废水系统规划及基本设计作业指引

D:\temp\1486879305873.doc\19/09/13CERTIFIEDPROJ.MGRDATE0INITIALISSUECLIENTDATEREV.DESCRIPTIONBYCHK.APPR.DATESHEET1OF98WasteWaterTreatmentSystemPlanandBasicDesignGuide废水处理系统规划及基本设计指引技术手册废水处理系统规划及基本2OF120DATE设计指引REV.0目录1.0系统简介32.0设计准则183.0设计应注意事项294.0应研读之法规-标准、书籍或数据425.0ABC科技股份有限公司范例59废水处理系统规划及基本3OF120DATE设计指引REV.01.0系统简介1.1名词释义1.混凝(Coagulation)由于微粒表面电荷中和后，利用粒子与粒子间彼此微弱的vanderwalls吸引力所造成的凝集作用。此种力量非常薄弱，容易受到机械力的破坏，因此混凝作用时，常加入助凝剂(如polymer)利用胶羽使粒子与粒子结合成较大的凝集体。常用之混凝剂有硫酸铝(明矾)，多元氯化铝(PAC)，硫酸亚铁(绿矾)。2.胶凝(Flocculation)在两个或多个微粒间，利用高分子聚和物(polymer)来做架桥作用，使微粒聚集成较大凝集体而增加沉降速度。3.沉淀(Sedimentation)水质经凝结及凝聚作用后形成较大的凝集体，在沉淀池内使有足够的沉降时间与沉降速度使凝集体沉积池底。污泥脱水(SludgeDewatering)污泥脱水之目的在于减少污泥体积，使污泥易于搬运及废弃。一般污泥脱水可分为自然脱水与机械脱水。自然脱水乃利用干燥砂床将污泥披撒其上，藉重力把水份过滤掉在经由蒸气干燥达到脱水目的。4.PH值代表水值酸碱程度的一指标，pH=7为中性；Ph7为酸性；Ph7为碱性。5.BOD5(BiochemicalOxygenDemand)五日生化需氧量用以表示废水及表面水有机污染物的重要参数。主要是测量水中被微生物用来分解有机物所耗的溶解氧量。6.COD(ChemicalOxygenDemand)化学需氧量废水处理系统规划及基本4OF120DATE设计指引REV.0COD试验是用测量废水及天然水中有机物能被氧化之氧当量。一般来说，废水之COD较BOD高，因为能被化学氧化的化合物较被生物氧化的化合物为多，又COD与BOD间存有某种关系且COD约3小时即可测出，因此，通常用COD值来当做处理废水之依据。7.S.S.(SuspendedSolid)悬浮固定体指悬浮于水中之物质，其范围有自细小的胶状粒子至粗大的固定物，为污水水质之重要指标。8.F(Fluoride)氟离子高浓度的氟化物对河川中生物具有毒性，因此对放流水质之氟离子含量有其规定限值。1.2废水来源及水质水量之分析以电子厂废水来源及特性来看，大致可分为：1.一般酸碱废水包括WetBench排水含HCL、HNO3、H2SO4、H3PO4、CH3COOH、NH4OH、H2O2……etc。特性为pH变动大，水中缓冲(buffer)少，此类废水量一般为最大宗。2.有机废水此类废水通常在TFT-LCD或PDP制程产生，其COD浓度平均1800mg/L，变化范围一般在1000~4500mg/L。一般需生物处理法去除。3.含氟废水主要为晶圆厂蚀刻制程经清洗产生之废水，一般可分为低浓度(F-：200mg/L)高浓度(5~7%)。需特别注意浓度高于10%之氢氟废水处理系统规划及基本5OF120DATE设计指引REV.0酸，应视为化学品废液纳入化学系统之废液收集系统。4.CMP研磨废水化学机械研磨(CMP)制程为12〞晶圆制造的必备制程，其废水含有大量奈米级(小于100mm)的颗粒(其成份可能含有Cu、W、Ti、Ce等重金属及不可知的商业机密有机成份)，一般研磨液可分为氧化膜及金属膜两大类。5.重金属废水一般晶圆厂及TFT-LCD厂较少有重金属废水产生，但对PDP制程，其它电子组件，如：MLCC、CHIP-R或电镀制程者，就必需处理金属废水，另外，如：砷化镓制程有含砷废水，而铜制程CMP废水则含Cu离子需去除。6.BG晶背研磨废水BG废水为晶圆制程过程晶背研磨之清洗废水，含有大量SiO2颗粒，其粒径小于0.5μm。7.其他废水纯水再生废水：MMF、ACF反洗水主要污染成份为SS，离子交换树脂再生废水主要污染特性为pH值，其他如RO、EDI、UF浓缩水一般均可回收利用。废气洗涤塔排放水：主要含SS及依其废气性质而定之酸碱废水。冷却水塔旁滤系统反洗水：主要含SS。生活污水：一般为BOD=230mg/L，COD=460mg/L，SS=230mg/L为设计基准。1.3各股废水之处理方法1.一般酸碱废水处理废水处理系统规划及基本6OF120DATE设计指引REV.0一般将全厂废水经前处理后或具酸碱废水性质者，均纳入此系统，集中后以酸碱药剂中和至符合放流水标准(或园区/工业区纳管标准)后排放。一般设计时，需考虑两段式中和处理，其原因为电子厂酸碱废水一般缓冲物质(BUFFER)少，故pH调整不易，在设计时甚至有人建议应采三段式中和设计。如图一所示：为两段式中和处理系统废水处理系统规划及基本7OF120DATE设计指引REV.0废水处理系统规划及基本8OF120DATE设计指引REV.02.有机废水处理电子厂有机废水其主要特点是BOD5/CODcr值3.0，属生化性不好的废水。生化处理由于技术成熟、运行成本较低、操作管理简单，已成为目前有机废水处理的技术核心。其中最早采用是传统活性污泥法，但随着在实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进，特别是近几十年来，在对其生物反应和净化机制进行深入研究、探讨的基础上，活性污泥法在生物学、反应动力学的理论方面以及在制程方面都得到了长足的发展。人们开发了一系列生化处理新方法，例如：吸附一生物氧化法(AB法)；厌氧/好氧活性污泥法(A/O法)；厌氧/缺氧/好氧活性污泥法(A2/O法)；氧化渠法；批次式活性污泥法(SBR法)及其变形(MSBR、CAST、UNITANK等)。近来又推出了两种新的污水处理技术，其一是BIOPUR法(曝气生物滤池)，其二是MBR法(薄膜生物反应器)。有机废水设计时，一般考虑COD浓度去除率，由于放流水标准COD订为100mg/L，因此如何搭配不同处理单元即成为设计重点。一般常见的处理流程如下：可将COD由1000mg/L降至100mg/L以下，若进口浓度更高，则可考虑在末段加一组活性碳。若进口COD浓度低至200~300mg/L，则可以仅考虑接触氧化处理，如图二所示：溶解空气上浮水解酸化沉淀过滤接触氧化消毒废水处理系统规划及基本9OF120DATE设计指引REV.0废水处理系统规划及基本10OF120DATE设计指引REV.03.含氟废水处理氢氟酸废水可分为高浓度含氟废水及低浓度含氟废水，由制程排出分别收集于贮槽。当低浓度含氟废水贮槽液位达设定高液位时，由液位控制传达讯号启动泵浦，定量输送贮槽内之低浓度含氟废水至贮槽与高浓度含氟废水混合。高浓度含氟废水经收集至贮槽与低浓度含氟废水混合，当液位达设定高液位时由液位控制传达讯号启动泵浦，定量输送贮槽内之废水至反应槽，石灰亦同时定量输至反应槽，反应槽内经pH控制侦测槽内废水之pH值小于11时，即输出讯号输送碱液至反应槽调节pH值，经反应形成CaF2白色混浊状之微细颗粒，降低废水之游离氟离子浓度使小于15PPM。经反应之白色混浊状之废水，溢流至凝集槽与凝集剂反应，促使CaF2之微细颗粒形成较大颗粒带正电之水合离子。经凝集槽反应之处理水流入胶凝槽与胶凝剂混合，促使处理水之悬浮颗粒结合，形成更大之颗粒。经胶凝槽反应之处理废水流入沉淀槽进行固液分离之过程，经一段时间后底部之污泥排入污泥贮地。而上澄液则经由管线排入调整池做后续处理。排入污泥贮池之污泥经液位控制启动泵浦输送污泥至污泥脱水机，滤除液则回流至贮槽A再行处理，污泥则定期运弃。图三为含氟废水处理系统流程：废水处理系统规划及基本11OF120DATE设计指引REV.0废水处理系统规划及基本12OF120DATE设计指引REV.04.CMP/BG废水处理国内外目前已被研究或发展使用之CMP废水处理技术可分为两大类：‧以化学加药混凝做前处理伴随重力沉淀、加压浮上或薄膜过滤等处理程序。‧不加任何化学药品直接以超过滤(UF)、电胶凝/电透析(EC/ED)或外加电场微过滤处理程序。兹分述如下：(1)化学加药混凝做前处理，伴随后段处理单元设备：化学加药混凝及胶羽作用是一种既有效又普遍的化学处理程序，包括借着带相反电荷之无机及有机物质表面电性中和及离子的中和作用，以使去稳定化的溶解或悬浮固体物质形成胶羽，并借着后段处理单元来移除CMP废水中所含之悬符微颗粒、重金属及一些有机物质。以下分别就后段处理单元设备之研究发展列举说明：(A)重力沉降(GRAVITYSETTING)：重力沉淀是一种简单且成熟的处理技术，但占地面积大，除了需要大空间的凝集沉淀槽及浓缩槽外，也需要配合调整槽及砂滤槽来使用，初期投资成本包括控制系统、管路及水槽结构等费用太高，且系统操作不稳定。(B)溶气加压浮选(DISSOLVEDAIRFLOTATION)：CMP研磨废液内含高浓度之悬浮固体物，以柱型浮选槽能有效地选分离研磨浆料，当加入补集剂油酸钠时其效果更显著，配合控制溶气压力、溶气饱和时间及加入适当药剂来回收研磨浆料固粒，并达到与废水分离的目废水处理系统规划及基本13OF120DATE设计指引REV.0的。(C)薄膜微过滤系统(MEMBRANEMICROFILTRATION)：目前广泛使用于CMP废水处理之薄膜过滤系统皆以平行流或扫流式(CROSS-FLOWFILTRATION)薄膜微过滤为主流。包括动态过滤膜(DYNAMICLAYER)及陶瓷膜(CERAMICTUBEFILTER)。平流式薄膜过滤系统操作压力约在25~75PSIG之间，流通量范围在10~150GFD之间，这些系统被使用于处理CMP废水系统设备供货商包括EPOCFILTRATION、PALLCORP及U.S.FILTER等。(D)一次通过低压薄膜组合系统(SINGLE-PASSMEMBRANEARRAYSYSTEM)：MICROBAR公司最近发展一种新的处理技术，采用一次通过(SINGLE-PASS)多段薄膜组合排列(MEMBRANEARRAY)之低压微过滤系统。这种ENCHEM系统使用流通过可达到200GFD，在低压下操作(4~10PSI)并可处理高流量达5,000gal/min，与平流式微过滤系统不同的是并没有循环过滤而是采用一次通过过滤方式。(2)直接使用超过滤或电胶凝处理方式：若不加任何化学药品来混凝胶羽化CMP废水中之溶解或悬浮微粒，或只加入少量PH调整剂来做为前处理加药时，目前已被使用或被研发之处理系统有：超过滤(UF)、电胶凝/电透析(EC/ED)或外加电场微滤系统等。(A)薄膜超过滤系统(MEMBRANEULTRAFILTRATION)：PALL公司采用超过滤技术(MICROZAULTRAFILTRAIONMODULES)模块，其特性为双层薄膜，中空纤维状，是一种分子量去除大小(MWCO)为废水处理系统规划及基本14OF120DATE设计指引REV.010,000DALTONS之有机膜。(B)电混凝/电透析技术(ELECTROCOAGULATION/ELECTRODECANTATION)：METTESON等以电解方式增加水中的离子，利用电混凝有效去除水中的超威颗粒RAGHAVAN等则以电混凝/电透析(EC/ED)技术来处理半导体化学机械研磨废液。(C)另外BG废水性质与CMP废水类似，一般可合并处理。图4-1为传统化学加药处理程序，后段并入氟系废水处理，仅处理至放流水标准。图4-2为直接使用薄膜超过系统处理，后段并加入ACF及IX(离子交换树脂)及UV消毒达到回收水等级。废水处理系统规划及基本15OF120DATE设计指引REV.0废水处理系