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- 2022-04-29 14:09:48 发布
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'AbstractHi.TechIndustriesproducetremendouseconomicbenefits,aswellasenvironmentalsaftyissues.ThestudyisfocusedontheenvironmentalsaftyissuesinShanghaiZhangjiangHi—TechParkinPudongDistrict,wheresemiconductorandbio—pharmaceuticalindustriesaretwomajorleadingindustries.Indstrialprocesses,toxicchemicalreleases,andpollutioncontroltechnologiesoftwoindustrialswerereviewed,throughwhichthreemainenvironmentalsaltyissueswereindicatedinthearea,organicegasesemission,chemicalaccidentsandbio—saftycontr01.TheenvironmentalqualityofZhangjiangareawasmonitored.Outcomesofanalyzingpollutantsdistributioncharacteristicsshowedthattheemissionofsemiconductorandbio.pharmaceuticalhadgreatcontributiontothehighconcentrationofozonandtotalvolatileorganiccompounds(TVOC)inZhangjiangHi.TechPark.Thisresultwascompliancewithforegoingconculsion.Accordingtothecurrentstatus,severalmeasuresweresuggestedtomitigateenvironmentalriskinthechapterofconclusion,suchastostrictcriteria,toenhanceenforcement,tosetupreportingandmornitoringsystemforenvironmentalriskinindividualenterprise,todevelopenvironmentalemergencyresponsesystem,toidentifysafetyisolationdistanceandsafetyevacuationtraveldistance,toencouragetechnicalinnovation,toenhanceenviornmetalmomitoring,andetc.Attheend,differentenvironmentalsaftyissuesduringdifferentstagesofhi—techindustrialparkdevelopmentandrolesofgovemment,industrialparkmanagers,andenterprisesinenvironmentalriskcon仃olwerediscussed.Keywords:environmentalsafety,semiconductorindustrials,bio-pharmaceuticalindustrialsII
目录第l章课题背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..1第2章浦东新区新兴产业基本情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.1半导体行业⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32.2生物医药行业⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.4第3章工艺、污染排放及控制技术简述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.1半导体行业⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113.1.1半导体行业生产工艺概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll3.1.2半导体电路制造的几个关键工序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ll3.1.3半导体行业产污分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯173.1.4半导体行业污染控制技术现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯263.2生物医药行业⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273.2.1生物医药行业生产工艺概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯273.2.2生物工程类制药的几个关键工序⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯293.2.3生物工程类制药行业产污分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l3.2.4处理技术现状调研⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯32第4章环境安全潜在问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.354.1行业特征污染物及环境安全潜在问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354.1.1行业特征污染物⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354.1.2潜在环境安全问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364.2新区环境安全潜在威胁的分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯364.2.1有机废气的排放与处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯374.2.2化学品事故风险⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384.2.3生物安全性的控制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯38第5章浦东新区张江地区环境现状监测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405.1臭氧浓度分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯405.1.1监测点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.405.1.2张江地区的臭氧浓度分布特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯40ITI
目录5.2VOCs监测情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485.2.1采样时间⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485.2.2采样和监测单位⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485.2.3采样点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯485.2.4TVOCs监测结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.505.2.5VOCs监测结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5l第6章环境安全潜在威胁的缓解对策⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55第7章结论与建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯597.1结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯597.2建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯60IV一1
第1章课题背景浦东新区开发开放二十多年,经济实力得以飞速发展。集成电路和生物医药这两个高新产业成为浦东新区招商引资的两大主导产业。以张江为例,张江高科技园区在“聚焦张江”战略决策的指引下,明确以集成电路、软件、生物医药为主导产业,集中体现创新创业的主体功能,并步入了快速发展阶段llJ。至2005年底,园区累计引进注册企业4297家,吸引外资额137.48亿美元,完成固定资产投资额达695.14亿元人民币。目前,张江高科技园区成为国家电子信息产业基地、上海国家微电子产业基地核心区,是国家级电子信息产业园(国家上海集成电路产业园)。园区以IC设计和芯片制造为重点,形成了IC设计、芯片制造、封装、测试到集成电路专用设备和配套生产企业等完整的产业链。园区内共有200余家国内外知名集成电路企业在园区发展,总投资园区集成电路产值达到111亿元人民币,占全国半壁江山,8英寸晶圆产能占全国生产能力的70%。同时,现代生物与医药产业也是张江高科技园区重点发展的主导产业之一,园区作为“国家上海生物医药科技产业基地”,现在共有130多家项目单位进驻基地,包括国内外许多知名企业。园区累计引进生物医药项目300余个,形成从研发、教育到产业、服务完整的生物医药产业链,“张江药谷”声誉鹊起。高新技术产业发展的同时也带来了相应的环境安全问题。环境安全问题通常指作为人类生命支持系统的生态环境受到威胁与破坏的程度以及这种威胁破坏对生存发展所带来的直接和间接的不利影响。集成电路制造业的污染物排放量(包括废气、废水)大,生产工艺中使用的大量有机溶剂、重金属等物质都有可能对环境造成较大环境安全隐患影响。生物制药业主要的空气污染物是挥发性有机物(VOCs)和颗粒物(PM),废水是以高浓度、高色度、含难降解和生物毒性的有机废水为主,来自序批生产后的设备清洗,含有有毒有机残留物。如何在确保高新科技产业发展的同时减少对环境和安全的影响已成为需要迫切解决的问题。浦东新区在大力发展半导体和生物医药的同时,其环保问题也日益引起人们的关注。作为半导体和生物制药产业比较集中的区域,浦东新区,特别是张江高科技园区是否存在环境安全的潜在威胁一直为人们所关注。本课题对浦东新
区半导体和生物制全问题进行了调研同时对浦东地区的新区半导体和生物
第2章浦东新区新兴产业基本情况2.1半导体行业浦东新区的半导体企业主要集中在张江高科技园区、金桥出口加工区和外高桥保税区【2】。其中,张江高科技园区作为国家电子信息产业基地、上海国家微电子产业基地核心区,是国家级电子信息产业园(国家上海集成电路产业园)。园区以IC设计和芯片制造为重点,形成了IC设计、芯片制造、封装、测试到集成电路专用设备和配套生产企业等完整的产业链。园区内共有200余家国内外知名集成电路企业在园区发展,总投资超过100亿美元,园区集成电路产值达到111亿元,占全国半壁江山,8英寸晶圆产能占全国生产能力的70%t”。表2.1和表2.2分别列出了浦东新区主要的半导体制造和封装企业情况。表2.1浦东新区主要的半导体制造企业情况生产线情况总投资序号公司名称硅片尺寸工艺设计产能/月投产时间(亿美元)l中芯国际集成电8O.189CMOS2万2001.914.62路制造(上海)有8O.189CMOS2万2003.83限公司8O.139Cu工艺2万20064上海宏力半导体48O.259CMOS4万2003.616.4制造有限公司上海华虹NEC电58O.259CMOS5万1999.9子有限公司
第2章浦东新区新兴产业基本情况表2-2浦东新区主要的半导体封装企业情况,序号公司名称设计产能l英特尔科技(中国)有限公司Flash封装12亿只/年2安靠封装测试(上海)有限公司6000万块/年3上海纪元微科电子有限公司10亿块/年4威宇科技测试封装上海有限公司1.1亿块/年5晶科封装测试科技(上海)有限公司(不详)6新加坡优特半导体有限公司(不详)7日月光半导体(上海)有限公司基板2.2生物医药行业浦东新区生物医药产业共集聚了430家生物医药企业,其中张江“药谷”已累计引进了生物医药企业350多家14J,全年现代生物医药完成工业总产值44.07亿元【31。本课题生物医药产业主要针对于张江高科技园区的生物制药企业。根据调研,主要的企业名录如表2。3所示。生物制药企业主要分布在两个区域:生物医药产业基地一期为祖冲之路以北,科苑路以东,龙东大道以南,金科路以西的区域,典型的生物制药企业有赛达制药、天士力制药、麒麟鲲鹏制药、罗氏制药、汇仁制药、唯科制药(已破产)、安盛、三九生化等。生物医药产业基地二期的分布范围为川杨河以北,金科路以东,申江路以西,高科路以南,典型的生物制药企业有京新生物医药、曦龙、生物芯片、迪塞诺、惠生、转基因研究中心、药谷药业等。具体分布如图2.1。从表2.3中可见,张江地区的主要生物制药企业主要是集研发、生产与服务于一体。多数企业规模小,且实际上多数以销售、四技服务为主,最为典型的企业是赛达生物、麒麟鲲鹏、京新、天士力、生物曦龙、惠生制药等。生物芯片作为一种特殊的医疗器械,既具有生物医药行业的特点,又具有微电子行业的特点。此外,还有众多的企业以研发为主,孵化基地内的企业变动比较频繁。
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第3章工艺、污染排放及控制技术简述3.1半导体行业3.1.1半导体行业生产工艺概况根据生产内容和关键技术,可将半导体产品的生产程序大致划分为:电路设计、晶体生长、芯片制造、芯片封装测试四个基本生产阶段15】,基本生产流程见图3.1,其中电路设计不对环境产生污染。每个生产和清洗工艺中都会使用各种化学物。这些化学物可以分为以下两类:无机化合物(如氨水、盐酸、氢氟酸等)及可挥发性有机化合物(VOCs,如甲醇、三氯乙烯、甲苯、丙酮、含氯二氟甲烷、四氟乙烷等)。此外,随着工艺和产品的改变,所使用的化合物的种类和用量也经常在变化。材料’儿土王::亡J测试J∽r盘脯’P乙巴一I~于小~’省『_’l介电质沉积l_1t\//\●l上\1加热制程I.1离子注入古。..M卜+映l封装l与去胶⋯“1““l掩膜1ll。k—|叫业古lT萝i7l最后测试设计图3-1半导体产业的主要产业链及工艺流程3.1.2半导体电路制造的几个关键工序3.1.2.1集成电路制造工艺半导体电路制造是采用半导体平面工艺的方法在衬底硅芯片上形成电路图
第3章工艺、污染排放及控制技术简述形的生产过程。半导体平面工艺是通过光刻(类似照片冲印)、刻蚀的方法形成掺杂信道,再通过离子注入和/或高温扩散的方法掺杂形成半导体PN结,然后沉积金属引线的生产过程【6J。芯片加工工艺过程虽复杂,但实际上是由清洗、氧化、光刻(匀胶、曝光、显影、坚膜)、刻蚀、去胶、剥离、扩散、离子注入、化学气相沉积(CVD)、化学机械抛光(CMP)、金属化等基本工序反复交叉重复多次所组成。由于产品不同,其工艺详细流程和参数有所不同,一种典型的0.25微米芯片的工艺流程有165步,其中注入9次、光刻22次、刻蚀26次、沉积237欠【引。1、清洗经过拉单晶、切割、研磨后的芯片,首先需进行清洗,除去沾污的芯片表面的金属与油污。清洗的方法是:先用H2S04去除金属杂质,然后用有机溶剂去除油污,再用去离子水反复清洗,以得到洁净的芯片表面。清洁后的芯片用压缩空气或氮气吹干后,送下道工序氧化。2、氧化氧化的目的是在芯片表面形成一层以二氧化硅膜为主要成分的绝缘层,膜厚约0.5—-2微米。热氧化在控制温度和压力的容器中进行,用以控制硅芯片表面和氧化气体(如氧或水蒸气)之间的反应,其化学反应式为:Si斗02_Si02.干氧化使用氯(以氯气的形式)、无水盐酸或三氯乙烯。氧化过程完成后,为保持芯片的表面清洁,还要用H2S04和去离子水进行清洗,为以后的处理做好准备。氧化过程使用的原料包括二氧化硅、酸(氢氟酸)和溶剂。也会使用到氧、氯化氢、氮、三氯乙烷和三氯乙烯。3、均胶、光刻均胶是在清洁后的芯片表面均匀涂上一层光刻胶。光刻胶主要由对光与能量非常敏感的高分子聚合物和有机溶剂组成,前者是光刻胶的主体,主要成分为酚醛树脂、丙二醇醚脂等,后者是光刻胶的介质,主要成分为丙酮、丁酮等。为了使涂敷在光刻胶层绝对均匀(厚度约为l微米),均胶的方法是让芯片旋转,使光刻胶在其表面形成薄层。这时,大量的光刻胶被离心力带出芯片,这些光刻胶由于纯度已不能达到工艺要求,因此只能作为废物收集。为使光刻胶固附着在Si02表面,均胶后要进行两级烘干,一级温度为12
第3章工艺、污染排放及控制技术简述70.90"C,二级烘干温度为120—135℃。由于烘干温度较低,光刻胶中的有机溶剂挥发成为有机废气(VOC),而光刻胶中的高分子聚合物和光刻剂等作为涂层牢固地附着在基质表面。4、显影显影是通过暴露和显影放置在芯片上的感光材料光刻胶而在半导体芯片上留下各种图案。通常将光阻纺在芯片上,通过烘烤移去留在光阻上的任何溶剂,再将光罩放在芯片上。光罩上面印有由铬或铁等物质制成的电路设计。光通过光罩上的空白处,使芯片暴露的表面得以“显影”。在这个过程中未暴露的区域在显影过程中被去除(或取决于使用的工艺和光刻胶,暴露的光刻胶也会被移走),在芯片表面留下电路图案。显影中使用三种射线:光学,电子束和X射线。每种射线都有自身的优点和价位,但光学紫外线(Uv)用得较多。因为光刻胶对很窄的紫外线光敏感,被光照射后发生化学变化,很容易被清洗剂去除。光阻通过光罩暴露于UV射线。光阻在暴露于光线下时,若使用负光阻,则产生聚合;若使用正光阻,则产生反聚合。暴露后,芯片在溶液(如三氯乙烷、氯苯等)中显影,溶解不需要的光阻,然后清洗掉多余的显影剂。大部分的显影过程是在液体中进行的,或用溅射方法,但也可用等离子方法。显影后,芯片表面就有一层有电路图案的二氧化硅层,其余的表面则覆在光阻层下。由于光阻层不受刻蚀剂的影响,此时芯片可用刻蚀化学剂清洗。根据光刻胶种类的不同,可以选择不同的溶剂和清洗剂:酸(硫酸、氢氟酸、盐酸、磷酸、有机酸、混酸等)、碱(氢氧化钠、氨水等)、有机溶剂(丙酮、异丙酮、二甲苯、乙二醇醚等)、过氧化氢、去离子水以及一些高分子光刻胶除剂I,J。
第3章工艺、污染排放及控制技术简述表3.1显影中使用的光阻材料、显影剂和溶剂/清洗剂光阻材料显影剂溶剂和清洗剂正光阻:正显影剂:去离子水聚甲基丙烯酸酯氢氧化钠异丙醇聚氟烃基异丁烯酸脂氢氧化钾丙酮聚烷醛硅酸盐乙醇聚甲基丙烯酸甲酯乙烯乙二醇氢氟酸聚乙烯(六氟丁基异丁烯酸脂)乙醇胺硫酸异丙基乙醇过氧化氢负光阻:磷酸盐盐酸异戊二烯四甲基铵硝酸乙基丙烯酸盐氢氧化物铬酸乙醛丙烯酸脂共聚物烷基胺氢氧化铵乙酸乙酯六甲基二硅氮烷甲基异丙基酮二甲苯乙酸溶纤剂负显影剂:乙苯二甲苯氯氟碳脂肪烃氯甲苯乙酸溶纤剂乙二醇醚异丙基乙醇干洗溶剂油乙二醇醚5、刻蚀刻蚀的目的是去除光刻后暴露出的氧化层,使基质(硅)显露出来。蚀刻中用到液态酸或活性气体,它们刻蚀芯片表面暴露的氧化区域产生空间图案。在刻蚀图案的区域将进行掺杂,使之具有所要求的电性质。有几种不同的刻蚀工艺可使用。湿化学刻蚀用酸溶液在室温或较高的温度刻蚀暴露的二氧化硅层。通常使用酸(硫酸、磷酸、过氧化氢、硝酸、氢氟酸和盐酸)、乙烯己二醇、氢氧化物溶液和氨、铁或钾溶液。干刻蚀中使用最多的技术是电浆刻蚀,通过14
第3章工艺、污染排放及控制技术简述真空泵离子化过程气体得到电浆气体。但干刻蚀中常会用到活性卤化气体,也可使用非卤化气体。干刻蚀中使用的化学物包括氯、溴化氢、四氟化碳、六氟硫磺、三氟甲烷、氟、碳氟化合物、四氟化碳、二氯化硼、氢、氧、氦和氩。刻蚀完成后,要用酸、碱和去离子水反复冲洗,以保证刻痕(电路)的清洁。使用的溶液和清洗剂包括丙酮、去离子水、二甲苯、乙二醇醚和异丙基乙醇。6、扩散在扩散工艺中,蒸发的金属扩散到芯片的暴露区域。在高温炉(400。1000。C)中含杂蒸汽或含杂氧化层将杂质原子引入到芯片上。最常用的杂质是砷、硼和磷,同时也可使用铝、锑、铍、镓、锗、金、镁、硅、碲和锡。在这个过程中,杂质原子代替了晶体中一小部分的硅原子【8】。7、离子注入离子植入工艺是一个物理沉积过程。在这个过程中,在室温下杂质在真空容器中离子化。离子化的粒子被加速,由离子植入器植入芯片。离子植入器的电压大小决定杂质植入的深度和杂质气体的使用量。通常使用的气体包括砷烷、磷化氢和三氟化硼。8、化学气相沉积(CVD)沉积工艺是在芯片上加上一层硅、氧化硅或其它物质层,在半导体制造最后进行该工艺是为了保护芯片上的电路。一般有两种技术:化学气相沉积(CVD)和分子束外延附生(№E),而CVD更为常用。在CVD过程中,物质在高温反应炉中蒸发,在芯片上形成薄层。CVD中常用的原料包括硅烷、四氯化硅、氨、一氧化二氮、六氟化钨、砷化三氢、磷化氢和乙硼烷。其它气相沉积技术有低压CVD,它使用高温真空容器,可使用氮和/或硅烷、砷化三氢、四乙基正硅酸盐、二氯硅烷、氨、氟化氢和一氧化二氮。一旦膜层得以形成,芯片可以进行之前提到的步骤,得到特定的电性质和电路。在反应器中,反应气体(SiI-l,、Sill2C12、PH3、B2I-l,、AsH3)和携带气体(H2、02、Ar、N20、NH3等)不断流过反应室而产生气态副产品,连同未反应的气体一起排出。9、金属化金属化的目的是产生用于集成电路中器件电路连接和从外部接入电路的导电薄膜,蒸发和溅射是芯片上沉积金属膜常用的方法。蒸镀指在高温下熔融蒸发的金属涂到芯片表面。这里用的金属包括铝、铂、钛、镍、铬、银、铜、钨、金和锗。蒸镀工艺包括纯金属电子束蒸镀、电阻加热蒸镀和感应加热蒸镀。在
第3章工艺、污染排放及控制技术简述一些工程中使用氩气。在溅镀工艺中,离子化的气体原子(如氦)从目标金属上移走原子。这些金属原子沉积在芯片上形成膜。溅镀中使用的金属包括钛、铂、金、钼、钨、镍和钴。在这个过程中任何不需要的金属都将被溶剂或酸溶液洗去。.10、铜工艺目前集成电路的互连主要采用掺铜的铝布线。随着集成电路中器件速度的改进和提高,互连线的RC延迟时间的影响愈来愈显著,因此需要用低电阻率的材料做连线,以降低电阻;而集成度的急剧增加,又必须减少线宽,以至电流密度增加,在铝导线上极易产生电迁问题,大大影响可靠性。为了提高器件的工作速度、集成度和可靠性,人们一直致力于铜互连的研究。直至1997年,IBM正式发布了铜互连工艺,是集成电路互连工艺的一次重大创新19J。铜的电阻率只有1.79fl·cm,比起铝的39t2·cm小了许多,因此可减少所需金属层的数目,进而降低生产成本;铜导线的延迟比铝可改善15%或更多;而铜的抗电迁移能力是铝的50倍,大大减少因电迁移而引起的断线等可靠性问题;在混合信号SOC设计中,铜互连还可减少串扰等,因此以铜为导线的器件具有更长的寿命和稳定性,一般认为铜将成为下一代互连线材料19J。目前0.139m铜工艺主要采用双层镶嵌工艺制程,辅之化学机械抛光、有机化学气相沉积和化学电镀等工艺实现,其中电镀是目前普遍使用的方法【l们。铜工艺制程具有电耗小、成本低、速度快及性能优的竞争优势。3.1.2.2集成电路封装测试生产工艺芯片在制造工艺后进入封装工艺,封装是指安装半导体集成电路芯片用的外壳,它起着安放、固定、密封、保护芯片和增强导热性能的作用,芯片上的接点用导线连接到封装外壳的引脚上,这些引脚又通过印刷电路板上的导线与其他器件建立连接。由于封装技术的好坏还直接影响到芯片自身性能的发挥和与之连接的PCB(印制电路板)的设计和制造,因此它是至关重要的。最初的是单一芯片的包装。在冲切中,用激光或金刚石锯将单个芯片(或模片)从芯片上分离。然后通过锡焊或使用环氧树脂将金属结构(如铅)裱到芯片上。用混合溶剂或萜烃进行清洗。下一步是引线接合(插脚),使芯片的金属化部分与封装或框架连接起来。在封装阶段,用塑料或环氧树脂做的密封包装。在一些应用中也使用陶瓷盖。16
第3章工艺、污染排放及控制技术简述如今封装技术正不断发展,产生了更为节省空间,重量更轻巧,性能更良好的多芯片组件。MCP多芯片封装是把几个器件安装在同一个标准外壳中,可以看作是一个复杂的IC,因为这些元件芯片逻辑上是一个整体但又不是一个单一芯片。目前,主要的封装技术是单列直插式封装。其引脚从封装一个侧面引出,排列成一条直线。随着设备和系统的复杂程度的不断增加,新的封装技术在电子工业中所占据的作用越来越大。在过去的几年中,小外形封装逐步代替了插装型封装(如双列直插式封装)。美国半导体工业协会和日本电子工业协会拥有很多他们自己的路标来描述集成电路的物理参数以及电子封装。这些路标从上到下反映了集成电路技术的变化以及封装的要求。很多因素可以导致这些路标的变化,例如全新的集成电路技术,新的封装技术或者电子市场上出现了新的产品等111‘。典型的封装工艺流程见图3.2。图3-2半导体封装工艺基本流程3.1.3半导体行业产污分析3.1.3.1废气的产生分析由于半导体工艺对操作室清洁度要求极高,通常使用风机抽取工艺过程中挥发的各类废气,因此半导体行业废气排放具有排气量大、排放浓度小的特点。17
第3章工艺、污染排放及控制技术简述废气排放也以挥发为主。表3.2给出了不同集成电路制造工艺中主要排放的废气组成。表3—2生产废气排放源及组成废气来源组成外延工序Sill4,SiHCl3,Sill2C12,SiCl4,AsH3,B2H6,PH3,HCI,H2清洗工序H2S04,H202,HN03,HC!,HF,H3P04,NH4F,NH40H等异丙醇,醋酸丁酯,甲苯,C12,BCl3,C2F6,C3F8,CF4,SF6,HF,HCI,NO,光刻工序C3H8,HBr,H2S等化学机械抛光NH40H,NI-hCl,NH3,KOH,有机酸盐化学气相沉淀Sitt4,SiH2C12,SiCh,SiF4,CF4,B2H6,PH3,NF3,HCI,HF,NH3扩散、离子注入BF3,AsH3,PH3,H2,SiH4,SiH2C12,BBr3,BCl3,B2H6金属化工序SiH4,BCl3,AICl3,TiCh,WF6,TiF4,SiF4,AIF3,BF3,SF6等根据排放废气的性质,可将这些废气分为四类:酸性气体、碱性气体、有机废气和有毒气体。酸碱废气主要来自于扩散、化学气相沉积(CvD)、化学机械研磨(C脚)、刻蚀及清洗等工序。目前,在半导体制造工艺中使用最为普遍的清洗溶剂为过氧化氢和硫酸的混合剂。这些工序中产生的废气包括硫酸、氢氟酸、盐酸、硝酸及磷酸等的挥发气,刺激性且含毒性的N02与H202混合除去光阻产生烟气的H2S04等也是酸性废气的来源。碱性气体则主要为氨气。有机废气主要来源于光刻、显影、刻蚀及扩散等工序,在这些工序中要用有机溶液(如异丙醇)对芯片表面进行清洗,其挥发产生的废气是有机废气的来源之一:同时,半导体制造工业黄光区大量使用光阻液、去光阻剂、显影液,这些都为多种有机物质所组成。在芯片处理过程中也要挥发到大气中,是有机废气产生的又一来源,常见者为二甲苯、丙酮、苯、CCh、CF4、CCl2F2等等。半导体行业中使用的有机溶剂排放的废气多为可挥发气体(VolatileOrganicCompounds,VOCs),包括异丙醇(IPA)、丙酮、乙酸乙酯、PGMEA等。表3.3给出了半导体制造工艺经常使用的VOC相关化合物。半导体行业中VOC排放主要产生于硅片清洗过程、刻蚀、显影等工艺。表3-4给出了部分主要产生VOC试剂的成份Ll引。
第3章工艺、污染排放及控制技术简述表3.3半导体制造工艺常用VOC相关化合物工艺方法经常使用化合物Positive聚甲基丙烯酸酯、NaOH、KOH、乙烯乙二醇、IPA、乙醇胺显影Negative异戊二烯、乙基丙烯酸盐、二甲苯、n.丁醋酸盐、IPA湿刻蚀H2S04、H202、H3P04、HN03、HF、HCl刻蚀干刻蚀c12、HBr、CF4、SF6、CHF3,F2、CCl4、H2、BCl3、氟利昂氧化三氯乙烷、三氯乙烯沉积SiH4、SiCl4、Nil3、N20、WF6、AsH3、PH3、B2H6离子植入和扩散AsH3,PH3,PF5、BF3、B2I-16H20、IPA、cI-h、1,l,1-三氯乙烷、丙酮、H202、H2S04、C2F6、NF3、其它清洗HCl表3_4半导体行业主要VOC相关溶剂及成份溶剂名称主要成份分子式组成(%)光刻胶(JSRPFR二羟基丙酸乙酯CH3CHOHCOOC2H570IX300)乙酸丁酯CH3COO(CH2)3CH320光刻胶(JSRPFRNovolak树脂25IX400)甲基.3.甲氧基丙酸盐C5Hl00375光刻胶剥离液(ACT二甲基亚砜(CH3)2SO25690C)单乙醇胺HOCH2CH2NH270显影液(环戊酮)环戊酮BH80lOOIPA异丙醇C3HsO100丙酮2.丙酮C3H60100有毒废气主要来源于晶体外延、干法刻蚀及化学气相沉积(CVD)、干蚀刻、扩散及离子植入等工序中,在这些工序中要使用到多种高纯特殊气体对芯片进行处理,如硅烷(SiH4)、磷烷(PH3)、四氯化碳(CCh)、硼烷、三氯化硼等,这些特殊气体具有毒害性、窒息性及腐蚀性【l31。此类气体毒性大,属于剧毒化合物,因此作为安全生产的必要条件,有毒气体受到严格管理并且各企业生产过程中一般都设有在线报警装置。与半导体制造工艺相比,半导体封装工艺产生的废气较为简单,主要是酸性气体、环氧树脂及粉尘。酸性废气主要产生于电镀等工艺;烘烤废气则产生19
第3章工艺、污染排放及控制技术简述于晶粒粘贴、封胶后烘烤过程;划片机在芯片切割过程中,产生含微量硅尘的废气。3.1.3.2废水的产生分析7集成电路制造是耗水量很大的行业,半导体制造及封装测试的各个工艺步骤都有大量的废水产生,主要可以分为制程废水、纯水制造排水和排气洗净水。根据废水性质,主要以酸碱废水、含氟废水、有机废水和金属废水为主。半导体行业中对芯片的清洗要求很高,在集成电路制造过程中几乎每道工序都要对芯片进行清洗。目前,在集成电路制造过程中,硫酸和双氧水是使用最多的清洗液。同时,还会用到硝酸、盐酸和氨水等酸碱试剂。酸碱废水主要来自芯片制造过程中的清洗工序。在封装过程中,芯片在电镀和化学分析过程中采用酸碱溶液处理,处理后需要用纯水洗涤,产生酸碱洗涤废水1141;电镀锡、电镀焊锡后也会产生酸碱废水。这些废水的主要成分为盐酸(HCI)、硫酸(n2s04)、硝酸(HN03)、磷酸(H3P04)、醋酸(CH3COOH)、氢氧化铵(NH40H)和过氧化氢(14202)等等。此外,在纯水站中也会用到氢氧化钠和盐酸等酸碱试剂对阴阳离子树脂进行再生处理,产生酸碱再生废水。酸碱废气洗涤过程中也会产生洗涤尾水。在集成电路制造企业中,酸碱废水的排放量非常大。含氟废水是半导体制造业产生的主要污染废水,主要来自芯片制造过程中的扩散工序及化学机械研磨工序。在对硅片及相关器皿的清洗过程中也多次用到氢氟酸【l51。所有这些过程是在专用的蚀刻槽或清洗设备中完成,因此含氟废水可以做到独立排放。按浓度可将其分为高浓度含氟废水和低浓度含氟废水,一般高浓度的含氟废水出水浓度可达1000.1200mg/Ltl6J。大多数企业对这部分废水进行回收利用。由于生产工艺的不同,有机溶剂的使用量对于半导体行业而言具有很大的差别。但是作为清洗剂,有机溶剂仍然被使用在制造封装的各个环节上。虽然大多数有机溶剂都属于挥发性有机物,在排放过程中主要以有机气体形式排放,但部分溶剂仍以液态形式排放。根据调查,废水中有机物种类繁多,但浓度较低。美国EPA报道用于半导体生产制造的有毒有机物共有29种之多15】。目前我国的半导体行业生产工艺和原料有很大区别,在调查过程中有许多企业提供的有机原料难以确定其成分,企业也只是根据有机溶剂的代号购买使用,但主要的有机物排放包括异丙醇、甲醇、乙醇、甲苯、丙酮、洗涤剂、三氯乙烯、异20
第3章工艺、污染排放及控制技术简述丙醇等。半导体生产过程的刻蚀工序等会大量使用氨水、氟化铵及高纯水清洗,由此产生高浓度的含氨废水排放。金属废水的产生主要来源于半导体生产过程中的电镀工艺。电镀废水中大多数金属都有毒,对人体及生物的危害较大。由于电镀工业因镀层不同,生产工艺各异,因此电镀废水的组成也各不相同。从工序上分,电镀废水可分为前处理废水、镀层漂洗废水、后处理废水及废镀液、废退镀液等【l0。。镀层漂洗废水和后处理废水是电镀废水重金属污染物的主要来源,废水中常含有Cr6+、CU2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+等重金属。由于不同工艺所产生的重金属污染物也不尽相同,金属废水中还可能存在锡、铅、镉等重金属。作为独立行业的电镀工业相当复杂而且产生污染物种类与半导体行业的主要特征污染物大相径庭。此外,研磨过程也会产生主要成分为硅的废水。3.1.3.3固废的产生分析半导体行业产生的废弃物主要可以分为两大类:固体废物和废液。半导体行业对环境清洁度要求很高,在整个工艺过程中需要用沾有有机溶剂(如异丙醇)的抹布擦拭仪器,这些含有有机溶剂或砷的废抹布是固体废物的来源之一。固体废物的另一来源是酸碱废水、含氟废水处理过程产生的污泥,其主要成份为CaF2。此外,生产工艺中报废的废电路和封装工艺中产生的塑封废料等也是该行业主要产生的固体废弃物。半导体行业中有机溶剂、酸碱溶液使用量大,且部分工艺中要求使用纯度高的化学品。此类化学制剂经过匀胶、显影、刻蚀等各个工艺后产生的废溶剂、废酸碱液的浓度仍相当高,均作为废液处理。这些废液通常也被认为是半导体行业中的固废排放。3.1.3.4集成电路芯片生产工艺产污分析汇总集成电路制造业的污染物排放具有水量大、废气气量大的特点。据上海市集成电路行业协会调研资料显示,集成电路制造是耗水量较大的行业,一家典型8英寸芯片代工厂月耗水量在10万吨左右,平均每片芯片生产需要3.5吨水,而一般工厂日耗水量仅为千吨。集成电路芯片在生产过程中主要产生的污染物类型和来源是(污染物排放详见图3.3和表3.5):
第3章工艺、污染排放及控制技术简述1、含氟废水:主要来源于清洗、腐蚀去胶;2、酸碱废水:主要来源于清洗、光刻、腐蚀去胶、各废气洗涤塔;3、研磨废水:来源于CMP过程中产生的含Si02的废水;4、酸性废气:主要来源于清洗、氧化、腐蚀去胶;5、碱性废气:主要来源于清洗、腐蚀去胶;6、有机废气:主要来源于清洗、光刻、腐蚀、去胶;7、工艺有毒废气:来源于工艺中未消耗完的有毒、易燃的原料气体;8、固体废物:主要来源于光刻、去胶过程、含氟废水处理产生的污泥、废包装材料、废硅片等。3.1.3.5集成电路封装测试工艺产污分析汇总半导体元器件的装配测试生产工艺属于半导体芯片的后封装工序,产生的污染物主要是来源于引线电镀工序的电镀废水,与芯片制造的前工序相比污染较小。其产生的主要污染物类型和来源是(污染物排放详见图3-4):1、酸碱废水,主要来源于清洗、纯水制备、电镀、各废气洗涤塔;2、重金属(Cu、Sn、Pb)废水,主要来源于电镀工序;3、酸性废气,主要来源于划片、塑封;4、含尘废气,主要来源于划片、塑封;5、固体废物,主要来源于背面减薄、划片、电镀工序产生的电镀污泥、贴片产生的废框架、废包装材料、废硅片等。
第3章工艺、污染排放及控制技术简述原材料使用工艺流程污染物产生硅片合格芯片图3.3集成电路制造主要生产工序材料消耗与污染物排放示意图23
第3章工艺、污染排放及控制技术简述表3.5集成电路制造工艺污染物排放情况类别编号污染来源产生的主要污染物种类Wl硅片清洗碱性废水、酸性废水酸、碱废水W2光刻废显影液(以W表示)W3湿法腐蚀含磷酸、硫酸废水废W4干法腐蚀氨水、硝酸、盐酸废水水含氟废水WFl硅片清洗含氢氟酸废水(以WF表示)WF2湿法腐蚀含氢氟酸废水研磨废水WyCMP抛光CMP废水(以Wy表示)Gsl硅片清洗盐酸(挥发)酸性废气Gs2氧化HCI(二氯乙烷转化)(以Gs表示)Gs3湿法腐蚀磷酸、硫酸(挥发)Gs4干法腐蚀硝酸、盐酸(挥发)碱性废气Gjl硅片清洗氨水挥发废(以Gj表示)Gj2干法腐蚀氨水(挥发)气有机废气Gyl硅片清洗丙酮、异丙醇等有机溶剂废气(以Gy表示)Gy2干法腐蚀Ggl离子注入掺杂气体尾气工艺废气G薛干法腐蚀特殊气体尾气(以Gg表示)G93扩散掺杂气体尾气G酣CVD掺杂气体尾气危险废物Swl光刻光刻胶、EBR固体(以Sy表示)Sw2湿法腐蚀EKC废物一般废物Sl芯片检测(3%)废芯片(以S表示)
第3章工艺、污染排放及控制技术简述原材料使用工艺流程污染物产生图3-4封装主要生产工序材料消耗与污染物排放示意图25
第3章工艺、污染排放及控制技术简述3.1.4半导体行业污染控制技术现状从半导体行业的产污分析可以看到,无论是废气还是废水,整个行业的污染物排放集中在一些特定的因子上,具有一致性。虽然对于这些性质不同的排放因子,使用到的污染控制技术不尽相同,但值得一提的是,所有使用的处理方式在整个行业具有普遍性,均是相当成熟的控制技术。3.1.4.1废气控制技术调研半导体行业中对酸碱性气体的处理一般都采用湿式洗涤塔技术。对酸性气体使用5.10%的氢氧化钠或水作为吸收剂,对碱性气体用以H2S04或水作为吸收剂,通过吸收剂与废气接触发生物理(溶解)或化学(中和)反应,去除废气中的酸性物质。对生产过程排放的有机化合物,一般采用吸附、焚烧或两者相结合的处理方法。焚化法较适合于小风量的高浓度高温废气,但若含尘浓度高则需要前处理,且须避免触媒发生毒化现象。吸附法适合于小风量的低浓度低温废气,对于低浓度废气处理效果佳,不过要避免水气与粉型18】。对于有毒气体排放,要求进行“源头处理”(POU),即在使用这种气体的设各处装有控制系统,以去除这些物质,避免其进入主要的排气管。POU处理系统主要采用吸附、燃烧、水洗和热氧化4种处理方式,分别处理不同性质的废气污染物【19】。3.1.4.2废水控制技术调研酸碱废水采用中和的处理方式。半导体行业的酸碱废水其处理前的pH值一般在3.11范围间,时间间歇性强,在排放水体或进行生物处理或化学处理之前,必须进行中和,使废水pH值达到6.5--8.5。目前,半导体企业对于工业废水中酸碱物质浓度高达3%一5%的废水,先进行回收。对于一般低浓度的酸碱废水直接进行中和,对于酸性废水一般通过酸碱废水相互中和、投药中和与过滤中和三种方法,对于碱性废水,一般有酸碱废水相互中和、加酸中和与烟道气中和三种方法【20J。含氟废水的治理技术主要为化学沉淀法,即投加化学药品形成氟化物沉淀或氟化物被吸附于所形成的沉淀物中而共沉淀,然后分离固体沉淀物即可除去氟化物,常用的化学药品主要有石灰、氯化钙、镁化合物以及聚合硫酸铁、硫
第3章工艺、污染排放及控制技术简述酸铝、聚丙烯酰胺(PAM)等。1211金属废水的处理主要采用重金属混凝法,在废水之中添加NaOH、Ca(OH)2等碱剂,利用酸碱中和的原理,调整酸碱值使废水之中的重金属离子形成不溶性的氢氧化物后,再加入助凝剂,通过沉降分离的方式去除废水中的重金属【221。有机废水的处理一般使用生物降解的方法,其中包括好氧生物处理和厌氧生物处理两大类1231。半导体行业的生产过程中用到大量有机溶剂,有几十种之多,但是由于其排水量大,有机物浓度都很低。早先的半导体企业并不对有机废水进行单独处理,主要通过稀释降低最终废水中的COD,但也有企业采用好氧生物处理等技术以降低排放废水中的COD浓度。3.2生物医药行业3.2.1生物医药行业生产工艺概况按照工艺过程分类,生物制药工艺分为发酵工艺制药、基因工程制药、细胞工程制药、酶工程制药、生物氧化制备激素过程和半化学合成工艺【241,如表3-6。这六种制药过程是医药生物技术的主体,相互依赖、相辅相成。在实际生产过程中,一种药物的生产过程往往要综合多个工艺技术,如细胞因子、重组多肽和酶类药物、基因工程疫苗等,典型工艺如图3.5所示【251。27
第3章工艺、污染排放及控制技术简述表3-6主要生物制药工艺工艺简述主要产品基因工程制药又称DNA重组技术,是70年代初期在分人胰岛素、人生长激素、干扰素、重子遗传学基础上发展起来的一个崭新领组人干扰素0【2a、重组人干扰素alb、域,它利用重组DNA技术生产蛋白质或重组人干扰素a2b滴眼液、重组人干多肽类药物【26】扰素a2a栓剂、白细胞介素-2、粒细胞巨噬细胞集落刺激因子发酵工程制药利用微生物代谢过程生产药物,从微生物抗生素、氨基酸类、核苷酸类、维生菌体或其发酵液中分离、纯化得到的一些素类等重要生理活性物质细胞工程制药.应用细胞生物学核分子学等学科的技术,人类生理活性因子、疫苗、单克隆抗有计划、大规模地培养生物组织核细胞以体获得生物及其产品,或者通过改变细胞的遗传组成以生产新的种或品种【27】酶工程制药将酶或活细胞固定化后用于药品生产的消化酶类药物等技术包括药用酶的生产和酶法制药两方面,药用酶是指可用于预防和治疗疾病的酶,酶法制药是指利用酶的催化作用而制造出具有药用功效物质的技术过程生物氧化制备激素过程利用生物氧化过程从一非生物产品制备甾体激素等另一非生物产品的过程半化学合成工艺将利用微生物制备的药品进一步化学合头孢拉定、头孢氨苄等成制备新的化学药品的过程
第3章工艺、污染排放及控制技术简述废气伞V废水、废物、废气图3-5典型生物医药的生产工艺流程3.2.2生物工程类制药的几个关键工序目前,生物制药广泛采用的是发酵工程制药,关键的工序是灭菌工艺和分离纯化工艺【281。3.2.2.1灭菌工艺在生物制药过程中最关键的过程之一是灭菌工艺。其灭菌是指应用物理或化学等方法将物体上或介质中所有的微生物及其芽孢(包括病的和非致病的微生物)全部杀死,达到无菌状态的总过程。目前企业常用的灭菌工艺有高压蒸汽灭菌法、干热灭菌。1、高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌是利用饱和蒸汽121℃、15rain来迅速使蛋白质变性,即微生物死亡。传统的高压蒸汽灭菌工艺有手提式高压蒸汽灭菌器、立式高压蒸汽灭29
第3章工艺、污染排放及控制技术简述菌器、卧式高压蒸汽灭菌器。随着目前该技术的发展,目前比较典型的高压蒸汽灭菌器为脉动真空高压蒸汽灭菌器。该技术在通入蒸汽前有一预真空阶段,即腔体内抽压至2.6KPa,使腔体内原空气被排出约98%,然后再进入高温洁净蒸汽,温度可达到132.135℃,具有灭菌周期短、效率高,自动化程度高、节省人力、物力等,但设备价格相对较高。2、干热灭菌器干热灭菌器是目前最常用的灭菌和去热原方法,它可用于不易被蒸汽穿透,易被湿热破坏,能耐受较高温度的物品的灭菌和去热原,例如玻璃容器、吸管、试管、培养皿、不锈钢金属容器等。干热灭菌实际上是一种焚化过程,主要是通过提高温度使微生物的蛋白和核酸等重要生物高分子产生而非特异性氧化而被破坏。目前常用的有强制对流批量灭菌器、红外线隧道灭菌器、强制对流隧道灭菌器。其中强制对流批量灭菌器是目前一种国际标准的干热灭菌器【281。3.2.2.2分离纯化工艺除了发酵工序外,分离纯化工艺是生物工程制药的重要工序,也是污染物容易产生的环节。目前分离纯化的工艺有沉淀分离纯化、离心分离纯化、过滤和超滤纯化、层析分离纯化、萃取等口71。l、沉淀分离纯化目前常用的沉淀分离纯化方法有盐析沉淀、有机溶剂沉淀法、聚乙二醇法等。盐析沉淀法中最常用的是硫酸铵盐析法,所以该类工序的废水中含有较高的NH3-N。有机溶剂沉淀法比盐析法具有较高的分辨能力,还能使很多的溶于水的生物大分子(如核酸、蛋白质及多糖等)和小分子生化物质发生沉淀,所以应用广泛。但也具有明显的不足,例如容易使活性分子变性,此外还具有一定的毒性。常用的溶剂有水、甲醇、甘油、乙醇、丙酮、乙醚、乙酸、三氯乙酸。聚乙二醇法操作复杂,还需要用乙醇沉淀、吸附等方法将目的物吸附或沉淀,因此并不常用。2、离心分离纯化技术离心分离技术在生物工程制药中应用广泛,主要用于生物材料的初步处理30
第3章工艺、污染排放及控制技术简述和蛋白质等高分子产物的纯化。比如人胎盘血丙种球蛋白及白蛋白的提纯过程。3、过滤和超滤纯化技术过滤和超滤纯化技术的原理非常简单,利用滤膜的孔径大小将细菌过滤除去,对于那些不耐高温的液体只有采用过滤法才能达到除菌的目的。除菌器的使用需要得到完整性的实验并通过GMP的严格论证。除菌效果主要取决于滤膜的穿透孔径【291。4、层析分离纯化工艺层析技术目前的应用越来越普遍,从早期的胰岛素到目前的干扰素、疫苗、抗凝血因子、生长激素、单克隆抗体、凝血因子等【30】。在生物工程制药中,该类技术应用最为普遍。层析就是色谱的别称,所以层析的基本原理就是基于一组不同分子在固定相合流动相两相介质中分配比例不同而互相分离的技术。在企业调查中发现,此工艺过程中可能使用到乙腈、乙醇等溶剂。3.2.3生物工程类制药行业产污分析生物工程类制药的工艺是基本相似的,所以其产生污染的点是基本相似的。生产工艺中的主要污染来自于发酵及溶剂的使用【3I】。3.2.3.1废气的产生分析生物制药行业的大气污染物主要产生点在于瓶子洗涤、溶剂提取、多肽合成仪等的排风以及实验室的排气、制剂过程中的药尘等。根据排放废气的性质,可将废气分为3种:、有机废气、臭气和药尘。有机废气主要是由于工艺中使用了具有挥发性的有机溶剂,在提炼、提取、干燥和储存等过程中挥发出来。大部分溶剂属于低毒类,其中毒性较大的是甲醛、环氧乙烷、乙腈、甲醇。甲醛和环氧乙烷主要来自于消毒,乙腈和甲醇主要来自于层析或洗涤过程【321。乙醇主要用于瓶子的洗涤等过程。根据工艺调查,生物制药主要排放的大气污染物种类有50余种,见表3.7。表3.7制药行业主要大气有机污染物类型主要污染物醇类甲醇、异丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇酚类苯酚醛类甲醛、异丁醛
第3章工艺、污染排放及控制技术简述酯类乙酸乙酯、乙酸异丙酯、乙酸丁酯、甲酸甲酯、甲酸异丙酯酮类丙酮、丁酮、4一甲基.2一戊酮苯系物苯、甲苯、二甲苯、乙苯烷烃类二氯甲烷、氯仿、1.2.二氯乙烷、正己烷、正庚烷氯苯类氯苯、邻二氯苯醚类四氢呋喃、乙醚、异丙醚胺类--L胺、三乙胺、N,N-二甲基甲酰胺有机羟酸类乙酸、三氯乙酸其他乙腈、甲基溶纤素、二甲基亚砜、吡啶、环氧乙烷臭气污染来自于动物房和发酵过程的异味。动物房的臭气主要来自于实验动物的粪便以及实验动物本身的臭气等。目前生物工程类制药企业对动物房臭气的处理都是采取动物房封闭,定时换气的方式进行处理【331。动物房臭气的浓度取决于动物房饲养动物的种类,饲养较多的动物为兔子、老鼠、羊等。药尘污染主要来源于原材料的清洗、以及粉状产品的干燥和包装过程。3.2.3.2废水的产生分析生物制药的生产中的每个过程都有废水产生,包括微生物发酵的废液、提取纯化工序所产生的废液或残余液、冲洗中间产品和产品产生的洗涤废水、冲洗发酵罐的洗涤废水、发酵排气的冷凝水、可能含有设备泄漏物的冷却水、瓶塞/瓶子洗涤水、冷冻干燥的冷冻排放水等。生物医药业废水通常属于比较难处理的高浓度有机污水,具有组成复杂、有机物种类多、COD和BOD值高且波动大(从几百到几万不等)、废水的BOD5/CODcr值差异大、NH3一N浓度高、色度深、固体悬浮物浓度高等特点【341。3.2-3.3固体废物的产生分析生物制药企业的固体废物主要包括:有机废液、发酵药渣、提取后的动物器官和动物尸体、报废的原料药和制剂、废培养基等根据《国家危险废物名录(1998)》中的规定,生物制药企业的固体废物基本均属于危险性废物。3.2.4处理技术现状调研3.2.4.1废气控制技术调研32
第3章工艺、污染排放及控制技术简述在对企业的调研发现,对小风量的有机工艺废气的控制技术比较有效的是活性炭吸附技术。但目前企业基本上不对有机工艺废气进行处理,只有部分生物工程类制药企业对使用量较大溶剂都是采取溶剂回收装置来控制溶剂的散发。药尘污染主要是通过高效过滤器来控制。目前常用的过滤器如表3.8所示。表3.8常用的过滤器及其主要性能有效的捕集尘埃粒类型过滤器形式压力损失/Pa过滤效率径岬初效板式、袋式、卷绕式>530.20070.90中效袋式、抽屉式>180.25090—96玻璃纤维滤纸类过滤材高效>0.5250-490无法鉴别料静电二段电式99对臭气的处理主要有活性炭吸附法、喷淋法、活性氧化法和生物法等脱臭方法,各种方法各有优缺点。对于动物房臭气的处理,活性炭吸附法最为简单易行,其次是植物液喷淋法。3.2.4.2废水处理技术现状调研生物制药企业的废水通常是成分复杂的高浓度有机废水,企业必须要通过预处理使废水达到纳管标准才能接入城市污水收集系统。调研发现,一般情况下,发酵工序的废液浓度高,企业通常作为危险废物交由有资质单位处理【331,其余废水与生活污水一起经过生化处理后再排放到城市污水收集管网。考虑到生物制药企业的工艺废水中可能残留活性菌种,有必要在预处理工程中增加消毒工艺。生物制药企业的废水处理常用的方法为:物化法、生物法、物化法一生物法联用等【36】。物化法主要包括凝聚、气浮、吸附、膜处理和吹脱法等;生物法包括普通活性污泥法、深井曝气法、序批式间歇活性污泥法、生物流化床法、上流式厌氧污泥床法、生物接触氧化法、优势菌株生物膜法、光合细菌处理法、固定化微生物法、生物活性炭法等【3。¨。由于不同制药企业的生产工艺不同,生产废水的情况也不同,必须根据废水的实际特征选择合适的处理技术。废水的消毒工艺有两大类,物理法消毒和化学法消毒【361。物理法消毒是利
第3章工艺、污染排放及控制技术简述用热、光波、电子流等来实现消毒作用,常用的方法是加热、紫外线、辐射、活性炭吸附等方法。化学法消毒是通过向水中投加各种化学药剂进行消毒,主要方法有氯化消毒法、二氧化氯消毒法、臭氧消毒法、甲醛消毒法及碱法消毒法等。调研发现,目前应用最为广泛的是蒸汽加热消毒,该消毒方法在生产过程的安全控制以及废水处理中都有应用,效果良好;此外,对于大规模的制药用品的消毒,辐射消毒法越来越得到广泛的应用,但通常不在厂内进行,而是由专门的集中工厂负责处理。3.2.4.3固体废物控制技术调研生物制药行业的固体废物基本均属于危险性废物,根据国家有关规定必须送有资质单位处置,不得自行处置【38】。特别是药渣和废培养基,他们的主要成分是蛋白质,因此作为饲料添加剂曾经是主要的处理方式。但是,药渣和废培养基中的残留药效对动物乃至人的身体健康可能造成影响,为了生物安全性,药渣和废培养基的处理应受到进一步的重视。
第4章环境安全潜在问题分析4.1行业特征污染物及环境安全潜在问题4.1.1行业特征污染物4.1.1.1半导体行业1、废气由于半导体工艺对操作室清洁度要求极高,通常使用风机抽取工艺过程中挥发的各类废气,因此半导体行业废气排放具有排气量大、排放浓度小的特点。废气排放主要可以分为四类:酸性气体、碱性气体、有机废气和有毒气体。2、废水半导体制造及封装测试的各个工艺步骤都有大量的废水产生,主要以酸碱废水、含氟废水、有机废水为主。半导体制造中的排放废水的pH较低,含有氟化氢、氯化氢和硫酸(导致低pH),也可能含有有机溶剂、含磷的氯氧化物(在水中分解形成磷酸和盐酸)、醋酸盐、金属和氟化物。3、固体废物半导体制造中的固体和危害性废弃物一般含有重金属、焊料渣(焊料罐所撇去的浮沫)、砷、使用过的环氧树脂和废弃的有机溶剂。4.1.1.2生物制药行业1、废气生物制药的行业的废气主要是工艺废气、臭气和药尘,其中量最大的是工艺废气,主要是由于在生产过程中使用挥发性的有机溶剂产生的,主要成分是挥发性有机物(VOCs)。2、废水生物制药行业的很多环节都使用水,产生了大量的高浓度有机废水。废水通常具有组成复杂、有机物种类多、COD和BOD值高且波动大(从几百到几万不等)、废水的BOD5/CODcr值差异大、NH3一N浓度高、色度深、固体悬浮物浓度高等特点。3、固体废物
第4章环境安全潜在问题分析生物制药企业的固体废物主要包括:有机废液、发酵药渣、提取后的动物器官和动物尸体、报废的原料药和制剂、废培养基、废水处理的污泥等。这些废物都属于危险固体废物‘351,有些固体废弃物含有高浓度有毒有机物或者含有残留药效,危害较大。4.1.2潜在环境安全问题l、有机废气排放带来的环境危害。半导体和生物医药生产过程中必须使用的多样少量化学品,且多为易挥发的有机溶剂,在制造过程中产生VOC排放,因此,半导体和生物医药行业共同存在的有机气体排放带来的潜在环境安全问题。有机废气排放带来的环境问题主要是:(1)、挥发性有机物本身对暴露人群的急性或慢性的影响,即使是低浓度,如果长期暴露也存在健康风险;(2)、挥发性有机物对二次污染物臭氧的贡献。挥发性有机物是对流层环境空气中臭氧生成的三大要素之一。2、半导体行业使用易燃、易爆、高毒化学品存在引发环境事故的风险。半导体行业使用大量化学品,其中部分化学品是易燃、易爆、高毒化学品,如:二甲苯、氯气等【391,若操作或管理控制不当,造成火灾、爆炸和泄漏的风险事故。一3、生物医药行业的病毒、活性菌种泄漏,以及药渣等含有残留药效废物带来的环境生物安全问题。4.2新区环境安全潜在威胁的分析浦东新区的半导体和生物医药企业主要集中在张江高科技园区,园区内已有企业近5000家。园区内各企业的污水经预处理后排入集中污水处理设施,企业对工艺尾气的排放也采取的一定的措施,但是半导体和生物医药生产过程中使用各种化学品和菌种及排放的污染物,环境事故仍有发生、环境安全隐患依然存在。而且张江高科技园区内布局不尽合理,生产企业、办公楼、学校、住宅区等混杂在一起(详见图4.1),使环境危害涉及的人群更大。以中芯国际半导体有限公司为例,其距周围敏感点张江镇、张江高科技园区生活区及杨家镇等的距离在1.2.1.5km左右,距最近的张江居民区仅一条马路。而生物医药基地内一些小型的生物医药企业与办公室仅一墙之隔,且在过去几年里发生过若干起爆炸事故,对企业内部员工和周边居民都造成了影响。根据浦东新区监察大
队的反馈,半导体和生物的不合理从另一方面加剧根据半导体和生物医为主的浦东新区张江高科图4-1张江高科技园区布局现状4.2.1有机废气的排放与处理浦东新区的集成电路制造企业目前都已对VOC的排放采取了控制措施,表4—1列出了企业主要的处理方式和设计处理削减率。由于上海市自2004年以后才开始具备废气中VOC的监测能力,因此目前有关企业实际排放VOCs情况的数据非常有限。但从现有的监测数据来看,浦东新区集成电路制造企业排放的VOCs难以达到中国台湾的《半导体制造业空气污染管制及排放标准》。有些企业也并未对VOCs治理设备的实际处理削减率进行过验证测试。37
第4章环境安全潜在问题分析表4.1浦东新区集成电路制造企业VOCs处理设备情况企业名称处理方式设计处理效率(%)中芯国际沸石浓缩转轮+焚烧>95宏力半导体转轮式(活性炭)吸附+焚烧>88华虹NEC活性炭吸附调研同时显示,目前浦东新区的生物医药企业对于制药过程产生的有机废气基本上不处理,而是经过收集后由排气筒高空排放。也有个别企业采用活性炭吸附装置加以净化。大部分企业都设置低效、中效、高效的过滤器,以净化空气中的粉尘。从理论上讲,该设施对有机废气的处理效果不明显。虽然目前的生物医药企业在排放标准上尚能满足现行的污染物控制标准,但由于我国及上海地方排放标准在生物活性因子、某些特殊VOCs(如VOCs总量、乙腈等)控制方面尚没有开始,所以生物医药企业对该类的污染物排放并不重视。由此可见,浦东新区半导体和生物医药企业对VOCs的处理情况不容乐观。由于VOCs较为集中的排放,可造成局部区域大气中VOCs浓度的升高,并导致03浓度的上升,对环境和人体健康造成威胁。_4.2.2化学品事故风险半导体和生物医药企业,特别是前者在生产过程中使用的各种化学品存在着一定的火灾、爆炸和泄漏风险,主要表现在易燃液体、气体的泄漏引起的爆炸和火灾事故,有毒气体泄漏造成的环境污染以及腐蚀品泄漏对环境造成的危害等方面。半导体厂每年都会新增大量的各种危险化学品,其运输和卸载对厂区及邻近地区的人员和设备都会构成威胁。同时,根据目前的调查,有些企业缺少应急事故池等措施,一旦发生火灾事故时,消防水可能难以进入污水处理站进行处理,从而对浦东新区的地表水、地下水和土壤造成污染。4.2.3生物安全性的控制l、在生物医药生产过程中是否采取必要的控制措施,比如车间的洁净程度要求、厂房应该由防尘及捕集尘设施、实验动物房应与其他区域严格分开等。2、动物房、实验室废物的排放是最容易导致病毒、病菌等传播的途径。根据目前有限的调研显示,动物房的设计尚不完善,动物房产生的废水和粪便还存在混合收集排放的现象。
第4章环境安全潜在问题分析3、在生物医药工艺中,发酵罐承担的主要是扩大培养的任务,即都需要接入活性菌种,在培养过程中,该部分活性菌种也可能通过呼吸气的形式排入大气。但这些并未纳入到环境保护监控的范围内。4、生物制药企业的有效成分非常珍贵,因此企业一般情况会严格控制通过药尘释放的损失。但对于通过基因工程扩大产量的抗生素等传统药品的生产则需要对药尘加以控制。此外,气溶胶也是活性菌种带入环境的途径。而目前我国对药尘的控制力度还远远不够。5、生物医药研发机构的环境安全威胁也应加以注意。大型的生物制药企业都需要通过GMP论证,但对于研发机构则没有类似的强制性要求,因此部分研发机构的环境管理有待加强。39
第5章浦东新区张江地区环境现状监测5.1臭氧浓度分布5.1.1监测点利用浦东新区现有的自动监测站的臭氧数据,主要考察张江地区的臭氧浓度,同时与其它监测站的浓度进行对比。浦东新区共有六个自动监测站,具体如表5.1所示。表5一l浦东新区自动监测站的位置序号监测站名称具体站位与张江的方位l川沙原浦东新区监测站院内偏东南方向2陆家嘴潍坊街道科普中心偏西北方向3高桥高桥中学校园内北面4金桥上南中学校园内北面●‘●-。5六里建平实验学校校园内偏西南方向6张江春晓路149号5.1.2张江地区的臭氧浓度分布特征5.1.2.1日变化特征一年中12个月份的平均日变化如图5.1。一年四季的典型日变化如图5.2所示‘
第5章浦东新区张江地区环境现状监测图5.1全年臭氧日变化图41
第5章浦东新区张江地区环境现状监测42
第5章浦东新区张江地区环境现状监测图5-2一年四季臭氧日变化图从图5.1和图5—2可见,臭氧的日变化浓度总体上呈现出典型的中午高、夜间低的情况。但也可发现午夜也存在一个次峰值,说明张江地区本区域内的臭氧贡献也相对较大。5.1.2.2季节变化特征张江地区臭氧浓度的月变化特征如图5.3所示。43
第5章浦东新区张江地区环境现状监测川沙U.上ZU0.1000.080恻番o.060皿|《0.040■0.020.|U.UUU111212345678910月份
第5章浦东新区张江地区环境现状监测图5.3张江地区及其他自动监测站臭氧浓度月变化特征45
第5章浦东新区张江地区环境现状监测从图5.3可见,张江地区臭氧自三月到10月一直维持在较高的水平,在11月.2月的冬季相对较低,这与臭氧的生成必须有充分的光照有关。对比几个区域的臭氧月季变化规律可见,张江地区的月际变化规律与高桥地区非常类似,高桥地区受高桥石化影响,烃类化合物浓度比较高,非常有利于促进当地光化学反应,生成臭氧,因此可见张江地区的臭氧浓度与当地的VOCs排放具有一定的关系。5.1.2.3张江地区臭氧浓度与其它采样点的比较臭氧月平均浓度比较如图5.4和表5.2所示。图5-4不同采样地点臭氧月均浓度比较
第5章浦东新区张江地区环境现状监测表5.2不同区域臭氧月均浓度比较川沙陆家嘴高桥金桥六里张江05/1l0.0580.0440.0480.0550.0430.03305/12O.03l0.0230.0330.0350.0240.03306/0l0.0500.0280.0450.049O.0310.04706/020.0650.03l0.0590.0600.0420.05106/030.0740.03l0.0630.0690.0550.06706/040.0880.043O.07l0.0800.0630.08006/050.0960.0890.0650.0900.0680.08306/060.1ll0.0780.0820.0760.0630.08206/070.0490.0480.0550.0460.05806/080.0500.0580.0570.0470.06406/090.089O.06l0.0830.0760.0400.08406/100.0840.0640.0820.0710.0480.083年均0.0750.049O.06l0.0650.0470.064‘从图5-4和表5.2可见,张江地区臭氧浓度远高于陆家嘴、六里地区,与高桥、金桥相当,低于川沙。从月际变化可以看出,川沙地区的臭氧浓度最高,从地理位置上看,该区域冬天的高臭氧浓度可能来自张江、金桥等地区的外来贡献。5.1.2.4各采样点臭氧与风向之间的关系张江采样点臭氧与风向之间的关系如图5.5所示。47
NNEENEENE0EE0SE0S四p响骶00W00郴00图5.5各采样点臭氧与风向之间的关系从图5.5中可见,张江自动监测站的最高浓度点出现在偏东风和东北风的风向情况下,而该采样点的偏东和东北方向恰恰是生物医药产业区和半导体产业区,因此张江本身的产业对区域的臭氧产生了贡献。5.2VOCs监测情况5.2.1采样时间采样时间为2006年11月24日,上午10:30一11:30。5.2.2采样和监测单位由上海市环境监测中心和浦东新区环境监测站同时采样分析。5.2.3采样点根据当天的风向为东北风,所以确定了6个采样点,具体位置如图5-6。各采样点所代表的性质如表5.3。
第5章浦东新区张江地区环境现状监测表5-3采样点的代表性采样点采样点情况描述代表性郭守敬路218号10IT产业区内(宏力、中芯国际厂界)龙东大道、张江路口20上风向对照点(张江派出所)祖冲之路1233号3撑IT产业区下风向(金科路口)祖冲之路705号4撑生物医药产业基地一期下风向(科苑路口,法雷奥门口)50张衡路、科苑路口整体的下风向64张衡路、哈雷路口生物医药产业基地二期下风向
第5章浦东新区张江地区环境现状监测5.2.4TVOCs监测结果TVOCs的监测结果如表5—4所示。表5-4张江地区TVOCs监测情况表采样点采样点情况描述温度(℃)湿度(%)风速(m/s)TVOCs(ppm)34.821.39郭守敬路218号49.561’19.859.42.5(宏力、中芯国际厂界)0.OO0.070.040.17龙东大道、张江路口O.022#20.553.42.9(张江派出所)0.04O.OlO.16祖冲之路1233号O.OO3420.956.52.0(金科路口)0.0lO.090.12祖冲之路705号0.024#20.O55.82.5(科苑路口,法雷奥门口)0.20O.13O.16O.035。张衡路、科苑路口19.657.83.9O.020.070.200.006。张衡路、哈雷路口21.2·55.52.OO.090.04
第5章浦东新区张江地区环境现状监测去掉奇异值后,各采样点的监测平均值如图5.7所示。图5-7各采样点TVOCs的对比情况从图5.7中可见,总体上各下风向的采样点浓度均比参照点(24)高,说明区域内VOCs的排放影响了下风向的浓度。其中1撑点的TVOCs的浓度最高,而该采样点恰好位于IT产业区内,中芯国际的下风向,所以说明IT企业对TVOCs的贡献较大。44、6“点恰好是代表生物制药产业基地的下风向,两点的浓度都也相对高于参照点和下风向较远的5“点,因此生物制药产业基地VOCs的排放也有贡献。5.2.5VOCs监测结果VOCs监测分析方法为美国EPA的TO.15[40l,监测结果见表5.5。
第5章浦东新区张江地区环境现状监测表5-5VOCs监测结果(检出的污染物及浓度)单位:gg/m3采样点化合物名称1。2。344肆5。64丙烯2.7ND丙酮17.423.29.618.2lO.581.0二氯甲烷ND201.9甲基特二丁醚3.3ND甲基乙基酮14.06.63.22.4ND2.6正己烷ND7.7氯仿ND2.4乙酸乙酯6.92.63.33.73.3190.8四氢呋喃4.0ND14.8苯2.3ND1,4.二恶烷180-2ND甲苯3.71.92.5ND2.12.7乙苯2.6ND间.对.二甲苯4.7ND2.1邻.二甲苯2.1ND4.乙基甲苯2.7NDl,2,4.三甲苯4.6ND2.7图5-8给出了1。至6。站位的检出项目个数。l。站位的检出个数最多。该点位于中芯国际和宏力半导体两家企业的中间,说明这两家企业,特别是位于上风向的中芯国际对这一范围VOCs的贡献比较明显。24站位虽然位于上风向,但基本还是处于中芯国际的厂界。该点的检出因子虽然仅为4个,但其中丙酮浓度较高,而丙酮是半导体企业比较典型的一种VOCs排放。34至5。站位虽然都位于IT产业区和生物医药产业区的下风向,但VOCs的检出个数都仅为3-4个,检出因子的浓度也基本相近。这可能与监测当天风速较大有关。6#站位位于生物医药产业基地二期的下风向,临近惠生、京新等制药厂。该站位共检出lO个项目,且丙酮、二氯甲烷及乙酸乙酯的检出浓度非常高,这可能与企业生产排放有关。52
第5章浦东新区张江地区环境现状监测图5-81。至6。站位的VOCs检出项目个数图5-9几种典型VOCs的监测情况(单位:ttg/m3)53
第5章从检出因子的情况来看站位都有检出。其中,丙酮较典型的一种化学物。甲基物排放。
第6章环境安全潜在威胁的缓解对策根据之前的分析,目前半导体和生物医药企业的环境安全潜在威胁主要表现在:废气中VOCs排放造成地区大气质量的恶化;易燃液体、气体的泄漏引起的爆炸和火灾事故,有毒气体泄漏造成的环境污染以及腐蚀品泄漏对环境造成的危害;病毒、活性菌种泄漏带来的环境生物安全问题。因此,针对这两个高新技术产业的监控制度尚有待于加强,初步考虑提出如下的建议:1、本着“环境优先"的原则,加强标准建立和实施监督工作,特别是针对废气中的VOCs及生物医药的药尘排放和废水的生物安全性。目前,上海市已经出台了半导体和生物医药行业的污染物排放标准,其中对VOCs的排放都进行了控制。对于现有污染物要求在2008年1月1日起达到VOCs标准,而新污染源自标准实施之日起应达到VOCs标准。环境监管部门应督促现有半导体企业对VOCs处理设备的实际处理情况进行验证,并报环保部门备案。当企业工艺或使用含VOCs化学品种类发生重大变化时,应即时根据VOCs排放情况,进行VOCs处理设备的再次验证并报环保部门备案。针对目前大多数生物医药企业未对废气中VOCs进行控制的现状,应督促VOCs年排放量大于标准要求的生物医药企业开展或加强VOCs的处理能力。己颁布的《上海市生物制药行业污染物排放标准》由于种种原因没有对药尘制定专门的规定【4¨。对于浦东新区这样的生物医药产业的集中区,建议可以参照世界银行的要求,对药尘严加控制142J。虽然目前张江高科技园区企业废水基本都纳入污水二期治理工程,但生物安全是生物工程类制药最为敏感的因素。为了安全起见,对于废水的控制可参照德国的控制标准,即采用水质毒性的控制方式来初步控制排放废水的生物安全性【43】。2、完善半导体和生物医药企业环境风险申报及监控工作。生物医药企业落户浦东新区张江生物医药产业基地后,以技术保密等理由对企业涉及的活性菌种、是否带毒等方面可能未予以如实申报。同样,半导体企业生产过程中使用的各种化学品,特别是光刻胶、剥离液中具体含有哪些化学品也属于保密信息。这些都为浦东新区环保部门的监管带来困难。因此有必要建立和完善环境风险申报制度,开发类似的申报软件,建立一套整体协调、
第6章环境安全潜在威胁的缓解对策机动灵活、便于组合、可扩充、可与其他系统相连接的信息支撑计算机平台,以加强监控。特别是掌握浦东新区地区各种生物因素的本底资料以及发生的异常情况,以便对各种重大疫情、突发事件、生物恐怖事件等进行判别。针对生物医药企业,主要申报内容包括主要使用的菌种大类、病毒等。而半导体企业主要申报的内容为含VOCs物质的化学品使用、储存情况,有毒气体的使用、储存情况等。浦东新区环保部门应承诺对企业提供的资料予以保密。3、建立和完善半导体及生物医药行业的环境风险应急体系浦东新区的半导体和生物医药企业主要集中在张江高科技园区,但目前张江高科技园区内布局不尽合理,生产企业、办公楼、学校、住宅区等混杂。一旦企业发生环境安全事故,影响人群众多。同时,园区布局的不合理从另一方面加剧了半导体和生物医药企业对该区域环境安全的威胁。目前,上海市环保局已下发了《上海市生产经营单位环境污染突发事件应急预案编制框架指南》(下面简称“指南”)。指南中不仅要求企业上报环境突发事件应急预案,还要求企业提供有关企业基本情况、危险化学品(和放射性物质)情况及理化特性、潜在事故发生源及周围敏感点的描述、环境事故风险评价情况、过去5年发生的环境事故报告及国内外相关案例、本企业可以为社会应急救助提供的物资、设施、专家和人员等。浦东新区环保局可以以此为基础,全面掌握新区内重点的半导体和生物医药企业的化学品储存使用情况及企业自身的环境污染突发事故应急预案。针对生物医药企业还应包括环境生物安全的预防及应急措施。根据企业编制的预案,建立应急处理综合数据库和化学品事故风险及生物危害应急处置专家咨询系统,从而为突发事件除害防病问题的处理提供信息和实用措施,并为专业人员的应急救援培训和业务学习提供参考材料。4、划分初始隔离距离和疏散防护距离根据危险化学品和生物菌种的泄漏事故,应该切实落实防护距离。建议按照初始隔离和防护距离两方面加以控制。所谓初始隔离是指用于保护人们避免吸入危险货物泄漏所致有毒蒸汽的危害的距离;防护距离指事故下风向的人们变得没有能力且不能采取保护行动,并可引起严重或不可逆的健康损害的区域。初始隔离距离及疏散防护距离的划分取决于气象和地形条件。风向决定毒气云团的扩散方向;风速决定毒气云团的下风向的扩散范围;气压和地形影响毒气对人的危害程度,若空气流动小、湿度大、在低洼处滞留不易消散,对人和环境有极大的威胁。
第6章环境安全潜在威胁的缓解对策一旦泄漏接警,应根据救援工作的需要,划分隔离和防护区域,如图6-l所示。初始隔离(重危)区指事故中心圆周区域,采取初始隔离,只允许少量消防特勤官兵和抢险队伍进入;轻危区指下风向扇形防护区域,禁止与应急抢险无关的人员进入,必须紧急疏散公众;波及区指下风向有害气体可能涉及影响区域,应疏散公众;指挥区指重度危害区外上风或侧风口的一定距离,只允许指挥部和应急人员进入,同时分地段测试毒气浓度,再调整距离。目前浦东新区半导体和生物医药企业由于一些技术保密性的原因,未完全提供使用化学品的情况,所以新区应要求新进企业进行风险防护距离的自我核算和承诺制度。冈向图6.1泄漏源初始隔离和防护距离示意图5、加快企业内部技术更新,完善污染预防和控制措施对于集成电路制造与封装行业,必须积极采用最新污染预防技术,定期向环保主管部门提出降低污染和避免出现安全问题具体措施。如:采用金属氧化物半导体(MOS)等离子体蚀刻技术来替代热腐蚀磷酸湿过程的氮化硅,既可以减少废弃物产生,又可以对工人提供更好的安全保护ll¨。对于生物制药行业,主要是积极采用可降解和低毒成分代替高毒性和持久57一坡怩r_●●●●l●,l●●_1~
第6章环境安全潜在威胁的缓解对策性成分。可以考虑的污染预防措施包括:把工艺中的副产品回用为原料或其它工艺的原料物质;通过蒸馏或其它方法回收工艺中使用的溶剂:优先选择非卤代溶剂;采用自动装料装置,减少泄漏;对间歇式反应器采用“封闭”进料系统;将设备清洗产生的废水和其它工艺废水(如泵密封处的泄露)循环利用;循环利用冷却水;把有毒物料的包装返回供应商重新利用或以环境可接受的方式焚烧处理;实施雨污分离,避免雨水系统受到工艺废水污染;把有毒有害物料贴标签并储存在安全、隔离的区域。泄露物应收集并回用。6、加强监测工作根据现场监测的VOCs结果以及自动监测站的臭氧的数据可见,张江地区受到了当地排放的VOCs的影响。但目前的监测工作尚很不充分,比如,张江地区环境空气的VOCs尚没有实现在线监测、新兴产业的VOCs排放也尚没有纳入到在线监测的计划或发展计划中,对区域的病菌等的监测也很缺乏。因此必须加强监测工作。结合前面的分析提出如下的建议:(1)设立VOCs自动监测仪器,如法国CHROMATOTEC公司的C2.C6自动测定仪、奥地利公司的AIRSENSE系列的仪器等可以实现在线监测、鉴别VOCs的功能。(2)完善不同粒径颗粒物的粒径分析仪。例如美国TSI公司的WAP仪器、ANDERSON公司的9级粒径分析仪等。(3)新区内部逐步推行水质毒性的监测手段和监测布点,并建议逐步开展新区活性菌种的监测。(4)在自动监测站的布置上,目前张江自动监测站位于张江地区的西北面,而在区域内的主要敏感点则尚比较缺乏,尤其是生物医药行业东南方向应该补充设置自动监测站。
7.1结论环境安全是指环境要素的质量及其功能和调节能力处于环境本体可承受和可恢复的范围之内。环境安全概念的提出是我国环境保护理念和方略上的一大飞跃,这一概念从本质上表述了环境与社会、环境与民族、环境与经济、环境与人口、环境与国家安全等一系列重大关系。新兴产业的高速发展在带来巨大的社会进步和经济效益的同时,环境安全隐患也在逐步显现。上海浦东的张江地区在90年代初期以来的近二十年时间内,形成了以半导体和生物医药为主导的高新技术产业园区,但同时也感到了产业发展给环境带来的压力。本文通过研究半导体行业和生物医药行业特征,分析浦东新区新兴产业的潜在环境安全问题,提出相应的对策:第一,通过大量的文献检索,梳理了半导体行业和生物医药行业的主要生产流程、关键工艺技术、污染物的来源和特性、污染控制技术的应用,并分析了行业的潜在环境安全问题。第二,通过深入的实地调查,了解了本市浦东地区,特别是张江地区的产业分布、区域布局,结合区域内行业的特征和企业对污染的控制现状,确定了区域的潜在三大环境安全问题:有机废气排放的环境危害、化学品使用的环境风险和生物环境安全。第三,通过科学的环境监测,分析张江地区环境质量现状,并通过与周边地区环境质量的对比,来印证理论分析和调研结果,为提出有效的对策奠定基础。第四,通过综合的分析,提出了缓解新兴行业造成的潜在环境安全威胁行之有效的对策:(1)本着“环境优先”的原则,加强标准建立和实施监督工作,特别是针对废气中的VOCs及生物医药的药尘排放和废水的生物安全性;(2)完善半导体和生物医药企业环境风险申报及监控工作;(3)建立和完善半导体及生物医药行业的环境风险应急体系;(4)划分初始隔离距离和疏散防护距离:59
第7章结论与建议(5)加快企业内部技术更新,完善污染预防和控制措施;(6)加强环境监测。7.2建议潜在环境安全问题的分析和防范是一个庞大而复杂的系统工程,不仅涉及宏观层次上政策法规的制定,而且涉及微观层次上管理制度和预防措施的实施。本文仅从两个新兴产业入手分析了一个地区的潜在的环境安全问题并提出了对策措施,对环境安全问题分析和防范系统的研究的深入和广度还需进一步加大,今后要在其他高新产业行业及高新产业园区的环境问题,探索构建政府、园区、企业多层次的环境安全控制和防范体系上进一步深入研究。第一,继续深化新兴产业及园区的环境安全问题研究方法。在产业环境安全问题研究方面要探索建立环境安全和环境风险评价模型,定量分析环境风险等级,建立区域环境安全问题研究的基础数据和依据。在园区环境安全问题分析研究方面,要结合园区经济从传统发展模式向“环境友好型”发展模式转变,分析环境管理每个环节存在的不足以及因此而产生的环境安全问题。第二,继续深化对环境安全问题的防范体系的研究。在环境安全问题的防范体系研究要构建政府、园区、企业和社会共同参与的多层次防范体系,要体现全过程管理的理念。要以“政府推动、政府监管、企业主导、社会参与”为原则,充分发挥各自作用。政府要推动环境安全防范工作,加强对环境安全防范工作的监管,在开发区、高科技园区的发展中通过规划、法规、政策等的制定和实施,创造有利的宏观环境和内生机制。园区要实施全过程的环境安全管理措施,在规划建设阶段必须以可持续发展为基本原则,在发展过程中必须加强区域环境综合整治、加快园区环境保护基础设施建设、制定完善的事故应急预案明确园区环境保护的总体要求,并建立园区动态监测机制及时发现问题、解决问题。企业要发挥主导作用,变被动为主动,以IS014000的理念为指导,依靠科技进步,推行清洁生产,尽可能减少污染的产生,并与其他企业共同合作,延长资源再生利用的链条。社会力量要发挥监督作用,正确引导建立环境保护联合会,维护公众环境权益。
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首先感谢校内导传身教,不仅传授了理,她的谆谆教诲是程,从选题、收集资料开始,到论文的构思与组织,直至最终定稿,无不渗透着导师的心血,字里行间都凝结着导师的辛勤劳动,导师严谨求实的治学态度、广博的学识及谦和的学者风范将使我终生受益。感谢校外导师王勤获高工在我学习期间对我工作上的指导,并为我的论文提出了许多宝贵的意见,给了极大支持。感谢同事张杰峰、魏崴、王桂香在我的学习期间,分担了我许多工作,帮助我顺利完成学业。感谢上海市环保局、上海市环境科学研究院、上海市环境监测中心、浦东新区环境监测站在论文写作期间为我提供了诸多资料。感谢班主任俞国平教授在我的学习期间给予我学习和生活上的关心。感谢环境科学与工程学院陈洪斌副教授在我的论文写作过程中给予的指导与建议。在此要特别感谢。我还要感谢众多师兄弟、同学及朋友们,他们对我学习和生活上的关心与帮助我将永远铭记在心。我要特别感谢我的家人和我的好友宋静,多年来一直支持我、勉励我、使我能够全身心地追求学业上的进步。最后,再次向敬爱的导师和所有给予我支持、帮助的老师、同学和朋友们表示崇高的敬意和衷心的感谢12008年2月'
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