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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳思偉
研究生(外文):Joseph SW Chen
論文名稱:新竹科學工業園區高科技產業廢水分析與對承受水體之影響研究
論文名稱(外文):Analysis of effluents from high technology industry in Hsinchu Science Park and their effects on the receptor river
指導教授:凌永健凌永健引用關係
指導教授(外文):Yong-Chien Ling
學位類別:博士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學系
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:146
中文關鍵詞:新竹科學園區客雅溪放流水重金屬塑化劑非離子型介面活性劑生物毒性
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新竹科學園區至今以開發21年,為我國第一個高科技產業群落,現在已經發展成重要的科技基地。700公頃的園區範圍中聚集近400加工科技工廠,於2001年創造出近700的年營業額。由於大量的事業廢水竹科事業廢水經污水廠處理後排放至單一承受水體—客雅溪,再加上市區的民生污水,對客雅溪而言無疑的是相當沈重的負荷。
本研究共分析434個水樣,包括148個水樣以ICP-MS分析16種重金屬、88個水樣以LC-MS分析7種鄰苯二甲酸酯類塑化劑與17種非離子型界面活性劑、198個水樣中的6種陰離子與一般地面水質分析項目。一般地面水質項目包括pH、溶氧、導電度、生化需氧量、化學需氧量、懸浮微粒、氨氮、總磷及大腸桿菌落數等。而分析的水樣分別採自污水處理廠、24個不同科技產業廢水、5個區內不同的雨水溝及5個不同的承受水體採樣點。
透過比較污水處理廠進、出口水樣,評估污水廠對污染物質的處理效率。同時比較不同產業的排放廢水特性,找出各代表產業的指標污染物質。在承受水體客雅西的竹科住水口上、下游與流域的下游布置採樣點,評估竹科對承受水體的污染物質與影響。此外,生物毒性分析也應用於本研究中,以評估竹科廢水的生物毒性,同時運用因子分析(Factor Analysis)技術,以評估各分析項目間的關係與特性污染物質的確認。
The Hsinchu Science Industry Park (Hsinchu SIP) located in northern part of Taiwan constitutes of more than 400 companies distributed in 700 hectare of land. With annual turnover of 20 billion US$ reported in 2001, it has significant contribution in growth of Taiwan economy. Increased industrial growth subsequently increased usage of water. The wastewater released from the industries is processed in the wastewater treatment plant and released into the Koaya stream along with the municipal wastewater from southern part of Hsinchu city. Thus, analysis of wastewater from different industries, treatment plants and after it is released in the Koaya stream is important.
Total of 434 water samples were analyzed including 148 samples for 16 heavy metal by ICP-MS, 88 samples for 7 phthalates and 17 non-ionic surfactants by LC-MS, and 198 samples for 6 anionic species. Conventional analysis like pH, conductivity, BOD, COD, SS, ammonia nitrogen, total Phosphate and E. Coli bacteria cluster were carried out to investigate normal ground water quality. Samples were collected from wastewater treatment plant both inlet and outlet, 24 different factories, 5 different rain-drain in the SIP area, and 5 different sample site of the SIP wastewater receiving rivers.
The processing efficiency of the wastewater treatment plant was evaluated through comparison of inlet and outlet water. Wastewater effluents from different industries were analyzed and compared to investigate presence of characteristic species. By selecting suitable sampling sites from the SIP wastewater and city municipal area water released in Koaya stream, the water contaminating species were traces back to its source i.e. either to SIP or city wastewater. Factor analysis, a powerful technique for data mining was used for confirming the results and probing relationship between different analyses strategies used in this work. In addition to chemical analysis, biological toxicity test of industrial wastewater was also conducted using microorganism as basic platform.
第1章 序論 1
1.1 前言 1
1.1 研究背景 3
1.1.1 新竹科學園區 3
1.1.2 竹科廢水承受河川–客雅溪流域簡介 5
1.2 論文架構與研究方法 6
1.3 參考文獻 7
第2章 竹科高科技產業廢水與承受水體重金屬分析 13
2.1 前言 13
2.1.1 新竹科學園區 13
2.1.2 工業區河川中的重金屬分析 14
2.2 研究方法 15
2.2.1 採樣點介紹 15
2.2.2 採樣方法 17
2.2.3 樣品分析 18
2.2.4 主成份分析 21
2.3 結果與討論 22
2.3.1 竹科事業廢水分析結果 22
2.3.2 竹科雨水溝分析結果 29
2.3.3 承受水體水樣分析結果 29
2.4 結論 31
2.4.1 竹科事業廢水分析結論 32
2.4.2 雨水溝分析結論 33
2.4.3 承受水體分析結論 33
2.5 參考文獻 33
第3章 竹科高科技產業廢水與承受水體中的半揮發與非揮發性有機污染物分析研究 71
3.1 前言 71
3.2 研究方法 72
3.2.1 採樣點及採樣方法 72
3.2.2 樣品分析 74
3.3 結果與討論 75
3.3.1 竹科事業廢水分析結果 75
3.3.2 竹科雨水溝分析結果 78
3.3.3 承受水體分析結果 79
3.4 結論 81
3.4.1 竹科事業廢水分析結論 81
3.4.2 竹科雨水溝分析結論 81
3.4.3 承受水體分析結論 82
3.5 參考文獻 82
第4章 竹科事業廢水與承受水體之水質分析結果 104
4.1 前言 104
4.2 研究方法 105
4.2.1 採樣方法 105
4.2.2 樣品分析 105
4.3 結果與討論 108
4.3.1 竹科事業廢水分析結果 108
4.3.2 竹科雨水溝分析結果 112
4.3.3 承受水體水樣分析結果 112
4.4 結論 115
4.4.1 竹科事業廢水分析結論 115
4.4.2 竹科雨水溝分析結果 116
4.4.3 承受水體分析結論 117
4.5 參考文獻 118
第5章 總 結 141
5.1 新竹科學園區污水處理廠廢水 141
5.2 新竹科學園區產業廢水 142
5.2.1 半導體產業 142
5.2.2 光電產業 142
5.3 竹科雨水溝水體 143
5.4 竹科承受水體 143
5.5 對客雅溪的衝擊 144
5.6 參考文獻 146


表目錄
第1章 序 論
表1.2.1-1 竹科事業污水下水道可容納排入之水質標準……………..8

第2章 竹科高科技產業廢水與承受水體重金屬分析
表2.2.1-1 竹科事業廢水樣品分布表..................................................35
表2.2.1-2、竹科區內放流水管道一覽表..............................................35
表2.2.1-3 客雅溪溪水樣品分布表......................................................35
表2.3.1-1、污水處理廠目標重金屬之處理效率..................................36
表2.3.1-2 竹科事業廢水與污水放流水之重金屬平均濃度(μg/L).........................................................................................................37
表2.3.1-3 竹科事業廢水與污水放流水之重金屬統計濃度(μg/L) .......................................................................................................38
表2.3.1-4 竹科事業廢水重金屬平均濃度經污水放流口水樣之重金屬平均濃度標準化後之結果..................................................................39
表2.3.1-5 竹科事業廢水重金屬平均濃度經半導體產業廢水重金屬平均濃度標準化後之結果......................................................................40
表2.3.1-6 竹科事業廢水重金屬平均濃度經光電產業廢水重金屬平均濃度標準化後之結果..........................................................................41
表2.3.1-7 竹科代表事業廢水重金屬濃度與生物毒性測試結果......42
表2.3.2-1 竹科雨水溝放流水之重金屬平均濃度表(μg/L)..........43
表2.3.3-1、客雅溪各採樣點水樣之重金屬平均濃度表(μg/L)....44
表2.3.3-2、客雅溪水樣重金屬平均濃度經上游背景水樣(K2)之重金屬平均濃度標準化後結果......................................................................45
表2.3.3-3、客雅溪水樣重金屬平均濃度經廢水注入口(K3)水樣之重金屬平均濃度標準化後結果..................................................................46
表2.3.3-4、客雅溪水樣重金屬平均濃度經出海口(K5)水樣之重金屬平均濃度標準化後結果..........................................................................47
表2.3.3-5、排入客雅溪的每日貢獻量(Daily Loading)......................48

第3章 竹科高科技產業廢水與承受水體中的半揮發與非揮發性有機污染物分析研究
表3.1-1、國內公告為度性化學物質管之三種塑化劑.........................84
表3.2.2-1、7種塑化劑與17種非離子型界面活性劑待測物.............85
表3.3.1-1、竹科污水處理廠進水、出水端半揮發與非揮發性有機物濃度 (μg/L) 及污水廠之處理效率.......................................................86
表3.3.1-2、竹科代表性產業廠放流水中半揮發與非揮發性有機物濃度 (μg/L) ................................................................................................86
表3.3.1-3、 竹科各產業廢水濃度經污水處理廠出水之濃度標準化後結果..........................................................................................................87
表3.3.2-1 a、竹科雨水溝D03、D04中的半揮發與非揮發性有機物濃度(μg/L) ..............................................................................................87
表3.3.2-1 b、竹科雨水溝D08、D09中的半揮發與非揮發性有機物濃度(μg/L) ..............................................................................................88
表3.3.2-2、五雨水溝之平均分析結果與污水處理廠(WWTP)水樣平均分析結果(μg/L) ..................................................................................88
表3.3.2-3、竹科雨水溝樣品分析結果經污水廠樣品標準化後結果..89
表3.3.2-4、竹科雨水溝與污水廠分析結果經D03標準化後結果.....89
表3.3.3-1、客雅溪流域水中半揮發與非揮發性有機物濃度(μg/L)...90
表3.3.3-2、客雅溪流域各採樣點分析結果經污水處理廠放流水濃度標準化後結果..........................................................................................90
表3.3.3-3、客雅溪流域各採樣點分析結果經K3 (牛埔橋) 濃度標準化後結果..................................................................................................91

第4章 竹科事業廢水與承受河川之水質分析結果
表4.1-1、陸域地面水體水質標準.......................................................119
表4.1-2、陸域水體分類適用表...........................................................119
表4.3.1-1、竹科污水處理廠入出水口分析結果................................120
表4.3.1-2、污水處理廠入出口統分析結果........................................120
表4.3.1-3、竹科之半導體產業水質與陰離子統計分析結果............121
表4.3.1-4、竹科之光電產業水質與陰離子統計分析結果................122
表4.3.1-5、竹科之生技產業水質與陰離子統計分析結果................123
表4.3.1-6、竹科產業水質與陰離子分析經半導體產業廢水分析數據標準化後結果........................................................................................124
表4.3.1-7、竹科產業水質與陰離子分析經光電產業廢水分析數據標準化後結果............................................................................................125
表4.3.2-1、雨水溝傳統水質項目與陰離子分析結果........................126
表4.3.2-2、雨水溝傳統水質項目與陰離子分析結果經生活污水標準化後結果................................................................................................127
表4.3.3-1、客雅溪流域水質分析項目與陰離子分析結果................128
表4.3.3-2、客雅溪流域水質分析結果經注水口下游(K2)標準化後結果............................................................................................................129
表4.3.3-3、客雅溪流域水質分析結果經市區污水匯入後的牛埔橋(K3)分析結果標準化後結果.................................................................130
表4.3.3-4、客雅溪流域水質分析結果經各採樣點大腸桿菌對數(logE. Coli)標準化後結果................................................................................131
表4.3.3-5、客雅溪採樣點經取對數之大腸桿菌指數標準化後的各採樣點水質分析項目增加倍率................................................................132
表4.4.1-1、竹科污水廠可能每日排放量(kg)................................132


圖目錄
第1章 序 論
圖1.2.1-1 、新竹科學園區範圍示意圖………………………….……9
圖1.2.1-2、竹科污水處理廠處理流程示意圖………………………..10
圖1.2.1-3、竹科各雨水溝位置示意圖……………………………….11
圖1.2.1-4、竹科與客雅溪流域採樣點示意圖……………………….12

第2章 竹科高科技產業廢水與承受水體重金屬分析
圖2.1-1、典型的積體電路製造流程(摘自國家奈米元件實驗室網頁)..........................................................................................................49
圖2.1-2、典型的TFT-LCD模組製造流程(摘自友達光電網頁)..49
圖2.2.1-1、竹科工廠之事業廢水採樣情況,左上圖為一矽半導體廠;右圖為一記憶體晶片製造廠;左下圖為一LED製造廠............50
圖2.2.1-2、竹科雨水溝採樣情況,左上為D02廢水放流口之法定採樣口;右上圖為D04雨水溝;左下圖為D09雨水溝;右下圖為D08雨水溝......................................................................................................51
圖2.2.1-3、客雅溪水樣採集情況,左一圖為中興橋採樣點;中圖為當賢橋採樣點;右上圖為牛埔橋採樣點;左下圖為香雅橋採樣點..52
圖2.2.2-1(a)、水體採樣用採樣勺.........................................................53
圖2.2.2-1(b)、水體採樣用深層水採樣器.............................................53
圖2.2.3-1、本研究所使用的重金屬分析設備Perkin Elmer Elan 5000 感應耦合電漿質譜儀..............................................................................54
圖2.3.1-1、半導體、光電產業與放流水之重金屬相對濃度圖(以放流水為分母)..........................................................................................55
圖2.3.1-2、三種竹科主要產業之重金屬雷達指紋圖(相對於事業廢水濃度) ........................................................................................................56
圖2.3.1-3、生技產業之重金屬污染物雷達指紋圖..............................57
圖2.3.1-4 (a)、半導體產業重金屬污染物雷達指紋圖譜.....................58
圖2.3.1-4 ( b)、三種半導體相關產業重金屬污染物雷達指紋圖譜...58
圖2.3.1-5 ( b)、三種半導體相關產業重金屬污染物雷達指紋圖.......59
圖2.3.1-5 (a)、半導體產業重金屬污染物雷達指紋圖........................59
圖2.3.1-6、半導體、光電產業與放流水之重金屬經圖(以半導體產業廢水為分母)......................................................................................60
圖2.3.1-7、半導體、光電產業與放流水之重金屬相對濃度圖(以光電產業廢水為分母)..............................................................................61
圖2.3.1-8、竹科廢水重金屬之PCA三維分析結果,以重金屬為變數..............................................................................................................62
圖2.3.1-9、竹科廢水重金屬之PCA二維分析結果,以重金屬為變數..............................................................................................................63
圖2.3.1-10、竹科廢水重金屬去除異常排放工廠E之PCA二維分析結果,以重金屬為變數..........................................................................64
圖2.3.1-11、竹科廢水重金屬之PCA二維分析結果,以重金屬為變數..............................................................................................................65
圖2.3.1-12、將四水樣的生物毒性與重金屬濃度進行PCA分析之三維分析結果..............................................................................................66
圖2.3.2-1、竹科雨水溝中水樣平均重金屬濃度 (μg/L)..............67
圖2.3.2-2、事業廢水及雨水溝進行主成份分析之二維結果示意圖..68
圖2.3.3-1、客雅溪水中金屬濃度經注入口上游(K2)濃度標準化後結果..............................................................................................................69
圖2.3.3-2、污水處理廠放流水與客雅溪水樣品重金屬濃度進行PCA分析之二維分析結果..............................................................................70

第3章 竹科高科技產業廢水與承受水體中的半揮發與非揮發性有機污染物分析研究
圖3.1-1環境荷爾蒙化合物的化學結構:(a)辛基苯酚,(b)壬基苯酚,和(c)17貝他-雌二醇雌激素.................................................................92
圖3.2.2-2、本研究所使用之LC/MS 為ThermoQuest 的Finnigan LCQ Duo ....................................................................................................93
圖3.2.2-1、塑化劑與非離子界面活性劑分析流程圖..........................94
圖3.3.1-1、廢水經污水處理廠廢水標準化後的相對雷達圖..............95
圖3.3.1-2、竹科事業廢水分析目標物與生物毒性之PCA 2D分析結果..............................................................................................................96
圖3.3.1-3、竹科事業廢水分析目標物與生物毒性之PCA 3D分析結果..............................................................................................................97
圖3.3.2-1 a、塑化劑與非離子型界面活性劑分析結果雷達圖,上排由做至右為D03、D04、D08................................................................98
圖3.3.2-1 b、塑化劑與非離子型界面活性劑分析結果雷達圖,上排由做至右為D09、D10、WWTP(D01)............................................................................................99
圖3.3.2-2、竹科雨水溝中塑化劑與非離子型界面活性分析............100
圖3.3.3-1、客雅溪流域各採樣點濃度經污水廠(WWTP)標準化後的分析結果................................................................................................101
圖3.3.3-2、客雅溪流域各採樣點濃度經市區採樣點K3(牛埔橋)標準化後的分析結果....................................................................................102
圖3.3.3-3、客雅溪流域各採樣點與污水處理廠之PCA分析結果..103

第4章 竹科事業廢水與承受河川之水質分析結果
圖4.2.2-2、O.I. Analytical Model 1010總有機碳分析儀.................133
圖4.2.2-1、Metrohm離子層析............................................................133
圖4.3.1-1、竹科污水廠入/出水口傳統水質分析項目與陰離子分析雷達圖........................................................................................................134
圖4.3.1-2、廢水傳統水質項目與陰離子分析結果之二維PCA圖..135
圖4.3.1-3、廢水傳統水質項目與陰離子分析結果之三維PCA圖..136
圖4.3.1-4、傳統水質分析項目與生物毒性之PCA分析結果..........137
圖4.3.2-1、竹科雨水溝傳統水質分析項目與陰離子分析雷達圖....138
圖4.3.3-1、客雅溪流域水質分析項目分析結....................................139
圖4.3.3-2、客雅溪流域水質分析項目經各點大腸桿菌對數值標準化後之分析結果........................................................................................140
第一章
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第二章
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第五章
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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