以濕式洗滌法去除發光二極體產業含氨廢氣之效率探討

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費國偉(Kuo-Wei Fei) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所

論文名稱

以濕式洗滌法去除發光二極體產業含氨廢氣之效率探討
(Investigation on Ammonia Removal Efficiency Achieved with Wet Scrubbers for an LED Manufacturer)

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摘要(中)

由於半導體產業之產品的多樣化，以及製程的的改變，造成原物料使用上，也產生許多變化。其中半導體之發光二極體(簡稱LED)製造，因產品製程的需求，而大量使用之原料氣體－NH3，造成廢氣具有高濃度的特性。其廢氣中NH3排放濃度達數萬ppm，甚至高達十幾萬ppm，以往酸鹼共排之處理防制設備及操作方式已無法有效去除污染物。因此，本研究對象以某製造發光二極體之實廠，所排放含氨廢氣處理防制設備之處理效率作為探討。目前處理設備是以雙塔串聯之填充式濕式洗滌塔來處理含氨廢氣。經本次實驗後，不僅排放濃度可低於法規排放標準之35 mg/m3，更可每月節省17.1%的處理成本，其最佳之處理操作參數如下：控制洗滌液之pH6.0~6.5，可有效去除污染物並降低硫酸藥劑的使用；提高洗滌液之溢流率，降低洗滌液電導度，並維持於40~50 mS/cm；增加其液氣比以有效提高去除效率。
雖然以雙塔串聯之填充式濕式洗滌塔去除含氨廢氣效果頗佳，但其廢氣中含氨濃度極高，如能有效回收處理再利用，不僅可降低空污防制設備的運作成本，也可減少因濕式洗滌塔所產生之廢水，而流入至廢水處理設施所造成廢水處理的負擔；更可經由回收處理再利用，增加額外的收益，此乃值得持續研究之方向。

摘要(英)

Due to the rapid change and diversification of products, semiconductor industry has to adopt different processes and material to meet the needs of new products in a faster path nowadays. Ammonia (NH3) gas has been widely used by this industry, especially for manufacturing Light-Emitting Diode (hereafter, LED). High emission of waste gas containing ammonia from this manufacturing process may occur if the ammonia is not properly treated. Traditional way of processing the NH3 waste gas that contains tens or even hundreds thousands ppm is now considered of low efficiency and cannot effectively remove the pollutant from gas streams. Therefore, this study focuses on the emission characteristics and ammonia removal efficiency of an anonymous LED factory located in Taiwan. The factory applies a series of packed wet scrubbers for processing ammonia-containing gas streams. The stack sampling results indicate that the ammonia emission can be kept below the regulation’s standard of 35 mg/m3 and 17.1% reduction of processing cost can be achieved. The above-mentioned experimental results can be reached by controlling the operating parameters as following. Firstly, the pH values of the scrubbing should be controlled at 6.0~6.5 for effective removal of ammonia and decreasing the consumption of sulfuric acid. Secondly, controlling the overflow rate of scrubbing liquid to maintain the conductivity at 40~50 mS/cm proves to provide high efficiency in removing ammonia from gas streams. Nevertheless, if the gas stream containing high-concentration ammonia that was treated with the series of packed wet scrubber can be processed to recover ammonia would be even better from the perspectives of resources utilization and reduction of the costs related to the treatment of the wastewater generated from the scrubbing process. This concept should be further investigated in the future for the benefits of semiconductor industry and the environment.

關鍵字(中)

★ 發光二極體
★ 含氨廢氣
★ 填充式濕式洗滌塔

關鍵字(英)

★ packed wet scrubber
★ Light Emitting Diode
★ containing ammonia emissions

論文目次

摘要................................................................ i
Abstract........................................................... ii
目錄............................................................... ii
表目錄.............................................................. v
圖目錄............................................................. vi
符號說明......................................................... viii
第一章前言......................................................... 1
1.1 研究緣起.................................................... 1
1.2 研究目的.................................................... 2
第二章文獻回顧..................................................... 3
2.1 發光二極體介紹.............................................. 3
2.1.1 發光二極體之發光原理.................................. 3
2.1.2 磊晶製程介紹.......................................... 4
2.1.3 氮化鎵之磊晶成長階段.................................. 5
2.1.4 氮化鎵化學反應........................................ 6
2.2 氨氣特性及影響.............................................. 7
2.2.1 氨氣(NH3)在大氣中來源 ................................. 8
2.2.2 氨氣對環境的影響...................................... 9
2.2.3 氨氣對人體的影響..................................... 10
2.3 廢氣之處理控制技術......................................... 11
2.3.1 乾式化學吸附法....................................... 11
2.3.2 濕式洗滌法........................................... 13
2.3.2.1 化學洗滌法..................................... 15
2.3.2.2 填充式濕式洗滌法............................... 16
2.3.3 生物處理法........................................... 20
2.3.3.1 生物洗滌法..................................... 21
2.3.3.2 生物濾床法..................................... 22
2.3.3.3 生物滴濾法..................................... 22
2.3.4 焚化處理法........................................... 23
2.3.4.1 直燃式焚化..................................... 23
2.3.4.2 電熱式氧化法................................... 24
2.3.4.3 觸媒焚化法..................................... 24
2.3.4.4 蓄熱式燃燒法(RTO).............................. 25
2.3.4.5 電漿燃燒法(常壓均勻電漿處理技術)............... 26
2.4 填充式濕式洗滌塔處理酸鹼廢氣常見之問題..................... 28
2.5 含氨廢氣相關回收技術....................................... 32
2.6 空氣污染防制相關法規....................................... 34
2.6.1 固定污染源空氣污染排放標準........................... 34
2.6.2 半導體製造業空氣污染管制及排放標準................... 36
2.6.3 國外空氣污染法規管制排放管道之標準................... 37
第三章研究方法.................................................... 39
3.1 研究背景................................................... 39
3.2 資料收集................................................... 39
3.2.1 洗滌塔之規格......................................... 41
3.2.2 洗滌塔設計基準....................................... 43
3.2.3 其他項目............................................. 43
3.3 採樣及分析方法............................................. 44
3.3.1 採樣與分析器材....................................... 44
3.3.2 採樣與分析方法....................................... 48
第四章結果與討論.................................................. 56
4.1 洗滌液之pH 值對氨氣去除效率的影響.......................... 56
4.2 洗滌液之電導度對氨氣去除效率的影響......................... 59
4.3 洗滌塔之液氣比對氨氣去除效率的影響......................... 64
4.4 廢氣處理成本比較分析....................................... 67
4.5 化學理論計量分析........................................... 70
第五章結論與建議................................................... 73
5.1 結論....................................................... 73
5.2 建議....................................................... 74
參考文獻........................................................... 76
附件一............................................................. 79
附件二............................................................. 80
附件三............................................................. 81

參考文獻

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指導教授

張木彬(Moo-Been Chang)

審核日期

2012-7-23

推文