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磁聚分離技術簡介 (半導體業Cmp)200711
- 1. 宏麗水處理有限公司 /志純/宏秝科技有限公司═ 工程、設備、維護&耗材及化學藥品 ‧公司聯絡． ‧ 高雄總公司：高雄市811楠梓區鳳楠路108巷23號 ‧ Tel:07-3536048 Fax:07-3534156 ‧ 宏秝屏東：屏東縣萬丹鄉成功街2段11巷2號 ‧ Tel:08-8686753 Fax:08-8685469 ‧ 宏麗台南：台南縣731後壁鄉烏樹村132之10號1F ‧ Tel：06-6831658 Fax：06-6831716 ‧ 志純台中：台中縣414烏日鄉長春街132巷6號1F ‧ Tel：04-23366447 Fax：04-23363885 ‧ 崑山岱德：江蘇省昆山市張浦鎮花苑路588號 ‧ Tel：(0512)-57454390 Fax： (0512)-57445416 ‧ 通訊 聯絡： ‧ 高雄縣鳳山市五甲二路294巷25號 ‧ E-mail:hl.water@msa.hinet.net
- 4. 廢水處理方法的基本類型 PPhoeniXhoeniX 基本原理 新型技術 調整搭配技術 傳統技術 物 化 磁聚固液分離 上浮式過濾 催化混凝技術(磁催化，電磁波 極性分子催化） 脫水技術(螺桿式,電解胞膜式) 淺層零速氣浮 高效混凝劑(脫色,銅 捕劑) 超聲波強化化學反應 粗細篩分離網 傳統沉澱，氣浮，過 濾及污泥脫水(帶濾, 板框,離心式) 生 化 高效懸浮濾床反應器 新型厭氧折流板反應器 膜離生物技術(MBR) 磁致生物效應 人工溼地 新型生物擔體，BAC 輸氧技術 馴化菌種 釋氧酵素 純氧/O3強化 各種分槽式生物反應 槽：AO,A2O,UASB, SBR，氧化溝 高級氧化 高電效鈦電極電解 石英雙套管臭氧（+UV） 催化氧化技術 超臨界氧化 鐵炭微電解 新型電極（三維半導 體催化陶瓷電極） 强氧化劑添加 電解，電凝，電集 FENTON法 奈米單石吸附氧化技術 離子交換,EDI/EDR，電容吸附 薄膜分離（UF,NF,RO） 機 能 化 磁化、礦化、遠紅、電解。 功能性微生物。 超聲波降藻 旁流去硬度 景觀，植生 顆粒活性碳吸附高級淨化
- 5. 水體中物質的混合與反應時間 PPhoeniXhoeniX 類型 舉例 一般反應時間 快速 加藥混合（依流場設計） 混凝反應 化學反應（氧化還原、沉澱） 電磁波(場) 超音波空穴爆破 紫外光UV <5s <0.3s 0.1-1s <0.01s <0.01s <0.01s 慢速 絮凝反應（依流場設計，水温） 臭氧接觸（依濃度） 極板式電解反應（依電流密度） 20-45s 1-2min 2-5min 傳統方法的困難： 酸鹼值的調整看似簡單，實則非常容易產生抵消加藥及追逐加藥的現 像，尤其當反應槽內控制點數不多時，一批批的廢水 pH 落差造成加藥 幫浦時而加酸時而加鹼，不僅浪費加藥且造成廢水鹽度上升
- 6. 快慢混調控反應器模組流程原理示意圖 進流污水 一次加 藥混合 加藥取樣 二次加 藥混合 三次加 藥混合 N次加 藥混合 慢混 絮凝 加藥取樣 加藥取樣 加藥取樣 取樣 取樣 調控反應噐 反應器的設計理念： 混合、混凝、絮凝和反應流場的高度整合 原理比較 調控反應器 一般傳統方式 混絮凝裝 置動力學 原理 1.推流密閉式反應器 2.無動力管道式混合結構 1.分槽開放式CSTR反應器 2.動力攪拌混合結構 PPhoeniXhoeniX
- 9. 快慢混調控反應器的組合應用 PPhoeniXhoeniX 項目 說明 選項 控制迴路之自控 機構 依原水變異幅度 和目標調控精確 度而選擇 1.回饋控制 2.回饋控制+前饋控制 控制迴路級數 當原水變異幅度 偏大或調節槽容 積過小時 採串連二級以上控制(前置 預調整) 偵測與加藥穩定 性 1.偵測：單偵測或雙偵測器 2.加藥機：單泵或双泵交替 警報與歷史記錄 1.電腦級圖控 異常控制機制 事件觸發 (增設 電動閥) 1.異常原水切換暫存 2.異常出水回流再處理 其他選項 1.多種藥劑來源(酸鹼，濃 度，廢液) 2.流量計與流量比例閥控制 機構
- 10. 螺桿式污泥脫水機 原污水 廢水處理及回用技術模組（舉例） 磁聚快 速固液 分離 緩 衝 調 節 槽 電容吸附 去離子 RO膜 技術 中 間 槽 優於自來 水水質 半乾污泥 PPhoeniXhoeniX 乾污泥 奈 米 單 石 吸 附 氧 化 電 磁 波 催 化 絮 凝 上 浮 式 過 濾 懸浮 濾床 生物 反應 器 污泥水 濃縮離子水排放 或蒸發回收 31 4 5 8 72 6 水質項目 1 2 3 4 6 8 9 極低 極低 低溶解度 極低 高溶低生化性 高溶高生化性 極低 極低 高 極低 極低 高 中 中 低 低 極低 極低 極低 鹽類離子(電導度) 高 高 高 高 高 高 極低 極高 極低 極低 極低 低 低 低 低 低 中 5 7 SS懸浮固體,油脂 高 低 極低 極低 高 低 低 極低 高 低 低 極低 COD 加藥 氧化劑 羥 基 催 化 氧 化 9
- 11. 磁聚機構造
- 18. 物化混凝法是淨化廢水的適當方法 一、無機廢水污染特性 1.高濃度COD及高SS,且BOD/COD較低，一般不易進行生化處理 2.有時同時含高量油脂（機油，潤滑油，切削油，脫模劑） 3.含大量金屬粉末或金屬離子 二、有機高油脂廢水污染特性 1.高濃度COD及高SS,且BOD/COD較高 2.食物油脂含量高常是COD高的主因 3.含較高量界面活性劑及消毒殺菌劑 三、物化混凝法可去除 1nm-100um 之膠質微顆粒，包括微生物、病毒、乳化 油、金屬離子（先調整酸鹼析出低溶物）等，但對小分子及高極性有機物 則不易去除(適合採需較長時間作用的生化法處理） 四、物化上，將污染微顆粒化的方法有： 1.化學沉澱反應 去除重金屬之搭配技術 2.混凝絮凝反應 主要技術 3.新型重金屬捕集和破螯合藥劑 去除特殊微量物質之搭配技術 4.奈米吸附反應 去除硬度之搭配技術 五、而將水體中微顆粒移除的方式則有： 1.沉澱 2.浮除 3.過濾 SS量少時之技術 4.磁聚 主要技術 PPhoeniXhoeniX
- 21. 磁聚淨化系統特點 • 適合多種不同類別（ SS、油脂、重金屬、膠體、色度、細 菌、大部份溶解性COD ）之污水處理。 • 移除微細顆粒更徹底，出水清澈度遠優於沈澱或浮除技術 • 處理時間短，全程僅約 2 分鐘，可省掉沉澱槽、濃縮槽及 壓濾機，佔地少（1/15以下）。 • 省電（每噸水耗電＜0.2度）、耐用、特低的維護費。 • 模組化人機界面全自動控制設備，施工容易，安裝迅速。 • 移動式設備，可配合製程改變或廠房遷移搬動繼續使用。
- 22. 磁聚技術和傳統沉澱技術的比較 PPhoeniXhoeniX 方式 項目 磁聚分離技術 傳統沉澱技術 主要原理 磁聚吸附分離 >95%(出水＜30mg/L) 70％～80％ 進水SS濃度限制 50ppm-5% <5000ppm 極少 全程3分鐘 中價位（耐用10年以上） 較低(磁絮凝原理可減少混 凝劑及脫水高分子藥耗) 電力成本 極低（核心原理不耗電） 較高 設備遷移 輕鬆移動 工程浩大 極低（動力元件少） 全自動控制 管中處理無異味 重力沉降分離 SS去除效率 依微顆粒懸浮特性而異 污泥含水率 脫水前 >98%,需經脫水 佔地面積 大 處理時間 混絮凝0.5-1小時 沉澱1-3小時 設備成本 中-高價位(依品質） 藥耗成本 一般 維護成本 較高 人工管理 藥劑調整較不易掌控及較多 設備維護 環境異味 開放式兼部份曝氣攪動易散 發異味
- 37. 氫氟酸廢水的傳統處理方法 （一）化學混凝沈澱法 化學沉澱法為利用化學藥劑與溶解的離子發生化學反應產生不溶解性 沉澱物，含氟廢水的處理即利用鈣離子與氟離子發生反應結合成氟化 鈣粒子沉澱去除之。 反應化學式 Ca2+ + 2F- → CaF2↓ Ksp = 3.4*10-11 （二）流體化結晶床處理法 流動床式的氟化鈣結晶法，即加強含氟廢水與一般酸性廢水的分流， 使氟離子濃度提高，並於鈣離子與氟離子反應之時加入晶種，在流動 床式反應器中使氟化鈣結晶析出，以去除氟離子。 PPhoeniXhoeniX
- 38. ‧ 氟系廢水處理後需達氟離子15ppm以下之排放水標準，若考慮回用還希望能 有更佳的去除效果。 ‧ 業界普遍採取監控氟離子殘留量，並過量添加氯化鈣、或熟石灰之策略，以 確保水質處理品質，但如此會造成後段污泥量的遽增，增加污泥處置的費用 和環境的衝擊。 ‧ 由於氟離子的粒徑為1.36*10-10m，經反應形成之氟化鈣非常細小，在水中沉 澱速度很慢，常有排放水質S.S.偏高或不穩定，而增加水污費用。 氫氟酸廢水傳統處理方法的困擾 過量加藥背景：理論上以溶解性鈣鹽處理後的處理水中，氟離子殘留濃度為 7.8mg/L(依CaF2溶解度積)，但是由於影響氟離子殘留濃度的主要因素很多，如 Ca2+濃度、pH值、溫度、離子效應、離子強度、及與F-形成的溶解性複合物離子 (如Si2+、Al3+、Fe3+等等)，而各種因素中能由廢水處理現場操作控制者只有Ca2+ 與pH值兩者。理論上溶解度積是鈣離子強度乘上氟離子強度為一固定值，添加的 鈣離子越多，與氟離子反應沉澱量也越多，如果加入超量的鈣離子，則可藉共同 離子效應而使水中的殘存氟離子減少。 為了降低氟離子殘存濃度，理論可以提高所添加的鈣離子濃度以達到預期處理 效果，但…。 PPhoeniXhoeniX
- 39. 若利用粉體形態之熟石灰處理: ‧ 容易調整至較高鹼度 ‧ 產生的氟化鈣或磷酸鈣沉降分離性佳 ‧ 溶解度差，使用量大 ‧ 未利用污泥量亦大 ‧ 硬體上需作迴流等複雜設計，改善其接觸反應機率。 若利用37% 溶液形式之氯化鈣處理: ‧ 操作簡易方便 ‧ 反應性良好 ‧ 需調整至最佳反應之pH值範圍 (8~9間)，否則反應及分離沉降性不佳 ‧ pH值的調整，需借助液鹼作調整 ‧ 受限於化性平衡常數的關係，當到達平衡，不論氯化鈣濃度如何追 加，氟離子將不易進一步降低 早期添加至氫氟酸廢水的鈣常用熟石灰，但因溶解性極低，在習慣過量加藥下，生 成污泥量多，後續處理不易，故近年來科學園區新成立之工廠，其廢水處理逐步改 用溶解性佳而相對污泥生成量低之氯化鈣 氫氟酸廢水處理藥劑的選用 PPhoeniXhoeniX
- 42. ‧ 以1000ppm氫氟酸溶液(1L)測試，比較氯化鈣及「奈米鈣」 加藥量及殘留氟離子濃度 奈米鈣 CaCl2 加藥量(g) F-離子濃度 加藥量(g) F-離子濃度 0 1000 0 1000 1 700 1 850 2 540 2 700 3 340 3 560 4 200 4 430 5 150 5 300 6 80 6 250 7 30 7 180 8 10 8 100 9 100 10 100 「奈米鈣」和氯化鈣的杯瓶比較 PPhoeniXhoeniX
- 43. 奈米鈣滴定曲線 0 200 400 600 800 1000 1200 0 2 4 6 8 10 加藥量(g) F殘存濃度(ppm) 氯 化 鈣 滴 定 曲 線 0 200 400 600 800 1000 1200 0 2 4 6 8 10 12 加 藥 量 (g) 氟殘存濃度(ppm) 「奈米鈣」與氯化鈣處理1000ppm氫氟酸(1L)之滴定曲線比較 「奈米鈣」和氯化鈣的滴定曲線PPhoeniXhoeniX
- 44. 應用實例 ‧以每日1000噸，含濃度500ppm氫氟酸之酸性 廢水為例 : 氯化鈣的添加量約為6000公斤/日 「奈米鈣」的使用用量約在4200公斤/日， 為氯化鈣用量之70% ，液鹼用量節省30 % PPhoeniXhoeniX
- 45. 附：含磷酸等酸性廢水的應用 ‧ 磷酸、硫酸會競爭性的與鈣鹽反應產生不溶性鈣鹽。 ‧ 磷酸會競爭三個鈣離子，大量消耗鈣離子 ‧ 磷酸具有強大的酸鹼緩衝能力。使用氯化鈣作為中和鈣鹽時，在反應前、後 調整pH值時需加入大量液鹼。 ‧ 在液晶面板廠，目前採行之濕式蝕刻液以磷酸系統為主，廢水中殘有大量的 磷酸。 ‧ 為調整廢水之酸鹼度，往往需耗用大量液鹼去克服磷酸強大的緩衝現象。 「奈米鈣」可快速的與磷酸反應 ★「奈米鈣」可排除磷酸對加入液鹼時所形成 的緩衝現象，從而大量降低液鹼的使用 量。 ★「奈米鈣」作磷酸系統廢水處理時 : 1.可較氯化鈣有效捉取磷酸根，減少2.5倍 的加藥量 2.可減少高達4/5液鹼的使用量 氯化鈣 「奈米鈣」 使用量 2.5單位 1單位 液鹼用量 5單位 1單位 PPhoeniXhoeniX
- 47. 建議HF廢水處理流程與功能示意圖PPhoeniXhoeniX 前調節及 HF反應槽 調節槽 生物曝氣 濾池 高濃度 HF廢水 低濃度HF廢水 (+研磨廢水) 排放水 污泥 磁聚固液分離機 加藥系統(奈米鈣) 污泥脫水機 上浮式過濾機A 上浮式過濾機B 1.主體採磁聚固液分離機（或取代原混凝沉澱系統，原系統作為備用），作為中和HF及化混 分離微顆粒之主要核心功能 2.設上浮式過濾機A模組，可進一步濾除殘餘微量SS，而減輕後續生物池之負擔 3. 一般廢水中還含有化混後殘留之有機成份(COD<100)，可採生物曝氣濾池方式降解，因不 必設置沉澱池，相對高效而極省空間 4.增設上浮式過濾機B模組，可取代原砂濾系統，而有高過濾效率及低耗水的特色，亦可將 含少量SS之一般酸鹼廢水納入，進一步穩定排放水或回用水水質。 乾污泥 PH調整 反應槽 一般酸鹼 廢水
- 48. 含細微顆粒廢水採磁聚系統處理之特色 PPhoeniXhoeniX 細微顆粒廢水傳統處理困擾： 1.氟系廢水一般使用CaCl2（或奈米鈣）作為鈣鹽來源，可以降低污泥產量，但CaF2顆粒極 為細小，沉降性不佳，經混絮凝後，沉澱池之平均上昇流速宜控制在<0.3M/hr才會獲得 較佳的顆粒分離效果，這代表需要更大面積的處理空間。當採用斜板沉澱池時，仍然會 不斷有積泥及翻池困擾。 2.研磨及切割廢水，平均顆粒粒徑< 0.2 μm (CMP)，同樣是採傳統沉澱處理極為棘手的問 題。 3.傳統加藥控制不夠精確或混合機構流場設計不善，會導致不同槽間追逐加藥，或同一槽 中酸鹼抵消加藥，導致加藥浪費；過量的加藥會導致上澄液含有大量鈣離子，遇到後續 酸鹼廢水中的SO4 -2、PO4 -3等，又會形成硫酸鈣、磷酸鈣的微粒。 採磁聚系統特色： 採磁聚系統最大特色是高分離效率；節省空間；耐用長久、低維護費及人事費用；及對產 能及污染變化的高調節彈性。 1.高分離效率方面，磁聚技術採用新一代科技，藉由於磁力絮凝作用及磁粉之核種效應， 出水中絕大部份的微細顆粒都被有效移除，故特別適用於奈米級之微污染處理領城。 2.節省空間方面，磁聚技術由過去傳統需（沉澱反應、快混、慢混、沈澱、污泥濃縮，一 般要2-5hr）到只需2分鐘，佔地面積小，且由於磁力絮凝作用及磁粉之核種效應，出水 中絕大部份的微細顆粒都被有效移除，故特別適用於奈米級之微污染處理領城。設備可 安置於槽體上方，在節省空間上，非傳統技術可達成。 3.耐用部分，關鍵技術的核心為永磁磁體，可耐用數十年，系統只有馬達動力設備等需依 使用狀況定期更換，故折舊及維護費較低，人員操作及維護也都較簡易。 4.系統為模組組合式概念，當水量變化，水質變異時，（製程更改，廠房擴充）較易調整 以維持最佳的條件，平時且可依污染水質特性改變採用最適合的藥劑或劑量，而可合乎 長遠性的最佳成本效益。
- 51. DEMO水質濃度背景與模擬調製 1. 廠內現有HF廢水/廢液條件 (1)低濃度一般廢水,濃度約100ppm (2)中濃度一般廢水,濃度約1000ppm 目前中低濃度廢水合併處理,混合濃度約600ppm (3)高濃度廢液,濃度約8～13％ 目前高濃度廢液委外處理 2. 評估規劃：將高濃度HF廢液部分導入一般廢水混合處理之可行性 處理濃度將由目前600ppm提高至1500~2000ppm 3. DEMO模擬條件：以中濃度1000ppm廢水為基礎,加入高濃度8％廢 液混合,調製濃度約為2000ppm之混合廢水作為DEMO之模擬原水 PPhoeniXhoeniX
- 55. 上浮式 過濾機 研磨廢水處理及回收流程規劃 調節槽 磁聚機 浮動濾床式 生物反應器 排 放 泥 水 低導電度 混凝加藥 中水 回用槽 現階段規劃 依實場需求 規劃 未來回收水規劃 上浮式 過濾機 奈米單石 吸附氧化 RO逆滲 透膜 UF/SUF 膜 界達 電棒 慢速精濾 A B C D 慢速精濾 PPhoeniXhoeniX SDI<5 COD<20 COD<3 NTU<1 乾污泥
- 56. 化學混凝技術的研發進展 類別 項目 優勢 程序設施 技術 傳統化學混凝沉澱，過濾 磁聚技術 極省空間 易調控操作 出水穩定高效 重金屬螯捕劑 同時移除重金屬 電混凝法(Al/Fe犧牲陽極) 減少藥耗(但耗電) 低導電度 礦物型配方混絮凝劑（DCB 技轉） 低導電度 低污泥量 低藥耗 奈米粒子移除 有助於混凝效果 同時降解COD 有機陽離子絮凝劑取代PAC （園區半導體大廠採用中） 化學藥劑面 物理埸催化 面 磁埸催化 界達電埸催化 配合高級氧 化(前置) 氧化劑添加(H2O2,O3) 電解催化(Ti電極) 電磁波催化 化學混凝 機制 PPhoeniXhoeniX