探討半導體業之水資源回收再利用及處理分析－NDL為例

國 立 交 通 大 學

工學院碩士在職專班產業安全與防災組

碩 士 論 文

探討半導體業之水資源回收再利用及處理分析－NDL

為例

Study on the Water Management and Recovery for

Semiconductor Industry –NDL as an Example

研 究 生 : 李 豫 弘

指導教授 : 柯 富 祥 博士

探討半導體業之水資源回收再利用及處理分析－NDL 為例

學生：李豫弘

指導教授：柯富祥

國立交通大學工學院碩士在職專班產業安全與防災組

摘

要

本論文之研究目的在於探討半導體業之水資源回收再利用及處理分析之重要性，由 於台灣需要的是建立一個整合國內奈米相關設備環境及提供對先進奈米製造和系統整 合技術的機制，以增進國家研究資源的有效運用，因此國家奈米元件實驗室（NDL）提 供國內學界所需之奈米尺度半導體製程與奈米元件技術實驗室研究環境，亦提供學界包 含奈米電子、奈米光子、奈米生物元件，奈米功能性材料，以及與晶片系統整合技術的 研究使用，技術諮詢和各類合作，提升我國科學技術的研發能量，增強台灣在此重要奈 米科技領域的國際競爭力。 NDL 為提供良好的研究環境不論空調、純水、一般氣體、製程冷卻水供應方面， 除應付日益增加的需求量外，並加強研究所需品質；在工安方面，增添毒氣偵測系統， 以保障人員安全；在廢水、廢氣等之排放方面，為免污染環境，則特別加強環保處理。 為達上述要求更需可觀的運行、維護及維修開銷與支援，為保證高質量的運行，亦必須 培養穩定的具有高水準研發維護能耐的團隊，以達到與業界相同規格潔淨室之目標。 半導體製程進入奈米尺寸後其程序變得更繁瑣，相對所需之超純水規格更是嚴格且 用水量甚大，就台灣之水資源缺乏現況來說，更突顯水資源之可貴與重要性，期藉由此 論文研究進行水資源之回收再利用及處理分析，針對半導體製程需求面，依水的用途、 用量及系統流程等各方面，進行分析探討如何能節省水資源及降低運轉經費，將廣泛推 廣技能知識並與學、業界分享成果，一同為台灣水資源盡一份心力，不讓下一代子孫為 水資源不足問題而煩，更讓台灣走向全世界之奈米科技發展，並佔有一席領先地位。

Study on the Water Management and Recovery for Semiconductor Industry

- NDL as an Example

Studebt：Yue-Hung Lee Advisior：Fu-Hsiang Ko

Department of Industrial Safety and Risk Management and Institute of Engineering National Chiao Tung University

Abstract

The objective of this paper is to study the importance of water-recovery/waste and water resources analysis and management for semiconductor industry. We need an organization which could provide integrated nano-related facility environment, advanced manufacturing and system integration to enhance the usage of national resource. NDL （National Nano Device Laboratories）provides below services to academic communities such as Laboratory environment with nanometer scale of semiconductor process and device - including nano-electronic, nano-photonic, nano-biological device and material, research in the system-on-chip, technical consultants and other cooperation. Thus, NDL could raise our research and design capabilities of our own country and be more competitive in nano-technology globally.

In order to provide better research environment, such as air conditioner, water purification, ordinary gas and cooling water supply. NDL manages the boosted inquiries and emphasize better quality. Such as installing the toxic gas detector system to ensure the safety of employees; enhance the environmental protection when dealing with waste water and gas to prevent pollution. To achieve above goals, a professional team with better research and design capability to handle cost and service is needed, and also to meet the same standard of clean room is important too.

Semiconductor processes become more complicated as it scales down to nanometer. Pure water spec for its usage has to be with higher standard and larger amount. The water resource becomes more and more important due to the insufficient resources in Taiwan. In thisthesis,

water-recovery/waste and water resources analysis and management of the semiconductor industry would be studied and researched. We will do more analysis to find out how to save the water and reduce the operation cost in different purposes, amount and flow charts. . etc.. Also, we would like to share the knowledge with academies and enterprises to solve the shortage of water supply for the next generations. If we succeed in it, then Taiwan will play an important role and lead the world to nano-technology.

誌 謝

俗話說：「活到老學到老。」人生就該秉持著學無止盡去努力。兩年多的研究所求 學之路，對我這個四十歲的中年人而言備感艱辛，往往受限於體力與腦力的競爭，為了 兼顧家庭、事業與學業，更是挑戰了我的極限。所幸有了老婆、孩子及家人的支持；親 友、同事及同儕之間的鼓勵；恩師、上司及周遭朋友的鼎力相助，讓我一路走來滿懷感 激，更加全力以赴。 此番論文能夠順利完成，心中要感謝的人何其多：首先要感謝我的指導教授柯富祥 博士，在研究撰寫期間的悉心指導，給予我最適切的方向，若沒有您的激勵，我想我是 無法如期完稿的，在此衷心的表達本人的謝意。另外，在研究實驗階段，特別要感謝國 家奈米元件實驗室的長官與同仁們，不辭辛勞的協助彙整資料，使我得以用最精闢的數 據推算出結果。謝謝曾經助我一臂之力的廠務弟兄們，再則要感謝內人瑞玲，願意充當 我的專屬校稿員，不厭其煩的一遍又一遍地幫我訂正錯別字，親愛的老婆，真是辛苦妳 啦！ 兩年的求學生涯中，甘苦參半，用心做學問方知箇中奧妙，也才能領略出知識的領 域何其廣泛，日後我將繼續追求新知，好讓自己更上層樓，不負眾望。謝謝我敬愛的父 母，謝謝我親愛的兒女，你們是我的驕傲，希望你們也能以我為榮。 本文是我的苦心之作，願與所有關心我、愛護我的親友，共享之。 李豫弘 謹誌

國立交通大學 中華民國 96 年 3 月

目

錄

中文提要 ……… i 英文提要 ……… ii 誌謝 ……… iv 目錄 ……… v 表目錄 ……… vi 圖目錄 ……… viii 一、 緒論……… 1 1.1 研究目的……… 1 1.2 研究方法……… 2 二、 文獻回顧……… 3 2.1. 水資源回收再利用之現況……… 3 2.2. 水資源回收之技術與成本……… 10 三、 研究水資源回收再利用理論依據及策略……… 26 3.1 逆滲透原理……… 26 3.2 離子交換樹脂……… 29 3.3 化學混凝……… 34 3.4 活性碳……… 35 3.5 TOC 儀器原理……… 36 3.6 製造流程改善措施……… 39 3.7 水資源回收利用種類……… 41 3.8 放流水之水質……… 42 3.9 自來水危機與開源節流……… 45 3.10 廢水回收再利用之相關法令……… 48 3.11 廢水回收再利用之相關優惠獎勵措施……… 53 四、 節水方案規劃與探討……… 56 4.1 真空脫氣塔冷卻水……… 56 4.2 逆滲透膜濃縮水……… 56 4.3 空調冷凝水……… 56 4.4 化學機械研磨廢水……… 57 4.5 限外濾膜濃縮水……… 58 4.6 離子交換樹脂再生廢水……… 58 4.7 半導體製程機台廢水排放……… 59 4.8 延長機台再生反洗時間……… 60 五、 結果與討論……… 61 5.1 台灣地區自來水資源比較統計……… 61 5.2 水平衡圖、製程回收率、全廠回收率及全廠排放率……… 61 5.3 實驗室各項節省措施與水量彙整統計……… 65 六、 結論、建議與展望……… 66 6.1 結論……… 66 6.2 建議……… 66 6.3 未來展望……… 67 參考文獻 ……… 68

表 目 錄

表 2-1-1 半導體潔淨室等級區分……… 3 表 2-1-2 自來水中不純物去除設備一覽表……… 5 表 2-1-3 半導體 DRAM 要求水質規格……… 6 表 2-1-4 新竹縣市 94-95 年自來水質平均統計表……… 7 表 2-1-5 廢水園區納管及處理排放標準……… 8 表 2-1-6 ㄧ般半導體廢水處理及成分表……… 8 表 2-1-7 各行業與回收處理技術之關連性……… 10 表 2-2-1 新竹工業科學園區回收率定義……… 11 表 2-2-2 新竹工業科學園區回收率區分……… 11 表 2-2-3 各單元水回收處理應用與汙染物去除分析……… 13 表 2-2-4 台灣省自來水公司水價及水費速算表……… 14 表 2-2-5 台灣省自來水公司各口徑基本費……… 14 表 2-2-6 環保單位核定代徵清潔處理費每度之單價……… 15 表 2-2-7 台北市用水量級別及累進計費價格表(每戶每月)……… 17 表 2-2-8 台北市基本水費表（每戶每月）……… 17 表 2-2-9 台北市清除處理費費率表……… 18 表 2-2-10 下水道費率表……… 18 表 2-2-11 分段加壓維護管理費收費標準……… 18 表 2-2-12 水污染防治費之污染物項目、污染當量換算值……… 19 表 2-2-13 新竹科學工業園區污水下水道收費標準……… 20 表 2-2-14 水資源回收成本、用途與投資設備分析表……… 24 表 3-1-1 逆滲透膜依材質性能之比較表……… 26 表 3-1-2 薄膜對物質分離範圍比較表……… 28 表 3-2-1 離子交換樹脂之特性比較一覽表……… 30 表 3-2-2 合成離子交換樹脂之主要製造廠商……… 31 表 3-3-1 化學混凝常用化學藥品之特性表……… 34 表 3-4-1 活性碳孔隙結構分類表……… 35 表 3-6-1 真空脫氣塔與脫氧模組特性比較……… 41 表 3-7-1 冷卻水塔水質建議表……… 42 表 3-7-2 灌溉用水水質一覽表……… 42 表 3-8-1 事業、污水下水道及建築物污水處理設施之放流水標準………… 43 表 3-8-2 依各事業單位類別放流水之標準……… 44 表 3-9-1 92-93 年水資源概況……… 45 表 3-9-2 台灣主要水庫蓄水情形……… 45 表 3-10-1 廢污水排放與再利用之相關法規與標準……… 48 表 4-1-1 真空脫氣塔之冷卻水進出口水質……… 56 表 4-2-1 逆滲透濃縮水水質……… 56 表 4-3-1 空調冷凝水水質……… 57 表 4-5-1 限外濾膜濾透過水與濃縮水之水質……… 58 表 4-6-1 離子交換樹脂再生之回收水質……… 59 表 4-7-1 半導體製程回收之水質標準與其處理方式……… 59

表 5-1-1 台北市、新竹市及高雄市自來水費比較表……… 61

表 5-2-1 NDL 實驗室規劃水平衡圖之符號說明及水量表……… 62

表 5-2-2 NDL 實驗室運轉水平衡圖之符號說明及水量表……… 64

圖 目 錄

圖 2-1-1 半導體製程主要流程圖……… 4 圖 2-1-2 NDL 超純水製造流程圖……… 6 圖 2-1-3 NDL 廢水處理流程圖……… 9 圖 2-1-4 工業廢水水質分析處理方式……… 12 圖 3-1-1 逆滲透膜原理示意圖……… 27 圖 3-1-2 逆滲透膜剖面示意圖……… 26 圖 3-2-1 離子交換樹脂塔結構圖及再生步驟示意圖……… 33 圖 3-4-1 活性碳再生步驟示意圖……… 36 圖 3-5-1 電磁波波譜圖……… 37 圖 3-5-2 氧化反應曲線圖……… 37 圖 3-5-3 總有機碳儀器原理曲線圖……… 38 圖 3-5-4 總有機碳分析儀器結構圖……… 38 圖 3-6-1 離子交換樹脂再生用水改善成果……… 40 圖 3-6-2 研磨製程廢液處理改善成果……… 41 圖 3-9-1 世界各國之平均降雨量……… 46 圖 3-9-2 世界各國之平均每人每年使用量……… 47 圖 4-3-1 空調箱內部結構配置圖……… 57 圖 4-4-1 化學機械研磨示意圖……… 57 圖 4-5-1 限外濾膜之結構與其流向圖……… 58 圖 4-7-1 NDL 製程機台廢水回收再利用流程圖……… 59 圖 5-1-1 NDL 實驗室規劃水平衡圖……… 62 圖 5-1-2 NDL 實驗室運轉水平衡圖……… 64

一、 緒論

1.1 研究目的 位於太平洋西緣、花綵列島中段與中國大陸以台灣海峽相隔的台灣，為歐亞 大陸板塊與太平洋板塊、菲律賓板塊所擠壓抬昇隆起的新生海島，面積為三萬六 千平方公里，南北狹長，長約四百公里、寬約為二百公里，地跨熱帶與副熱帶兩 個氣候帶，年平均溫度為攝氏 25 度屬於亞熱帶海島型氣候，其自來水來源受到 大自然之限制與地形影響甚鉅，春冬之際久旱不雨，夏秋之際則遭颱風狂雨肆虐 往往造成水庫為了安全需進行調節性之洩洪，而無法將豐沛雨水儲存於缺水時使 用。故台灣之水源供應儲存及水資源回收與利用，是現今奈米科技產業不斷發展 研發生產進步下，水資源需求愈來愈多情況下，最重要之研究與推廣課題之一。 就目前新竹科學工業園區之用水量，每日高達一十二萬六千噸【5】 ，據廠商初步估 計如因缺水導致停工，再復工每一日損失將高達新台幣百億之上，而此是繼電力 短缺之後，投資廠商不論國內外最重要之投資風險評估之考量因素。 水是生命的源泉，工業的血液，城市的命脈，也是人類生活與生產活動不可 或缺的重要物質，更是維繫自然生態平衡一項不可替代的重要資源。隨著經濟發 展人口增加與人們物質文明的日益提升，世界各地對水的需求與日俱增，許多國 家或都會城市已出現嚴重的水資源供需矛盾，缺水與爭水等問題甚至引發了地域 與地域間、族群與族群間、標的與標的間，甚至國度與國度間的紛爭，因此水資 源危機已引起當今世界各國的普遍關注。臺灣水資源天然條件不良，然而，因應 邁向現代化國家，今後面臨社會與經濟持續發展、都市化及人口壓力，需水日增， 可用水源減少，增闢新水源之成本增高，加以社會維護環境及生態環保意識抬 頭，水資源建設日益艱難。如何以有限之水資源，充份滿足未來長期性之需求， 未來水資源規劃工作將更為艱鉅，更具挑戰性；必須以創新之觀念，動態之遠見， 結合先進之資訊科技與水資源技術，掌握水資源規劃開創新紀元之契機，期使此 攸關民生經濟之重要資源，達成合理分配充分利用與永續經營。 同時半導體業已進入奈米科技，故在製造過程中不論是環境或原料均不容許 有微塵粒子或是污染物存在，因此經常使用超純水來進行生產元件之洗滌之用， 所以其使用量是龐大的。而為求臺灣水資源環境之永續經營與利用，在環境限制 面上，政府應依據環境中水資源之總量，於各需求面中合理且有效的彈性調配及 分派水資源，並提高用水及回收利用效率。在水資源的開發方面，摒除具高度破 壞生態環境與影響水文循環的開發方式，並積極研發多元化的水資源替代開發方 式，加強河川逕流開發使用效率，減緩地下水源之超量抽取，保護原有大自然美 麗景觀。 就經濟部水利署「台灣地區各標的目標年用水量估計報告」92 年台灣地區 總用水量約為 176 億立方公尺，工業用水約佔 9.14％、生活用水 20.19％及農業 用水 70.67％。預估 100 年台灣地區總用水量約為 200 億立方公尺，工業用水約 佔 12.45％、生活用水 21.21％及農業用水 66.34％，工業用水成長 3.31％約 9

億立方公尺。半導體產業依水資源用途與其需求大致可以分為製程用水、空調用 水、生活用水及其他用水等四類，而如何在此四類中進行水資源回收或再利用， 依其水質標準應用甚廣，在廠區中如：廁所用水、廢氣處理用水、景觀灑水、空 調冷卻水等。面對缺水的壓力下如何達到原設計甚至超過，雖利用工業廢水回收 再利用技術較適合使用量較大之產業，節省水資源及永續經營的路徑。而本實驗 室將依其特殊性考量來就其技術、成本進行水資源之回收再利用，回收時並採用 適當設備達到所需水質要求。 1.2 研究方法 在了解水資源與回收再利用之重要性之後，就以實驗室來進行分析統計與探 討，首先由於實驗室之特殊性與一般業界之差異性，進行規劃與設計時一大學問 如何在使用量不多又要回收符合設置規定，是一個很嚴肅的課題。目前已進入研 究運轉維護階段，因需進行多方面不同性質研究開發，所以在水資源管制與回收 均須非常慎重仔細方可達到所需之設計標準。 綜合實驗室之水資源可以從製程上、廠務供應系統（超純水、空調、廢氣等） 及廢水處理上來進行水資源之利用與回收再利用。就製程上來說使用最多超純水 的是濕蝕刻清洗機台（Clean Bench），為將晶圓（Wafer）經由製程機台過程後 之多於物品以化學藥品去除，來達到原設計需求之厚度，如何利用清洗之水來回 收利用是一個課題。廠務超純水製造系統中，除了是將水中之不純物去除所產生 之各種不同類型之廢水進行處理利用，及各設備單元在製造過程中所需要的水資 源進行回收涵蓋系統分析儀器，潔淨室空調由於是全年運轉同時又將維持恆溫、 恆濕、高潔淨度等相關規範之環境，所使用之冷卻水塔亦是一個耗用水資源極大 設備。廢水處理是將實驗室所有製程廢水，經由分類回收處理再利用到各個不同 場所或設備。也在此前提之下如何在空間、技術、成本間進行最佳之資源與回收 再利用評估亦是一個研究課題。 經由原有之設計規劃實際運轉後發現，雖然工業廢水回收再利用技術較適合 使用量較大之產業，既可節省水資源亦是永續經營的必然路徑之一，仍有一些改 善措施過後不僅機台運轉更佳平順穩定，又可以將水資源進行回收再利用。

二、 文獻回顧

2.1 水資源回收再利用之現況 2.1.1 半導體業製程概述【1】 所謂半導體（semiconductor）是一種介於導體（conductor）與絕緣體 （insulator）之間的一種材料，而半導體、導體和絕緣體之間最大的不同就是半 導體中有兩種帶電載子同時存在來傳導電流，電子（electron）帶負電，電洞（hole） 帶正電，而半導體的特性決定於摻雜（doping）離子種類來決定（n 型－磷，p 型 －硼）。材料導電之性質以導電性（conductivity）來定義，導電性愈高是良導體， 導電能力也可以用導電能力來判斷，也就是阻抗係數的倒數來量測，材料的阻抗係 數愈小導電能力愈強。IC（Intergrated circuit）積體電路就是將許許多多的二 極體或是電晶體整合於一個非常小的晶片（chip）上，其具有體積小、功能強、變 化性大等特性，其應用範圍不論是國防、交通、通訊、電腦、家電甚至是隨身物品， 其功能主要是控制、運算和記憶等，是電子資訊產品最重要之零組件。 IC 的製造通常是以矽（silicon）和鍺（germanium）為底材，從材料準備、長 晶及晶圓製造、切割測試封裝後，再將已設計完成的電路經由光學顯影（Photo）、 快速高溫製程、化學氣相沉積（CVD）、離子植入（Implanter）、蝕刻（Etching）、 化學機械研磨（CMP）、多層金屬連線等製程，主要流程【1】 如圖 2-1-1。而在半導體 之製程中如：濕蝕刻、化學機械研磨皆使用到水資源來作為製程中之必須過程之 一，也由於半導體由毫微米（um）進展到奈米（nm），這些製程與研發均須在潔淨 室中進行，導致潔淨室等級要求愈來愈嚴格其各項規定【6】 ，如表 2-1-1 所示。 表 2-1-1 半導體潔淨室等級區分

圖 2-1-1 半導體製程主要流程圖 晶片 晶片清洗 閘層氧化 光阻覆蓋 曝光 氮化矽 / 氧化膜 氧化膜 複晶矽沉積 矽化鎢沉積 T _E O S 沉積 硼酸氧化膜 金 屬膜 護層沉積 化學蝕刻 電漿蝕刻 離 子植入 光阻去除 矽晶融合 晶背研磨 晶片成品

2.1.2 超純水製造處理流程 超純水是半導體業、生化業、薄膜電晶體(TFT)、製藥業、食品業、核電廠等 在製造過程中扮演著相當重要的角色，就其定義【2】 而言：水中的蒸發殘留物數以 ppb 為單位即稱為超純水，若水中有離子、微粒子、微生物、有機物等，對晶片製 程中的氧化膜、多結晶膜、金屬連線等均對半導體製造造成巨大影響，使 IC 的電 氣特性受到嚴重破壞。超純水之水質通常依照 DRAM 來制定其水質標準如表 2-1-3 【4】 。如何將自來水質中之所有雜質【3】 如表 2-1-4，依水中各種不同物質採用各式方 法將其去除，已獲得高純度之超純水來做為半導體奈米製程之研究與開發，而超純 水之標準亦隨著邁入奈米時代其水質要求日益嚴苛，不僅其水質佳更須能穩定供應 方能應付製程所需，半導體製程由 4 吋、6 吋、8 吋進而到現今的 12 吋相對超純水 之用量亦隨之增加。在台灣水資源不足之情況之下，如何利用現有資源來供應工廠 大量自來水及水資源回收再利用，對政府及產業界是一個很重要的管理研究課題。 以實驗室而言，超純水之製造流程如圖 2-1-2 來說明，而就一般製造超純水各 單元設備功能【2】 匯整如表 2-1-2。前處理裝置由砂及活性碳組合而成濾除水中的懸 浮微粒及吸附水中之有機物，此裝置在使用一段時間後，須進行水質檢測反洗再生 維持原有之功能。逆滲透膜是將水中之微生物、有機物、微粒子以高壓方式將水經 由薄膜加以濾除雜質。脫氣裝置乃利用真空原理將水中之空氣去除。離子交換塔是 將水中之離子藉由陽離子之官能基之 H 與水中的 Ca、Mg 等離子進行交換，陰離子 之官能基之 OH 與水中的 Cl、SO4等離子進行交換，已達到將水純化之目的，若樹脂 吸附飽和可以使用 NaOH 及 HCL 來進行樹脂還原重複使用。紫外線燈 UV 利用波長 254nm，進行微生物之殺菌動作。紫外線燈 TOC-UV 所產生的紫外光線約 90％波長為 254nm，10％波長為 185nm 藉由此波長將水中有機物之分子鍵結構破壞，而成為小 分子之物質。核子級離子樹脂吸附是將純水經前段處理之後，為確保超純水水質要 求，進行最後一階段之離子吸附過程。限外濾膜是為超純水進入潔淨室使用點之前 最後一個處理單元設備將水中所有之大顆粒之粒子均將以濾除，維持水質進行高科 技之奈米技術元件研發。 表 2-1-2 自來水中不純物去除設備功能一覽表 項目 單元設備 懸濁物 微生物 有機物 微粒子 離子 氣體 前處理過濾裝置 ◎ ○ ○ ○ 逆滲透膜 ◎ ◎ ◎ ◎ 脫氣裝置 ◎ 離子交換塔 ○ ○ ◎ 紫外線燈 UV ◎ 紫外線燈 TOC-UV ◎ 核子級離子樹脂 ○ ○ ◎ 限外濾膜 ◎ ○ ◎

圖 2-1-2 NDL 超純水製造流程圖 表 2-1-3 半導體 DRAM 要求水質規格 DRAM 密集度 成份 1M 4M 16M 64M 256M 1G 水阻質 MΩ-㎝ ≧18 ≧18.1 ≧18.1 ≧18.2 ≧18.2 ≧18.2 微粒子粒徑 um 0.1 0.08 0.05 0.05 0.05 0.03 微粒子數目 Pcs/ml ≦10 ≦10 ≦10 ≦5 ≦1 ≦3 細菌 CFU/L ≦10 ≦5 ≦1 ≦1 ≦1 ≦0.5 總有機碳 ppb ≦30 ≦10 ≦2 ≦1 ≦1 ≦0.5 總矽量 ppb ≦10 ≦5 ≦0.5 ≦1 ≦0.1 ≦0.05 溶解氧 ppb ≦50 ≦20 ≦10 ≦5 ≦2 ≦1 鈉離子 ppb ≦0.5 ≦0.1 ≦0.05 ≦0.02 ≦0.01 ≦0.01 鉀離子 ppb ≦0.5 ≦0.1 ≦0.05 ≦0.02 ≦0.01 ≦0.01 氯離子 ppb ≦0.5 ≦0.1 ≦0.05 ≦0.02 ≦0.01 ≦0.01 原水池 多層過濾 活性碳塔 陽離子塔 脫羰酸塔 RO 桶槽 逆滲透膜 殺菌燈 初級純水桶 總有機碳去除器 離子交換塔 脫氧模組 1um filter 熱交換器 純水桶槽 0.45um filter 總有機碳去除器 脫氧模組 限外濾膜 核子級 交換樹脂 核子級 交換樹脂 潔淨室使用點

表 2-1-4 新竹縣市 94-95 年自來水質平均統計表 項次 檢驗項目 飲用水水質 標準 單位 新竹第一淨 水場 新竹第二淨 水場 寶山淨水場 1 水溫 --- °c 21.7 21.4 22.8 2 濁度 2 NTU 1.1 1.0 0.40 3 色度 5 鉑鈷單位 <5 <5 <5 4 總鹼度 --- mg/L 94.9 86.8 100 5 pH 值 6.0~8.5 --- 7.5 7.5 7.5 6 氯鹽 250 mg/L 11.4 16.4 3.9 7 硫酸鹽 250 mg/L 55.1 52.0 77.3 8 氟鹽 0.8 mg/L 0.16 0.17 0.15 9 氨氮 0.1 mg/L 0.01 0.03 ND 10 亞硝酸鹽氮 0.1 mg/L <0.01 <0.01 <0.01 11 硝酸鹽氮 10 mg/L 1.11 0.91 0.29 12 總溶解固體量 500 mg/L 226.8 227.8 225.7 13 總硬度 300 mg/L 150 158.3 159.1 14 鐵 0.3 mg/L 0.05 0.06 0.04 15 錳 0.05 mg/L ND 0.01 ND 16 大腸桿菌群 6 CFU/100mL <1 <1 <1 17 總菌落數 100 CFU/mL 2 1 3 18 總三鹵甲烷 0.1 mg/L 0.00363 0.00539 0.0112 19 鉛 0.05 mg/L 0.0027 0.0039 0.0018 20 硒 0.01 mg/L 0.0010 0.0007 0.0038 21 砷 0.01 mg/L ND ND ND 22 汞 0.002 mg/L ND ND 0.0001 23 鋅 5.0 mg/L ND ND ND 24 銀 0.05 mg/L ND ND ND 25 銅 1.0 mg/L ND ND ND 26 鉻 0.05 mg/L ND ND ND 27 鎳 0.1 mg/L ND 0.0021 ND 28 鎘 0.005 mg/L ND ND ND 29 鋇 2.0 mg/L 0.0220 0.0214 0.0205 30 銻 0.01 mg/L ND ND ND 31 水質合格否(Y/N) --- --- Y Y Y 時間：94/01/01-95/11/30

2.1.3 廢水處理流程 就實驗室來說，其廢水處理種類大致可分成製程廢水、廠務廢水、生活廢水等 三大部份，不論是何者廢水排放均須處理以符合科學工業園區污水處理廠之納管標 準【7】 如表 2-1-5，方可排入園區下水道進入污水處理廠進行最終端處理，再排放至 溪流中。半導製程產生廢水為蝕刻廢水、爐管清洗廢水、化學機械研磨廢液及銅製 程廢液等，廠務廢水則包括活性碳反洗、逆滲透濃縮水、離子交換廢水、前處理反 洗水、單元設備泵之冷卻水、限外濾膜濃縮水、管路清洗水、空調冷卻水及廢氣處 理器用水等，生活廢水如：廁所、廚房等。如表 2-1-6【8】 所示。 表 2-1-5 廢水園區納管及處理排放標準 Unit：μg/L 項目 pH 值 氟離子 COD BOD5 SS 科學園區納管標準 5-10 ＜15 ＜500 ＜300 ＜300 科學園區污水處理 廠處理後排放標準 6-9 ＜15 ＜23.2 ＜14.9 ＜18.9 國家放流水標準 6-9 ＜15 ＜100 ＜30 ＜30 表 2-1-6 ㄧ般半導體廢水處理及成分表 廢水來源 廢水種類 主要水質成分 處理方式 氫氟酸廢水 HF 混凝處理 酸性廢水 HCL、HNO3、H2SO4、H3PO4、 H2O2、 酸鹼中和 鹼性廢水 NH4OH 酸鹼中和 CMP 廢水 研磨細粉粒 混凝、回收利用 銅製程廢水 Cu 吸附、回收利用 製程廢水 有機廢液 光阻液、丙酮、顯影 劑、異丙醇（IPA） 委外處理 前處理設備 砂、一般水 回收利用 離子再生廢液 NaOH、HCL 回收利用 逆滲透濃縮液 濃縮液 回收利用 限外濾膜濃縮 濃縮液 回收利用 空調冷凝水 ㄧ般水 回收利用 冷卻水塔 濃縮液 回收利用 廢氣處理循環水 酸鹼廢水 酸鹼中和 廠務廢水 機台冷卻水 ㄧ般水 回收利用 生活廢水 廁所、廚房 ㄧ般水 沉澱處理排放

實驗室製程廢水處理種類大致可分成酸鹼廢水、廠務廢水、氫氟酸廢水、銅製 程、研磨廢水等，就其製程廢水種類依其特性進行處理，系統處理流程如圖 2-1-3 所示。 圖 2-1-3 NDL 廢水處理流程圖 2.1.4 回收現況 水資源回收再利用，就廣義而言可以分為水回收處理再利用（recovery）、直 接利用、綜合利用三種。水回收處理再利用是將廢水經過其他設備將廢水初步處理 後進行另一種用途。直接利用好比逆滲透膜之濃縮水或是設備泵之冷卻水不需處 理，直接進入原水池回收再使用。綜合使用例如超純水製造過程中，離子交換樹脂 在使用過一段時間後，當陰陽樹脂吸附離子飽和後須以化學藥品（NaOH、HCl）進 行再生，重複使用排出之酸鹼廢水讓其自動中和調整 pH 值，再利用來中合一般酸 鹼廢水，不僅可節省化學藥品同時亦達到水資源回收再利用之目的。 依各項水質回收標準需求，可以獲得回收技術將去除廢水中應去除之雜質種 類，回收設備與技術應用範圍均不同，舉例來說溶解性固體物可用化學沉澱、活性 碳吸附、超濾、臭氧氧化來達到目的；離子性污染物可以用陰陽離子樹脂交換、電 析、薄膜處理等。現今國內外之水回收應用技術相當廣泛，如何應用在各行各業經 整理【34】 如表 2-1-7，如需處理特殊廢水處理及回收，可以將各項回收處理單元組合 應用，將有意想不到的結果出現。

表 2-1-7 各行業與回收處理技術之關連性 回收處理技術 產 業 別 廢 水 種 類 加 藥 混 凝 過 濾 超 濾 活 性 碳 生 物 轉 盤 逆 滲 透 離 子 交 換 電 析 用 途 造紙業 製程白水 × ◎ ○ ○ ◎ × ○ ○ 調漿稀釋 棉紡織業 清洗廢水 ◎ ◎ ○ ◎ ◎ × ○ ○ 清洗 製糖業 綜合廢水 ◎ ◎ ○ ○ ◎ × × × 清洗 印刷電路板 清洗廢水 ○ × ◎ ○ ○ ◎ ○ ○ 清洗金屬回收 尼龍紡織 綜合廢水 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ × ○ ○ 清洗 聚脂纖維 清洗廢水 ◎ ◎ ○ ○ ○ × × × 清洗 聚氯乙烯 製程廢水 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 製程 染整業 製程廢水 ◎ ◎ ○ ○ ◎ ◎ × ○ 染色製程 紙漿製造 製程白水 ◎ ◎ ○ ○ ◎ × ○ ○ 製程 軋鋼業 去垢及冷卻水 ○ ◎ × ○ × × × × 冷卻 冷凍食品 冷凍廢水 ◎ ◎ ◎ ○ ○ × ◎ ◎ 製程清洗 積體電路 製程廢水 ○ ○ ○ ◎ ◎ ◎ ○ ○ 清洗、冷卻 鋼材加工 冷卻廢水 ○ ◎ × × × × × × 冷卻 註：×代表不適用，○代表可適用，◎代表非常適用 2.2.水資源回收之技術與成本 2.2.1 回收技術 針對半導體產業製程而言，其廢水主要來自超純水製造、空調冷卻水塔、 製程酸鹼廢水、氟離子廢水、CMP 研磨廢水、銅製程廢液等。其回收處理再利 用通常可以為 pH 調節、化學混凝沉澱、離子交換樹脂、逆滲透、活性碳等設 施來進行，由於科學園區內高科技產業以半導體廠居多且用水量龐大，所以廠 商在進駐申請時多會要求製程回收率、全廠回收率及全廠排放率，來節省自來 水資源的運用，在奈米科技研究發展的催化下，也一同共同為台灣盡一份心 力。就以新竹科學工業園區來說，針對水資源回收再利用其製程回收率、全廠 回收率及全廠排放率定義【25】 如表 2-2-1。

表 2-2-1 新竹工業科學園區回收率定義 指標類別 計算公式 符號說明 A:冷凝水及雨水回收量 C:自來水用水量 D:總排放廢水量 K:總回收利用水量 P:製程機台用水量 R:製程用水回收量 S:洗滌塔循環水量 V:冷卻水塔蒸發水量 經過科管局長期回收政策宣導與執行的努力，並依照實務經驗所得之參考 值，科管局與園區同業公會水電委員會討論，新竹工業科學園區內所有進駐廠 商，按各廠商之建廠時程有所不同，協助其達成下列標準【29】 如表 2-2-2。 表 2-2-2 新竹工業科學園區回收率區分 項 目 製程回收率 全廠回收率 全廠排放率 83 年以前 ＞50％ ＞30％ ＜80％ 83 年-88 年 ＞70％ ＞50％ ＜80％ 88 年以後 ＞85％ ＞60％ ＜70％ 廢水回收再利用技術，不論是在工業、農業、商業甚至是日常生活中皆可 以進行，其目的就是將水與其他物質分離，其原理可分為物理、化學、生物處 理三類。水再生利用就程序可分為预處理、初級處理、二級處理、三級處理或 是高級處理，但由於回收水再利用之種類繁多，在考量許多因素之下，可以充 分利用初級處理、活性污泥法、生物旋轉盤、硝化處理、脫氮處理、化學混凝 處理、過濾沉澱處理、離子交換法、活性碳法、逆滲透及臭氧、生物處理等， 同時亦可因其排放水質之特殊性將其處理方式組合運用如圖 2-1-4，其方式變 化無窮是在設計回收系統時應考量重點，表 2-2-3 為各單元水回收處理應用與 汙染物去除分析【26】 。 = P ＊100％ R 製程回收率 全廠回收率 ₌ A+R+S+K C+A+R+S+K-V ＊100％ 全廠排收率 = D A+C ＊100％

圖 2-1-4 工業廢水水質分析處理方式 混凝沉澱 石灰混凝 硫酸鋁、多元氯化鋁 其 他 微 濾 砂 濾 其 他 超過濾 逆滲透 精密過濾 過 濾 薄膜處理 生物處理 生物圓盤 接觸曝氣 其他 活性碳吸附 臭氧處理 懸浮物質 有機物 細菌 臭氧殺菌 氯鹽處理 其他

表 2-2-3 各單元水回收處理應用與汙染物去除分析 項 目 初 級 處 理 活 性 污 泥 硝 化 處 理 滴 濾 池 生 物 轉 盤 混 凝 沉 澱 過 濾 活 性 碳 離 子 交 換 逆 滲 透 沖 洗 臭 氧 處 理 BOD ▲ ★ ★ ★ ★ ★ ▲ ★ ▲ ★ ★ ● COD ▲ ★ ★ ★ ★ ▲ ▲ ▲ ★ ★ ★ SS ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ ★ NH3-N ● ★ ★ ★ ● ▲ ▲ ★ ★ ★ NO3N ▲ ● 磷 ● ▲ ★ ★ ★ ★ ★ ★ 鹼度 ▲ ▲ ★ 油脂 ★ ★ ★ ▲ ▲ ★ 大腸菌 ★ ★ ● ★ ★ ★ ★ 總溶解固 體 ★ 砷 ▲ ▲ ▲ ▲ ★ ● 鋇 ▲ ● ▲ ● 鎘 ▲ ★ ★ ● ★ ▲ ● 鉻 ▲ ★ ★ ● ★ ★ ▲ ▲ 銅 ▲ ★ ★ ★ ★ ★ ● ▲ 氟 ▲ ● 鐵 ▲ ★ ★ ▲ ★ ★ ★ ★ 鉛 ★ ★ ★ ▲ ★ ★ ● ▲ 錳 ● ▲ ▲ ● ★ ▲ ★ ▲ ★ 汞 ● ● ● ● ★ ● ▲ ● 硒 ● ● ● ● ★ ● 銀 ★ ★ ▲ ★ 鋅 ▲ ▲ ★ ★ ★ ★ ★ 色度 ● ▲ ▲ ● ★ ▲ ★ ★ ★ ★ 發泡劑 ▲ ★ ★ ★ ▲ ★ ★ ★ ● 濁度 ▲ ★ ★ ▲ ★ ★ ★ ★ ★ TOC ▲ ★ ★ ▲ ★ ▲ ★ ● ★ ★ ★ 去除率：●≦25％、25％＜▲＜50％、★≧50％

2.2.2 回收成本 針對半導體產業製程而言，自來水需求極大，大部份皆取自於水庫及部份 採用地下水，目前依「科學工業園區污水處理及污水下水道管理辦法」第三條 規定，園區事業單位應將所產生之廢污水先行處理符合園區污水下水道納管標 準後，才能排入園區污水下水道，再進至園區污水處理廠處理，其納管標準為 pH 值、BOD、COD、SS、氟離子濃度等。如何進行水資源回收首要考量就是經費 需求，在經費需求許可情況下同時回收年限亦短，維護運轉成本低廉，投資廠 商意願才會高，其回收成本分析可以分為購水成本、污水處理費、設備成本等， 就各項分述如下。 2.2.2.1 購水成本 2.2.2.1.1 台灣省自來水公司 由於台灣四面環海及受到地形地物影響，造成水資源之短缺，如何將 工業用水來源除了自來水、地下水、地面水、其他水源外能增加回收再利 用來彌補水資源短缺現象，取決於購水成本，而自來水費又區分為水費、 清潔處理費及附徵水源保育保護及回饋費。以現今台灣省自來水公司水費 標準【27】 如表 2-2-4、表 2-2-5 及表 2-2-6，因採用地表水或是地下水取水 免費，僅需前處理費用即可使用，台灣整個產業用水成本有偏低之現象， 若無缺水危機或是獎勵政策，廠商投資廢水回收利用之計劃與執行意願應 不是很高。 表 2-2-4 台灣省自來水公司水價及水費速算表 段別 第一段 第二段 第三段 第四段 每度單價 7.00 9.00 11.00 11.50 實用度數 (立方公尺) 1~10 度 11~30 度 31~50 度 51 度以上 每月抄表 累進差額(元) 0 -20 -80 -105 實用度數 (立方公尺) 1~20 度 21~60 度 61~100 度 101 度以上 隔月抄表 累進差額(元) 0 -40 -160 -210 表 2-2-5 台灣省自來水公司各口徑基本費 水表口徑(公厘) 13 20 25 40 50 75 100 150 200 250 300 每月抄表 基本費 （元） 17 34 63 187 340 918 1819 5049 10030 17714 27795 隔月抄表 基本費 （元） 34 68 126 374 680 1836 3638 10098 20060 35428 55590

用水費、營業稅、清除處理費計算方式： (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) ×5％（角以下四捨五入），如屬非營 業用戶，該稅額分別併入各項費用欄內，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。 表 2-2-6 環保單位核定代徵清潔處理費每度之單價 一、台灣省： 垃圾採焚化方式處理地區（實際用水量每度 3.7 元）。 垃圾採掩埋方式處理地區（實際用水量每度 2.9 元）。 二、台北縣： 板橋市、樹林市、鶯歌鎮、三峽鎮、新莊市、中和市（部分供水區）、土城市、 五股鄉、新店市（屬北水處供水區）、永和市（屬北水處供水區），坪林鄉、 石碇鄉、八里鄉、林口鄉、淡水鎮、三重市（部分供水區）、蘆洲市、汐止市、 泰山鄉、瑞芳鎮、三芝鄉、石門鄉、萬里鄉、深坑鄉、平溪鄉、雙溪鄉、金山 鄉、貢寮鄉、烏來鄉等計 29 個鄉鎮市（內含二個市，沒代徵）每度 3.7 元 。 三、台中市： 每度 3.5 元 。 四、嘉義市： 每度 3.7 元 。 五、台南市： 每度 3.7 元 。 六、高雄市： 每度 4.1 元 。 七、新竹市： 每度 3.7 元 。 八、新竹縣： 每度 4.0 元 。 九、苗栗縣： 每度 2.9 元 。 十、台中縣： 每度 3.7 元 。 十一、雲林縣： 每度 2.9 元 。 十二、台東縣： 每度 2.9 元 。 十三、澎湖縣： 每度 2.9 元 。 十四、高雄縣： 鳳山市、岡山鎮、美濃鎮、林園鄉、大寮鄉、大樹鄉、仁武鄉、大社鄉、鳥松 鄉、燕巢鄉、彌陀鄉、梓官鄉、六 鄉、阿蓮鄉、路竹鄉、甲仙鄉、永安鄉、 旗山鎮計十八個鄉鎮市，每度 3.7 元 。 十五、彰化縣： 彰化市、和美鎮、溪湖鎮、田中鎮、秀水鄉、花壇鄉、大村鄉、埔鹽鄉、埔心 鄉、永靖鄉、社頭鄉、二水鄉、田尾鄉、埤頭鄉、大城鄉、竹塘鄉、北斗鎮、 溪州鄉、員林鎮、鹿港鎮、芬園鄉（未徵收）二林鎮計廿二個鄉鎮市，每度 3.7 元。 十六、台南縣： 西港鄉、關廟鄉、下營鄉、七股鄉、永康市、東山鄉、佳里鎮、安定鄉、新市 鄉等九個鄉鎮市 3.7 元。將軍鄉、歸仁鄉、山上鄉等三鄉每度 2.9 元。 十七、基隆市： 為回饋天外天垃圾掩埋場外圍十二個里，自來水用戶減徵百分之四十，每度

2.9 元 ×（100％- 40％）等於每度 1.74 元。 十八、嘉義縣： 太保市、朴子市、布袋鎮、大林鎮、民雄鄉、溪口鄉、新港鄉、六腳鄉、東石 鄉、義竹鄉、鹿草鄉、水上鄉、中埔鄉、竹崎鄉、梅山鄉、番路鄉、大埔鄉、 阿里山鄉等十八鄉鎮市每度 3.7 元 。 （水上鄉之南鄉村掩埋每度 2.9 元） 十九、屏東縣： 屏東市、東港鎮、枋山鄉、車城鄉、新園鄉、恆春鎮、高樹鄉等七鄉鎮市每度 3.7 元。 二十、桃園縣： 中壢市、平鎮市、八德市、大溪鎮、楊梅鎮、龍潭鄉、大園鄉、新屋鄉、觀音 鄉、蘆竹鄉、 山鄉、桃園市計十二鄉鎮市每度 3.7 元。復興鄉調回 2.9 元。 二十一、花蓮縣： 吉安鄉為回饋垃圾場附近居民，部分免徵、部分減半每度為 1.45 元 。 二十二、南投縣： 草屯鎮、水里鄉、國性鄉、信義鄉、仁愛鄉、埔里鎮、鹿谷鄉等七鄉鎮每 (5) 附徵水源保育保護及回饋費 Ⅰ、為維護水源涵養與保育，政府劃設水質水量保護區，惟保護區內 居民卻因全體國民用水之公益，土地利用受到限制，故為落實「受 益者付費、受限者得償」原則，中央乃制定法律徵收水源保育與回 饋費。 Ⅱ、本公司隨水費附徵水源保育與回饋費依據：依自來水法第十二條 之二規定，承中央主管機關（經濟部）委託，自 95 年 1 月起附徵 「水源保育與回饋費」，本公司將於用戶 95 年 3 月份起之水費單 上列出該附徵項目及金額，併隨水費收費。 Ⅲ、附徵對象及附徵百分比：除本公司供水範圍之少數區域用戶因使 用水源均非取自水質水量保護區而依「水源保育與回饋費收費辦 法」第二條第四項規定不納入附徵外，其餘用戶均需附徵。95 年度 附徵百分比（﹪）：依「水源保育與回饋費收費辦法」第四條及第 五條規定計得之附徵百分比 = 5%計算式如下：公用事業平均費用 （元/m3 ）=93 年度附徵對象之總售水金額 17,675,350,148 元/總售 水量 1,849,677,061m3 = 9.56 元附徵百分比=0.5/9.56 元*100% = 5.23% ≒ 5%，每戶附徵水源保育與回饋費＝用水費×附徵百分比 (%)。 Ⅳ、水質水量保護區內非營利之家用自來水水費優惠：位於水質水量 保護區內之非營利家用自來水用戶，依自來水法第十二條之二第五 項規定，其水費減半收取（部份保護區因附徵之水源保育與回饋費 不敷減半，則調降其減收比例），而減收費額由附徵之水源保育與 回饋費支應。 Ⅴ、水源保育與回饋費：本公司隨水費附徵之水源保育與回饋費，每 月收費後，依「水源保育與回饋費收費辦法」第六條第二項規定期 限繳交中央主管機關（經濟部水利署），納入其水資源相關基金管

理運用，專供水質水量保護區內辦理水資源保育與環境生態保育基 礎設施、居民公共福利回饋及受限土地補償之用為維護水源涵養與 保育，政府劃設水質水量保護區，惟保護區內居民卻因全體國民用 水之公益，土地利用受到限制，故為落實「受益者付費、受限者得 償」原則，中央乃制定法律徵收水源保育與回饋費。 2.2.2.1.2 台北市自來水事業處【40】 由於台北市地形是受一典型之盆地影響，造成水資源之短缺，又受到 地域之區分其收費標準與台灣省自來水公司不同，以現今台北市自來水事 業處水費標準如表 2-2-7 及表 2-2-8。 表 2-2-7 台北市用水量級別及累進計費價格表(每戶每月) 用水量級別 使 用 水 量 及 累 進 單 價 水量及水價 基本費 一 二 三 四 五 用水量(立方公尺) 1～20 21～60 61～200 201～1,000 1,001 以上 每立方公尺單價 (元) 5.00 5.20 5.70 6.50 7.60 累進差額(元) 照下表計算 － 4.00 34.00 194.00 1,294.00 表 2-2-8 台北市基本水費表（每戶每月） 水表口徑 (mm,公釐) 13 20 25 40 50 75 100 150 200 250 300 以 上 基本費(元/月) 17 68 126 374 680 1,836 3,638 10,098 20,060 35,428 55,590 政府基於使用者或污染者付費原則，為有效清除、處理廢棄物，改善 環境衛生，依廢棄物清理法規定，應向指定清除地區內居民徵收費用。本 處依據「一般廢棄物清除處理費徵收辦法」第 11 條規定，接受臺北縣政 府委託，代徵清除處理費，並依同法第 3 條規定向自來水供水區內用戶代 徵清除處理費，依其實際用水度數計算之。代徵費用係由行政院環保署視 實際清除、處理成本變動情形公告調整之。※ 清除處理費=實際用水度數 * 3.7 元。自 89 年 7 月 1 日起，為配合臺北市政府環境保護局推動垃圾費 隨袋徵收政策，原來隨自來水費附徵之垃圾費同時停徵，如表 2-2-9。

表 2-2-9 台北市清除處理費費率表 代徵地區 臺北市 新店、永和、中和 三重、汐止 代徵費用 (元/度) 89 年 7 月 1 日起垃圾費隨袋徵 收，詳說明(3) 3.7 3.7 備註 88 年 7 月份起 90 年 12 月份起 水源保育與回饋費=用水費(不含營業稅)＊附徵百分比%)(水源保育 與回饋費自 95 年 1 月 1 日起實施，95 年附徵百分比為 10%)。 本處係依「臺北市污水下水道使用費徵收自治條例」接受臺北市政府 工務局衛生下水道工程處委託，接用本市污水下水道系統之用戶由本處代 徵下水道使用費，代徵下水道費自民國 72 年元月起施行，如表 2-2-10。 下水道費＝總用水度數(實際用水度數+分攤總表差額) * 代徵費用。 表 2-2-10 下水道費率表 代徵地區 一般用戶 事業用戶 代徵費用 一律每度 5 元 備註 89 年 11 月起 本處接管集合社區及配合市辦山坡地重劃區之自來水用戶應繳自來 水加壓設備管理維護費，一段加壓每度 3.5 元，每增一段加收 3 元，94 年 1 月 1 日起施行，如表 2-2-11。 表 2-2-11 分段加壓維護管理費收費標準 一段加壓 二段加壓 三段加壓 四段加壓 臺 北 縣 臺 北 市 3.5 元 6.5 元 9.5 元 12.5 元 2.2.2.2 污水處理費 2.2.2.2.1 環保署 82 年發布「事業廢水污染源管理制度之建立-廢（污） 水排放收費辦法」依排放總污染當量計算【28】 如表 2-2-12。事業與污水 下水道方面，中央機關依水污染防治法第 11 條第二項規定其排放水質 及水量，對排放入污水下水道之事業單位或住戶，徵收水污染防治費 用。ㄧ般來說污水處理費對有合於排放於污水下水道之廠商而言，其 污水處理費約為自來水費之 30％。

表 2-2-12 水污染防治費之污染物項目、污染當量換算值 污染物 項目 污染當量換算值 適用對象 化學需 氧量 五○公斤 一污染當量 一、事業：印染整理業、製革業、紙漿製造業、醱酵業、礦油煉製業、 石油化學業、造紙業、毛條業、化工業、藥品製造業、農藥業、 食品製造業、金屬基本工業、屠宰業、船舶建造修配業、橡膠 製品製造業、製粉業、紡織業、製糖業、修車廠、其他工業、 廢水代處理業、畜牧業、肉品市場、魚市場、水肥處理廠(場)、 廢棄物掩埋場、廢棄物焚化廠或其他廢棄物處理廠(場)、照相 沖洗業、製版業、洗染業、船舶解體業、清艙業、水產養殖業、 學校、學術、研究機構之實驗(研究)室或其他實驗(研究)室、 醫院、醫事機構、動物園、環境檢驗測定機構、餐飲業、觀光 旅館(飯店)、遊樂園(區)、貨櫃集散站經營業、其他經中央主 管機關指定之事業。 二、污水下水道系統：專用下水道、公共下水道及社區下水道。 三、家戶。 懸浮固 體 一公噸 一污染當量 事業：發電廠、水泥業、採礦業、陶窯業、土石加工業、土石採取業、 玻璃業、自來水廠、洗車場、貯煤場、其他經中央主管機關指定之事 業。 總汞 二○公克 一污染當量 事業：金屬表面處理業、電鍍業、印刷電路版製造業、其他經中央主 管機關指定之事業。 鎘 一○○公 克 一污染當量 總鉻 五○○公 克 一污染當量 鉛 一公斤 一污染當量 鎳 一公斤 一污染當量 銅 一公斤 一污染當量 砷 五○○公 克 一污染當量 氰化物 一○○公 克 一污染當量 總磷 三公斤 一污染當量 適用對象由中央主管機關會商目的事業主管機關定之。 總氮 二五公斤 一污染當量 有機鹵 化物 二公斤 一污染當量 酚類 一○○公 克 一污染當量

事業及污水下水道系統應繳水污染防治費之費額，依下列公式計算之： 2.2.2.2.2 新竹科學工業園區污水下水道使用費收費項目、單價、計 量、水質分級、分級費率及計算公式【5】 如表 2-2-13 表 2-2-13 新竹科學工業園區污水下水道收費標準 中華民國92年10月30日新竹市政府府工水字第0920087115號令訂定發布 新竹科學工業園區污水下水道使用費收費項目、單價、計量、水質分級、分級費率及計算公式表 條 文 內 容 說 明 第一條 依據科學工業園區污水處理及污水下水道使用辦法第十四條規定訂定本 計算公式。 明述計算公式 訂定依據 第二條 無製程廢水廠商及機關之污水下水道使用費收費項目為水量，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 ×UQ Q為污水量，UQ為污水量收費單價=12.9元 /m3 。 本局為園區下水道機構，處理區內廢污水，免收使用費，園區宿舍 區住宅因徵收成本不符效益，免收使用費。 明 定 無 製 程 廢 水 廠 商 及 機 關 之 污 水 下 水 道 使 用 費 收 費 計 算公式 第三條 具製程廢水廠商之污水下水道使用費收費項目為水量、化學需氧量、懸 浮固體及有害性污染物質(依本局當次採樣分析檢測項目)，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) Q為總污水量，CQ為污水量收費單價=6.0元/m 3 ，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為有害性污染物質或異常 水質(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止之有害性或異常水質(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。 明 定 具 製 程 廢 水 廠 商 之 污 水 下 水 道 使 用 費 收費計算公式。 九 十 二 年 版 依 照公會意見，將 異 常 水 量 另 計，不再將異常 水量以季算。 費額=總污染當量×費率 總污染當量=Σ(污染當量)i i=徵收水污染防治費之污染物項目 污染當量=排放水質×排放水量×污染當量換算值

第四條 前二條廠商及機關之污水量(Q)依下列方式計算： 一、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。 二、使用非自來水水源者，其污水量依實際用水量計算。 三、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。 前項第一款自來水用水量由科學工業園區管理局每月十至十五日派員至 台灣省自來水公司抄錄各廠商及機關之用水量。 明 定 廠 商 及 機 關 之 污 水 量 計 算方式。 第五條 化學需氧量收費級距、水質分級、分級費率及收費單價計算公式如下： 級距 水質分級(mg/L) 分級費率 單價(元) 收費單價(CC) 計算公式 C1 0< COD ≤150 0.86 21.9 CC =21.9元×COD/1000×0.86 C2 150< COD ≤250 0.93 21.9 CC =21.9元×COD/1000×0.93 C3 250< COD ≤500 1.00 21.9 CC =21.9元×COD/1000×1.00 C4 500< COD ≤750 1.6 21.9 CC =21.9元×COD/1000×1.60 C5 750< COD 2.0 21.9 CC =21.9元×COD/1000×2.0 前項化學需氧量之濃度以該季水質之化學需氧量算術平均數為準。 明 定 化 學 需 氧 量收費級距、水 質分級、分級費 率 及 收 費 單 價 計算公式。 C5 原 依 九 十 一 年 分 級 費 率 2.5，經試算合 理收費，擬比照 八 十 九 年 收 費 標準改為2.0。 第六條 懸浮固體收費級距、水質分級、分級費率及收費單價計算公式如下： 級距 水質分級(mg/L) 分級費率 單價(元) 收費單價(Cs) 計算公式 S1 0< SS ≤100 0.80 24.7 Cs =24.7 元×SS /1000×0.80 S2 100< SS ≤150 0.93 24.7 Cs =24.7 元×SS /1000×0.93 S3 150< SS ≤300 1.00 24.7 Cs =24.7 元×SS /1000×1.00 S4 300< SS ≤450 1.6 24.7 Cs =24.7 元×SS /1000×1.60 S5 450< SS 2.0 24.7 Cs =24.7 元×SS /1000×2.0 前項懸浮固體之濃度以該季水質之懸浮固體算術平均數為準。 明 定 懸 浮 固 體 收費級距、水質 分級、分級費率 及 收 費 單 價 計 算公式 S5 參 考 公 會 建 議已將4倍之分 級費率刪除，原 S5值為2.5，經 試算，分級費率 調整為2.0，以 反應合理收費。 第七條 有害性污染物質收費級距、水質分級、分級費率及收費單價計算公式如 下： 級距 水質分級 分級費率 收費單價(CH) 計算公式 H1 (Pd/Psd)≤1 0 CH =0 H2 1<( Pd/Psd)≤2 1.60 CH =Uh × (10Pd / Psd）/1000×1.60 H3 2<( Pd/Psd) 2.50 CH =Uh ×(10Pd /Psd)/1000×2.5 明 定 有 害 性 污 染 物 質 收 費 級 距、水質分級、 分 級 費 率 及 收 費 單 價 計 算 公 式

Pd為排放水水質濃度(mg/L)，以每次採樣分析抽驗水質單獨計算，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、鎘、六價 鉻、銅、總汞、鎳、鉛、硒、鋅、總鉻、氟化物、氰化物。 1. 依 公 會 建 議 刪除4倍之分級 費 率 並 將 公 式 無因次化，以合 理 反 應 有 害 物 水質分級，並經 試算收費，決定 比 照 九 十 一 年 收費費率修訂。 2. 本 次 依 公 會 建議，單價調整 統 一 為 1,000 元，新增有害性 污 染 物 收 費 項 目 ： 酚 類 、 總 汞、硒、總鉻。 第八條 第五條至第七條之化學需氧量、懸浮固體及有害性污染物質之水質由科 學工業園區管理局派員每月不定期檢驗水質測定。 明 定 化 學 需 氧 量、懸浮固體及 有 害 性 污 染 物 質 之 水 質 檢 測 方式。

第九條 廠商或機關之廢（污）水處理設施、生產設備或貯存設施發生故障時， 於故障發生二十四小時內，每單項異常以參萬元加計於污水費中，超 過二十四小時以後，則依第三條水質異常計費方式計價，如有造成損 害，並負責修護設備所需費用。 前項所指故障應符合下列規定： （一）因不可抗力原因發生意外事故，或因廢（污）水處理設施（或 設備）一部份或全部失去功能，致不符合容許標準者。但廢 （污）水處理設施因操作失當、未執行預防性維修操作或曾 經發現並經限期完成改正之設計不當所引起者，不在此限。 (二）立即於故障紀錄簿中記錄故障設施（或設備）名稱及故障時間， 並向科學工業園區管理局污水處理廠電傳報備，電傳報備應 有報備人姓名、職稱。 （三）於故障發生二十四小時內恢復正常操作或於恢復正常操作前減 少、停止生產及服務作業。 （四）於五日內向科學工業園區管理局提出書面報告。 （五）故障與所違反之該項排放水質有直接關係者。 (六) 不屬六個月內相同之故障。 前項第四款書面報告內容應包括下列事項： （一）設施（設備）名稱及故障時間。 （二）發生原因及修復方法。 （三）故障期間所採取之污染防治措施。 （四）防止未來同類故障再發生之方法。 (五)前項第一款及第二款有關之證據資料。 明 定 廠 商 污 水 意 外 事 故 排 放 之 污 水 下 水 道 使 用 費 收 費 處 理方式。 第十條 本計算公式自發布日起施行。 明 定 計 算 公 式 之施行日期。 2.2.2.3 設備成本費 設備成本大致來說，包含了設備主體、運轉電費、水費、化學藥品、 更換耗材及維護成本、人力資源等，首先要考量回收水量與再利用之用 途，進而決定水質種類標準，再決定投資使用設備之種類來配合現場置 放。在現今大多數是以薄膜來進行分離回收水資源，不論國內外均有許許 多多成功的案例，但綜合而言其單價大於自來水費，對任何電子、石化、 農業、造紙、染整等產業仍構成不了設置回收誘因，所以如何有相關配套 措施（獎勵方案、環保標準）是一個重要指標。 一般來說去除污染物 SS 或 pH 值之初設費及運轉成本較低；去除污染 物 COD 初設費高其運轉成本尚可接受；去除導電度或是陰陽離子則須採用 薄膜處理或是離子交換樹脂來進行，其初設成本與運轉費較前二者高。

台灣之產業類別太多，而新竹科學園區又是科技重點，園區內又以電 子廠佔多數，因此設備成本分析大部份以電子公司進行說明【31】【32】 如表 2-2-14，由表可以發現電子廠大部份水資源回收再利用，其水源主要是超 純水製造流程濃縮水、反洗水及製程成排放出來之廢水，也因此如何在半 導體製程上進行調整或改善，亦是影響水資源回收之重要因素。 表 2-2-14 水資源回收成本、用途與投資設備分析表 公司行號 節水方法與用途 節水用量 m3 /年 投資成本 萬元 節省金額 萬元/年 備 註 M 電子公司 1997 年建 廠至今 1. 純水設置回收單元 2. 多層介質反洗水經沉澱回收純水用 3. 逆滲透濃縮水增設離子交換數之處理 4. 高低濃度有機廢水增設活性碳過濾，供純水 及回收系統用 5. 低濃度 HF 廢水經處理，供給冷卻水塔及廢 氣處理器 6. CMP 研磨廢液供 CaCl2配藥用水 7. CDO 洗滌水改成循環式 8. CMP 及濕蝕刻機台製程修改參數減少廢水排 放 9. 冷卻水塔提高濃縮倍數節省排放量 10. 外氣空調冷凝水收集至回收系統 11. 雨水回收至筏基回收系統再利用 186000 584000 182500 912500 292000 110000 30000 88000 14400 91000 20000 11260 4646 T 電子公司 2000 年至 今 1.混床再生後用清洗水回收至前段過濾水槽 2.逆滲透及超過濾濃縮水回收供次級用水 3.製程機台晶片清洗水回收 4.潔淨室空調用水排放回收冷卻水塔用 5.機台洗滌水回收再導入機台重複使用 6.爐管 HF 清洗水篩選在合併處理使用 7.Cu＆CMP 經處理上澄液回收供次級使用 25374 638750 1606000 36500 438000 36500 182500 5600 4210 M 電子公司 2000 年至 今 1.在不影響水質下，延長超純水砂濾、活性碳 塔、樹脂塔等運轉時間，減少再生反洗次數 2.修改製程參數增加回收水 3.水龍頭出水方式修改 4.Cu＆CMP 經處理上澄液回收供次級使用 5.活性碳反洗水回收至冷卻水塔 6.Local Scrubber 洗滌水回收重覆使用 23916 5004 1095 36500 6480 146000 425 518 F 塑膠公司 1.乾燥機自動清洗頭改善及工業廢水回收 39000 11082 9244

2004 年 2.放流水取代工業廢水，作為終沈池作業 3.製程蒸汽管冷凝水回收 4.冷卻水塔濃縮倍數提高 80000 31764 360000 F 汽車公司 1.防止管路洩漏造成水資源浪費 2.汙泥脫水機清洗水改善 3.延長製程用水使用時間 4.提高水質減少用量 5.空壓冷卻水回收廁所用 224000 8976 3920 148056 576 1132 311 由上統計表發現廢水水資源回收與投資設備，以科學園區電子公司來 說其廢水回收再利用所投資設備成本，以其大量生產晶圓所產生之廢水， 設備回收年限扣除電費、耗材及人員維護平均仍約需 1-2 年方可回收，在 現今有規定之園區來說可能必須投資執行，而非設在園區廠商對此政府並 無強制要求，因此更須加強宣導推廣與執行。

三、 理論依據

3.1 逆滲透膜 3.1.1 逆滲透膜之發展由來【14】 1959 年 Reid 及 Breton【15】 首先證明藉薄而密實之對稱醋酸纖維半透膜， 可以從鹽水中將純水分離出來。1960 年 Loeb 及 Sourirajan 發展出非對稱醋酸 纖維半透膜（Asymmertic Cellulose Membrane）。這種薄膜是經由特殊之浸置 溶液浸置成型，在薄膜表面形成一特別之表層（Skin Layer），為緻密微孔結構 （Dense Microporous Structure），厚度約 10-6

in，孔徑小於 50Å；支持層（Supply Layer）因其材質多為海綿多孔結構（Spongy Porous Structure），孔徑約在 4000 Å左右，在操作過程中會因壓實作用（Compaction）而使得清水透過率 （Permeate Flux）減少。此種膜因具有良好的除鹽效率（Salt Rejection）及 較高之清水透過率，故大量被應用在海水淡化之用途上。

1960 年代初期 Westmoreland 和 Bray 發展出螺旋捲式模組（Spiral Wound MOdules），提高了薄膜之填充密度。1967 年 Merten【16】

等在醋酸纖維及硝酸纖 維（CA/CN）支持層外覆上（Casting）三醋酸纖維（Celloluse Triacetate）， 而形成 CTA 複合膜（Celloluse Triacetate Composite Membrane），可以減少 因壓實作用而導致清水透過率降低之現象，然而膜之化學穩定性甚差，亦受 pH 值及溫度之影響。

1971 年 Dow 和 DuPont 公司分別以三醋酸纖維（Celloluse Triacetate） 和芳香烴聚醯胺（Aromatic Polyamides）為材質，發展出中空纖維模組（Hollow Fiber Modules）。此後，逆滲透方法被大量利用於濃縮、純化及廢水處理，為 了處理性能不同之水溶液，已達到更高之去除率、清水透過率及抗化性，開始 使用合成聚合物如聚醯胺（Polyamides）、聚磺（Polysulfone）、聚亞胺 （Polyimide）等，製造非對稱薄膜（Asymmetric Membrane），並且針對非分離 機制之膜層與支持層兩部份，分別利用不同的材質研究出多種形式之薄膜複合 層（Thin Film Composite Membrane）簡稱 TFC 膜【17】

。

1977 年 Cadotte 利用混合三甲磺醯氯（Trimesoyl Chloride ，TMC）及間 苯二胺（Meta-phenyl-diamine，MPD）兩種單體，開發出歸類為聚醯胺膜之 344 複合膜，目前以商業化應用之高去除率螺旋捲式 RO 膜，幾乎以此膜為設計基 準，但與傳統薄膜比較仍有氯容忍度低及產生不可逆積垢之兩大缺失。

1992 年 Trisep 公司向 Dupont 購買一種屬於聚醯胺尿素（Polyamide-urea） 膜之 X-20 複合膜專利，並經由該公司持續不斷的研究改良後，在 1995 年 X-20 複合膜已成為一種商業化產品，此膜不僅具備不易積垢、較高之除鹽率及流通 量之優點，並且對於溶解性物質、SiO2及某些低分子量有機物質之去除率更是 顯著【18】 。 理想逆滲透膜之必備條件【19】 ： （1）極佳化學抗力（Chemical Resistance），應用於高 pH 值之進流水及

當利用化學藥劑去除表面積垢物（Foulants）時，對膜沒有影響。 （2）應用於高溫時沒有衰化現象（Deterioration）並能抵抗微生物分解。 （3）於低溫及低進流水之進流條件下，能有較高之流通量及去除率。 （4）不會與氧化劑作用而使薄膜呈現衰化現象及膜表面不平而造成積垢 （Fouling）。 3.1.2 逆滲透膜原理【9】

逆滲透（Reverse Osmosis）係利用半透膜（Semi-permeable Membrane） 來依水之濃度將之分離。當低濃度與高濃度之溶液以半透膜隔開，由於其溶液 濃度不同導致低濃度溶液流向高濃度溶液，此現象稱為滲透，如圖 3-1-1-a。 當滲透發生一段時間後，自然達到平衡並停止滲透，此時低濃度與高濃度之壓 力差△P 即稱為滲透壓，如圖 3-1-1-b。反之，如在高濃度溶液施一大於△P 壓 力，改使高濃度溶液流向低濃度溶液，藉此特性可將高濃度水過濾成低濃度之 水，此時壓力為逆滲透壓，如圖 3-1-1-c。 ㄧ般逆滲透膜使用依材質大致可區分成醋酸纖維膜（Asymmertric Cellulose Acetate Membrane）與聚醯胺膜（Ployamides Membrane）二類。通常 逆滲透膜容易受到溫度、操作壓力、流入濃度、pH 值之影響，由於膜之材料相異導 致其特性亦不相同，如何將其組合運用在純水製造、廢水回收或是其他用途上，是 一個須審慎判斷之因素，二類逆滲透膜比較經整理如表 3-1-1，其剖面圖【8】 如圖 3-1-2。 表 3-1-1 逆滲透膜依材質性能之比較表 項目 pH 値 操作壓力 微生物 濃度 透過率 醋酸纖維膜 CA 2-8 大 弱 高 小 聚醯胺膜 PA 4-11 小 強 低 大 圖 3-1-1 逆滲透膜滲透原理示意圖 逆滲透壓＞△P 半透膜 高濃度溶液 低濃度溶液

Flow

滲透

Flow

Flow

滲透平衡 △P

圖3-1-1-a

圖3-1-1-b

圖3-1-1-c

圖 3-1-2 逆滲透膜剖面示意圖 3.1.3 逆滲透膜種類

逆滲透膜已經廣泛應用於超純水製造分及廢水回收再利用之用途上，其目 的主要是爲了分離水中之不純物質，然而薄膜又以粒徑大小可以區分為逆滲透 （Reverse Osmosis RO）、微過濾（Microfiltration ，MF）、超過濾

（Ultrafiltration UF）、奈米級過濾（Nanofiltration ，NF）等，不論是何 者對超細微顆粒的去除、回收均能展現其特殊表現，將其整理成下表 3-1-2。 表 3-1-2 薄膜對物質分離範圍比較表 項 目 粒徑大小μm 分子量 Daltons 物質類別 傳統過濾 ＞1.0 ＞500000 細菌、砂礫、泥沙、藻類、 囊包、石棉纖維 微過濾 0.1-10 100000-500000 腐質酸、石棉纖維、黏土 超過濾 0.01-0.1 20000-100000 病毒、腐質酸 奈米級過濾 0.001-0.01 100-2000 溶解鹽類、金屬離子 逆滲透 0.001-0.01 100-2000 溶解鹽類、金屬離子 3.1.4 逆滲透膜沈澱積垢現象【36】 逆滲透膜表面沈澱積垢原因，是溶質或添加化學物質造成沈積於逆滲透膜 表面，形成ㄧ層膠狀體，此膠狀體如形成嚴重甚至無法以添加化學藥品來清 除。ㄧ但形成將造成逆滲透膜之採水效率下降、操作壓力上升、水質變差、其 壽命減短，也就因此在運轉成本更需投資更多經費以解決此項問題，現就沈澱 積垢現象原因與防止對策說明如下： 3.1.4.1 懸浮固體之沈澱積垢 經由逆滲透膜處理之水質，因其處理粒徑較小，而較大顆粒之溶液是

造成懸浮固體之沈澱積垢最大原因，只需在逆滲透膜前面加上 1-10μm濾

芯，即可防止此情況發生。 3.1.4.2 逆滲透膜表面結垢

此積垢是由 CaCO3、CaSO4、NaSO4及 SiO2等造成，爲防止表面結垢造成，

可採以下方式來避免：降低逆滲透膜之採水率，避免離子過度溶解而產生膜 面；將鈣等離子軟化；加入酸調整 pH 質，將 CO32-去除；亦可水中加入適量 防垢劑來防止結垢發生。 3.1.4.3 金屬氧化物沈澱 因各種金屬氧化物沈澱效果不佳而造成沈澱現象，可以利用混凝、過 濾來防止此種情形，加入 PAC 及 Polymer 或調整 pH 值來去除，若是調整 pH 值應特別注意，其酸鹼濃度需在逆滲透膜之操作範圍，避免破壞其逆滲透膜 特性。 3.1.4.4 油性物質之沈澱 一般來說逆滲透膜可能需高壓泵配合使用，往往高壓泵其軸承使用液 態油類冷卻，應特別注意油類不可進入管中而覆著在逆滲透膜表面，此將嚴 重影響薄膜效率，且不易清除。 3.1.4.5 膠體積垢沈澱 由於膠體附著於薄膜表面上，或因膠體之電性與薄膜帶電性之差異， 影響了薄膜之特性，ㄧ般來說膠體之濃度可以用沈積物指標或是濁度指標來 表示（Fouling Index），防止對策可以使用混凝、過濾等方法。 3.1.4.6 生物菌體沈澱 水中微生物細菌生長與溫度、pH、有機及無機養分、氧氣等有關，溫 度高且在 pH 7-9，對微生物來說這是一個生長的最佳環境，但是微生物卻 對部分逆滲透膜會有絕對性之特性影響。 3.2 離子交換樹脂 3.2.1 離子交換樹脂發展由來【10】 英國人 Thompson 於西元 1850 年發現離子交換，ㄧ直到 1905 年此技術方 應用於水質軟化，但僅適用於中性溶液。早期商業化離子交換物質是多孔砂， ㄧ般稱之為沸石（zeolites），但其晶體上缺乏正價原子，在毛細空隙中存有負 電荷，可以吸收水中之陽離子，且沸石適用 pH 範圍狹窄，故皆使用於水質軟化 的離子交換物質，但現今大容量之離子交換樹脂都被人工合成。 自 1935 年英國人【11】

發現由酚（Pheno：C6H5-OH），多酚（Polyphenol），

丹寧（Tannin）與福馬林（Formaline）之縮合物可以吸收鹼；而苯胺（Aliline： C6H5NH2），甲基苯二胺（Methaph-enylenediamine）與福馬林（Formaline）之 縮合物可以吸收酸，此時發現離子具有離子交換之特性，也就是合成離子交換 樹脂的開始。1949 年發現強鹼性離子交換樹脂可得去離子水，1950 年發展陰陽 樹脂混床可獲得電阻值 18MΩ-cm 的超純水，1970 年各類金屬專用之高選擇性 樹脂研製成功，1980 年觸媒性離子交換樹脂發明。至現今離子交換所用之樹脂

也因其用途甚廣涵蓋純水、廢水、食品、醫藥等方面，均能除去各類離子雜質 至 ppt。 3.2.2 離子交換樹脂的種類區分 3.2.2.1 陽離子交換樹脂 強酸性陽離子交換樹脂 弱酸性陽離子交換樹脂 3.2.2.2 陰離子交換樹脂 強鹼性陰離子交換樹脂 弱鹼性陰離子交換樹脂 3.2.2.3 多孔性樹脂 多孔性離子交換樹脂 高多孔性陰離子交換樹脂 3.2.2.4 特殊樹脂 螯型樹脂 合成吸附劑 蛋白分離劑 以下就經常使用陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂之各項研究製表如 表 3-2-1 所示。 表 3-2-1 離子交換樹脂之特性比較一覽表 種類 項目 強酸性陽離 子交換樹脂 弱酸性陽離 子交換樹脂 強鹼性陰離 子交換樹脂 弱鹼性陰離 子交換樹脂 材質 苯乙烯/二乙 烯苯共聚物 苯烯酸/二乙 烯苯或甲基 丙烯酸共聚 物 苯乙烯/二乙 烯苯共聚物 苯乙烯/二乙 烯苯共聚物 pH 值範圍 0-14 4-14 0-14 0-9 再生化學藥品 H2SO4、HCL NaOH 交換離子 H+ 及 Na+ 型 OH -及 CL -型 離子化基 -S03 -COOH+ 第四級胺 第一、二、三 級胺 親和力 H+ 小 H+ 大 OH -小 OH -大 用途 純水去離 子、金屬離子 分離回收、氨 基酸分離等 抗生素藥物 純化、酵素純 化等 水質處理、氨 基酸分離、鹼 測定等 水質處理、糖 液純化及脫 色等

離子交換已經廣泛應用於純水、廢水來去除水中的陰、陽離子，ㄧ般離子 交換樹脂大部分為合成的多孔性物質，成圓形顆粒狀，國內目前有樹脂製造工 廠，下表 3-2-2 為世界上主要離子交換樹脂製造公司和商品【13】 。 表 3-2-2 合成離子交換樹脂之主要製造廠商 國 家 製造公司 商品名 荷蘭 Akzo Imac 法國 Bayer Lewatit 匈牙利 Chemolifex Varion

美國 Diamond Shamrock Duolite 法國 Diaprosim Duolite 美國 Dow Dowex 美國 Ionac Ionac 日本 Mitsubishi Diaion 義大利 Monteatini Kastel 捷克 Ostion Ostion 英國 Permutit Zeocarb、Deacidite 法國 Permutit A.G. Orzelith、Permutit 義大利 Resindion Relite 美國 Rohm＆Haas Amberlite 西德 Wolfen Wofatit 羅馬尼亞 Purolite Purolite 3.2.3 離子交換樹脂的原理【12】 離子交換是一種可逆反應，且依化學平衡定律，當含有混合物之容易通過 樹脂時，此時溶液中之離子連續不斷與離子交換樹脂中之陰陽樹脂進行離子交 換，溶液中之離子濃度會因而逐漸下降，反之離子交換樹脂上的離子數量會逐 漸上升，而此種反應並不會影響樹脂本身的結構。如當離子交換樹脂達到飽和 時，失去離子交換能力時可進行離子交換樹脂再生流程，以連續添加適量化學 藥品（HCl、NaOH）讓其陰陽樹脂所吸附之離子與化學藥品再度交換，使樹脂回 到原始狀態，離子交換樹脂便可以重複使用。離子交換樹脂反應式如下： 強酸型陽離子樹脂 R-SO3-H+ ＋ Na+ SO3-Na+＋H+ 弱酸型陽離子樹脂 R-COOH+ ＋ Na+ COOHNa+ ＋H+