申请日2012.03.02
公开(公告)日2012.09.05
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种含高浓度微粒及难分解有机物质之废水的处理方法，例如一种制备硅晶片时所产生的废水的处理方法，包含从该废水中分离出其中所含的微粒，而得到的一实质上不含微粒的水;以厌氧微生物分解方式处理该实质上不含微粒的水，使得其中所含的有机物被部份分解，而得到一第一部份净化水;及以好氧微生物分解方式处理该第一部份净化水，使得残留于其中的有机物被进一步分解，而得到一第二部份净化水，其中该好氧微生物分解方式的COD去除率比在相同条件下但未使用厌氧微生物分解方式者提高20～85%。
权利要求书
1.一种硅晶片切片与抛光工艺废水之处理方法，包含下列步骤：
a)确认该废水不含HF，包含当清洗硅晶棒的废水含HF时，将该 股含HF的废水单独处理;
b)从该废水中分离出其中所含的微粒，而得到一实质上不含微粒 的水;
c)以厌氧微生物分解方式处理来自步骤b)的实质上不含微粒的 水，使得其中所含的有机物被部份分解，而得到一第一部份净化水; 及
d)以好氧微生物分解方式处理来自步骤c)的第一部份净化水，使 得残留于其中的有机物被进一步分解，而得到一第二部份净化水;
其中，步骤d)的好氧微生物分解方式的COD去除率比在相同条 件下但未使用步骤c)的厌氧微生物分解方式者提高20～85%。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤a)的被确认的 废水具有下列性质：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：其进一步包含下列步 骤：
e)将来自步骤d)的第二部份净化水导入一污泥截留槽，使第二部 份净化水在该污泥截留槽滞留一段时间并且使其中污泥被截留而由 该污泥截留槽排出一上层或被过滤的清净水。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：该污泥截留槽为包含 一薄膜过滤模组的一薄膜生物反应槽，该步骤e)包含将该第二部份净 化水导入该薄膜生物反应槽内，并透过该过滤模组从该薄膜生物反应 槽排出一被过滤的清净水，其中该第二部份净化水中的污泥被截留于 该薄膜生物反应槽中，且该第二部份净化水中的有机物在该滞留时间 中为该污泥中的微生物所进一步分解。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：其进一步包含下列步 骤：
f)将来自步骤e)的被过滤的清净水以一或多种选自下列群组的 纯化方式进一步处理而得到一超纯水，该群组是由反渗透，紫外线加 臭氧，紫外线加H2O2，及活性碳吸附方式。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤f)包含将来自e) 的被过滤的清净水以反渗透方式进一步处理而得到一超纯水。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：其进一步包含将步骤 e)的薄膜生物反应槽内滞留的污泥的一部份再循环用作为步骤d)的好 氧微生物分解方式的好氧微生物污泥的一部份来源。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤b)包含将混凝 剂加入于该废水中，使其中的微粒凝聚成胶体;及以沉淀、过滤、离 心方式或其组合处理该含凝聚成胶体微粒的废水，而得到该实质上不 含微粒的水。
说明书
制备硅晶片的工艺废水之处理方法
技术领域
本发明系关于一种含高浓度微粒及难分解有机物质之废水的处 理方法，尤其是一种制备硅晶片时所产生的废水的处理方法。
背景技术
随着原油价格不断上涨以及环境气候变迁问题持续加剧，发展绿 色替代能源已成为国际共识，其中太阳能电池(photovoltaic cells)就 被视为技术最成熟、最具工业化潜力之新能源产业，更被许多先进国 家视为应当前金融危机的重要产业经济振兴策略。以新能源观点，太 阳能光电属于绿色替代能源产业，但以资源及环境保护观点，其生产 制造过程会使用并排放特定化学污染物，大量排放时对环境仍将带来 相当程度的冲击，同时其用水量相当可观。以新竹科学园区作比较， 区内有400余家厂商，整园区的废水排放量在13万吨一天，但一家 1GW的太阳能长晶厂耗水量约需1万吨一天，因此对于相对区域内的 水资源供给造成很大的挤压，同时对于相对区域内废水的排放也造成 很大的负荷;因此相关议题皆是发展绿色太阳能电池产业需同时兼顾 之环境保护课题，以收发展绿色新能源产业之效益与美意。
太阳能产业之硅晶圆工艺属于污染程度较大的产业，产生之废水 性质复杂且处理不易，其中包括硅料清洗(含HF，HCl或HNO3的废 水)、切方(去头尾/倒角/抛光)、切片、及清洗(预洗/脱胶/洗净)等工艺 会排放多股废水，属于新的产业水污染课题。在硅晶棒切方工艺中， 会排放含高浓度颗粒性废水，其中也可能包含切削油之有机物污染; 在晶圆切片工艺中则会排放含SiC研磨砥砺和Si之高浓度微粒废水， 以及高分子有机聚合物切削油废液(如聚丙二醇(Propylene Glycol)， 聚乙二醇(Polyethylene Glycol)，及未被公开之商业配方等)，不同工 艺使用不同的聚合物配方。此类高分子聚合物属于不易分解物质，其 BOD/COD比值极低(BOD/COD<0.1～10%)。晶片清洗工艺则会排 放含表面活性剂及脱胶剂(乳酸，柠檬酸或磷酸)之有机废水。目前业 界及研究单位尝试以不同流程进行上述废水之处理，包括以传统活性 污泥生物统处理之案例，但活性污泥法之体积负荷低且COD去除效 率低(根据工厂操作，效率数据低于40%);也有尝试结合不同化学 氧化程序做预处理，诸如以O3、Fenton或活性炭等方法预处理，之后 再进行生物处理，但此类流程其COD总去除率皆低于60%，而且相 关预处理方法在考量初设费用、操作费用以及最终处理水质问题，都 不是效能可靠、成本可行之工程化方案。同时前述相关处理方法都有 其适用的浓度范围，例如O3作为预处理较适用于较低浓度(例如COD <500ppm)废水，其系统初设费用高、操作费用高、处理后出水水质 不易符合排放要求。Fenton作为预处理结合生物程序适用于中低浓度 (例如COD<1000ppm)废水，其系统虽初设费用较低，但污泥产生量 大，操作费用极高。活性碳作为预处理结合生物程序亦适用于较低浓 度(例如COD<500ppm)废水，其系统初设费用低、但活性碳易饱和， 需经常更换，操作费用高。此股废水处理是业界面临头疼的课题，寻 找处理效果有效且低操作成本的处理方法是太阳能之硅晶圆产业的 目标。
台湾发明专利313187揭示一种含有机污染物之废水处理系统， 包含一厌氧反应槽，一好氧反应槽，及一薄膜分离槽;其中前述好氧 反应槽系设置于厌氧反应槽之后，前述薄膜分离槽系设置于前述好氧 反应槽之后，该系统系利用生物处理法去除废水中的有机污染物，并 以薄膜分离固液两相。此前的专利发明之重点在于解决薄膜表面结垢 与积垢问题，其中特别提及该好氧反应槽可提高其中被处理水的pH 值，使其中的金属离子形成碳酸结晶颗粒，并藉生物胶凝作用将此碳 酸金属结晶颗粒嵌入好氧微生物的絮体中，以减少金属结晶物在薄膜 分离槽之薄膜上形成结垢之倾向。此前案的实施例仅以含葡萄糖及醋 酸钠为人工基质进行实验，此前的专利的处理方法对含切削油/表面活 性剂之有机污染物但不含金属粒子之硅晶片切片与抛光工艺废水是 否有效并不明。
发明内容
本发明的一主要目的在于提供一种含高浓度微粒及难分解有机 物质之废水的处理方法，尤其是一种制备硅晶片的工艺废水的处理方 法。
依本发明内容所完成的一种制备硅晶片的工艺废水之处理方法， 包含下列步骤：
a)确认该废水不含HF，包含当清洗硅晶棒的废水含HF时，将该 股含HF的废水单独处理而不直接与制备硅晶片的其它股工艺废水合 并;
b)从该废水中分离出其中所含的微粒，而得到的一实质上不含微 粒的水;
c)以厌氧微生物分解方式处理来自步骤b)的实质上不含微粒的 水，使得其中所含的有机物被部份分解，而得到一第一部份净化水; 及
d)以好氧微生物分解方式处理来自步骤c)的第一部份净化水，使 得残留于其中的有机物被进一步分解，而得到一第二部份净化水。
本发明的发明人出乎意料地发现在步骤c)的厌氧微生物分解方式 处理下，步骤d)的好氧微生物分解方式的COD去除率比在相同条件 下的单独好氧微生物分解方式的COD去除率提高20～85%。于本发明 一较佳的具体实施例中，步骤c)的厌氧微生物分解方式的COD去除 率在28小时总停留时间可高达94%。
优选的，步骤a)被确认的废水具有下列性质：
优选的，本发明进一步包含下列步骤：
e)将来自步骤d)的第二部份净化水导入一污泥截留槽，使第二部 份净化水在该污泥截留槽滞留一段时间并且使其中污泥被截留而由 该污泥截留槽排出一上层或被过滤的清净水。该污泥截留槽为，例如 沉淀槽及薄膜生物反应槽。
优选的，该污泥截留槽为包含一薄膜过滤模组的一薄膜生物反应 槽，该步骤e)包含将该第二部份净化水导入该薄膜生物反应槽内，并 透过该过滤模组从该薄膜生物反应槽排出一被过滤的清净水，其中该 第二部份净化水中的污泥被截留于该薄膜生物反应槽中，且该第二部 份净化水中的有机物在该滞留时间中为该污泥中的微生物所进一步 分解。
优选的，本发明方法进一步包含下列步骤：
f)将来自步骤e)的被过滤的清净水以一或多种选自下列群组的 纯化方式进一步处理而得到一超纯水，该群组系由反渗透，紫外线加 臭氧，紫外线加H2O2，及活性碳吸附方式。
优选的，步骤f)包含将来自e)的被过滤的清净水以反渗透方式进 一步处理而得到一超纯水。
优选的，本发明方法进一步包含将步骤e)的薄膜生物反应槽内滞 留的污泥的一部份再循环用作为步骤d)的好氧微生物分解方式的好氧 微生物污泥的一部份来源。
优选的，步骤b)包含将混凝剂加入于该废水中，使其中的微粒凝 聚成胶体;及以沉淀、过滤、离心方式或其组合处理该含凝聚成胶体 微粒的废水，而得到该实质上不含微粒的水，其中微粒去除率约 90～95%。
