、 文獻回顧..……….….………3 2.1 科學園區用水指標…….……….….………3 2.1.1 用水計畫書核定……….….………3 2.1.2 製程用水回收率規定…….……….….………3 2.2 半導體廠之水處理系統……….……….….……….5 2.2.1 半導體製程與水處理系統……….….……….5 2.2.2 超純水製造系統……….….…………5 2.2.3 半導體廢水處理……….….………….7 2.2.4 半導體製程廢水回收技術……….……….……….9 2.3 半導體廠之水處理成本………..………14 2.3.1 自來水取水成本計算……….………15 2.3.2 新竹科學工業園區污水下水道處理計價……….……….………….…..16 2.3.3 半導體廠超純水製造費用……….………17 2.3.4 廢水處理及回收成本……….19 2.4 工程經濟的分析評估………..22 2.4.1 工程經濟分析評估步驟……….22 2.4.2 貨幣時間價值……….24 2.4.3 現金流量表的建立………30 2.4.4 工程經濟分析評估方法比較……….32vi 2.4.5 淨現值法分析與敏感性分析……….………….…………33 三、 研究方法……….………….……….38 3.1 個案工廠簡介及水處理系統……….…….…….…………38 3.1.1 個案工廠簡介……….……….………38 3.1.2 個案工廠純水系統介紹……….…….………40 3.1.3 個案工廠廢水處理及製程回收系統介紹……….….…………42 3.1.4 新增製程回收系統介紹……….……….………45 3.2 工程規劃方案成本分析方法……….…………..48 3.3 工程規劃方案可行性分析方法……….…………..51 四、結果與討論……….…………52 4.1 個案工廠總用水成本分析……….………..52 4.1.1 全廠總用水量清查……….………52 4.1.2 取水成本分析……….………54 4.1.3 排放水處理成本分析……….57 4.2.4 回收水處理成本分析……….60 4.2 規劃方案可行性分析………..……….64 4.2.1 方案一「個案實廠運轉現況」……….…….64 4.2.2 方案二「製程切割研磨廢水回收系統擴充」……….……….67 4.2.3 方案三「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」……….……….71 4.3 敏感度分析……….…………..…….………..76 4.3.1 工程投資金額變異分析……….…………76 4.3.2 系統處理效率變異分析……….………77 4.4 綜合討論……….…………..78 五、結論與建議……….………..81 5.1 結論……….……….81 5.2 建議……….……….82 參考文獻……….………..83
vii
表 目 錄
表1 超純水水質要求（ITRS 2005）………..7 表2 RO + IX 型式與 IX + RO 型式進水水質比較……….10 表3 十二吋晶圓製造工廠製程排水回收處理設備單元…………..……….……..12 表4 新竹科學園區原水水質……….13 表 5 冷卻水塔補充水質建議值……….14 表6 不同 RO 回收率之設置成本與運轉成本比較表……….……….…….18 表7 半導體廠廢水處理及回收成本相關文獻彙整……….…….19 表8 F/P 與 P/F 因子：標記、公式及試算表函數……….……..28 表9 P/A 與 A/P 因子：標記、公式及試算表函數……….……..29 表10 F/A 與 A/F 因子：標記、公式及試算表函數……….…30 表11 現金流量要素分類表………31 表12 資本預算評估方式比較表………33 表13 以淨現值分析應用之相關評估研究………36 表14 個案工廠 UPW 及 DI 水質水量規格………41 表15 個案工廠純水製造系統耗材更換時機變更表………42 表16 個案工廠製程低濃度氟酸廢排水水質檢測表………46 表17 研究方案之現金流量表範例………50 表18 個案工廠全廠總用水量分佈表………53 表19 個案工廠製程廢水月回收、排放水量表………54 表20 個案工廠自來水取水成本分析表………54 表21 超純水製造系統成本分析表………55 表22 廢水處理系統成本分析表………58 表23 個案工廠污水下水道使用費用成本分析表………60 表24 製程切割研磨廢水回收系統成本分析表………62viii 表25 製程酸洗廢水回收系統成本分析表……….63 表26 方案一之現金流量表……….66 表27 方案二「製程切割研磨廢水回收系統擴充」系統費用預估表………....67 表28 方案二全廠總用水量分佈表……….69 表29 方案二製程廢水月回收、排放水量表……….69 表30 方案二之現金流量表……….70 表31 方案三「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」系統費用預估表………….72 表32 方案三全廠總用水量分佈表……….73 表33 方案三製程廢水月回收、排放水量表……….74 表34 方案三之現金流量表……….75 表35 方案一、方案二在投資金額變異下之敏感度分析表……….76 表36 方案一、方案三在投資金額變異下之敏感度分析表……….76 表37 方案一、方案二在系統處理效率變異下之敏感度分析表……….77 表38 方案一、方案三在系統處理效率變異下之敏感度分析表……….77
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圖 目 錄
圖1 典型的 5 年現金流量時間軸………...26 圖2 正向與負向現金流量………27 圖3 一次償付因子現金流量圖：（a）求 F 值；（b）求 P 值………28 圖4 現金流量圖：（a）已知等額系列求 P 值；（b）已知現值求求 A 值………29 圖5 現金流量圖：（a）已知等 F 求 A 值；（b）已知等 A 求 F 值………...30 圖6 個案工廠製程流程………38 圖7 個案工廠自來水月用量及製程用水回收率趨勢圖………39 圖8 個案工廠 98 年 8 月用水平衡圖………..40 圖9 個案工廠純水製造單元流程………41 圖10 個案工廠切割製程廢水粒徑分佈圖………..43 圖11 個案工廠晶背研磨製程廢水粒徑分佈圖………..44 圖12 個案工廠廢水處理及製程回收單元流程………..45 圖13 個案工廠未來廢水處理及製程回收單元流程………..47 圖14 超純水製造系統運轉成本百分比………..56 圖15 個案工廠取水成本百分比……….….56 圖16 廢水處理系統運轉成本百分比………..59 圖17 個案工廠排放水成本百分比………..60 圖18 製程廢水回收系統運轉成本百分比………..63 圖19 個案工廠回收水成本百分比………..64 圖20 方案一「個案工廠現況」全廠用水成本結構………..78 圖21 方案二「製程切割研磨廢水回收系統擴充」全廠用水成本結構…...…79 圖22 方案三「製程低濃度氟酸廢排水回收工程」全廠用水成本結構...791
一、 前言
1.1 研究緣起 英特爾﹙INTEL﹚創辦人安德魯．葛洛夫﹙Andrew S. Grove﹚曾在半導體環境 優先研發中心的會議中指出：「IC 產業未來關鍵的發展因素，一定是水和環境」。 故在面對水資源不確定性的情況，儼然成為未來高科技產業發展的瓶頸。科技重 鎮科學園區內，管理局為促進與輔導園區內廠商有效利用水資源，降低缺水壓力 避免對工廠生產造成影響損失，特訂定「科學工業園區節約用水輔導計畫執行要 點」，其中對於園區廠商各工廠用水回收率依照不同建廠時程分別做出規定要求。 然而目前在園區廠商實際運作上，並非所有廠商皆可達到相關回收率之規定 要求，主要是因為廠商在執行節水回收處理時必須耗費相當程度之成本進行運作， 加上目前國內水價偏低，節水回收的經濟誘因並不易呈現。目前業界較具指標性 大廠，本身有公司企業形象考量且在成本預算上較有執行空間，故包括舊廠在用 水回收率的表現上皆有改善提昇，新建廠也承諾將達到水回收率標準規定要求。 但仍有多數廠商，對於相關用水回收率規定要求，抱持較保守的態度，在擔負著 相關法規要求壓力之情況下，對於水回收設備的建置，儘可能去尋求合理成本效 益。而工程經濟的任務就是在最經濟的狀態下，平衡相關成本與效益［1］。 本研究中的個案工廠位於新竹科學工業園區內，屬半導體製造業，於民國 88 年興建，現況仍不符合「科學工業園區節約用水輔導計畫執行要點」回收率的相 關規定。並在個案工廠正積極投入節約用水及提升製程用水回收率之下，成立了 一個製程用水回收率提升專案小組。此專案小組依各耗水點之用水現況，配合用 水平衡圖進行推估，並提出多項提升製程用水回收率之改善方案。方案中含括製 程端的生產設備參數調整，設備端的產品用水量設定及廠務端的水回收處理設備 增設等［2］。其中在「製程切割研磨廢水回收系統擴充」及「製程低濃度氟酸廢 排水回收工程」這兩個工程，雖然可以大幅提升製程用水回收率，但投資金額相 加卻高達1300 萬。這對一個月營業額僅數億的工廠來說，無疑是一種負擔，在法 令要求提升用水回收率下，似乎並不符合水回收的經濟效益。 因此，本研究乃對於此個案工廠在評估水回收系統方案（製程切割研磨廢水 回收系統擴充及製程低濃度氟酸廢排水回收工程）的同時，以工程經濟評估方法2
之淨現值法（Net Present Worth，簡稱 NPW 法）進行經濟效益的評估，並與現行 處理方式作比較，評估提升用水回收率及符合水回收經濟效益的可行方案。 1.2 研究目的 無論任何產業對成本的控制上都非常嚴謹，若是無法得到相當的投資報酬率 的話，是很難投資的。個案實廠因水回收率法令的要求下，必需進行提升用水回 收率的相關工程的投資。評估中的「製程切割研磨廢水回收系統擴充」及「製程 低濃度氟酸廢排水回收工程」，因投資金額較大，在尚未執行之前，為了讓投資者 瞭解水回收率的提升對全廠用水成本是否帶來正面的效益。故本研究目的如下： 1. 調查個案工廠現況的全廠用水成本，為評估水回收案建立基礎資料。 2. 分別評估水回收工程案設置後對全廠用水成本的影響。 3. 以工程經濟分析工具（NPW 法）對這水回收工程分別與實廠現況進行經濟效 益評估。 4. 為避免過於樂觀的評估，造成誤判，故最後再以這兩個水回收工程依投資金額 及回收系統產水效率的變異性進行敏感性分析（Sensitivity Analysis）。 5. 全廠用水成本及工程經濟分析結果可作為個案工廠或業界未來進行相關回收 工程之參考依據。
3
二、 文獻回顧
2.1 科學園區用水指標 2.1.1 用水計畫書核定 經濟部水利署頒布之「用水計畫書作業審查要點」中規定，計畫書內容架構 應包括：基本資料與摘要內容、計畫概述、計畫用水量、節約用水計畫、水源供 應計畫、供水計畫、乾旱缺水緊急應變計畫等項目。在科學園區中，管理局則依 據前述各項內容訂定園區用水計畫書撰寫綱要，對於進駐園區廠商在園區投資審 查或建廠運轉時，都必須依此撰寫綱要提送工廠用水計畫書，經核定後才能送交 自來水公司同意配合辦理供水。在節約用水計畫中，內容則包括節水措施及用水 平衡圖兩大重點。節水措施關於如何考量計畫性質及規模進行規劃、用水量回收 說明、回收再利用之執行方式說明；用水平衡圖內容包括製程用水、公共空調用 水（含冷凝水回收）、廢氣洗滌塔用水、生活用水及其他用水等項目，其中應說明 製程用水回收率、全廠用水回收率及全廠用水排放率之工廠相關用水回收執行成 效。 2.1.2 製程用水回收率規定 根據「新竹科學工業園區節約用水輔導計畫執行要點」，科學園區回收率計算 規範對於回收率公式說明為符合水資源回收再利用精神者，皆納入其規範內公式 計算之，所謂水資源回收再利用，即指工廠內製程或系統產生之廢水，經由直接 供製程或系統再利用、直接供次級利用、獲間皆以回收系統處理後再利用者。準 此，凡投資於可減少廢水量或原水量之系統、管線、機械、儀控等設施而產生之 回收水皆屬之。 而其規範對於製程用水回收率說明為：舉凡與工廠生產製程有直接相關知水資 源回收皆列入製成回收率計算，所謂直接與生產製程有關者，包含超純水之製程 以及使用超純水之工廠生產製程，於此製程之水資源再利用皆稱為製程用水回收， 列入製程回收率之計算公式中。製程用水回收率定義在製程用水回收總量佔製程 用水百分比，其回收率計算公式與相關說明如下：4 製程用水回收率＝﹝製程用水回收量/製程用水總量﹞×100% ＝﹝﹝c1＋c2＋c3＋c4﹞/P﹞×100% 式中； c1：超純水系統於製造純水之製程中，回收至超純水系統再利用者。包含超純 水製程所產生之濃縮水或其他必須維持超純水系統效率之再生廢水及反 洗廢水等。 c2：超純水系統於製造純水之製程中，回收至 Local/Central Scrubber、冷卻水 塔、或其它次級用水端供再使用者。包含超純水製程所產生之濃縮水或其 他必須維持超純水系統效率之再生及反洗廢水等。 c3：工廠生產製程機台使用超純水後產生之廢水，經由或不經由回收系統處理， 回收至超純水系統再使用者。 c4：工廠生產製程機台使用超純水後產生之廢水，經由或不經由回收系統處理， 回收至次級用水端再使用者。 P：製程用水總量，進入製程供超純水系統做為原水之自來水，及經過製程回 收至超純水系統之總合。 此執行要點對於園區廠商各工廠相關用水回收率，依照不同建廠時程，分別做 出以下之規定要求： （一） 民國八十三年以前興建之廠房，製程回收率需大於百分之五十，全廠 回收率需大於百分之三十，排放率需小於百分之八十。 （二） 民國八十三年至八十八年興建者，製程回收率需大於百分之七十，全 廠回收率需大於百分之五十，排放率需小於百分之八十。 （三） 民國八十八年以後興建者，製程回收率需大於百分之八十五，全廠回 收率需大於百分之七十，排放率需小於百分之七十。但需辦理環評之 廠商，依環評審定之承諾事項辦理。
5 2.2 半導體廠之水處理系統 2.2.1 半導體製程與水處理系統 半導體晶圓製造程序是十分複雜與精密，需經過數百道步驟，費時約數十天 才能完成。主要是先將矽晶圓表面氧化後，再反覆進行擴散、微影、薄膜、和蝕 刻而將各種電子元件和線路製作在晶圓上［3，4］。 半導體製造程序中需使用相當多的超純水，據經濟部技術處估計，六吋晶圓 製造之超純水總用水量為 l 噸/片，而八吋晶圓為 2.5-3.0 噸/片，若提升至十二吋 晶圓則總用水量將遽增至 10-15 噸/片［5］。以晶圓清洗步驟為例，在製造過程中 需經過多次的蝕刻，每次都需要以超純水將其上之各種化學品清洗乾淨，在半導 體設備清洗機台，超純水用水量主要以化學站為大宗，主要用水處在Q.D.R.（Quick
Dump Rinse）、O.F.（Over Flow）及 F.R（Final Rinse）槽最多，排放量也最大［6］。 從矽晶片至晶圓中間有相當多的製程排水，但絕大多數之排水為晶片清洗、去光 阻及蝕刻［7］。 半導體製程工廠主要廢水包括製程廢水、純水系統廢水及廠務廢水，其中製 程廢水包括：氫氟酸廢水、酸性廢水、鹼性廢水、CMP 廢水、有機系廢液等；純 水系統廢水：樹脂塔逆洗再生廢液、RO/UF 濃縮液；廠務廢水則為生活用水、冷 卻塔排放廢水等［8］。以往的處理方式皆為進入廢水系統處理後排放，但在近年 來，在面對水資源取得的不確定性、降低缺水壓力避免對工廠生產造成影響損失 下，各工廠無不積極進行水回收工作及技術。 2.2.2 超純水製造系統 純水製造系統為提供製程設備清洗晶圓表面雜質所需之超純水，隨著半導體 的製程進步，晶圓圖案元件的複雜度及積集度的持續增加，其表面的微量雜質劣 化原件的特性與可靠度的機會愈高，由於每一製程均有洗淨步驟，故晶圓被重複 的清洗以去除表面雜質，所以超純水的純度對晶圓免於污染是頗具關鍵性的，若 水質品質未達標準，其本身即是污染源，將對產品性能產生危害。 半導體級之超純水系統，由於原水（Raw Water）中的不純物種類繁多，無法 經由單一方法將雜質完全移除，故必須結合不同之去除製程技術以建置超純水製
6
造系統。一般來說，超純水製造系統包含前處理系統（pretreatment system）、主處 理系統（primary treatment system）、超純水系統（ultrapure water system）、管路系 統（piping system）、廢水再生系統( waste water reclamation system) ［9］。系統的 設計，各家雖然不同，各有所長，但其純化的原理是不變的。
前處理系統（pretreatment system）主要將原水（Raw Water）中的大部分懸濁 物質去除，以減輕後段系統負擔為目的，一般常見的為凝集沉澱槽、砂過濾塔（sand filtration，SF）、活性碳塔（activated carbon filter，ACF）、多層過濾器（multi-media Filter，MMF），或以薄膜單元進行前處理，如：逆滲透（reverse osmosis，RO）單 元、超過濾（ultra filtration，UF）單元等。
主處理系統（primary treatment system）乃位於前處理系統與超純水系統之間， 主要以去除大部分的可溶離子、有機物、溶解之二氧化碳、氧及細菌等。一般來 說，包括下列單元：薄膜系統（membrane system）：逆滲透（reverse osmosis，RO） 單元、超過濾（ultra filtration，UF）單元、薄膜過濾器（membrane filter）；離子 交換系統（ion-exchange system）：雙濾床超純水單元（two -bed ultrapure water unit， 2B tower）、混合濾床離子交換塔（mixed-bed ion-exchange tower，MB tower）； 除氣系統（deaeration system）：除氣機( degasifier，DG tower)、真空除氣機（vacuum degasifier，VDG tower）；其它：幫浦、貯水池、紫外線殺菌燈管(ultraviolet sterilizer， UV )、化學品供應單元。其中逆滲透單元移除微粒子、有機物、細菌和二氧化矽， 而離子交換系統則移除有機物、氧化劑、和微量離子，另除氣系統或觸媒樹脂 （catalyst resin）則去除溶解在水中的氣體（如氧氣），紫外線殺菌燈管（波長 254 nm 或 185 nm）乃用來殺菌（sterilization）和分解有機物（oxidation）。
超純水系統（ultrapure water system）的作用再將主處理系統所殘餘的不純物 做去除，更提升從主處理系統送出的水質，再藉由其後續的管路系統（piping system） 輸送至使用點（point of use，POU），通常以循環量之 10-20%持續回流超純水系
統以確保水質。超純水系統包括下列單元：紫外線殺菌燈管（波長254 nm 或 185 nm）、
熱交換器（Heat Exchanger），非再生型的離子交換樹脂（cartridge polisher，CP）、 0.1 μm 以下之精密過濾器（cartridge filter）、超過濾（ultra filtration，UF）等。
超純水輸送至POU 使用後之廢水，進入廢水再生系統(waste water reclamation system)進行水回收再利用，這已經成為普遍的趨勢了。
7
The internationalTechnology Roadmap for Semiconductors（ITRS）2005 年版的
超純水水質要求，如表 1 所示。根據這個需求，為維持超純水的高度品質及穩定 度，系統執行定期的維護與管理更是必需被要求的。 表1 超純水水質要求（ITRS 2005）［10］ 2.2.3 半導體廢水處理 半導體製程廢水一般分為酸鹼廢水、氫氟酸廢水及研磨廢水。酸鹼廢水來源 眾多且造成污染的化學物質相當複雜，主要來自晶片之濕式清潔過程。廢氣洗滌 水、空調排水及RO 濃縮排水大多亦併入酸鹼廢水中［5］。氫氟酸廢水主要來自矽 的濕式蝕刻及清洗製程，包括HF 和 NH4F 等，另外製程中需使用大量含氟氣體， 經 Local/Central 洗滌塔洗滌後，最終皆會產生含氟廢水。在較具規模的廢水廠， 高低濃度氟系廢水在製程端已被分流，低濃度約500 mg/L 以下，高濃度則多在 800 到數千 mg/L 之間［11］。研磨廢水來源為化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）製程廢水，主要污染物為奈米級微細顆粒，成分以二氧化矽為主。 半導體程廢水處理方法敘述如下： 1. 酸鹼廢水 酸鹼廢水處理方式僅以加藥中和，調整其廢水 pH 值，加藥類型會有些許差
8 異，酸主要為H2SO4 或 HCl；鹼則以 NaOH 為主。一般而言，此股廢水為半導體 製造業中最大宗廢水來源。 2. 氫氟酸廢水 目前氫氟酸廢水以化學混凝沉澱法為最常使用之處理方式，藉由產生非溶解 性氟化鈣沉澱，將廢水之氟化物去除，常見之加藥類型有鈣鹽、鎂鹽或鋁鹽等， 其中以鈣鹽沉澱為最常見，有CaCl2、Ca(OH)2 和 CaSO4等，為了加強沉澱效果，
亦會添加聚合物作為助凝劑，該法具有處理彈性大、單純且處理快速等優點，但 常有過度加藥現象，產生大量污泥造成二次公害。 另外，還有吸附法、離子交換法、結晶法等。吸附法為利用多孔物質粒狀之 活性礬土進行吸附，其中活性礬土之主成分為Al2O3，亦有以鐵披覆廢觸媒吸附法， 將工業使用後之廢觸媒披覆鐵，使其表面形成多孔性非結晶態的鐵氧化物，藉此 吸附廢水中之氟離子，達到除氟之目的［12］。 離子交換法乃利用樹脂與廢水間，進行可逆之離子交換反應，將廢水中欲去 除之離子（如氟離子）與樹脂中離子進行交換，然因樹脂耗材昂貴，目前尚無實 際運用案例，常見之樹脂類型有天然骨炭或合成氫氧基磷灰石處理法和合成離子 交換樹脂等。
亦有使用流體化床結晶法（Fluidized Bed Crystallization, FBC）［13］可使污染
物直接轉換成可資源回收再利用之物質，工研院開發之FBC 是採用矽砂為擔體， 在適當之水力條件下，將此擔體流體化，並加入藥劑，使無機污染物在擔體表面 形成氟化鈣(CaF2) 或冰晶石(NaAlF6)結晶，此法不僅可以處理廢水問題，亦可將產 生之晶體資源化利用。目前國內業有廠商(如奇美電子和茂德科技等) 採此法進行 廠內氟系廢水處理。 3. 研磨廢水 研磨廢水隨著研磨液與清洗技術不同，有Oxide-CMP、W-CMP、Poly-CMP、 Al-CMP、Cu-CMP 等廢水，一般主要區分為金屬與氧化膜兩大類，目前 CMP 廢 水處理方式有化學混凝沉澱、薄膜過濾、浮除法、電化學法等。 環保署［14］彙整國內化學混凝沉澱程序處理 CMP 廢水之去除率，其中 COD
9 僅有20~30%；SS、濁度和二氧化矽等均高於 95%。傳統的混凝沉澱雖可有效移除 廢水中微粒物質，但因CMP 廢水中懸浮固體具高穩定性，若顆粒之去穩定與架橋 反應不完全時，易造成混凝效果不彰，且加藥量不易控制，常有過度加藥現象， 不僅浪費成本，亦造成二次污染。 薄膜過濾法較傳統化學混凝沉澱之優勢在於能忍受粒徑分佈廣、pH 範圍大且 粒子種類多之CMP 廢水，此外亦能節省加藥費用。更重要的一點在於經薄膜處理 系統處理後之濾液，因其水質良好，往往可以回收再利用，可以有效善用水資源。 國內已有諸多相關研究進行探討，環保署［14］彙整國內外相關文獻結論，薄膜 系統對TSS 可完全去除，濁度和二氧化矽則分別有 96.2%以上和 15~95%之去除率。 此外，目前業界業已有使用薄膜過濾系統處理CMP 廢水之成功案例。 浮除法則是利用氣泡與固體微粒結合，藉由形成比水輕之混合物，該化合物 上浮至溶液表面後，再予以刮除，達固液分離效果。該法適用於固體負荷變動大 之廢水，藉由調整氣體流量，以維持一定之出水水質；此外產生之污泥含水量遠 低於一般污泥，可節省污泥處理成本；文獻指出以浮除法處理CMP 廢水，該法濁 度去除率介於96.8~98%［15］。 電化學法則是利用外加電場與其他混凝、過濾等系統處理廢水。以以誘導電 極之電解混凝系統處理CMP 廢水，能將濁度去除率提昇至 92.5%［16］。以同步 掃流電過濾/電透析模組處理 CMP 廢水，濾液濁度可降至 1 NTU 以下［17］；環 保署［14］彙整國內外相關電化學法處理 CMP 廢水之去除率，其中對 COD 的去 除率介於75~85%；對濁度、SS 和 TDS 等項目則達 84%以上的去除率。 2.2.4 半導體製程廢水回收技術 根據「新竹科學工業園區節約用水輔導計畫執行要點」對於製程用水回收率 說明為：舉凡與工廠生產製程有直接相關知水資源回收皆列入製成回收率計算， 所謂直接與生產製程有關者，包含超純水之製程以及使用超純水之工廠生產製程。 半導體廠回收的模式為「回收利用（Reuse）」，也就是不論經過處理或未經處理， 將排放水回用至前製程用水單元所使用之方式［18］。其做法會訂定出回收水進流 水質限值及用途，將廢水以導電度進行選別回收利用，或以回收技術進行處理回
10 收利用。回收後，可供應純水製造系統再利用，或自來水池或次級用水供冷卻水 塔及製程廢氣處理系統（Scrubber）使用。在此針對半導體廠純水製造系統廢水回 收及製程廢水回收做討論： 1. 純水製造系統廢水回收技術 純水製造系統為提供製程設備清洗晶圓表面雜質所需之超純水，需將原水分 別經過不同處理單元去除水中各種雜質進行水質純化，使原水最終經過處理後形 成所謂超純水。所產生的廢水主要以薄膜處理濃縮水、砂濾及活性碳反洗廢水、 離子交換樹脂再生廢水等為主，另外還有儀表量測後所排放的廢水等。 在薄膜處理濃縮水回收方面，可依濃縮水水質回收至純水製造前處理系統 （Pretreatment system 或 Primary Treatment system），前處理系統的單元流程主要可 分為兩大類，（1）RO + IX 型式：逆滲透單元（reverse osmosis unit，RO）置於離 子交換單元（ion-exchange unit，IX）的上游；（2）IX + RO 型式：逆滲透單元置 於離子交換單元的下游，兩種類別的進水水質可參考表2［19］。一般來說，RO + IX 型式對進水水質要求較高，IX + RO 型式因 RO 進水有較少的硬度成份，故 RO 濃縮水通常可以直接回收至純水前處理系統中。另外，以倒極式電透析系統（EDR） 技術運用在RO 濃縮水研究中，原 RO 濃縮水導電度 800~900 μS/cm，經 EDR 處理 後，產生之回收水可回收至原水池，減少自來水用水量［20］。 表2 RO + IX 型式與 IX + RO 型式進水水質比較［19］ Process Flow Turbidity (unit) SDI (15min) Iron (mg/L) Silica (mg/L) Residual chlorine (mg/L) pH TDS (mg/L) RO + IX ＜0.5 ＜3-5 ＜0.05 ＜100 (RO brine) 0 or ＜1.0 4.5-7.5 (for scale control) - IX + RO ＜2.0 - ＜0.3 - ＜0.2 - ＜500 砂濾及活性碳反洗廢水、離子交換樹脂再生廢水方面。由於廢水特性不像製 程生產所排放的製程廢水般含有許多未知的化學物質以及其反應生成物；只有系 統在去除自來水中的不純物後，利用反沖洗以及離子交換系統再生的鹽酸、液鹼
11 置換反應出來的懸浮固體以及鹽類等。以某半導體廠為例，依超純水單元再生特 性將其區分為不需加藥與需加藥再生兩大類型，其中不需加藥再生的單元有凝集 沉澱槽、活性碳塔、回收水活性碳塔等；需加藥再生的單元有兩床三塔、混床離 子交換樹脂塔與回收水陰離子交換樹脂塔。將各單元反洗及再生時的程序步驟， 分別分析排放廢水的特性，直接回收或以簡單過濾或調勻處理回收，並配合實廠 測試，藉由樹脂交換能力理論公式計算，執行單元再生週期的延長；達成計劃目 標為超純水系統再生廢水回收水質能達到酸鹼度pH 介於 6~9 之間，電導度≦200 μS/cm，每日平均回收水量 200 噸以上（約佔該廠總用水的 6%）供給冰水機冷卻 水塔使用［21］。至於儀表量測廢水，通常可以直接過濾後回收再利用，但須考慮 儀表量測時是否有加入化學藥劑等因素。 2. 製程廢水回收技術 半導體晶圓製造程序是十分複雜與精密，需經過數百道步驟，而製程中會使 用大量且種類複雜的化學藥品，故若要將製程設備機台排放之廢水進行再利用， 其排水必須經過回收處理。廢排水經處理後，水質較佳可回收再利用至各使用點， 水質較差部分則排放至廢水處理廠進行放流處理。 以新竹科學工業園區某半導體十二吋晶圓製造工廠為例，該廠於建廠初期即 制訂製程機台排水分類標準，並依據此標準進行排水分流之回收處理設備規劃， 將排水依據總有機碳、導電度、氟離子、雙氧水、異丙醇等條件進行水質分流， 再依據各類排水水質情形建立排水水質標準，其回收處理系統名稱及單元、水質 分類條件及回收使用點，詳見表3 所示。其中純水回收（PWR）、排水回收（WWR） 及酸鹼系排水回收（AWR）排水屬於水質較佳者，可經回收處理後回用至純水製 造系統再利用；低濃度酸鹼排水回收（AWL）、低濃度氫氟酸廢水回收（FWL）、 氧化層化學機械研磨廢水（O-CMP）與金屬層化學機械研磨廢水（M-CMP）排水 屬水質較差者，經回收處理後回用至公共系統再利用，其餘廢排水則導入廢水處 理廠處理後放流［22］。 另外，對於半導體廠濕式蝕刻及清洗製程排放的低濃度氫氟酸廢水及製程中 使用的含氟氣體，經 Local/Central 洗滌塔洗滌後之含氟廢水，可使用前處理加上 逆滲透方式處理，在pH 10~11 時，對 F-的去除率甚至可高達98~99%［23，24］。
12 此方式已被廣泛使用在純水系統中，其特長如下：1. 可做含高 silica 原水之 RO 處 理；2. 高去除率；3. 對 Fouling 的耐性高；4. 藥品使用量低；5. 高 Flux 運轉； 6. 省空間［25］。故用於半導體製程回收水中，可增加處理能力，但操作時需特別 注意鈣、鎂等高硬度的成分在RO 產生 Scaling。 在CMP 廢水部分，除了有使用薄膜過濾系統處理之成功案例外，尚有使用高 效率電混凝/氧化複合技術進行 CMP 廢水處理，Oxide CMP 廢水濁度去除率達到 99%，溶解矽去除率達 90%，總有機碳去除率達 90%［26］。另外，以 MF/UF 膜 採Crossflow Filtration 搭配 Dead-End Filtration 全方位薄膜處理程序（Total solution for water treatment），將產出物僅剩濾液回收及污泥清運，往廢水零污染排放之目 標邁進［27］。
表3 某十二吋晶圓製造工廠製程排水回收處理設備單元［22］
回收處理系統名稱 水質分類條件 處理單元 回收使用點
PWR Cond.＜10 μS/cm
TOC＜0.5 ppm Micro Filter
Make-up tank DI water tank WWR reclaim sys.
AWR reclaim sys.
WWR Cond.＜1000 μS/cm
TOC＜1 ppm ACF/WA/SB
Make-up tank DI water tank Filtered. W tank
Bio feed tank
AWR Cond.＜2000 μS/cm TOC＜5 ppm ACF/WA/SB Make-up tank Filtered. W tank AWL Cond.＜2000 μS/cm TOC＞5 ppm ACF/RO/EVP Make-up tank Filtered. W tank FWL Cond.＜2000 μS/cm F-＜2000 ppm ACF/SB/EVP Make-up tank Filtered. W tank O-CMP O-CMP Waste water Ceramic Filter/MB Make-up tank Filtered. W tank M-CMP M-CMP Waste water Ceramic Filter/MB Make-up tank Filtered. W tank
13 以新竹科學園區來說，純水製造系統通常是以自來水作為原水的來源，若以 回收基準來說，原水水質標準可詳表4 ［28］。若回收至冷卻水塔之水質標準，可 參照表5［29］。另外，製程廢氣處理系統（Scrubber）洗滌水導電度一般建議可控 制在5 mS/cm 以下［30，31］。 表4 新竹科學園區原水水質［28］ 成分名稱/組成 單位 原水水值 酸鹼度 pH 值 7.0~7.6 電導度（Conductivity） μS/cm 240~370
鈣離子（Calcium ion, Ca2+） ppm as CaCO3 80~90
鎂離子（Magnesium ion, Mg2+） ppm as CaCO3 30~35
鈉離子（sodium ion, Na+） ppm as CaCO3 20~60
鉀離子（Potassium ion, K+） ppm as CaCO
3 2.4~3.6 碳酸根（Carbonate, CO32-） ppm as CaCO3 70~90 硫酸根（Sulfate, SO42-） ppm as CaCO3 45~64 氯離子（Chloride, Cl-） ppm as CaCO3 16~33 硝酸根（Nitrate, NO3-） ppm as CaCO3 ＜2.0 鐵離子（Iron ion, Fex+） ppm 0.05~0.5 錳離子（Manganese ion, Mnx+） ppm ＜0.02
總矽量（Total Silica, SiO2） ppm 5.0~10.0
溶解二氧化碳（Dissolved CO2） ppm 9.8~12.6
氯氣，臭氧（Cl2，O3 etc.） ppm 0.2~1.2
總有機碳含量（Total Organic Carbon, TOC） ppm 1.1~2.5
污泥指數（Slit Density Index, SDI） 6.0~6.7
14 表5 冷卻水塔補充水質建議值［29］ 項 目 水質限值 pH 7.0~10.0 M-alkalinity（as CaCO3），mg/l 7.0~10.0 Mn，mg/l 7.0~10.0 SiO2，mg/l ＜50 T-Fe，mg/l ＜0.5 TDS，mg/l ＜500 Bacteria，organism/l ＜100 SO42-，mg/l ＜200 PO43-，mg/l ＜1 COD，mg/l ＜10 SS，mg/l ＜3 Turbidity，NTU ＜10 ＊林園廠參酌台鈉及美國 EPA 與 WPCF 標準，訂定之建議值 2.3 半導體廠之水處理成本 工業用水系統包括取水、排放、回收三個子系統［32］。以成本來說，全廠總 用水成本為取水成本、排放水處理成本及回收水處理成本，其中取水成本包含自 來水取水費用及超純水製造費用全廠總用水成本；排放水處理成本廢水系統處理 費用及污水下水道使用費；回收水處理成本則為回收水製造費用［33，34］。 一般來說，水處理系統的成本，可分為設置成本與運轉成本，設置成本通常 與設置需求、系統容量等有關，其內容包括建築物、機械、設備、運輸工具。另 外其他的附加費用，如運費、場地準備與設置的費用也要包括在內。運轉成本則 是為了維持設備的正常運轉，而衍生出來操作維護成本，其內容包括設備維修費、 電費、藥品費、人事費等。
15 2.3.1 自來水取水成本計算 經濟部水利署於民國九十四年統計台灣地區各用水標的用水量，在台灣地區 工業用水中，自來水供水系統供水量僅占49.95%，仍有 59.05%左右為自行取水， 其水源又分為地面水與地下水，且以抽取地下水為多［22］。國內半導體廠幾乎均 位於科學園區內，依規定只能以自來水做為取水之來源。 目前台灣自來水的收費標準［35］來說，分為每月抄表及隔月抄表兩種，依 每月用水度數分為四個段別，故段別之每度單價與累進差額是不同的，供應自來 水不同口徑之基本費也不同。以每月抄表值為51 度以上口徑為 150 mm 的大用戶 為例，屬第四段別，口徑基本費為5301.45 元（含稅），每度單價為12.075 元（含 稅），累進差額為-110.25 元（含稅）。另外，其中，用水費、營業稅、清除處理費、 水源保育與回饋費計算方式為： 1. 基本費＝依上表各口徑基本費標準計收。 2. 用水費＝（每度單價 × 實用水量 - 累進差額）。 3. 營業稅＝（基本費+用水費）÷（1＋5%）×5% （角以下均四捨五入），如屬 非營業用戶，依法不另列示。 4. 清除處理費＝依照環保單位核定各採掩埋或焚化處理方式之每度單價 × 實 用水量（角以下四捨五入）代徵。若為自行委託民間清除公司，則可申請免 徵。 5. 水源保育與回饋費（代徵）＝用水費（未含稅）×附徵百分比 5%（角以下均 四捨五入）。 依據國際水協會發布之2007 年自來水服務費用調查資料指出，水費最高的國 家為德國，每度水為新台幣 99.1 元，鄰近國家之日本每度為新台幣 35 元、新加 坡32.3 元、香港則為 18.4 元，均較我國高出甚多。而台灣在所調查的 30 個國家 或地區中排名倒數第四名，屬於低水價者［36］。顯示目前國內水價偏低，節水回 收的經濟誘因並不易呈現出來，以至於對於相關用水回收率規定要求，抱持較保 守的態度。
16 2.3.2 新竹科學工業園區污水下水道處理計價 園區內之工廠，規定皆需以自來水為供水水源，故在污水排放量計算是以自 來水用水量百分之八十計算。但是，對於執行水回收處理與節約用水成效較佳之 廠商而言，污水量實際上是比自來水用水量百分之八十還要來的少，故污水量計 算公式較不符合成本效益，也可能因此減少廠商執行用水回收處理的誘因。 根據「新竹科學園區污水處理及污水下水道使用辦法」［37］第十四條規定之 「新竹科學園區污水下水道使用費計價基準表」，條文第三條中說明（97 年 1 月 1 日起），具製程廢水廠商之污水下水道使用收費項目為水量、化學需氧量、懸浮 固體及有害污染物質，其污水下水道使用費收費計算公式如下： 污水下水道使用費＝Q×（CQ＋CC＋CS）＋（QH×CH） CQ為下水道收費單價＝6.8 元/m3。Q 為總污水量，CC為化學需氧量收費級距 單價，CS為懸浮固體收費級距單價，CH為有害污染物質或異常水量（COD 或 SS） 收費級距（異常水質第4，5 級）單價。QH為管理局通知廠商異常日起至廠商報 請管理局複驗日只知有害性或異常水質（COD 或 SS）之污水量，如經管理局複驗 檢驗水質不合格，由管理局再通知廠商改善、廠商再次改善後報請複驗，QH異常 污水量則累計至複驗改善完成當次之廠商報請管理局複驗日止。流量以當季日平 均用水量為計算單位。其納管標準為生化需氧量為300 mg/L，化學需氧量為 500 mg/L，懸浮固體為 300 mg/L。 廠商及機關之污水量（Q）計算，則依條文第四條說明分為：使用自來水水源 者，其污水量依自來水用水量百分之八十計算或使用非自來水原者，其污水量依 實際用水量計算或同時使用自來水水源及非自來水水源者，其污水量以第一款及 第二款污水量合併計算。條文第五條、第六條則分別說明：CC為化學需氧量收費 為24.9 元/公斤、CS為懸浮固體收費為26.4 元/公斤，依排放水之濃度不同而有不 同的收費級距、水質分級、分級費率。 第七條為有害性污染物質收費級距、水質分級、分及費率及收費單價計算公 式，其中 Pd為排放水水質濃度（mg/L），以每次採樣分析抽樣水質單獨計算；Psd 為進廠容許限值（mg/L），Uh為有害性污染物收費單價。各種有害性污染物收費單 價每公斤 1,000 元，收費項目如下：陰離子界面活性劑、油脂、酚類、銀、砷、
17 鎘、六價鉻、銅、總汞、鎳、鉛、硒、鋅、總鉻、氟化物、氰化物。 2.3.3 半導體廠超純水製造費用 如何設計超純水製造系統，主要考慮四個因素：產水的水質及水量、進水的 水質與水量、選擇的系統單元與當地法規的要求［38］。也因如此，不同考慮因 素的設計，也就有不同的設置成本與運轉成本。雖然國內高科技廠林立，但有關 半導體廠超純水製造系統運轉成本的分析，可供查詢引用的相關文獻的數量相關 缺乏，通常只有討論到水回收時，簡單的提到純水製造成本而已。一般來說，半 導體業超純水製造每噸水量之操作成本約在30~50 元/m3［39］。另外，可參考表 6 ［19］，文獻中指出，在日本，有些地區自來水水費高達301 円/m3（約台幣100 元 /m3 左右），為了因應未來水費逐年調漲及水源供給逐漸受限制之趨勢，故在超純 水製造系統中執行排水回收，如此，將可以大幅降低運轉成本。表 6 中，以供應 量2000 m3/天之超純水系統，在恆溫供給的條件下（通常為 23-25 ℃），不同回收 量會有不同的設置成本及運轉成本。當系統回收率75%時運轉成本為 420 円/m3與 無回收來比較，約節省305~230 円/m3。另外，在不考慮人力成本與系統保養成本， 以系統回收率75%的運轉成本來說，佔最大宗仍為自來水費，佔總運轉成本的 66%。 若不計算自來水費，以耗材更換 67%（含離子交換樹脂、化學藥品、RO 膜、UF 膜及TOC 的去除設備等）為最多，電費則為 19%，其餘則包含蒸氣、冰水成本。
18
19 2.3.4 廢水處理及回收成本 如同超純水製造系統，廢水處理成本或廢水回收成本也與產水的水質及水量、 進水的水質與水量、選擇的系統單元與當地法規的要求有絕對關係。特別是在廢 水回收部分，從處理系統的設置到處理成本的評估與決定都是非常主觀的，這通 常與各廠之現況、目標、法規要求，甚至與企業形象及未來遠景有關，故是很難 進行比較。本研究中個案工廠的水回收案評估，雖然是依法規規定必須被要求執 行，但現階段評估基礎，仍以成本進行考量的，這也是本研究的目的之一。在此 針對收集之文獻以表列方式進行說明並供參考，詳見表7： 表7 半導體廠廢水處理及回收成本相關文獻彙整 著作者 說明 結果 羅氏 2001 ［39］ 利用一套整合的小型模廠-陶瓷膜微過濾系統結合化學 混凝前處理，再搭配後段活 性碳吸附及逆滲透系統組合 來進行CMP 實廠廢水處 理，並以期能達到回收水質 為目標。 使用陶瓷膜微過濾系統搭配活性碳過 濾及RO 逆滲透設備能有效地回收 CMP 廢水，回收率高達 84%，回收水 質已達到超純水製程之中段水質。取 自模型廠操作條件，規劃每天回收 600 噸 CMP 廢水回收之操作成本約 43 元/m3。以化學混凝沉澱處理後之 排放水，經高級處理後使達到與本模 型廠回收之水質相似時，其操作成本 約在57.5 ~ 86 元/m3之間。 環保署 2003 ［40］ 晶圓製造業及半導體製造業 工廠之產能隨訂單與景氣而 起伏，或因新設廠會把較單 純的廢水處理後重回製程 中，廢水量較以前有微量降 低。各廠之廢水處理成本因 生產規模及上列各因素的影 響，仍存在很大的差異。 廢水處理成本，因各廠之經濟規模與 涵蓋項目相差太大之緣故，故不適合 做分析、比較。 資料來源：本研究整理
20 表7 半導體廠廢水處理及回收成本相關文獻彙整（續） 著作者 說明 結果 陳氏 2003 ［29］ 利用實驗設計中之拉丁方格與 田口式實驗設計進行氯化鐵瓶 杯試驗與電聚膠凝法試驗，最 後配合逆滲透法，對化學機械 研磨（CMP）廢水進行回收處 理，並探討各個操作參數對廢 水處理效果之影響，並初步估 計處理成本。 氯化鐵混凝法處理操作成本估計為 21.71 元/m3（藥劑費用約4.51 元 /m3，每立方公尺所產生之污泥處理 費用估計為17.2 元）。 電聚膠凝法處理成本約為27.17 元 /m3（藥劑費用約0.25 元/m3，所需 之電費成本約為7.22 元/m3。因此 每立方公尺電聚液所產生之污泥之 處理費用估計為19.7 元）。 逆滲透法之處理成本約為3.85 元 /m3（調整電聚液pH 值至中性所需 成本為0.05 元/m3。當逆滲透法於 清水回收率＝60%時，操作電費成 本為3.8 元/m3）。 林氏 2003 ［41］ 將CMP 及 BG 混合廢水由原本 納入氫氟酸廢水處理改為獨立 以高分子混凝處理回收。 CMP 及 BG 混合廢水納入氫氟酸廢 水共同處理，處理成本每噸78.7 元；將CMP 及 BG 混合廢水以高分 子混凝處理回收，回收成本每噸 39.3 元。兩者處理成本皆來自污泥 處理費，佔50%以上，其次是化學 藥品費。 巫氏 2005 ［26］ 使用高效率電混凝/氧化複合 技術進行CMP 廢水處理， Oxide CMP 廢水濁度去除率達 到99%，溶解矽去除率達 90%，總有機碳去除率達 90%。 實驗設備經過系統設計量化後，再 經由水處理工程公司初步成本分 析，運轉成本約為60 元/ m3，設置 成本約為108 KNT/CMD，設置成 本約為業界使用之超過濾系統的 58%。 資料來源：本研究整理
21 表7 半導體廠廢水處理及回收成本相關文獻彙整（續） 著作者 說明 結果 洪氏 2006 ［42］ 以物質流分析的方法，探討半 導體廠的用水量及廢水產出 量，以瞭解水資源在半導體生 產活動中的各種流動狀況。分 析結果可提供改善的參考，以 有效提高半導體廠在水資源上 的使用效率。本研究以新竹科 學園區的某家半導體廠為實際 調查研究的對象，研究中將分 析廠區內相關單元的用水及廢 水產出量。 每生產一片8 吋晶圓，須消耗水約 2.8 m3；每生產一片12 吋晶圓，須 使用3.0 m3的自來水。而回收一噸 CMP 廢水約需 110~135 元，廢水 廠處理一噸酸鹼廢水需8~10 元， 含氟廢水約30~35 元。就經濟成本 上考量，CMP 水回收根本不划算。 但若再將環境成本也考慮進去的 話，則相當程度的回收是需要的； 但回收的比例應該訂為多少，則必 須考量廢水特性與用水地區的環 境條件才算合理。 環保署 2007 ［14］ 由於每家半導體業者處理的程 序不一，大部份業者皆採用合 流式處理，由此無法單對研磨 廢水處理做一完整的分析。另 外，在訪談各廠時，拿取有關 污泥處理費用時，業者皆表示 該費用計算到廢棄物部分，與 本計畫無相關性，故不提供。 積體電路處理費用約28.15 元/m3； 氧化型或金屬型研磨廢液平均處理 廢水的費用分別約為37.3 及 44.32 元/m3。晶圓製造整廠平均處理費用 約14.01 元/m3。光電業之彩色濾光 片處理每噸廢水成本約為77 元，光 電顯示器處理廢水則約在 0.95~54.67 元/m3不等，而發光二極 體則為4.12~33.44 元/m3。另外，以 陶瓷過濾方式處理研磨廢水，其成 本為16.2 元/m3。 資料來源：本研究整理
22 表7 半導體廠廢水處理及回收成本相關文獻彙整（續） 著作者 說明 結果 環保署 2008 ［43］ 大部分廠商均未針對單股廢水 處理成本進行估算，其中僅有 一廠提供各股廢水處理成本。 TFT-LCD 製造廠家之廢水處理成 本介於14~35 元/m3間，其中以藥 品費為最大宗之操作成本(佔總操 作成本57%以上)；LED 製造廠廢 水處理成本約12 元/m3，其中藥品 費用約佔操作成本36%；半導體製 造業廠家之處理成本介於10~27 元/m3，其中藥品費佔其操作成本 55~88%。其中，提供各股廢水處 理成本，該廠96 年 8 月份統計數 據結果，廠內氟系、酸鹼和有機廢 水46.64、12.41 和 17.05 元/m3， 整廠平均處理成本為25.37 元 /m3，該成本計算基準包含藥劑 費、污泥處理費、耗材及維修費、 電力費、人事成本等，將上述費用 加總後，再除以當月處理水量。 資料來源：本研究整理 2.4 工程經濟的分析評估 2.4.1 工程經濟分析評估步驟 工程經濟是一項決策工具，主要探討面對若干投資方案時，如何在有限的資 源下，根據資金分配原則，選擇最佳的投資分案。而工程經濟分析是以金錢價值 或經濟效用為評價基礎，計算收益及成本之金錢時間價值，進而用來評比並決策 方案的技術。方案的發展與選擇有一個重要的程序，這套程序的通用名稱為解決 問題方法或決策程序，其步驟為［44］：
23 1. 了解問題並定義其目的。在定義問題之前必須先了解問題，然後才能進行其他 分析工作。問題界定出來之後，再以系統分析的方式來進行，在定義問題的時 候，其邊界及範圍都須仔細定義。當評估程序中之資訊與原來問題的模擬有所 不同時，就必須重新定義問題。 2. 收集相關資訊。本研究方案採用現金流量方法建構出產出的結果。其淨現金流 量就是在每一個時間點所有流入之現金收入或節省之成本及流出之現金成本 或花費之差額。 3. 定義所有可能的方案並估計之。依定義的問題找出可行方案，檢視過濾並選擇 可行方案組合。可行是指每一被選擇進行的方案是經過初步評估後，被認為可 以滿足或超越問題定義之需求目標。 4. 利用一個或多個特性指出決策的準則。決策的準則是要提供決策者選擇一個最 能符合或超越目標方案的依據，因此經濟決策準則在工程經濟分析中十分重 要。 5. 評估每個方案，利用敏感度分析去提升此評估。工程問題的經濟分析主要依方 案的現金流量去估計，因此必須去得到現金流量的預測值。藉由現金流量的的 建立，去比較各方案的優劣。不確定性及風險性也利用敏感度分析提升評估可 靠性。 6. 選擇最佳方案。當完成前面的步驟後，分析結果與決策方向，即可得到最可行 方案。 7. 執行方案。 8. 監督其結果。方案開始執行時，監督的工作是必須的，可以確認改善目標並減 少不確定性。藉由事前事後分析比較，提供以後參考，可作為日後改善的依據。 工程經濟在所有步驟中扮演重要角色，由其主要在步驟2 到 6。步驟 2 和 3 建 立所有的方案，並對每一方案估計。步驟 4 需要分析指出替代方案的特質，這樣 便可應用此技術。步驟5 利用工程經濟模式去完成評估並執行敏感度分析［44］。
24 2.4.2 貨幣時間價值 資本可以創造更多財富，大部分之工程經濟研究都包括投資期間之分析，金 錢隨著時間的流轉會比現在增值，因為它可得到利息（或獲利），所以金錢是有時 間價值的，當資本投資在工程或商業計畫時，一定要考慮其成本的時間價值。為 了後續的研究，分別以下列要素說明： 1. 利息觀念 利息（insterest）是金錢時間價值的具體表現，代表使用金錢所需之租金。利 息的支出有兩種不同角度可供觀察，及利息的支出與利息的收入，其可從以下關 係式求得。 利息＝結束金額－起始金額 若將某單位時間內之利息表為原始金額（本金）百分比，即稱之為「利率」 （interest rate）或「報酬率」（rate of return, ROR）。
利率使用的時間單位稱為「利率週期」（interest period）。目前最常使用的利率
週期為一年，當然也可以使用較短時間計算。一般情形，若只敘述利率，通常的 利率週期為一年。
「投資報酬率」（rate on investment, ROI）在某些產業環境等同於「報酬率」，
尤其廣泛應用於大筆資金投入之工程專案。支出利息較適用借款人的角度，收入 報酬則屬於投資者觀點。工程計畫案的評估乃在預設一項合理的報酬率（rate of return, ROR），以決定方案可行與否。合理的報酬率又稱作「最低接受報酬率」 （minimum attractive rate of return, MARR）。對企業而言，設定的MARR 必須高於 資金成本標準，不可低於該企業投資專案時所產生的利率支出。 利息、利率週期及利率，有助於計算前一期與後一期的等值金額。當利率週 期大於1 時，是需要使用單利與複利概念，說明如下： 單利：單利的情況就是將一週期所得到的利息與本金不再投下一計息週期。 此種單利在現代商業已很少使用。多期的單利公式如下： 利息＝（本金）（週期數）（利率） 複利：複利的情況就是將每一週期所得到的利息與本金再投下一利息週期，
25 所以利滾利的情況一直重複。複利利息也反映出金錢時間價值。一期 的複利計算為： 利息＝（本金＋各期利息累計）（利率） 2. 等值觀念 個方案必須要產生類似結果、達到同一目的或執行同一功能，才能互相比較。 其最大問題是當利息在比較之時間中產生時，如何利用等值之基礎，使方案能互 相比較。因此，等值之基礎有賴於：（1）利率，（2）相關之貨幣，（3）貨幣支付 或獲得時間點，（4）投資產生利息或利潤之方式。 3. 折舊觀念 可折舊的資產就是一企業可把資產的折舊當做收入減項的財產，以美國稅法 的內容看，可折舊財產具有下列特性: （1） 必須為企業擁有或使用並產生收入。 （2） 有一定的服務期限，且長於 l 年以上。 （3） 會因自然原因的使用而磨耗，損壞變成過時或失去價值。 可折舊財產包括建築物、機器、設備、運輸工具;存貨不是可折舊財產，因為 在企業一般的活動，它主要是來銷售給顧客，若資產沒有一定的服務期限，就它 不用提折舊，如土地不可折舊［45］。 依國內商業會計法第46 條規定，折舊性固定資產，應設置累計折舊科目，列 為各該資產之減項。固定資產之折舊，應逐年提列。固定資產計算折舊時，應預 估其殘值，其依折舊方法應先減除殘值者，以減除殘值後之餘額為計算基礎。固 定資產耐用年限屆滿，仍可繼續使用者，得就殘值繼續提列折舊。 過去折舊會計選擇可折舊期間，是建立在一資產能服務的時間，但決定資產 服務時間通常很困難，美國官方發行分類資產的使用年數使用說明，即資產折舊 範圍（Asset Depreciation Ranges , ADRs），這些使用手冊將分類資產使用年數，依 歷史資料訂出一個範圍［45］。以國內來說，所得稅法第五十一條規規定，各種固 定資產耐用年數，依固定資產耐用年數表之規定。但本研究水回收系統並沒有列 舉在固定資產耐用年數表中，故以十年估列。
26 依現行商業會計法第47 條規定，固定資產之折舊方法，以採用平均法、定率 遞減法、年數合計法、生產數量法、工作時間法或其他經主管機關核定之折舊方 法為準；資產種類繁多者，得分類綜合計算之。其中，平均法也稱直線法，因為 本研究之個案實廠是採用之平均法，所以只介紹此種折舊方法。 平均法折舊表示固定資產提供的服務是均勻的方式，即在它服務期間每年都 提供相同的服務量。平均法每年的折舊費用是資產淨成本的相同比例成本，以下 表示其關係： Dn＝（I－S）/N 式中 Dn＝第n 年折舊費用 I＝資產成本，包含設置費用 S＝使用終了時之殘值 N＝使用年數 殘值之預計標準，應以等於該項資產之最後一年度之未折減餘額為合度，其 計算公式如下：殘值＝固定資產之實際成本/（耐用年限表規定之耐用年限＋1）。 4. 現金流量公式
現金流量圖（cash flow diagram）是一項相當重要的經濟分析工具，尤其可應 付多筆且複雜的流量系列。現經流量圖是利用圖形化的方式，將現金量至於時間 軸上，內容包含已知值、估計值及所需值等訊息。因此，完成現金流量圖後，即 能以圖表解決問題。 在現金流量圖中，t＝0 代表現在時間，t＝1 代表時段 1 的終點。假設我們以 年計期，圖1 之時間軸為 5 年，由於期末慣例指出現金流量發生在期末，故 1 代 表德是第一年年終。 圖1 典型的 5 年現金流量時間軸 第1 年 第5 年 0 1 2 3 4 5
27 現金流量圖內的箭頭指向也很重要。箭頭垂直向上表正流量，相反的，箭頭 垂直向下表負流量。圖2 顯示第 1 年終為收入（現金流入），第 2 與第 3 年年終 含相同的支出（現金流出）。 圖2 正向與負向現金流量 為了可以計算方案現金的現值或未來值，將現金流量的公式說明如下。 （1） 一次支付 一次支付的現值（P）與終值（F）的經 n 年（週期）關係，如圖 3 及表 8， F/P 與 P/F 因子：標記、公式及試算表函數。 ＋ 1 2 3 時間 － 現 金 流 量 ＄
28 圖3 一次償付因子現金流量圖：（a）求 F 值；（b）求 P 值 表8 F/P 與 P/F 因子：標記、公式及試算表函數 因子 未知/已知 標準標記 公式 因子公式 Excel 函數 標記 名稱 (F/P, i, n) 一次支付複利因子 F/P F＝P(F/P, i, n) F＝P(1+i)n =FV(i %, n,,P) (P/F, i, n) 一次支付現值因子 P/F P＝F (P/F, i, n) P＝F[1/(1+i)n] =PV(i %, n,,F) （2） 等額支付 共有4 種「等額系列」公式包含 A（等額期值），其中 A 需為：現金流量需發 生再連續的利率週期及每利率週期出現的現金流量需相同。4 種「等額系列」公式，
如圖 及表 2.5 P/A 與 A/P 因子：標記、公式及試算表函數。如圖 及表 2.6 F/A 與 A/F 因子：標記、公式及試算表函數。 P＝已知 0 1 2 n-2 n-1 n （a） i＝已知 F＝? P＝? 0 1 2 n-2 n-1 n （b） i＝已知 F＝已知
29 圖4 現金流量圖：（a）已知等額系列求 P 值；（b）已知現值求求 A 值 表9 P/A 與 A/P 因子：標記、公式及試算表函數 因子 未知/已知 因子公式 標準標記 公式 Excel 函數 標記 名稱
(P/A, i, n) 等額系列現值因子 P/A [(1+i)
n-1]/
[i (1+i)n] P＝A(P/A, i, n) =PV(i %, n,A,F) (A/P, i, n) 資本回收因子 A/P [i (1+i)
n]/
[(1+i)n-1] A＝P (A/P, i, n) =PMT(i %, n,P,F)
P＝? 0 1 2 n-2 n-1 n （a） i＝已知 A＝已知 P＝已知 0 1 2 n-2 n-1 n （b） i＝已知 A＝?
30 圖5 現金流量圖：（a）已知等 F 求 A 值；（b）已知等 A 求 F 值 表10 F/A 與 A/F 因子：標記、公式及試算表函數 因子 未知/已知 因子公式 標準標記 公式 Excel 函數 標記 名稱
(F/A, i, n) 等額系列複利因子 F/A [(1+i)n-1]/ i F＝A(F/A, i, n) =FV(i %, n,A,P) (A/F, i, n) 下沉基金因子 A/F i /[(1+i)n-1] A＝F (A/F, i, n) =PMT(i %, n,A,F)
2.4.3 現金流量表之建立 為了可以明確了解現金的流量，方便去分析比較出各方案的經濟效益，進而 選出最佳的方案，所以建立現金流量表是非常重要的一個步驟。現金流量表的建 立方式，是先將損益表建立起來，求得淨收入值，接著將營業、投資、及融資活 動的現金流量的要素分別列舉出來就可得到現金流量表，現金流量表的列舉內容 如表11 所示［45］。 F＝已知 0 1 2 n-2 n-1 n （a） i＝已知 A＝? F＝? 0 1 2 n-2 n-1 n （b） i＝已知 A＝已知
31 表11 現金流量要素分類表［45］ 現金流量要素 企業使用的其他名詞 1. 營業活動 毛收入 總收入、銷貨收入、毛利、營業收入 成本節省 成本降低 製造費用 銷貨成本、收益成本 操作維護費用 營運費用 營業收入 營業利益、毛邊際收入 利息費用 利息支付、債務償還 營利事業所得稅 應付營利事業所得稅 2. 投資活動 資本投資 新設備採購、資本支出 殘值 淨售價、處理價值、重售價值 營運資金投資 營運資金需求 營運資金釋出 營運資金回收 3. 融資活動 借入資金 貸款金額、借入金額 本金償還 貸款償還 現金流量要素的分類，說明如下： 1. 營業活動 因營業活動所產生的現金流量，包括:銷售收入、銷售成本、營業費用以及營 利事業所得稅。貸款中所支付的利息，可以列為淨收入中可減免的費用，並且可 包括在營業活動內，現金流量常以年為基礎來表示。 淨現金流量可以用下列兩種方式來決定:第一種為淨收入，第二種為在不同階 段計算營利事業所得稅的現金流量。若使用淨收入為現金流量的起點時，應該加 入所有非現金的費用(主要是指折舊和攤提費用)，來得到淨現金流量。但折舊(或 攤提)不是現金流量，而是一種可抵減的費用，連同營業費用和租金成本，都是由 毛收入到應課稅收入的稅額計算中，可以抵減的費用。但是折舊是從現金流量中 被減去的，因此若想用淨收入的數字作為計算稅後現金流量的中介步驟，則應把 折舊再加回去。 2. 投資活動
32 一般來說包含三項：期初投資、殘值、營運資金的投資或回收。而資本投資 和營運資金投資在現金流出上都假設是發生在第 0 年。但有時候是隨著方案的進 行採逐月支出，因此有時候也會以第 l 年作為投資的開始。這在小型方案上，兩 種方式都可行。 3. 融資活動 這是屬於借貸的行為，包括：借人的金額及本金的償還。另外利息是屬於可 抵減稅的一項支出，因此算是一種營業活動，而不是融資活動。 若是將該年的營業、投資、及融資活動的淨現金流量總和起來，就可以得到 某一年的淨現金流量。 2.4.4 工程經濟分析評估方法比較 工程經濟中針對工程方案的評估通常有 3 種採行方式，此方式也稱為資本預 算評估的方法。第1 種是回收年限法（Payback Period，PP），此方法是一種簡單而 常用的獲利率指標，該指標量測計畫現金流量等於起始投資所需的時間，又稱還 本期限法。簡言之，用於衡量回收資金所需的時間而非報酬率，即「回收年限（PP） = 原始投資 / 每年現金流量」。決策準則是越快回收，越值得投資。
第2 種是本論文所採用的淨現值法（Net Present Worth，NPW 或 Net Present Value，NPV），由於投資是一個持續有時間性的行為，故在計算投資報酬時，應考 慮此貨幣時間性的因素，將未來的預期收入與支出折算成現在的價值。計算方式 為根據資金成本，決定一個合理可接受的報酬率，據此將未來各年的淨現金流量 折算成現值後累計，即「淨現值（NPW） = 原始投資－使用期限內現金流量之折 現值」。與期初投入成本相較，若大於或等於期初投入的成本，此投資估計會有獲 利則可進行。若小於期初投入之資本，則此項投資估計為損失，應予取消該計畫。 若多個方案可選擇，則以淨現值較高者為主要考量。
第3 種評估的方法是內部報酬率法（Internal Return Rate，IRR），與淨現值法
相似，同樣將一項投資在其生命週期中，將各年現金流量折現後累計。惟不同處 是將淨現值設為零，以求折現率（內部報酬率）的值，即「內部報酬率（IRR）=
