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系統識別號 U0002-2806200514020100
中文論文名稱 利用高級氧化程序(AOP)處理半導體工業放流水中COD之研究
英文論文名稱 Advanced oxidation process (AOP) for removing COD from the effluent of the semiconductor industrial plant
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 水資源及環境工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Water Resources and Environmental Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 鄭成輝
研究生英文姓名 Cheng-Huei Jheng
學號 692331472
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-09
論文頁數 69頁
口試委員 指導教授-李奇旺
委員-陳孝行
委員-李柏青
中文關鍵字 化學機械研磨  Fenton  H2O2/UV  H2O2/UV/Fe2+  高級氧化處理程序  化學需氧量 
英文關鍵字 CMP(Chemical Mechanical Polishing)  Fenton  H2O2/UV  H2O2/UV/Fe2+  AOP(Advanced oxidation process)  COD 
學科別分類 學科別應用科學環境工程
中文摘要 化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)是目前積體電路(Integrated Circuits,IC)晶圓製造程序中平坦化製程的主要技術,其優點為利用化學蝕刻及機械研磨的方法將晶圓表面徹底磨平,以得到更平坦的晶圓表面,但缺點是需耗費大量的超純水並產生成分複雜且不易處理之高污染CMP廢水,若能將其廢水回收再利用,不但可以降低成本,也可達到資源再生的環保目標。
傳統化學混凝程序、薄膜過濾等技術,雖可以將CMP廢水中之濁度、TS、SS、重金屬含量、氟離子濃度等降至放流水標準以下,但卻都無法有效的將其COD去除至放流水標準100 mg/L以下。
本研究嘗試探討高級氧化處理程序(Advanced oxidation process,AOP)應用於處理CMP廢水之COD,利用傳統Fenton法、H2O2/UV程序、H2O2/UV/Fe2+法等三種方法分別在不同的H2O2濃度、Fe2+/H2O2比例及pH值下進行試驗,相互比較探討,藉以尋求其COD之最佳去除方法及條件,進而解決CMP廢水COD偏高且不易去除的問題。
實驗結果發現AOP所產生的OH‧確實能氧化破壞污染物,達到降低CMP廢水中COD的效果,以本研究所選取的程序而言,在處理的效率與速率上, H2O2/UV/Fe2+>Fenton>H2O2/UV,其中H2O2/UV/Fe2+與Fenton程序於反應時間60分鐘內可將本研究之CMP廢水的COD降至100mg/L以下。
英文摘要 Chemical Mechanical Polishing (CMP) is the most efficient planarization process in manufacturing wafers for integrated circuits manufacturing, planarizing and polishing wafer surface by chemical etching and mechanical polishing. However, CMP process consums large amount of ultra pure water producing highly contaminated hard-to-treat. To cut the cost and achieve the goal of resources recycling and environmental protection, recovering and recycling the CMP wastewater are needed.
Although techniques such as traditional chemical coagulation process and membrane filtration could remove turbidity, TS, SS, heavy metals, and fluoride of CMP wastewater to meet the effluent regulations, these techniques are not effective for removing COD to meet the effluent regulation of less than 100 mg/L. This study applying advanced oxidation processes (AOP) for removing COD of CMP wastewater, aiming to find out the optimal condition for removing COD to meet the regulation. Three AOPs, Fenton process, H2O2/UV process, and H2O2/UV/Fe2+ process, were compared and tested under various concentration of H2O2, different Fe2+/H2O2 ratios, and pHs.
The experiment results indicate OH radicals produced by AOPs oxidize and destroy contaminants, effectively decreasing COD of the CMP wastewater. The efficiencies of COD removal by these methods are in the order of H2O2/UV/Fe2+>Fenton>H2O2/UV . Both H2O2/UV/Fe2+ and Fenton processes could lower COD of the CMP wastewater in this study below 100mg/L within 60 minutes.
論文目次 目錄
第一章、序論 1
1-1 前言 1
第二章、文獻回顧 4
2-1 CMP廢水特性 4
2-2 CMP廢水處理現況 7
2-3 高級氧化處理程序介紹 12
2-3-1 Fenton process 12
2-3-2 H2O2/UV process 17
2-3-3 H2O2/UV/Fe2+ process 21
第三章、實驗設備與方法 26
3-1 實驗材料 26
3-1-1 化學機械研磨(CMP)原水 26
3-1-2 實驗藥品 29
1 Fenton試劑 29
2 pH調整試劑 29
3 COD分析試劑 29
4 H2O2分析試劑 30
5 Fe2+分析試劑 30
3-2-1 六杯式瓶杯試驗機 31
3-2-2 UV光反應器 31
3-3 分析方法 32
3-3-1 化學需氧量(COD)分析 32
3-3-2 過氧化氫(H2O2)分析 33
3-4-1 Fenton process 36
3-4-2 H2O2/UV process 37
3-4-3 H2O2/UV/Fe2+ process 37
第四章、結果與討論 39
4-1 Fenton process 39
4-2 H2O2/UV process 47
4-3 H2O2/UV/Fe2+ process 52
4-4綜合比較 57
第五章、結論與建議 62
5-1 結論 62
5-2 建議 64
參考文獻 65




圖目錄
圖一、目前三股廢水處理流程 28
圖二、管末放流水每日污染量分析 28
圖三、UV光反應器 31
圖四、H2O2-COD檢量線 33
圖五、Fenton法於Fe2+ = 4 mM,Fe2+/H2O2 = 0.5 ~ 4時,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 40
圖六、Fenton法於Fe2+/H2O2 = 0.5,Fe2+ = 2 ~ 5 mM時,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 40
圖七、Fenton法於反應時間60 min時,不同Fe2+濃度、Fe2+/H2O2比例下,COD的去除率 42
圖八、Fenton法於反應時間60 min時,不同Fe2+濃度、Fe2+/H2O2比例下,H2O2的消耗量 43
圖九、Fenton法於反應時間60 min,Fe2+ = 4 mM時,不同Fe2+/H2O2比例下,H2O2、Fe2+的消耗量與COD的去除量 44
圖十、Fenton法於反應時間60 min,Fe2+/H2O2 = 0.5時,不同Fe2+、H2O2加藥量下,H2O2、Fe2+的消耗量與COD的去除量 46
圖十一、H2O2/UV process於pH = 3,H2O2 = 2 ~ 5 mM,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 48
圖十二、H2O2/UV process於H2O2 = 5 mM,pH = 3、7,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 48
圖十三、H2O2/UV process於反應時間60 min時,不同pH值、H2O2濃度下,COD的去除率 50
圖十四、H2O2/UV process於反應時間60 min時,不同pH值、H2O2濃度下,H2O2的消耗量 51
圖十五、H2O2/UV/Fe2+ process於Fe2+ = 5 mM,Fe2+/H2O2 = 0.5 ~ 3時,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 52
圖十六、H2O2/UV/Fe2+ process於Fe2+/H2O2 = 0.5,Fe2+ = 3 ~ 5 mM時,不同反應時間COD的去除率及剩餘量 53
圖十七、H2O2/UV/Fe2+ process於反應時間60 min時,不同Fe2+濃度、Fe2+/H2O2比例下,COD的去除率 55
圖十八、H2O2/UV/Fe2+ process於反應時間60 min時,不同Fe2+濃度、Fe2+/H2O2比例下,H2O2的消耗量 56
圖十九、Fenton、H2O2/UV及H2O2/UV/Fe2+程序於不同反應時間COD的去除率 58
圖二十、Fenton、H2O2/UV及H2O2/UV/Fe2+程序於反應時間60 min時,不同H2O2濃度下COD的去除率及H2O2的消耗率 59


表目錄
表一、CMP出流廢水中之物質成分 5
表二、CMP研磨液配方表 6
表三、CMP廢水處理技術之比較 8
表四、國內半導體廠廢水處理方式 9
表五、國內外學者對CMP廢水之COD去除研究成果 10
表六、應用Fenton程序處理廢水COD之文獻整理 15
表七、應用H2O2/UV/Fe2+程序處理廢水COD之文獻整理 24
表八、三股廢水主要成分表 26
表九、三股廢水特性分析 27
表十、實驗方法及條件 36
表十一、Fenton、H2O2/UV及H2O2/UV/Fe2+程序之優缺點 61

參考文獻 參考文獻
李啟旻 (2002),“添加界面活性劑於電聚浮除法處理化學機械研磨(CMP)廢水之研究”,碩士學位論文,臺灣大學環境工程學研究所。
范文彬 (2001),“利用電聚浮除法處理半導體業CMP 廢水之研究”,碩士學位論文,淡江大學水資源及環境工程研究所。
房士祺 (2004),“電混凝處理方法對廢水處理效率提昇之研究”,碩士學位論文,朝陽科技大學環境工程與管理學系。
莊子傑 (2001),“以溶解空氣浮除法處理半導體製造業含氟廢水之研究”,碩士學位論文,台灣科技大學化學工程學系。
楊宗儒 (2001),“半導體化學機械研磨廢水之處理與回收”,碩士學位論文,元智大學化學工程研究所。
王建榮、林慶福、林必窕 (1999),“半導體平坦化CMP 技術”, 全華,台北。
詹耀富 (2000),“以柱槽溶氣浮選法回收二氧化矽奈米微粒之研究”,碩士學位論文,成功大學資源工程研究所。
楊叢印 (2003),“結合電過濾/電透析技術處理CMP廢水並同步產製電解水之研究”,博士學位論文,中山大學環境工程研究所。
莊連春、曾迪華、楊士朝 (1996),“光氧化程序分解石化廢水中有機物之研究”,第21屆廢水研討會論文集,p.379-385。
洪鴻斌 (1997),“使用H2O2/UV和H2O2/UV/Fe2+程序處理難分解染料製程廢水”,碩士學位論文,淡江大學水資源及環境工程研究所。
陳宇陽 (2001),“Fenton程序改善染整廢水有機物特性之研究”,碩士學位論文,淡江大學水資源及環境工程研究所。
陳慧雯 (2000),“以UV/H2O2程序處理水中有機物之研究”,碩士學位論文,台灣大學環境衛生研究所。

Arslan, I.,Balcioglu, I.A. 1999. Degradation of commercial reactive dyestuffs by heterogenous and homogenous advanced oxidation processes: a comparative study. Dyes and Pigments 43(2), 95-108.
Benitez, F.J.,Acero, J.L.,Real, F.J.,Leal, A.I. 2001. The role of hydroxyl radicals for the decomposition of p-Hydroxy Phenylacetic acid in aqueous solutions. Wat. Res. 35(5), 1338-1343.
Chao-Yin Kuo,Shang-Lien Lo. 1999. Oxidation of aqueous chlorobiphenyls with photo-fenton process. Chemosphere 38(9), 2041-2051.
Chen, R.,Pignatello, J.J. 1997. Role of quinone intermediates as electron shuttles in Fenton and photoassisted Fenton oxidations of aromatic compounds. Environmental Science and Technology 31(8), 2399-2406.
Chu, W.,Tsui, S.M. 1999. Photo-Sensitization of Diazo Disperse Dye in Aqueous Acetone. Chemosphere 39(10), 1667-1677.
CLarke, N.,Knowles, G. 1992. High purity water using H2O2, and UV radiation. Effluent and Water Treatment Journal (9), 335-341.
Corlett, G. 2000. Targeting water reuse for chemical mechanical polishing. Solid State Technol 43(6), 182-187.
Gallard, H.,De Laat, J. 2000. Kinetic modelling of Fe(III)/H2O2 oxidation reactions in dilute aqueous solution using atrazine as a model organic compound. Water Research 34(12), 3107-3116.
Golden, J.H.,Small, R.,Pagan, L.,Shang, C.,Raghavan, S. 2000. Evaluating and Treating CMP Wastewater. Semiconductor International October, 85-98.
Gulyas, H. 1997. Processes for the removal of recalcitrant organics from industrial wastewaters. Water Science and Technology 36(2-3), 9-16.
Kang, S.-F.,Liao, C.-H.,Hung, H.-P. 1999. Peroxidation treatment of dye manufacturing wastewater in the presence of ultraviolet light and ferrous ions. Journal of Hazardous Materials 65(3), 317-333.
Kang, S.-F.,Liao, C.-H.,Po, S.-T. 2000. Decolorization of textile wastewater by photo-fenton oxidation technology. Chemosphere 41(8), 1287-1294.
Ku, Y.,Wang, L.-S.,Shen, Y.-S. 1998. Decomposition of EDTA in aqueous solution by UV/H2O2 process. Journal of Hazardous Materials 60(1), 41-55.

Lai, C.L.,Lin, S.H. 2003. Electrocoagulation of chemical mechanical polishing (CMP) wastewater from semiconductor fabrication. Chemical Engineering Journal 95(1-3), 205-211.
Liao, C.-H.,Gurol, M.D. 1995. Chemical Oxidation by Photolytical Decomposition of Hydrogen Peroxide. Environ. Sci. & Teclinol. 29(12), 3007-3014.
Lin, S.H.,Yang, C.R. 2004. Chemical and physical treatments of chemical mechanical polishing wastewater from semiconductor fabrication. Journal of Hazardous Materials 108(1-2), 103-109.
Lindsey, M.E.,Tarr, M.A. 2000. Quantitation of hydroxyl radical during Fenton oxidation following a single addition of iron and peroxide. Chemosphere 41(3), 409-417.
Lopez, A.,Pagano, M.,Volpe, A.,Claudio Di Pinto, A. 2004. Fenton's pre-treatment of mature landfill leachate. Chemosphere 54(7), 1005-1010.
Lunar, L.,Sicilia, D.,Rubio, S.,Perez-Bendito, D.,Nickel, U. 2000. Degradation of photographic developers by Fenton's reagent: condition optimization and kinetics for metol oxidation. Water Research 34(6), 1791-1802.
Meric, S.,Kaptan, D.,Olmez, T. 2004. Color and COD removal from wastewater containing Reactive Black 5 using Fenton's oxidation process. Chemosphere 54(3), 435-441.
Neamtu, M.,Yediler, A.,Siminiceanu, I.,Macoveanu, M.,Kettrup, A. 2004. Decolorization of disperse red 354 azo dye in water by several oxidation processes--a comparative study. Dyes and Pigments 60(1), 61-68.

Perez, M.,Torrades, F.,Domenech, X.,Peral, J. 2002. Fenton and photo-Fenton oxidation of textile effluents. Water Research 36(11), 2703-2710.
Poon, C.S.,Huang, Q.,Fung, P.C. 1999. Degradation kinetics of cuprophenyl yellow RL by UV/H2O2/ultrasonication (US) process in aqueous solution. Chemosphere 38(5), 1005-1014.
Puma, G.L.,Yue, P.L. 1999. Comparison of the Effectiveness of Photon-Based Oxidation Processes in a Pilot Falling Film Photoreactor. Environ. Sci. Technol. 33, 3210-3216.
San Sebastian Martinez, N.,Fernandez, J.F.,Segura, X.F.,Ferrer, A.S. 2003. Pre-oxidation of an extremely polluted industrial wastewater by the Fenton's reagent. Journal of Hazardous Materials 101(3), 315-322.
Walling, C.,Kato, S. 1971. he oxidation of alcohols by Fenton's reagent : the effect of copper ion. J. American Chem. Soc. 93, 4275-4281.
Wang, T.-H.,Kang, S.-F.,Lin, Y.-H. 1999. Comparison among Fenton-related processes to remove 2,4-dinitrophenol. Journal of Environmental Science and Health 34(6), 1267-1281.
Yu, G.,Zhu, W.,Yang, Z. 1998. Pretreatment and biodegradability enhancement of DSD acid manufacturing wastewater. Chemosphere 37(3), 487-494.

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