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歷史雜誌

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現址式粉塵洗滌捕集裝置

作者 王亘黼董福慶陳冠州

刊登日期:2025/09/01

摘要

高科技產業及工業製程技術日益進步,懸浮微粒等汙染物質排放量亦隨之增加,對人體健康與自然環境造成嚴重威脅。研究指出細懸浮微粒尺寸若趨微小,其深入人體組織和細胞結構之能力越強,易引發氣喘、心血管疾病及癌症等健康風險,儘管現行濕式洗滌設備可去除部分污染物,但對於細微顆粒的捕集效率仍有極限。因應全球淨零碳排趨勢與環保法規日益嚴格,企業面臨更高的減排責任,本文介紹工研院機械所開發之現址式粉塵洗滌捕集裝置,結合文丘里效應水霧噴洗和多層套管旋風集塵技術,有效去除91%之PM3懸浮微粒,不僅提升現有尾氣處理設備效率,更實現企業兼顧獲利與善盡社會責任的目標。

Abstract

With the continuous advancement of high-tech industries and industrial manufacturing processes, the emission of suspended particulate matter has significantly increased, posing serious threats to human health and the natural environment. Studies have shown that the smaller the diameter of fine particulates, the greater their ability to penetrate deep into human tissues, even crossing cellular membranes, thereby increasing the risks of asthma, cardiovascular diseases, and cancer. Although current wet scrubber systems are capable of removing certain pollutants, their efficiency in capturing ultrafine particles remains limited. In response to global net-zero carbon goals and increasingly stringent environmental regulations, enterprises are under growing pressure to reduce emissions. This article presents a novel local wet scrubber system for fine particle capture developed by the MMSL in ITRI. By integrating the Venturi effect with water-spray scrubbing and a multi-tube cyclone dust collection mechanism, the system achieves 91% removal efficiency of particulate matter with an aerodynamic diameter less than 3 micrometers (PM3). This not only enhances the performance of existing exhaust gas treatment systems but also enables enterprises to balance operational profitability with corporate social responsibility.

前言

製造業流程中的燃煤、鍋爐等燃燒步驟,皆為工業活動常見的懸浮微粒排放來源,然而伴隨半導體製程線寬微小化[1]、3D列印的廣泛應用[2],將增加細懸浮微粒的排放,尤其半導體製造過程所產生的廢氣,大部分化學物質及粉塵能透過濕式洗滌塔收集,但仍有極微小的顆粒 (< PM10) 無法有效去除,若排放到大氣環境將造成直接之空氣汙染。醫學研究顯示,人體透過肺泡吸入粒徑尺寸小於PM10之細懸浮微粒,會造成呼吸道炎症與功能下降,甚至促進癌症發生[3]。有鑑於此,我國亦於2025年公布《空氣品質政策白皮書》,其中有關固形懸浮微粒排放之規範,設定PM2.5微粒於2030年均值降至10 μg/m3、2035 年低於8 μg/m3的目標[4],顯見企業在追求利潤的同時,也須留意環境的永續發展。
為解決現有粉塵洗滌設備收集細懸浮微粒功能的不足,工研院機械所開發現址式粉塵洗滌捕集裝置,外觀如圖1,其組合包含文氏管 (Venturi Tube) 喉部設計單元、多層套管旋風 (Cyclone) 集塵結構單元,提升既有技術僅具備任一單元而無法有效去除極細粉塵之現況,且本裝置以物理氣旋搭配水霧方式除塵,與目前業界採用拉西環 (Raschig Ring) 填充至洗滌裝置內部空間、以增加氣流路徑並減緩微粒流速的方式相異,除可減少填充與更換拉西環的消耗外,亦能延長粉塵捕集裝置預防性保養維護 (Preventive Maintenance, PM) 期間,減緩人力頻繁檢查設備的時間與勞動成本。本文簡介現址式粉塵洗滌捕集裝置各單元去除尾氣懸浮顆粒的原理,並以機械所實驗室環境之懸浮微粒進行測試,搭配量測中心開發微型空氣粒子計數器做為檢測模組,獲得初步測試數據以驗證粉塵洗滌裝置收集空氣中粒子成效,建立未來優化裝置及提供客製化需求的基礎。

現址式粉塵洗滌捕集裝置應用及原理簡介

1. 現址式和中央式洗滌裝置介紹
用於收集工業活動中所產生粉塵的洗滌設備,依配置的位置和規格,可區分為現址式洗滌塔和中央式洗滌塔 (Central Scrubber)。現址式洗滌裝置通常設在機台或製程設備尾氣排出口等汙染源附近,強調即時處理與搭配熱裂解設備的模組化設計。其概念為採用高效噴霧或旋風水霧方式,在最接近粉塵來源端就進行氣液接觸和固體懸浮微粒捕集,避免含過多粉塵的尾氣擴散進入廠區或是回灌到製程腔體。現址式洗滌塔常見於定點汙染源處理,例如半導體、電鍍或印刷油墨車間,且依鍍膜、蝕刻、切削等粉塵源的不同,而有客製化設計,目的在於各製程設備尾氣匯集到中央洗滌塔前,先初步進行粉塵收集與空氣淨化,避免過量的粉塵尾氣全由中央洗滌裝置處理、減緩中央洗滌塔的負荷。
中央式洗滌裝置通常設置於廠區排氣總管或煙囪之前,具備大風量處理能力與較長的氣液接觸時間,塔體容積亦比現址式洗滌塔大。由於中央式洗滌裝置的尾氣匯流與汙染源集中控制特性,較適宜用於廠房級整合排放管理,實務上多以現址式和中央式洗滌裝置搭配應用如圖2,以達到完整空汙防制效果。兩者規格功效比較整理於表1
 
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