高科技產業含氟廢水與廢棄物循環應用

 

刊登日期:2019/9/5
  • 字級

台灣為全球半導體與顯示器等高科技產業之研發與製造的重鎮,在這些高科技廠中會大量使用氫氟酸。氫氟酸廢液最後進入廢水處理系統,主要以化學混凝產生氟化鈣污泥,去除氟離子以達排放水標準;然而其水含量高、利用價值低,目前多以委託污泥清運處理。近年來循環經濟概念意識上升,如何將高科技產業含氟廢水再生資源化利用,已為不可忽略之重要議題。
 
本文將從以下大綱,針對近年來高科技廠含氟廢水處理技術與再利用發展簡述說明,並分析國內相關應用的可行性。
‧前言
 1. 含氟廢水來源
 2. 含氟廢水處理方法
‧含氟廢水回收再利用
 1. 氟化鈣污泥再製水泥副原料
 2. 氟化鈣污泥再製人造螢石
 3. 流體化床結晶–螢石
 4. 六氟鋁酸鈉–冰晶石
‧台灣螢石需求與應用
‧含氟廢水處理再利用之未來展望
‧結論
 
【內文精選】
前言
1. 含氟廢水來源
台灣目前著重於發展高科技產業,除了原本的新竹科學園區之外,中部及南部也興建大型的半導體及光電業等高科技產業園區。積體電路半導體業、液晶顯示面板業與太陽能產業在製程中,均利用高純度氫氟酸(Hydrofluoric Acid)或氫氟酸混酸進行IC、TFT-LCD面板與太陽能矽晶片濕式蝕刻或進行表面清洗,透過清洗水或洗滌塔洗下排入廢酸收集系統,產生含氟廢水。一般含氟廢水氟離子濃度約1,000~3,500 mg/L,部分甚至可能大於10,000 mg/L以上。
 
含氟廢水回收再利用
1. 氟化鈣污泥再製水泥副原料
目前大部分高科技廠利用氫氟酸後產生之含氟廢水,此廢水經管線收集至廢水處理系統,以氫氧化鈉調整pH值至7.0~8.5,再以Ca(OH)2混合CaCl2反應,生成氟化鈣沉澱,再經壓濾機脫水過濾製成氟化鈣污泥。少部分氟化鈣污泥可作為水泥製造廠製程使用的副原料再利用。在水泥廠如台灣水泥、信大水泥與幸福水泥,皆利用氟化鈣污泥中尚含有部分水泥製程中之副原料,如氧化矽、氧化鋁、氧化鈣等成分,經過適當品質控制後,可替代部分副原料,再經研磨、旋窯高溫燒成(約1,450˚C)等程序,最後加入石膏後研磨,即成為水泥成品。氟化鈣污泥水泥成品資源化流程如圖二所示。
 
圖二、氟化鈣污泥再製水泥副產物資源化流程簡圖
圖二、氟化鈣污泥再製水泥副產物資源化流程簡圖
 
然而,根據行政院環境保護署「事業廢棄物申報及管理資訊系統」之數據顯示,107年之氟化鈣污泥總產量為30,052公噸,在水泥成品添加量僅0.45%下,且由於製作水泥添加使用在乾燥處理上有含氟氣體空污,對於既有水泥窯傳統設計有負荷不足的隱憂,以及製成的水泥有氟滲出的疑慮,因此相對添加使用量少,致使氟化鈣污泥去化有限。
 
3. 流體化床結晶–螢石
氟化鈣又稱螢石,其用途十分廣泛,主要用在冶金、化工與建材三大行業。冶金工業例如煉鋼使用,其有助於降低難熔物質的熔點,作為煉鋼製程中的助熔劑,提升爐渣的流動性,可在冶金過程中脫硫,強化金屬鋼材的抗張強度等。
 
在氟化鈣人造螢石製作的方法中,有別於傳統化學混凝製成氟化鈣污泥後乾燥再製人造螢石的方式,流體化床結晶則直接銜接於氫氟酸廢液加藥與結晶介穩區的控制,達到高純度人造螢石結晶的方法。圖五為在pH 8.0下,CaF2對於Ca2+與F-離子濃度介穩區間的操作說明,在廢水F離子與鈣鹽的加藥控制下,使廢水中氟離子及鈣離子之濃度控制在介穩區之範圍內即可形成氟化鈣之結晶。
 
4. 六氟鋁酸鈉–冰晶石
冰晶石結晶處理流程與氟化鈣相近,相同以擔體添加與控制反應槽內流體化,在加藥上則是根據鈉及鋁鹽的含量再額外添加來進行冰晶石結晶。此排放水再添加鋁鹽以及調整至中性pH,讓鋁鹽形成氫氧化鋁後吸附殘餘氟化物而形成共沉澱,使出流水水質提升,此氫氧化鋁-氟化物共沉澱再送回源頭,藉由pH調整至酸(pH<3)或鹼(pH>11)的環境下重新溶解鋁鹽,再進行結晶程序使用(圖六)。
 
圖六、高濃度氫氟酸廢液冰晶石流體化床結晶法流程示意圖
圖六、高濃度氫氟酸廢液冰晶石流體化床結晶法流程示意圖
 
以流體化床結晶法製成之冰晶石純度高,其熔融態對於氧化鋁溶解性高,因此可作為電解鋁工業之助熔劑、玻璃陶瓷製造之助熔劑,或作為化工級原料橡膠、研磨產品的耐磨填充劑…以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:邱聖壹、張婷婷/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」393期,更多資料請見下方附檔。

分享