臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要利用臭氧/金屬固相觸媒/紫外光等高級氧化程序，針對半導體產業中的 Local Scrubber 廢水氧化進行氧化處理的研究，探討使用高級氧化程序（Advanced Oxidation Processes, AOPs）分解 Local Scrubber 廢水中TOC成份的可行性，以作為高級氧化程序運用在此廢水回收再利用的技術參考。
由研究結果得知，在中性緩衝溶液與鹼性緩衝溶液的條件下，添加固相觸媒Al2O3或TiO2/Al2O3之臭氧化 Local Scrubber 廢水實驗，略有助於提升去除TOC之效率，其中以添加Al2O3在鹼性緩衝溶液條件下，最具效益；在相同的鹼性緩衝溶液條件下，以臭氧/Al2O3之TOC去除率較單獨臭氧處理增加了25.92%；同時，臭氧/Al2O3在鹼性緩衝溶液條件下，亦是在各種臭氧/觸媒反應條件中，顯示出最高的TOC去除率，其值為87.63 %（30分鐘之氧化反應時間）。然而在原水為酸性氧化條件下（未調整pH值），添加Al2O3或TiO2/Al2O3均未能提高TOC之去除率。另外，以臭氧/UV紫外光之程序處理 Local Scrubber 原廢水（未調整pH值），在30分鐘之氧化反應時間，其TOC去除率高達95.31%，然而添加TiO2/Al2O3之實驗顯示出並無提升TOC去除率的效果。綜合此研究結果，若以臭氧高級氧化技術來分解 Local Scrubber 廢水中的TOC成份，以臭氧/UV紫外光之程序處理 Local Scrubber 原廢水，或者臭氧/Al2O3在鹼性緩衝溶液條件下，將是具備有效處理半導體產業中 Local Scrubber 廢水TOC成份的高級氧化技術。

This study investigates the oxidation of local scrubber (L/S) wastewater from semiconductor manufacture by using ozonation, catalytic ozonation (O3/TiO2/Al2O3), and photo-catalytic ozonation (O3/UV/TiO2/Al2O3). This research result of advanced oxidation processes can be the references for the local scrubber wastewater reclaim system in semiconductor manufacture.
The experimental results shows that catalyst of Al2O3 or TiO2/Al2O3 can promote the TOC removal under the condition of neutral or alkaline buffer solution during ozonation of L/S wastewater, Al2O3 at alkaline buffer solution induce highest promotion in TOC removal. The treatment efficiency of O3/Al2O3 is more than ozone alone about 25.92 % TOC removal under alkaline buffer solution. However, TiO2/Al2O3 or Al2O3 cannot enhance the TOC removal under acidic condition (no adjust the pH value, the raw L/S wastewater is acidic solution) during ozonation. The catalyst of TiO2/Al2O3 also cannot provide the promotion in TOC removal for O3/UV process during oxidation of L/S wastewater. In addition, O3/UV in acidic solution and O3/Al2O3 in alkaline solution presents the higher TOC removal efficiency than others conditions during oxidized L/S wastewater. The TOC removal efficiency of above two processes in 30 minutes reaction time is 95.31% and 87.63%, respectively. In this context, O3/UV in acidic condition (without adjust the pH value of raw L/S wastewater) or O3/Al2O3 at alkaline solution will be the very viable approaches for application of advanced oxidation processes in the local scrubber wastewater reclaim system of semiconductor manufacture.

誌謝
中文摘要
Abstract
目錄 i
圖目錄 iii
表目錄 v
第一章 緒論 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 3
1.3 研究內容 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 半導體產業特性 5
2.1.1 半導體產業之現況 5
2.1.2 半導體製程簡介 7
2.1.3 半導體製程廢水來源及處理方式 9
2.1.4 半導體廢水回收標準 11
2.2 半導體產業處理全氟化物製程廢氣設備之水回收再利用背景說明 12
2.3 臭氧的相關性質與反應 14
2.3.1 臭氧的物理化學性質 14
2.3.2 臭氧在水溶液的自解行為 16
2.3.3 臭氧與有機物的反應機制 18
2.3.4 其他因素對臭氧與有機物反應行為特性的影響 22
2.3.5 臭氧與紫外光自解機制 24
2.4 觸媒的介紹 26
2.4.1 金屬觸媒催化臭氧氧化反應的相關機制 27
2.4.2 臭氧/觸媒(Al2O3)處理效率 30
2.4.3 臭氧/觸媒(TiO2 /Al2O3)處理效率 30
2.5 紫外光與光觸媒(TiO2)反應機制 31
第三章 實驗設備與方法 32
3.1 實驗系統簡介 32
3.1.1 實驗儀器設備 34
3.2 實驗分析方法 37
3.2.1 氣相臭氧分析方法 37
3.2.2 總有機碳實驗TOC(Total Organic Carbon) 39
3.2.3 水質分析項目及方法 40
3.3 實驗藥品 41
3.4 觸媒來源及製備 42
3.5 實驗內容與設計 44
3.5.1 基本水質分析 44
3.5.2 背景實驗 44
3.5.3 高級氧化程序實驗 45
第四章 結果與討論 48
4.1 基本水質分析討論 48
4.2 背景實驗 49
4.2.1 紫外光照射實驗 49
4.2.2 固相觸媒吸附實驗 50
4.2.3 pH值對吸附的影響 52
4.3 臭氧劑量對處理Local Scrubber廢水之評估實驗 54
4.4 臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗 57
4.4.1 不同pH值下之臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗 57
4.4.2 在起始pH=6.5之下臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗 59
4.4.3 在pH=6.5緩衝溶液之下臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗 61
4.5 臭氧/固相觸媒處理Local Scrubber廢水之最佳固相觸媒決定實驗 63
4.5.1 最佳固相觸媒(Al2O3)量的決定實驗 63
4.5.2 最佳固相觸媒(TiO2/Al2O3)量的決定實驗 64
4.6 臭氧/固相觸媒處理Local Scrubber廢水之實驗 66
4.6.1 臭氧/最佳固相觸媒(Al2O3)處理實驗 66
4.6.2 臭氧/最佳固相觸媒(TiO2/Al2O3)處理實驗 69
4.7 臭氧/紫外光/固相觸媒(TiO2/Al2O3)處理Local Scrubber廢水之實驗 71
4.8 綜合比較結果 73
第五章 結論與建議 76
5.1 研究結論 76
5.2 研究建議 77
參考文獻 I
附錄 i


圖目錄
圖1-1 台灣水資源分配比例圖 2
圖1-2 Local Scrubber 設置示意圖(資料來源：本研究整理) 3
圖1-3 研究流程圖 4
圖2-1 台灣半導體產業結構圖(黃政平，2003) 6
圖2-2 半導體製造流程(資料來源：財團法人工業研究院電子所ITIS 計劃) 7
圖2-3 半導體製程步驟(黃政平，2003) 8
圖2-4 半導體廠廢水來源示意圖(張俊彥,1996) 10
圖2-5 臭氧的四個共振結構圖(Cotton﹐1966) 14
圖2-6 臭氧於水溶液中自解機制圖(Staehelin et al.,1984) 17
圖2-7 光催化臭氧自解之反應機制(Peyton and Glaze,1988) 25
圖2-8 溶解態金屬活化臭氧反應機制圖(Andreozzi et al.,1992) 29
圖3-1 實驗流程圖 33
圖3-2 臭氧反應裝置圖 36
圖3-3 最佳波長(222nm和290nm)，其臭氧濃度與吸光值關係 37
圖3-4 出流臭氧濃度與時間關係 38
圖4-1 不同臭氧劑量之去除率比較 55
圖4-2 不同臭氧劑量之mg-ΔTOC/g-O3消耗量比較 55
圖4-3 不同進流臭氧流量之出流濃度隨時間變化 56
圖4-4 不同pH值下之臭氧單獨處理 Local Scrubber 廢水之實驗，各去除率之比較 58
圖4-5 不同pH值下之臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗，各mg-ΔTOC/g-O3消耗量之比較 59
圖4-6 在起始pH=6.5之下，臭氧單獨處理Local Scrubber廢水，TOC去除率與pH值隨時間的變化 61
圖4-7 在pH=6.5緩衝溶液之下臭氧單獨處理Local Scrubber廢水，TOC去除率隨時間的變化 62
圖4-8 固相觸媒(Al2O3)量與TOC去除率之關係 64
圖4-9 固相觸媒(TiO2/Al2O3)量與TOC去除率之關係 65
圖4-10 臭氧/最佳觸媒(Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水，各去除率的比較 67
圖4-11 臭氧/最佳固相觸媒(Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水，各mg-ΔTOC/g-O3消耗量之比較 68
圖4-12 臭氧/最佳固相觸媒(TiO2/Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水，各去除率的比較 70
圖4-13 臭氧/最佳觸媒(TiO2/Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水，各mg-ΔTOC/g-O3消耗量之比較 70
圖4-14 臭氧/紫外光/觸媒(TiO2/Al2O3)處理Local Scrubber廢水之各TOC去除率比較 72
圖4-15 原水的各種去除方法之去除率比較 73
圖4-16 固相觸媒(Al2O3和TiO2/Al2O3)吸附、單獨臭氧、臭氧/固相觸媒(Al2O3和TiO2/Al2O3)在起始pH=3.3處理Local Scrubber廢水之比較 74
圖4-17 臭氧、臭氧/固相觸媒(Al2O3和TiO2/Al2O3)在中性、鹼性緩衝溶液之下處理Local Scrubber廢水比較 75


表目錄
表1-1 2005年台灣用水分配量及比例 2
表2-1 2001~2007年台灣IC產業產值 5
表2-2 為半導體場廢水處理方式 11
表2-3 未來規劃工業水資源回收指標之策略目標 12
表2-4 臭氧的物理化學性質 15
表2-5 各種氧化劑的還原電位 15
表2-6 不同pH值下，臭氧在水中的半生期 16
表2-7 臭氧直接反應與自由基連鎖反應之比較 18
表2-8 有機物反應特性以及與臭氧直接反應的速率常數(kO3) 21
表2-9 有機物與臭氧直接反應及與自由基反應的速率常數比較 21
表2-10 自由基鏈鎖反應中常見的起始劑、促進劑以及抑制劑 22
表2-11 臭氧與一些無機鹽類的反應常數 23
表3-1 臭氧化反應系統規格 34
表3-2 UV-Visible Spectrophotometer規格 35
表3-3 水質分析項目及方法 40
表3-4 臭氧反應實驗條件 46
表4-1 半導體製程Local Scrubber廢水性質 48
表4-2 紫外光光解Local Scrubber廢水的實驗結果 50
表4-3 不同觸媒(Al2O3)量吸附Local Scrubber廢水實驗結果 51
表4-4 觸媒(TiO2/ Al2O3)吸附Local Scrubber廢水實驗結果 52
表4-5 觸媒(Al2O3)在不同pH值之下吸附Local Scrubber廢水實驗結果 52
表4-6 觸媒(TiO2/ Al2O3)吸附Local Scrubber廢水在不同pH值之下實驗結果 53
表4-7 Local Scrubber廢水在不同臭氧流量下反應實驗結果 54
表4-8 不同pH值下之臭氧單獨處理Local Scrubber廢水之實驗結果 58
表4-9 在起始pH=6.5溶液下，臭氧對Local Scrubber廢水之實驗結果 60
表4-10 在pH=6.5緩衝溶液下，臭氧對Local Scrubber廢水之實驗結果 61
表4-11 臭氧/各固相觸媒(Al2O3)量處理Local Scrubber廢水之實驗結果 64
表4-12 臭氧/各固相觸媒(TiO2/Al2O3)量處理Local Scrubber廢水之實驗結果 65
表4-13 臭氧/最佳觸媒(Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水之實驗結果 67
表4-14 臭氧/最佳觸媒(TiO2/Al2O3)量在不同pH值下處理Local Scrubber廢水之實驗結果 69
表4-15 4.4節及4.5節中在不同pH值下各去除率的比較結果 74
表4-16 以臭氧/紫外光/觸媒(TiO2/Al2O3)對Local Scrubber廢水反應之實驗結果 72

中文部份
1.黃政平，"台灣半導體製程技術現況與趨勢之研究-以技術地圖探討" 國立台北大學企業管理所碩士論文，(2002)。
2.陳銘薰，"我國半導體產業資源最適配置之研究" 國立台北大學公共行政暨政策學所碩士論文，(2000)。
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英文部分
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