1、Introduction to Pollution Preventationand Treatment污染防治概論污染防治概論 莊清榮 2/25/2004課程目的課程目的：了解環境保護、如何減少污染物的產生及化工原理在污染防治上的應用，以推展污染防治技術及觀念於化工教育。授課老師：授課老師：錢建嵩 莊清榮 污染防治概論污染防治概論課程大綱課程大綱 子題子題 授課時數授課時數 授課日期授課日期 授課老師授課老師1.緒論.2hr 2/25;3/3 莊清榮 環保問題 污染防治觀念的演進 工業減廢2.水污染防治法與廢水處理原則.1hr 3/3 莊清榮3.廢水物理處理單元 5hr 3/10,17,31
2、莊清榮 4.廢水化學處理單元 2hr 3/31;4/14 莊清榮5.廢水生物處理單元 3hr 4/14,21 莊清榮 期中考期中考(暫訂暫訂4/28 4/28，原上課時段，原上課時段)6.廢氣處理.6hr 5/5,12,19 錢建嵩7.固體廢棄物處理 .6 hr 5/26;6/2,9 錢建嵩 期末考期末考(暫訂暫訂6/176/17，原上課時段，原上課時段)*上課時間:星期三(D.E節)地點：工學304 授課教材：以講義為主 成績評定:期中考50%，期末考:50%化學工程師之定位化學工程師之定位 能 源原料技術經濟的觀點(安全、衛生、環保)產品安全：Safety衛生：Health環保：Envir
3、onmentSHE化工四大領域化工四大領域n高科技材料與製程的開發(如生物科技與電子材料)n傳統工業的改良n清淨製程的開發 化工安全、衛生與環保n電腦輔助設計與程序控制環保問題的產生環保問題的產生n工業化的大量生產n都市化造成人口集中 環境保護環境保護n公害防治 偏重技術 防止人的行為污染環境介質，而間接危害環境中的生物及植物。n自然維護 偏重教育 防止人的行為直接破壞環境，如濫墾、濫伐等。當前全球環境問題-熱帶雨林之濫伐-土壤沙漠化-海洋與海岸區污染-跨國性的工業污染跨國性的工業污染 *有害廢棄物擴散-開發中國家環境污染開發中國家環境污染先進國家環境政策三階段n健康及生命安全之保障n財產保障
4、及追求舒適生活環境n尋求生態系統平衡台灣的環保問題n環境負荷沉重 人口密集、車輛快速增加、河川污染、土壤重金屬污染n公共建設不足，產業界長期忽視污染防治 *工廠設立缺乏規劃 *大眾捷運系統不足 *衛生下水道系統嚴重缺乏n環保知識與教育推廣不足工業污染發生之先後次序工業污染發生之先後次序第一代：原料的開採與產品之製造過程引起的污染，污染範圍較為局部。第二代：產品的分配、輸送及使用產生的污染，範圍甚廣。第三代：使用過的產品造成的污染。工廠產生污染問題之主因n規劃建廠時，忽視污染防治與工業安全之考量。n工廠管理人對相關法規及製程污染潛因欠缺了解。n製程選用、程序設計及污染防治設備設計不當。n污染防治
5、設備欠缺專責單位或人員，致操作維護不良。n污染控制技術及工廠內部管理不確實。n外在刺激誘因不足，包括取締管制之疏漏、未遭鄰近居民的督促等。n內在條件不良，包括技術能力不足、財務結構不佳等。企業何去何從？環保團體社區民眾保險媒體員工銀行/投資者政府部門消費者公司營運社會輿論客戶 環保問題解決之道環保問題解決之道n污染防治技術的開發n企業家的良心(社會道德)n政府公權力的行使n民眾教育水準的提高預防預防 與 治療治療污染物處理污染防治污染預防污染防治觀念之演進污染防治觀念之演進n管末處理(end-of-the-pipe treatment)設置設備處理或處置廢棄物至法規標準，不僅所費不貲，往往只能
6、將廢棄物(或汙染物)由一個媒介體轉移至另一媒介體而已，且可能導致二次污染 治標治標n製程中處理(in-line treatment)從產源減量及回收再利用等減廢(waste minimization)方法著手，既可減輕污染處理廢用，又可達資源有效利用 治本治本預防勝於治療之觀念-健康 預防勝於治療之觀念預防勝於治療之觀念-環保環保 污染防治污染防治3P概念概念n計畫構想提案人林作砥博士 Pollution Prevention Pays(3P)汙染防治有回報。污染物即為未被利用之原料及污染加上創新技術等於有價資源。污染預防污染防治污染物處理日本產業廢棄物日本產業廢棄物10年減量目標年減量目標n
7、1999年12月提出“產業環境自主行動計畫”，以2010年為目標年限。*針對各行業別，提出2010年廢棄物削減目 標，及所採取之因應對策。*至2001年1月，和1990年相比較，廢棄物約減少60%，成果相當的卓越。導向工業減費的先決條件n污染者付費n污染成本產品生命週期成本產品生命週期成本(Life Cycle Cost)傳統成本(開發、製造及銷售)十報廢及最終處置之費用美國“污染預防法”(Pollution Prevention Act)之精神n在污染源應儘可能預防或減少污染物的產生。n無法預防或污染的污染物應予回收。n無法預防、減少或回收的污染物必須儘可能的利用符合環境安全的方式加以處理。
8、n污染物的最終處置或排放到環境中，應視為最終不得已的手段，且必須確保其對環境的安全性。杜邦公司五杜邦公司五R之工業減廢手段之工業減廢手段nReduce 減量nReuse 再利用nRecovery 回收nRecycle 再生nResearch 研發Reduce 不需花大成本的基本措施，以減少無謂的浪費n良好的操作管理。n技術改進。n原料改變。例如：針對工廠廢液作全盤定性及定量之分析，分類收集後再個別處理。良好的操作管理良好的操作管理n調整操作步驟n廢棄物分流收集n物料庫存管理n製造時程更改n損失預防n紀錄保存n員工訓練操作條件之最佳化操作條件之最佳化n案例 印染工廠於染料配製時，多會準備過剩的染
9、料以確保布匹印染的品質均一，這些殘餘的染料倒入廢水溝中形成一嚴重廢水問題。傳統思維：如何直接解決此環境問題 *將殘餘的染料倒入收集桶當成固體廢棄物處理。*將設備上殘餘廢液以廢布擦拭後再進行清洗。先進思維：如何由污染源頭去解決 *使用電腦配色，精確的計算所需的染料，既可減少污 染的產生，亦可減少物料資源。原物料之改變原物料之改變案例化學反應A+BC 原設計使用過量A以獲得較高之反應轉化率，但未反應完全而排放之A成分，生物不易分解，造成其放流水質有時達到法定標準。將反應調整為過量B成分，雖然略犧牲了反應率，但B成分極易生物分解，因而解決放流水問題，也增加了整廠之經濟效益。廠內改善措施廠內改善措施n
10、改良製造程序與方法。n尋找替代原料。n員工適當之教育訓練。n建立嚴格之污染物管理程序制度。n定訂工業安全及衛生準則。n建立製程設備之預防保養與維護制度。n依污染物性質差異及處理難易，考慮分離或合併收集及處理。n擬訂緊急應變計畫。製造時程更改製造時程更改 例如：n配合定單，適當的排定生產時程進度，可減少設備清洗頻率，因而減少廢水量。n在不影響產品品質及產量下，適當的延長電鍍物件之停留滴液時間(Drainage Time)，來減少帶出液，因而增加後續清洗效率，減少槽液排棄頻率，以及減少原物料使用量。工廠內部污染源之調查、分析工廠內部污染源之調查、分析n調查各部門使用原料、數量及加工後產品之去向，對
11、污染性原料及污染物須特別注意。n清查全廠有關水、氣、物料進出系統，若數量無法平衡，即表示有所漏失。所有調查數據及資料，均可作為計算各製程中，污染物質之種類、數量，據以定出預防重點及管理措施。廢水之分類與分離廢水之分類與分離n程序廢水有時因數量、濃度、毒性不同，需加以分類收集處理。CN-+H+HCN (毒性)油脂+OH-皂化(不易分離)SO42-+Ca2+CaSO4(沉澱堵塞管路)n廢水污染低者，如冷卻水，可不必處理。n廢水經簡單處理後可再用，如洗滌廢水n廢水可回收有價值成分者，如電鍍鉻酸Reuse 製程中所產生之廢料，有可能成為其它製程的燃料、原料或其它應用等。n 透過“廢棄物資訊交換中心”，
12、使廢棄物可充份的再使用。例如：發電廠及煉鋼廠產生之飛灰、爐石，酌 量與水泥混合後，可用作建材或填土材料，如填海新生地等。事業廢棄物交換中心流程事業廢棄物交換中心流程廢棄物交換中心作業方式廢棄物交換中心作業方式Recovery 在製程中回收有用資源，使其不直接排於廢料中，以減少污染源。例如：電鍍液的重金屬、電子業的溶劑，以及紡織廠的漿液等的分離回收。Recycle 廢棄物經處理可作為其它應用品原料。例如：寶特瓶回收處理成塑膠粒子，其它 如鋁罐、玻璃、廢紙及廢輪胎等都可再生。鋁渣處理為高級鋁質保水磚 廢玻璃纖維樹脂製造之建材 橡膠瀝青示範道路 Research 以創造性的方法來減低或除去污染源，往
13、往可導致整個製程減廢的大幅改良。例如：杜邦公司的二氧化鈦製造，以氯化法取代舊有的硫酸法，而減少百分之九十的廢水。為什麼要做為什麼要做“工業減廢工業減廢”?n 資源有限原料成本急速攀高n 環保排放標準的提高處理廢棄物的有 形(財力付擔)及無形(社會責任)成本急 速增加n 國際公約的約束 1987 蒙特樓公約 1989 巴爾賽公約 1997 京都議定書居家減廢居家減廢 垃圾處理 掩埋-傳統方法 用地取得不易、地下水污染、沼氣溢散 焚化-現代方法 空氣污染、灰燼處理 減量-治本之道工業減廢之先決條件工業減廢之先決條件n 污染者付費 n 污染成本當業者發現必須花費成本處理工廠排放的廢棄物時，在節省成本
14、的可行性下，自然會尋求各種減廢的途徑。工業減廢之誘因工業減廢之誘因-經濟方面n節省原物料，降低生產成本，可提高生產力。n減少廢棄物處理、處置或貯存、清除的成本。n減少符合法規要求之許可、偵測或其它應實施規定之成本。n來自廢棄物交換或回收再利用所得之利益。n較低意外或緊急事故等環境責任風險或保險成本。工業減廢之誘因工業減廢之誘因-責任方面n可減少廢棄物產生者對公司或工廠附近環境之社會責任。n可減少廢棄物於貯存、清除、處理及處置上之環境風險。n可減少對員工安全、衛生上之危害。工業減廢之誘因工業減廢之誘因-其它方面n可增進公司或工廠之公眾(尤其是附近居民)行象。n可提高員工對公司或工廠之向心力，以及
15、對環境的認知。n具體的對環境的改善，善盡回饋社會之義務。n可減少來自無足夠掩埋場地處置的壓力。減廢的效益減廢的效益n 降低生產成本n節省廢棄物處理及管理費用n廢料或廢棄物回收增加額外收入n確保環境品質保護員工健康與安全提昇公司形象n提昇經營管理效率增加生產量促進工業昇級n達成資源永續利用之最終目標減廢經濟效益分析減廢經濟效益分析n廢棄污染物資源化的利潤n原廢棄污染物的成本支出n減廢及資源化的設備成本n操作及維護成本經濟評估指標=原廢污物資源化後的利潤+空污節省 的成本+水污節省的成本+固廢減量的成本-減廢及資源化的設備成本-操作及維護成本-能源成本減廢策略減廢策略工業減廢評估規劃工業減廢評估規
16、劃n第一階段：減廢政策之落實與減廢組織之成立。定 出減廢政策與目標。n第二階段：調查評估單元製程、原物料和廢棄物 管理。找出可能減廢的機會。n第三階段：確認相關之減廢技術方案。n第四階段：評估減廢技術方案之可行性。n第五階段：執行最佳之計畫方案，並追蹤、考核製程設備技術改進製程設備技術改進n程序改善n設備改善n操作改善n自動化。程序步驟技術化學反應 反應條件最佳化及改進程序控制 改進反應器之設計潑濺或洩漏控制 使用伸縮囊密閉式閥 儘可能使用管線接縫焊接 使用無軸封式泵浦 安裝溢流控制裝置過濾和洗滌 助濾劑使用方式及添加量之最佳化 再利用(循環)用過的洗滌水 懸浮液或污泥前處理化學劑量之最佳化洩
17、漏及濺溢等損失之預防洩漏及濺溢等損失之預防 例如：n定期換修填充材料(packings)或相關零件，可減少逸散性有機揮發物(VOC)從閥、flange、泵、攪拌器等設備洩漏出n 收集洩漏或濺溢的物料使之回收再利用。清潔生產改善製程、消除污染源 n清潔生產就是：1.改用無毒的原料。2.改善製程，減少廢棄物的排放。3.盡量回收再利用。以達到節省資源、節省能源、保護環境的終極目標。PVC耐吉鞋廠將全面停用PVC美國耐吉(Nike)公司1998年8月宣佈，其產品將全面停用其產品將全面停用PVC，以改善永續產品設計政策和因應未來法規制定與消費者的需求耐吉說耐吉說：PVC佔運動鞋總重的30%，製作過程和
18、最 終 處 置 時 會 釋 放 出 戴 奧 辛，PVC中含有害的添加物，如鎘、鉛穩定 劑 和 鄰 苯 二 甲 酸 鹽(o-Phthalate)塑化劑，都將造成環境問題製程的改變製程的改變-傳統製程流程 能源原料工業廢棄物(廢液、廢氣、固體廢棄物)製程 產品 產品使用 一般廢棄物(掩埋、堆肥或焚化)能源廢棄物處理能源、資源其它種型態之污染物製程的改變製程的改變-減廢製程 能源有效使用綠色原料工業廢棄物(廢液、廢氣、固體廢棄物)綠色製程 產品 產品使用 一般廢棄物處理能源有效使用回收再利用回收資源化之廢棄物廢棄物處理半導體製造業製程減廢技術半導體製造業製程減廢技術n合理用水1.採用自動控制清洗系統
19、，以減少用水量2.設置流量指示器或其他節水控制設施n回收再利用或循環使用1.濃硫酸回收：廢棄濃硫酸可回收外賣，提供為其他業別如鋼鐵業、金屬表面處理業等使用2.廢酸、鹼液回收：超純水製造之離子交換樹脂再生廢酸、鹼應先收集，避免各自排出，造成廢水pH時而偏高或偏低，且多餘之廢鹼可供廢水處理場調節其它酸性廢水之pH使用。半導體業氟化鈣污泥再利用n半導體業的廢棄物中，以廢溶劑與氟化鈣污泥為最大量。n氟化鈣污泥國內目前大多以掩埋處理為主。n有許多氟化鈣污泥再利用方式，如製磚、製土壤改良劑、當鋼鐵廠之鐵水脫硫劑及當水泥再生劑等，其中以當成水泥生料最為可行、日本已採用多年。半導體業用水量需求n半導體廠製程為
20、一種晶片表面加工工業，需大量純水清洗雜質，每片12吋晶圓用水量為5.0m3。n經由 純水製造及晶圓加工製程用水排放之廢水，其水質良好，稍加處理即可回收再利用，多數廠家以85%的回收率為目標。半導體製造業製程減廢技術n回收再利用或循環使用3.處理水回收再利用(1)濕式蝕刻清洗，去離子水使用之純水電阻係數為 18M-ohm cm(25)，但清洗晶片後流出之清洗水 及 電 鍍 前 處 理 純 水 水 洗 水 仍 有 1 0 M-ohm cm(25)之潔淨程度，因此清洗廢水部份可予處理回收。(2)積體電路封裝工廠，大多有電鍍IC基腳作業，可設 置金屬回收槽回收帶出液、鎳鍍液過濾機、採用反 應性清洗法等
21、，以減少用水量及廢水量。半導體製造業製程減廢技術n廢水分流1.雨水、廢水分別收集。2.依照製程廢水污染物特性，區分為含氟廢 水、酸鹼廢水、重金屬廢水、氰化物廢水等類。應依污染種類、高濃度廢液及低濃度廢水分別收集，以減少廢水處理場設置容量，可降低建造成本、佔地面積及操作費用。半導體業超臨界二氧化碳光阻劑去除半導體業超臨界二氧化碳光阻劑去除n顯影及蝕刻等步驟後晶圓上殘留物之去除需消耗甚大量的純水同時產生可觀的廢液。n此法以超臨界二氧化碳取代有害溶劑及腐蝕化學品。n二氧化碳也使用在清洗步驟，因此免除了以去離子水清洗及以異丙醇乾燥之需求。n此操作簡化了製造流程，降低了操作成本。n因無傳統濕式化學之高黏
22、度的問題，亦可符合半導體工業朝向小尺寸IC發展的技術需求。電鍍業製程減廢技術-製程改善電鍍製程之重要控制參數主要包括鍍液溫度、電鍍時間、電流密度及鍍液濃度等，其對電鍍品質之優劣有相當深遠之影響。若是製程控制之自動化程度低，則鍍件品質亦受到操作人員之技術所左右。此外，鍍件之懸掛方式、液面之維持、水洗方式及電流分布之均一性等亦為影響因子。製程改善即是藉由控制相關參數，使電鍍程序合理化，減少污染物的排出。電鍍業製程減廢技術-合理用水電鍍製程使用之清洗水水量大，為主要之廢水來源，因此，選用適當之鍍件清洗方法，以回收鍍件帶出之鍍液及減少清洗用水量，並達到清洗之目的及確保電鍍品質乃是合理用水之首務。目前國
23、內電鍍工廠常用的鍍件清洗方法有直流清洗法、逆流清洗法及回收清洗法等。由於合理且經濟的清洗方式應需符合鍍件清洗的品質、可回收鍍件的帶出鍍液、使用較少的清洗用水及產生較低污染濃度的廢水等原則，因此，在常用的清洗方法中，回收清洗法最能符合上述要求。電鍍業製程減廢技術-設備改善由於電鍍製程單元之水洗方式是影響污染量之主要原因，因此，如何將設備適當之改善，使槽液之帶出量達到最低，則是製程設備改善之主要工作。常見之方式有在鍍槽與回收槽或水洗槽之間設置滴板，通常滴板表面必須有適當之斜度，以使帶出液能流回原槽，滴板表面所使用之材質可為塑膠(如PVC、PE)，或經電鍍之金屬材質。亦有在掛具之選擇上做最佳之調整，
24、如常用之彈簧夾緊式掛具，由於彈簧自身之擺動，較利於液滴之排滴，排滴時間可以縮短，但僅適用於較小鍍件。當掛具無法完全絕緣或絕緣體表面不平整時，在非絕緣部份會鍍出金屬而增加鍍液帶出量，需適當地以稀酸清洗掛具，清洗廢液應排至廢水處理場妥善處理。電鍍業製程減廢技術-回收再利用或循環使用電鍍製程中，可回收再利用或循環使用之資源主要有原物料中之重金屬及水資源二項。重金屬回收方式係由貯存於靜止水洗槽內之帶出液或水洗水中，以蒸發濃縮法、電解法、離子交換法、過濾法及逆滲透法等進行回收工作。水資源回收利用則是將處理過之處理水回收使用。電 弧 爐 煉 鋼 業-製 程 減 廢1.油氧燃燒器：以純氧配合天然氣或燃油作用
25、，產生高溫火焰，增加廢鋼之熔煉。2.造渣技術：在熔解初期，於電極棒上產生一層泡沫渣，用於增加電力輸入，並兼具保護電極之功用。3.水冷電極：石墨棒上端加裝水冷裝置，以降低電極表面溫度，減少高溫氧化，並進而減少電極損耗。4.水冷爐壁：減少電極與耐火磚之損耗、增加電力之輸入效率。5.單一電極直流電弧爐：以單一電極，取代傳統之三根電極棒，並於爐底鋪設銅片作為陽極，減少傳統三電極交流電弧爐電極間之電磁斥力所造成熱傳導干擾而不均勻，同時可達成鋼液之均勻攪拌效果。6.爐底出銅：減少煙塵逸散及熱能散失所造成之電力消耗。7.廢鋼預熱：利用煉鋼廢氣中大量熱能加熱廢鋼原料，以達到節約能源之目的。8.粉塵回收技術：減
26、少粉塵中鋅之含量，降低重金屬於土壤中滲漏之可能，亦可兼具資源回收之經濟效益。廢紙再生之廢水減量技術n一般廢紙每製造1噸再生紙平均會產生200噸的廢水，18.6公斤之生化需氧量。n國內大多以化學法進行廢紙脫墨，於脫墨過程中添加一些化學藥劑及使用大量的清洗用水，結果產生大量的高污染性廢水。n廢紙生化脫墨技術不僅是一種清潔生產技術，也是一種廢棄物之減廢技術，歐美日等國均大力投入這方面研究。實驗室廢棄物之減量化n減量化的目標1.減少廢棄物之總體積及量2.減少廢棄物之毒性n廢棄物產源之減量方法 1.改變實驗室使用的藥劑2.實驗方法之修正3.藥劑交換再利用4.實驗時確實的量度化學藥品5.不可購置過量之藥劑
27、且確實登錄存量 實驗室廢棄物之減量化n實驗室廢棄物之回收再利用1.貴重金屬之回收:汞銀及其它金屬等。2.有機溶劑之回收再利用:回收充當燃料，或經萃取蒸餾分餾等技術，加以回收再利用。3.交換再利用。製程減廢與資源化的策略n新技術的開發n製程操作條件的改進n嚴格的生產管理系統的建立 符合ISO 9001n環境管理系統之建立 符合ISO14000n企業形象的建立n企業的永續發展九、九、ISO 9000ISO 9000與與ISO 14000ISO 14000九、九、九、九、ISO 9000ISO 9000ISO 9000ISO 9000與與與與ISO 14000ISO 14000ISO 14000IS
28、O 14000品質管理系統品質管理系統顧客退貨顧客退貨產品檢驗產品檢驗環境管理系統環境管理系統污染物排放處理污染物排放處理環境災變清除環境災變清除成本低成本高事前管理事後處置十十、產產品品發發展展趨趨勢勢十十、產產品品發發展展趨趨勢勢-從從搖搖籃籃到到墳墳墓墓論論從從搖搖籃籃到到墳墳墓墓論論 為環保、經濟效益而研研發發 為環境而設設計計 清潔生生產產 綠色採採購購和和行行銷銷 售後服服務務 封封閉閉迴迴路路(Closing the loop)化學工程師之定位n 能 源原料技術經濟的觀點(安全、衛生、環保)產品安全：Safety衛生：Health環保：EnvironmentSHE化工四大領域n高
29、科技材料與製程的開發(如生物科技與電子材料)n傳統工業的改良n清淨製程的開發 化工安全、衛生與環保n電腦輔助設計與程序控制化工與環保 今日地球上所面臨的一些污染的問題，來自於過去對於化學品的不當處理，面對這些難題，我們一方面須要堅定的執法者，而另一方面，化工人則積極參與解決這些問題。然而更為進步的“綠色化學”及“清潔生產”之觀念及作法，也將逐漸成形，並且蔚為風潮，這種從源頭解決污染的方法，必將可以真正的做到所謂的“零排放”“零污染”的最高境界。清淨生產之特性n環境的考慮應被融入到最初的規畫及未來的發展之中。n環境的問題應是在防範於未然(源頭預防)。n環境的考慮完全是以生命週期的觀點出發，避免環
30、境的問題從一個地方轉移至另一個地方。n除了包含產品及製程的汙染預防外，更將減少因提供服務所造成的環境影響納入其中。清潔生產之實例改善製程、消除污染源 n清潔生產就是：1.改用無毒的原料。2.改善製程，減少廢棄物的排放。3.盡量回收再利用。以達到節省資源、節省能源、保護環境的終極目標。生物可分解塑膠 傳統的塑膠材料不易被微生物分解成水和CO2，如：PE、PVC、PS、PP等。生物可分解材曝露在空氣中時，並不會進行分解，但在有足夠的溼度、氧氣與適度的 微 生 物 存 在 的 自 然 掩 埋 或 堆 肥 環境中，可被微生物所分解。永續發展(Sustainable Development)能滿足當代的需求而同時不損及後代追求其本身需要之開發-經濟發展不僅需滿足當代福祉之增加，亦不可以降低後代福祉為代價Homework針對杜邦公司所提出之減廢手段“五R”，請試由一般工業程序或日常生活分別舉例說明。內容以A4紙2頁為原則(每頁約 600字)。
