中央大學環境工程研究所學位論文
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晶圓級晶片尺寸封裝(Wafer Level Chip Scale Package)製程如同半導體前段製程，於生產線上會大量使用到揮發性有機溶劑，若在機台運轉與預防保養作業(Preventive Maintenance, PM)的過程中，因生產設備局部排氣系統的捕集揮發性有機氣體效率不佳，以及設備維修人員與PM人員具有不良之工作習性時，皆會導致揮發性有機氣體逸散至無塵室作業環境中，造成生產作業環境異味飄散損及勞工健康危害問題。然而，過往的研究多偏重於半導體及液晶面板的製程安全危害評估研究，對於年產值高達2,200億以上的半導體後段封裝產業則相對投入較少的評估研究與探討，因此本研究之主要目的即著重在調查與瞭解晶圓級晶片尺寸封裝製造廠無塵室作業環境空氣中揮發性有機氣體物種及其分佈濃度狀況，並透過採樣分析結果比對其是否符合我國勞工安全法令現行的作業環境容許濃度標準及SEMI S2的建議標準。調查的方法乃是依晶圓級晶片尺寸封裝製造廠使用有機溶劑區域，規劃出數個「不鏽鋼採樣筒採樣之氣相層析質譜儀分析」，偵測鑑別出揮發性有機氣體物種及濃度。並搭配光游離偵測器直讀儀(Photo-Ionization Detection, PID)量測各點之總揮發性有機物(Total Volatile Organic Compound, TVOC)數值，以作為改善之依據。 研究結果顯示，在原物料MSDS內容物調查方面，實廠MSDS內容物成分揭露率達80%以上者僅有49.2%，此與國內其他學術單位研究調查所得的僅有38%進行危害分析相較，整體原物料MSDS內容物揭露率同屬偏低之列；而在作業區的有機揮發性化學品調查方面，以IPA、丙酮為原物料使用之大宗，且由全廠82個PID量測點所得之數據來看，在一般區域的60個量測點中，僅少數點數於改善初期有超過7 ppm，其餘皆在改善目標值內；在有機化學品異味區域，TVOC異味逸散問題的改善速度以5F的黃光及蝕刻區為最快，最慢的為3F Wet Bench區，而TVOC長期監測值最高值的高低排序依序為3F Wet Bench區、3F黃光區、3F蝕刻區及4F膠合區；在委外GC/MS環境檢測結果，雖然7處作業區的乙醇、丙酮及異丙醇濃度的檢測值皆低於國內法規標準值的要求，但值得注意的是：(i)乙醇量測的濃度於4F膠合區為18.51 ppm，超過SEMI S2訂定的1% OEL值4 ppm、(ii)丙酮量測濃度於3F Wet Bench區的7.70 ppm及5F蝕刻區的67.06 ppm兩處皆超過SEMI S2訂定的1% OEL值7.5 ppm及達到嗅覺閾值的覺察值範圍、(iii) IPA異丙醇量測濃度於3F Wet Bench區的4.29 ppm也超過SEMI S2訂定的1% OEL值4 ppm；最後，在驗證作業區環測數據逐年改善成效方面，在不同樓層、作業區域的九個環測點中，有高達七個環測點有明顯之改善關係，另兩個環測點前後期改善比較為持平現象。
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本研究旨在探討細胞固定化於厭氧氨氧化程序的應用與影響。過程中首先以污水處理廠之活性污泥為植種源，馴養並富集所需之厭氧氨氧化菌；之後以批次試驗探討厭氧氨氧菌於懸浮和包埋培養下除氮活性之差異與可能原因；最後評估以固定化技術結合部份硝化與厭氧氨氧化程序於單一反應槽進行完全自營性除氮之可行性。實驗結果顯示以活性污泥為植種源，在提供適合厭氧氨氧化菌生長的環境下，可成功地自活性污泥增殖培養出厭氧氨氧化菌。批次試驗的比較結果顯示在低氮濃度負荷下(50 mg-N/L)，雖然懸浮系統和褐藻膠包埋系統在總氮去除率上有所不同(74±2.29% vs.100±13.86%)，但是當把系統內的細胞濃度考慮進去時，則兩系統的去除速率則幾乎相同(0.0148±0.0004 mg-N/mg-VSS/day vs. 0.0121±0.0017 mg-N/mg-VSS/day)，說明在先前研究所觀察到的差異很可能是由不同的細胞密度所導致；不過，當包埋系統於高氮濃度負荷下試驗時(250 mg-N/L)，原先具活性的ANAMMOX 則受到抑制，推測是由於基質在褐藻膠的介質環境中傳輸時受到質傳限制所造成。而於雙膜單槽的研究結果證實，在不外添加亞硝酸鹽，以雙薄膜系統結合部分硝化和厭氧氨氧化程序處理高科技產業廢水確實可行，且系統在有限的溶氧條件下，可藉由曝氣強度控制總氮之去除。
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國內電弧爐煉鋼製程之集塵灰產生量每年約18 ~ 22萬噸，其中不銹鋼集塵灰約6萬公噸。電弧爐煉鋼集塵灰經毒性溶出試驗證實，其鉛、鎘、六價鉻等重金屬均超出規定限值，因此環保署將電弧爐煉鋼集塵灰認定為製程有害事業廢棄物，若未妥善處理，將對環境、生物及人體健康造成危害，因此必須以再利用方式回收處理，將其無害化及資源化。目前國內將電弧爐煉鋼集塵灰資源化均是以處理碳鋼集塵灰，並回收其中之氧化鋅為主要目的。對於富含鐵、鉻、鎳等有價金屬之不銹鋼集塵灰，大部分是以固化掩埋方式處理，並無有效將其資源化的處理方式，僅能將有害的集塵灰暫時安定化，掩埋在特定之掩埋場中，無法將其中之有價金屬資源化，且需要大面積土地供其最終掩埋，對地狹人稠的台灣而言，無疑是重大的環境負荷。 本研究利用高溫熔融還原法（Electric Smelting Reduction Furnace, ESRF）處理國內三家不銹鋼煉鋼廠製程中產生的集塵灰。先行檢測不銹鋼集塵灰之組成分，分析結果得知不銹鋼集塵灰中，具有資源化價值之鐵、鉻及鎳，含量分別為21 ~ 35 %、7.5 ~ 8.7 %及0.8 ~ 2.3 %，可資源化成分約佔30 ~ 40 %之間，實屬都市礦脈之一種。以高溫熔融還原法處理不銹鋼集塵灰之流程是先將集塵灰均勻混合後，再與副原料混鍊造粒，投入1550 ℃之高溫熔融還原爐中，利用焦炭等還原劑將集塵灰中之金屬氧化物予以還原，其中高沸點之金屬鐵、鉻及鎳等，可溶入鋼液中而回收。本研究亦經由控制不同的鹽基度，探討鹽基度對於鉻、鎳回收至銑鐵中之回收率的影響，研究發現當鹽基度控制在1.05 ~ 1.12時，可得到較佳之回收率，鉻回收率在86 ~ 96 %之間，鎳回收率可達90 %以上。而不銹鋼集塵灰中之鐵、鉻、鎳等金屬經高溫熔融後可以鋼液型態回收，經澆鑄成為銑鐵，其中鉻及鎳含量分別為18.1 %及5.1 %，可供不銹鋼煉鋼廠作為原料使用。由爐氣中所收集之二次灰富含氧化鋅，含量約32 %，但仍不足以供煉鋅廠提煉，需再次投入高溫熔融還原爐進一步富集。熔融處理時所產生的爐渣經毒性溶出試驗分析，均符合環保法規標準，可作為營建材料、路基材料或與水泥混合使用。本研究結果顯示，以高溫熔融還原法回收不銹鋼集塵灰中鉻與鎳，不論是在經濟、環境及社會層面考量，均具有正面之效益。
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本研究以光學量測的方式建立一套能量測水位、MLSS濃度、SS濃度及沉澱速度之量測裝置。以雷射光與Webcam作為建置量測裝置之元件，藉由拍攝雷射光投射至水體後之水體影像，利用光譜分析與影像分析技術，以所獲得的資訊來量測水位、MLSS濃度、水體中不同深度的SS濃度、及污泥沉澱速度，能以相對較為簡便的量測裝置提供多種的監測資訊，且能提供市售MLSS感測器及其所無法監測之污泥沉澱速度監測資訊。目前水位量測最大誤差值在以0.32cm內，MLSS量測誤差值約200 mg/L，SS量測誤差值13.8 mg/L，與人工檢測誤差值皆小於20%的容許誤差範圍內，並能量測污泥沉澱速度的變化，此量測裝置量測值有良好的準確性，可為系統提供有效之參考資訊作為控制判斷之依據。在連續進流之生物反應系統中，藉由監測水位來確保系統中進流與出流系統正常運作並可計算出處理廢水體積。參考MLSS濃度來瞭解每個運程中微生物生長情況並對系統可做為操作控制之參數，此外可藉由MLSS濃度之變化情形得知系統中之水體是否混合均勻。當在沉澱相時，處理系統之出流水SS濃度是一個重要的指標，故亦須量測SS濃度，並可藉由污泥之沉澱速度來瞭解系統中污泥生長情況，並可控制系統沉澱時間以增加系統處理之效率。
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半導體廠製程上使用有機溶劑種類非常多，一般勞工在長時間暴露下會造成健康危害，甚至會造成職業病。本研究針對某廠半導體晶圓表面處理製程的勞工進行職業暴露與健康風險評估，以掌握勞工的實際暴露型態。化學品暴露評估方法及對策包含：初步危害分析、相加效應評估、健康風險評估、健檢數據異常分析與化學品分級管理。 本研究選擇某廠有機溶劑使用相似的六個作業區為研究對象，分別是清洗作業區(SEG01)、電子作業黃光區(SEG02)、去光阻作業區(SEG03)、濕式去光阻區(SEG05)、電子作業研磨區(SEG09)與濕蝕刻區(SEG17)。 以2010~2014年作業環境監測結果計算相加效應，清洗作業區(SEG01)為0.11、電子作業黃光區(SEG02)為0.13、去光阻作業區(SEG03)為0.20、濕式去光阻區(SEG05)為0.13、電子作業研磨區(SEG09)為0.06、濕蝕刻區(SEG17)為0.18，其中以去光阻作業區(SEG03)為最高，但各群組相加效應都小於1，符合法規要求。 在健康風險評估方面，慢性吸入危害風險度(Hazard Index, HI)由高至低依序為：SEG03(1.72*10-1)、SEG05(1.15*10-1)、SEG09(1.22*10-3)、SEG01(8.22*10-4)、SEG17(6.24*10-4)與SEG02(1.68*10-4)，評估後都小於法定容許濃度標準1。若以作業相似的區域作比較，去光阻作業區(SEG03)危害高於濕式去光阻區(SEG05)，濕蝕刻區(SEG17)則劣於電子黃光作業區(SEG02)，與相加效應評估結果相同。 健康檢查異常率排序依序為SEG03去光阻作業區(16.2%)、SEG01清洗作業區(15.3%)、SEG05濕式去光阻區(11.5%)、SEG02電子作業黃光區(10.9%)、SEG17濕蝕刻區(10.8%)與SEG09電子作業研磨區(10.6%)。以T檢定來評估各工作區族群對比行政人員的肌酸酐與腎絲球過濾速率檢測數據，發現SEG02、SEG05、SEG09與SEG17 肌酸酐具有顯著差異，另再評估SEG02和SEG17兩相似作業區相同危害暴露物質分別為丙酮、甲酚及PGMEA (Propylene Glycol Monomethyl Ethyl Acetate)，評估結果發現甲酚具有顯著差異。 綜合上述評估結果，SEG03風險值最高，致因危害物質為萘、丙酮、異丙醇及NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone)。SEG05風險值次高，危害物質為萘、丙酮及異丙醇。上述區域工作人員都應加強機台漏液檢測頻率、防護器具保養、化學品安全貯存及執行機台狀態掛牌機制。SEG02和SEG17的甲酚可能為工作人員肌酸酐健檢異常的致因物質，應增加兩作業區人員環境暴露監測頻率而且光阻液使用完容器不以人工更換。
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本研究利用化學還原法及電鍍沉積法，以SWCNT為載體，透過前驅物四氯化金酸(HAuCl4)，製備GNP/SWCNT複合材料，進行材料特性分析與As(III)之伏安法分析。特性分析的部分，觀察材料的表面特性、表面積與孔洞大小、晶相變化、元素組成、官能基與製備條件在伏安法分析表現之影響，選出最佳金奈米粒子與奈米碳管合成比例。根據UHR-SEM與TEM觀察得知，金奈米粒子會隨著濃度高低附著或包覆於奈米碳管上，特別是電鍍形成的金奈米顆粒約2－5 nm，較容易均勻控制大小與分散於碳管表面。伏安法分析的同時也發現2－5 nm顆粒大小的金奈米顆粒測定As(III)造成的氧化峰電流最為尖銳，碳管能放大氧化峰電流值約3.8倍。後續以最佳比例進行As(III)之伏安法分析，選定最佳掃描條件，如掃速、pH。以及觀察修飾電極在掃描電位範圍上的限制，探討氧化峰電流與濃度之間的關係。結果顯示電鍍複合材料修飾電極以LSV測定50－5000 μg/L As(III)，得到良好濃度與電流的線性關係。最後推測干擾物Cu(II)對As(III)伏安法分析的影響與記憶效應。發現以LSV偵測As(III)及Cu(II)氧化峰電流的優點在於無明顯的記憶效應。具有開發線上即時監測放流水中As(III)之潛力與應用價值。
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化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)是用來檢測水中有機污染物含量以及水質監測的重要參數之一。為了減少傳統分析方法所帶來的廢液及有害物，並且減少分析上的誤差，本研究製備去官能基化TiO2/ SWCNTs修飾玻璃碳電極進行COD之伏安法分析。經由表面物化特性以及電流反應強度分析，去官能基後的複合材料表面並不會受到破壞且仍具有催化效果，最後選定以高溫300℃處理的TiO2/ SWCNTs為修飾電極。藉由模擬水樣分析結果顯示，去除TiO2/ SWCNTs表面官能基後，修飾電極確實有較佳的穩定度以及準確度，電流值與COD濃度也有良好的線性關係，並且可量測至0.1 mg/L。在進行多次實場廢水分析結果顯示，對於處理過的或是組成較單純的廢水，LSV法與COD標準方法所得到的變化趨勢相近。
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本研究運用化學還原法製備金奈米粒子/多壁奈米碳管複合材料修飾玻璃碳電極進行汞(Ⅱ)之循環伏安法分析，藉由調整汞(Ⅱ)溶液在不同pH條件及添加氯離子使汞(Ⅱ)主要物種分布改變下，瞭解修飾電極對汞(Ⅱ)主要物種改變之伏安法影響，最後瞭解修飾電極偵測水中不同濃度汞(Ⅱ)之還原電流值與濃度的相關性。由TEM、XRD、UV及EDS分析結果顯示利用化學還原法可有效製備金奈米粒子且與多壁奈米碳管複合狀況良好，而由電化學實驗可知修飾電極的反應面積皆大於玻璃碳電極，因此可得較大的偵測電流訊號值。當pH調整時，三種修飾電極皆會因汞(Ⅱ)主要物種分布改變而還原電位改變，但當氯離子添加時，僅10-GNP/MWCNTs修飾電極的偵測還原電位會偏移，最後修飾電極偵測不同濃度汞(Ⅱ)時，修飾電極的還原電流訊號值與汞(Ⅱ)濃度間(1 ppb ~ 10 ppb)的相關係數(R2)均有0.9以上是可信的線性關係，表示利用修飾電極伏安法分析汞(Ⅱ)是具有選擇性且可行的方法。
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校園植物調查及分類可讓學生方便和有效獲得植物知識而達成環境教育目標，是一件有意義的工作。基於前人研究侷限在中、南部，本研究選定北部校園，考量校園植物營造現況，探討台灣原生、特有、外來種的栽植分布現況，並討論栽種植物與環境教育相關程度，以選定植物實際觀察花期和果期是否出現受劇烈天氣影響？最後提出校園植物營造規畫建議。 研究對象選定桃園市兩所國中，現場調查得知大成國中的校園植物共計86科161屬193種，建國國中共計62科114屬125種。原生種植物僅佔大成國中所有植物9.8 %，建國國中則是12 %；特有種植物佔比更低，大成國中為3.1 %，建國國中更低至0.8 %。 前人研究與本研究發現學校常見喬木，與遮蔭、莊嚴氣息、淨化空氣品質有關；惟中、南部多有栽植的「欖仁樹、大葉桃花心木」，桃園兩校卻無栽種，應與這些植物喜愛高溫有關。喬木種類建國國中較豐富，灌木大成國中較豐富，僅大成國中有營造水生棲地，這顯示校方經營哲學。 「誘蝶植物」具有提供蜜源和蝴蝶幼蟲食草的功能，「誘鳥植物」的果實常見有鳥類佇留，「綠籬植物」則多為萌芽力或分枝力強，耐修剪的灌木；本研究探討的植物「環境教育」內容，主要聚焦於淨化空氣、水質，或抵抗空氣污染，或耐環境變遷，或固砂、固土，或驅蟲等。 近年來天氣變化大，惟所觀察植物在研究期間，並無發現與文獻所提花期與果期有落差。兩校植物與教材配合度分析發現：大成國中配合度最高版本為南一版，約25 %；建國國中則為康軒版，約23 %。此外，本研究提出國中生學習校園植物的有效方式。 為延伸本研究成果，本研究建議加強校園植物解說，配置適當人力管理校園植物，適度地營造適合該校地理、環境教育、採用教材內容、當地氣候及人文的台灣原生種與特有種的植物，並區分喬木與水生植物專區，以恢復校園生態系統平衡。
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本研究主要目的為探討結晶矽太陽能電池廠所產生的高濃度氫氟酸廢液，以氟化鈣製程進行研究，探討添加不同鈣鹽、pH值、加藥劑量等操作因子，對污泥中成份的影響，以提高污泥回收之效益。 研究結果顯示，原廢液pH值<0.1、氟離子值(F-)為16%，且含有硝酸、鹽酸、硫酸，屬於高濃度混酸廢液。以氟化鈣製程處理結果顯示，以添加CaCl2研究在Ca/F比=1劑量時，pH=8時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最高(92.57%)；其次為氫氧化鈣劑量在Ca/F比0.8時，pH=9時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最佳(87.67%)；碳酸鈣則以Ca/F比0.8時，pH=8時所得到的污泥中有效氟化鈣濃度最佳(79.70%)。而廢水中氟離子去除效率都有99.9%以上。 另加藥程序控制上氫氧化鈣及碳酸鈣皆只要簡單以pH值當加藥控制點，即可達到反應效果，但以氫氧化鈣pH=9效果最好，污泥中有效氟化鈣濃度高達87.67%；且操作成本低廉每噸廢液處理費用約1,950元，反應過程中也僅有放熱反應，溫度僅需控制在80℃以下即無危險產生。而碳酸鈣因溶解性極差，造成過多無效浪費，且最高污泥中有效氟化鈣僅達到79.70%，操作時亦會產生大量二氧化碳，有工安之虞。添加氯化鈣雖能使污泥中產生92.57%最高有效氟化鈣濃度，但仍只是冶金級規格，且另需添加液鹼造成成本最高，達到每噸廢液處理約11,800元，較無經濟上效益。且需特別計算Ca/F比避免浪費成本及降低污泥中有效氟化鈣濃度。 另因各實廠廢液因製程調整不同，廢液混酸成份亦不相同，經研究結果顯示，廢液中含有硫酸、二氧化矽成份，反應後會降低污泥中有效氟化鈣濃度。