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技術專文

發生於酸鹼混排的管路中，主要因 污染物去除反而會從洗滌水釋出少
圖1、雙膜理論說明 [2] 圖2、填充塔內不同循環水質對HCl去除效率圖（陳開亨；2004） [3]
排氣中的酸類易與氨氣反應形成氨 量污染物，以上結論可知針對低入
鹽微粒，而洗滌塔中過多水氣易與 口濃度時水質的導電度為主要重點
110
氨鹽微粒結合後形成肉眼可辨識之 Interface [3] 。
packed tower
微小粒子，也就是氣狀污染物衍生 scrubbing water pH=7, 25 lpm, retention time=0.706sec
100 Q g/Q I=196
之粒狀污染物。要解決酸鹼混排問
題，最直接的方法便是將酸鹼混排 Bulk gas Bulk gas 洗滌塔去除原理概述
中的氨氣透過洗滌水pH調整先行溶 K interface-gas 90 在「半導體製造業空氣污染管制及
解於洗滌液中，先將排氣中氨氣成 Concentration (Absorption→) 排放標準」 中，規定若無法證明
[4]
分使用酸性洗滌液中和去除，以減 K gas-liquid Gas-liquid interface 80 酸類排氣排放能達到 表2之排放標
K interface-liquid
少酸鹼混排所衍生之粒狀污染物並 Bulk liquid (←Dissolution) 準時，則處理設備控制條件需符合
降低廠區氨氣年排放總量，而洗滌 以下:
Gas liquid Bulk liquid removal efficiency, % 70
塔所產生之洗滌廢水則導入水回收 film film
系統，利用回收系統RO逆滲透處 – 洗滌水pH值應大於7
Film thickness 60
2
理(Reverse Osmosis-RO)程序將含 – 潤濕因子應大於0.1m /hr
氨污染物濃縮後進入氨氮處理系統 Distance – 滯留時間應大於0.5秒
(MD)去除氨氮，經由逆滲透處理後 50 scrubbing water conductivity
0.35 ms/cm 2 3
水質再經由UV (紫外光)及混床樹 – 填充物比表面積應大於90m /m
5 ms/cm
酯塔(MB)進行精煉處理後，其產水 表 1、洗滌水中導電度與出口氯離子濃度分析 [3] 40 10 ms/cm 針對洗滌塔處理效率關鍵因子有
再次供給洗滌塔，達成水質循環使 「洗滌水pH 」、「氣體滯留機
用與污染物妥善處理之目的。 導電度ms/cm 0.35 2 5 10 會」、「水質導電度與處理效率」
30
0 1000 2000 3000 4000 以及「污染物濃度與處理效率」。
HCI inlet concentration, ppb
-
[Cl]濃度ppb 10000~13000 49000~53000 140000~160000 3600000~4200000 以下分別就四種關鍵因子進行探討
[5]
。
文獻探討 [4] 圖3、洗滌水pH 值對NH 3 氣體處理效率之影響 [6]
表 2、半導體製造業空氣污染物排放標準
洗滌水pH
0% 氣態污染物接觸洗滌液時，透過酸
空氣污染物 排放標準
水質與空污理論 為陰離子(anion)帶負電，鹼是陽離
10%
子(cation)帶正電之原理，加速污染
目前半導體業處理無機酸鹼排均以 揮發性有機物 排放削減率應大於90％或工廠總排放量應小於0.6kg/hr
(以甲烷為計算基準) 20% 物吸收速率，即酸性污染物要用pH
吸收法為主，且其排氣多是低濃度 為鹼性的洗滌液吸收。但單片式酸
30%
大風量，若濃度過低則處理效率無
三氯乙烯 排放削減率應大於90％或工廠總排放量應小於0.02kg/hr 槽製程酸鹼排氣無法確實分流，造
法有效提升，因此更進一步探討吸 40%
成氨氣排入酸性洗滌塔處理效率不
收法原理與處理效率改善機制。 50% + 佳之問題。因此可透過洗滌水pH調
吸收法可分為物理吸收與化學吸 硝酸、鹽酸、磷酸及氫氟酸 各污染物排放削減率應大於95％或各污染物工廠總排放量應小 + (%) NH 4 NH 3
於0.6kg/hr 整提高酸排中氨氣之溶解率如 圖3
收，物理吸收藉由有害物質在洗滌 NH 4 60%
所示。酸性或鹼性廢氣成分經常是
液中溶解度，液氣兩相接觸後溶解
硫酸 排放削減率應大於95％或工廠總排放量應小於0.1kg/hr 70% 以水當作洗滌液，於氨氣處理方式
在洗滌液中；化學吸收則是依靠有 控制於酸性範圍，可使酸性廢氣中
80%
害物質與洗滌液發生化學反應，形 +
氨分子在吸收至水中解離為NH 4 離
成無害之分子或離子，一般洗滌塔 90%
子。
則採用兩種並行方式，以水為洗滌 100%
液，並加入氫氧化鈉或硫酸等藥劑 度差便是兩相質傳的驅動力。 圖1 量，在排氣濃度低的的狀態下，循 5 6 7 8 9 10 11 12 13
加速化學反應。在洗滌塔中，廢氣 右表示在液氣介面之溶解平衡常數 環水水質乾淨程度亦影響處理效 pH
與洗滌液接觸形式，依照雙膜理論 會趨近於一致。一般將此溶解平 率，循環水導電度高狀態下即使 氣體滯留機會
[2]
(Two-Film Theory) 如 圖1 。 衡常數稱為亨利常數(Henry's law 控制pH及滯留時間，對空氣污染
氣態污染物要能被洗滌液吸收，必
constant)，其物理意義為氣體中溶 物的去除效果有限並可能產生氣提
圖1左表示在液氣接觸介面附近之 要條件就是要和洗滌液接觸，氣液
質分壓與溶液中溶質平衡濃度的比 現象，依據『利用細微水霧改善 口濃度1ppm以上之範圍，0.35、 入口濃度100ppb時，去除效率的
氣體與流體，由於污染物濃度差之 接觸的方法主要有「慣性衝擊」和
值，其值愈小，代表該物質水溶性 5和10cm/ms三種水質表現是導 差距可達到20%，而在洗滌水導
關係各自有一濃度梯度，可將包含 傳統填充塔對HCL氣體去除效率』 「直接截留」兩種 圖4。慣性衝擊
愈好，通常亨利常數需小於0.007
有濃度梯度的液體與氣體視為接觸 文獻中探討，利用不同導電度水 電度越低的去除效率越佳 圖2 ，但 電度為10ms/cm時，若入口濃度 是氣態分子因慣性撞擊填充材而產
[2]
才適合以水作為吸收液 。
的雙膜，在膜的介面處有一不連續 質進行去除氯離子效率測試，導 其間差距約不超過5%，但在小於 小於40ppb時，則有可能會有氣提 生接觸，路徑越長截留機率越高。
驟降之濃度梯度，則此液氣接觸濃 因半導體排氣特性屬於低濃度高風 電度與氯離子結果如 表1 ，當在入 1ppm則會有較大差距表現，而在 (stripping)產生，此時不但無法將 直接截留為微粒等效直徑介於慣性
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