114 公務人員升官等薦任 環保技術 環境污染防治技術 考古題詳解

核心觀念

本題考查半導體製程廢水的差異化處理、再生水深度處理單元的功能，以及污水處理系統如何兼顧回用與減碳。作答可沿著「污染物特性 → 處理單元功能 → 能源與污泥的減碳策略」來組織。

半導體廠通常依製程分流收集廢水，例如酸鹼廢水、含氟廢水、含氨氮廢水、含有機溶劑或光阻廢水，以及研磨廢水；各股水的污染物、濃度與可處理性差異很大。回用系統須依水質及用途設定目標，不能只以單一「放流水達標」作為回用水質的判斷依據。

（一）高科技製程廢水與都市生活污水的差異

因此，半導體廢水不宜視為單一、均質的「一般有機污水」。常見策略是先依水流分質收集與預處理，再將適合的水流導入生物、氧化或薄膜處理，降低不同污染物互相干擾及後端處理負荷。

（二）AOPs 與 UF／RO／MD 的作用與限制

高級氧化程序（AOPs）

AOPs 利用羥基自由基等高反應性氧化物種，分解難以生物處理的有機物，降低色度、臭味與部分微量有機污染物；某些程序可將有機物進一步氧化成二氧化碳和水，也可將複雜有機物轉化為較易生物分解的中間產物。常見方法包括臭氧、紫外線／過氧化氫及芬頓氧化。

限制包括：

• 氧化劑、紫外線或藥劑需求會增加操作成本與碳排。
• 水中碳酸氫鹽、碳酸鹽及天然有機物等基質會消耗自由基，降低處理效率。
• 反應條件須配合水質；例如芬頓程序需控制酸鹼值，反應後可能產生含鐵污泥。
• 污染物未必完全礦化，仍須確認中間產物及毒性，避免只以母體污染物濃度下降判定處理完成。

薄膜分離技術

• UF（超濾）：去除懸浮固體、膠體、細菌及部分大分子物質，常作為 RO 前處理；無法有效去除多數溶解鹽及小分子溶解污染物。
• RO（逆滲透）：以壓力驅動，使水通過薄膜並截留多數溶解鹽、離子及部分小分子污染物，可產生高品質回用水；

核心觀念

本題考查半導體製程排氣的污染物辨識、末端處理技術與減碳資源化策略。答題應先指出污染物及其來源，再依污染物性質選擇處理方法，最後從能源效率與副產物回收說明如何降低氣體處理系統的碳足跡。

半導體製程排氣常具有種類多、濃度低且流量變動大、毒性或反應性高、製程切換頻繁等特性。處理設計須依各製程排氣特性分類收集，避免不相容氣體混流，並兼顧污染物去除效率、設備安全及後續副產物處置。

（一）常見空氣污染物種類與傳統工業製程之差異

1. 半導體製程常見污染物

• 揮發性有機物（VOCs）：來自光阻塗佈、顯影、清洗、剝膜及溶劑使用，常見成分包括異丙醇、丙酮、醚類及光阻溶劑。
• 酸性氣體：如氟化氫（HF）、氯化氫（HCl），主要來自蝕刻、清洗及相關化學反應。
• 氮氧化物（NOx）、硫氧化物（SOx）：可來自製程反應、燃燒設備或公用設施；實際種類與排放量視製程、燃料及設備而異。
• 特氣及有毒、腐蝕性氣體：如含氟、含氯製程氣體，以及磷烷、砷烷等摻雜氣體；部分氣體具毒性、可燃性或強反應性。
• 全氟化物（PFCs）及其他含氟溫室氣體：常用於蝕刻或腔體清潔，部分氣體具有高全球暖化潛勢，未充分分解時會直接增加溫室氣體排放。
• 微粒及酸霧：可能來自製程反應、化學品操作、燃燒或洗滌設備。

2. 與傳統工業製程的差異

傳統燃燒、煉製或金屬製程常以大量、相對穩定的煙氣為主，污染物種類與排放條件較可預測，且常見污染物包括粉塵、SOx、NOx及高濃度有機廢氣。

半導體排氣則通常呈現多種小流量支管排氣、污染物濃度及組成隨製程變動、特氣毒性與反應性高、部分溫室氣體難以分解等特性。不同排氣若混合不當，可能發生反應、腐蝕、燃燒或產生有毒副產物。因此，應依酸鹼性、可燃性、毒性及反應相容性分類收集，並採用適合各股排氣的處理單元。

（二）VOCs及酸性氣體處理技術及限制

1. VOCs處理技術

• 吸附法：以活性碳或沸石吸附低濃度VOCs，適合濃度較低、流量較穩定的排氣。可採吸附再生或濃縮後接續處理。限制是吸附材有容量上限，須定期更換或再生；高濕度、粉塵或成分複雜可能降低效能，廢吸附材也須妥善處置。
• 冷凝法：降溫使高濃度、高沸點有機蒸氣凝結回收，適合具回收價值且濃度較高的溶劑。限制是低濃度排氣回收效益較差，深度冷卻耗能，且混合溶劑會增加後續分離難度。
• 熱氧化法（TO）與蓄熱式熱氧化法（RTO）：以高溫氧化將VOCs轉化為二氧化碳和水；RTO利用蓄熱陶瓷回收廢氣熱量。適合可氧化的有機廢氣，對高濃度、變動大或含鹵素成分的排氣須審慎設計。限制包括燃料及電力消耗、二氧化碳排放，以及含氯、含氟廢氣可能形成酸性氣體或其他不良副產物，通常須搭配後段洗滌。
• 催化氧化：利用催化劑降低氧化反應所需溫度，降低燃料消耗。限制是催化劑可能受硫、鹵素、矽或微粒中毒或覆蓋，且不適合未經確認相容性的複雜排氣。
• 生物處理：利用微生物分解適合生物降解的低濃度、可生物降解VOCs。限制是對高毒性、難分解或濃度與流量劇烈變化的氣體適應性較差，且需維持適當溫度、濕度及生物負荷。

2. 酸性氣體及NOx、SOx處理技術

核心觀念

本題在考半導體製程廢棄物的辨識、循環利用技術，以及如何以源頭減量、分類管理、資源化和碳管理，形成兼顧環境安全與淨零目標的管理制度。解題宜依「廢棄物種類與特性 → 可行回收技術及限制 → 創新策略與管理機制」逐層作答。

廢棄物管理的優先順序為：源頭減量與避免產生、重複使用、材料回收、能量回收、最終處置。循環利用須符合污染防制、產品品質及法規要求；具有回收價值不代表可不經處理即回用。涉及法規內容時，以命題當年（民國 114 年）法規為準。

解題方法

先按製程來源及物態分類，說明代表性廢棄物的危害或回收特性；再將技術分成材料回收、再利用及能量回收，逐一指出適用條件與限制；最後提出從廠內管理、跨廠媒合、供應鏈合作到績效查核的完整機制。作答時應避免只列設備名稱，須交代「回收什麼、如何回收、受什麼限制」。

（一）半導體製程主要廢棄物種類及其特性（10 分）

1. 廢酸、廢鹼及含氟廢液 來自清洗、蝕刻及表面處理等製程，常見含氫氟酸、硫酸、磷酸、鹽酸、氨水或氫氧化物。具腐蝕性，成分及濃度隨製程變化；含氟廢液需控制氟離子及沉澱污泥，酸鹼廢液則須避免混合造成放熱或有害反應。

2. 含重金屬及特殊化學物質廢液 可能含銅、鎳、鉻等金屬，亦可能含氧化劑、溶劑或錯合劑。污染物濃度及化學形態影響處理與回收效率；錯合物可能使金屬難以沉澱，須先破錯合或採其他分離程序。

3. 有機溶劑及光阻相關廢液 包括光阻、顯影液、剝膜液及清洗溶劑等，具揮發性、可燃性或毒性，部分含高有機負荷或難分解成分。適合評估蒸餾回收或熱處理，但須注意溶劑混合、雜質累積及揮發性有機物逸散。

4. 廢水處理污泥與過濾殘渣 來自化學沉澱、混凝、過濾及廢水處理程序，可能含金屬氫氧化物、氟化物、矽質或其他污染物。其含水率高、成分不均，需先脫水與檢測；能否回收金屬或再利用，取決於污染物濃度及浸出特性。

5. 固態製程及包裝廢棄物 包括廢晶圓、矽晶圓邊料、石英與陶瓷耗材、廢濾材、廢包材及金屬零件。部分具高純度或材料價值，但沾附化學物質或混入複合材時，須先清洗、分選或依規定處理。

6. 廢氣處理副產物 局部排氣及末端處理可能產生吸附材、濾材、洗滌液及反應副產物；其性質取決於捕集的酸鹼氣體、揮發性有機物或特殊氣體。吸附材及濾材可能含高濃度污染物，不可只按一般固廢處理。

**分類重點：**依來源、成分、危害性及可回收性分流，避免酸鹼、有機溶劑、含金屬污泥及一般可回收物混置，造成危害擴大或回收品質下降。

（二）廢棄物全循環回收的可行技術及限制（10 分）

1. 製程源頭減量與廠內再利用 透過製程化學品精準供應、延長藥液使用壽命、改善清洗方式及提高設備良率，減少廢液與廢品產生。對可維持規格的製程水、清洗液或化學品，可經處理後回用。限制是製程純度與品質要求嚴格，回用物質的微量雜質可能造成產品缺陷，須建立品質監控及回用界線。

2. 酸鹼與金屬資源回收 可採酸鹼回收、離子交換、膜分離、電解或選擇性沉澱等方法，回收酸鹼液或金屬。限制包括混合廢液成分複雜、回收濃度不足、錯合物干擾、設備結垢腐蝕，以及回收產物未達再利用規格。

3. 有機溶劑回收 可採蒸餾、精餾或膜分離，回收可再用溶劑。限制是混合溶劑與高沸點雜質會降低純度；蒸餾需耗能，且須妥善控制易燃、揮發性物質與殘液去向。

4. 污泥、廢晶圓及固態材料資源化 對含金屬污泥，可評估金屬回收；對矽晶圓、石英、金屬及包材，可採分類、清潔、破碎、熔煉或再製程利用。限制是污染物含量、材質混雜、清洗成本及市場規格；若回收產品品質不穩或無穩定去處，易形成低價或無效循環。