石 翔

（上海建科环境技术有限公司，上海 200032）

污染源源强计算是建设项目环境影响评价中的重要内容[1]，直接决定了污染物达标分析和环境影响预测的可信性。为支持建设项目环境影响评价和固定污染源排污许可制度的改革和实施，生态环境部于2018年3月27日发布实施 HJ 884—2018《污染源源强核算技术指南 准则》，对污染源源强核算的总体要求、核算程序、核算原则等作出原则性规定，已陆续发布了石油炼制、制药、农药、汽车制造、电镀等共19个行业的污染源源强核算技术指南，尚无电子工业的指南。

本文以典型集成电路制造建设项目为例，通过工艺废气污染源与污染物识别分析、核算方法及参数选定、源强计算等，结合实测数据和污染物特性，提出了核算方法。

1 污染源源强计算方法与适用条件

参考 HJ 2.1—2016《环境影响评价技术导则 总纲》、HJ884—2018 及行业污染源源强核算技术指南，对废气污染源源强核算主要包括实测法、物料衡算法、类比分析法、产排污系数法等。

1.1 实测法

实测法是指通过现场测定得到的污染物产生或排放相关数据，进而核算出污染物单位时间产生量或排放量的方法，采用式（1）计算。适用于具有有效自动监测数据或手工监测数据的现有工程污染源，优先采用自动监测数据。

式中：Dx—核算时段内某种废气污染物x的产生/排放量，t；

Cx—标准状态下某种废气污染物x的实测产生/排放质量浓度，mg/m3；

Q—标准状态下的废气产生/排放量，m3/h；

tx—核算时段内的某种污染物x的产生/排放时间，h。

1.2 物料衡算法

物料衡算法是指根据质量守恒定律，利用物料数量或元素数量在输入端与输出端之间的平衡关系，计算确定污染物单位时间产生量或排放量的方法，采用式（2）、式（3）计算。

污染物产生量物料衡算法的核算公式为：

式中：Dx,产生量—核算时段内某种废气污染物x的产生量，t；

Dx,物料投入量—核算时段内投入物料中某种物质或元素x的量，t；

Dx,产品产出量—核算时段内进入产品中某种物质或元素x的量，t；

Dx,回收量—核算时段内进入回收产品中某种物质或元素x的量，t；

Dx,转化量—核算时段内生产过程中被分解、转化的某种物质或元素x的量，t。

污染物排放量物料衡算法的核算公式如式（3）所示。

式中：Dx,排放量—核算时段内某种废气污染物x的排放量，t；

Dx,回收量—核算时段内直接回用/回收于工艺的某种废气污染物x的量，t；

Dx,处理量—核算时段内治理措施净化处理的某种废气污染物x的量，t。

1.3 类比法

类比法是指对比分析在原辅料及燃料成分、产品、工艺、规模、污染控制措施、管理水平等方面具有相同或类似特征的污染源。利用相关资料，确定污染物浓度、废气量、废水量等相关参数进而核算污染物单位时间产生量或排放量，或者直接确定污染物单位时间产生量或排放量的方法。适用于符合类比原则且能获取类比对象有效实测数据的情况。

1.4 产排污系数法

产排污系数法是指根据不同的原辅料及燃料、产品、工艺、规模和治理措施，选取同类污染源调查获取的反映行业污染物产生或排放规律的产污系数，依据单位时间产品产量计算出污染物产生量或直接核算污染物单位时间排放量的方法，采用式（4）计算。适用于缺失或无有效监测数据的情况下。其中，产污系数指未采用治理措施情况下产生量，需根据治理措施的处理效率计算得到排放量。排污系数则已包含治理措施的处理效率，直接计算可得到排放量。

式中：Dx—核算时段内某种废气污染物x的产生/排放量；

M—生产系数，如单位产品产量等；

βx—废气中某种污染物x的产生或排放系数。

2 典型案例废气源强计算

2.1 工艺废气污染源识别与污染物确定

2.1.1 工程概况

本文所述典型案例的行业类别属“C3973集成电路制造”，为改扩建项目，主体工程为65nm 及以下12英寸集成电路芯片生产线，设计产能 3.8 万片/月。

生产工艺主要包括清洗、扩散、离子注入、光刻、湿法刻蚀、干法刻蚀、化学气相沉积、物理气相沉积、化学机械研磨、铜制程等基本工序。使用的主要原辅材料包括硅片、靶材、特气、化学试剂等四大类上百个品种，燃料为天然气。

2.1.2 工艺废气污染源识别

此案例的生产过程在洁净室内密闭机台自动操作，特气暂存及供应设密闭特气柜，化学品设集中供应间，并全部设负压集气管路，基本没有无组织源，工艺废气均为有组织源。

参考 HJ 1031—2019《排污许可证申请与核发技术规范 电子工业》，识别工艺废气产污环节主要为清洗、扩散、离子注入、光刻、湿法刻蚀、干法刻蚀、化学气相沉积、化学机械研磨、铜制程、特气及化学品供应系统。

该行业的生产特点是各基本工序经过多层多次反复处理，实际达到几百道左右的工艺步数，共同组成芯片生产的全过程。生产设备繁多、按工艺布置，但不同工序之间前后具有关联性，故建议将工艺废气按性质统一进行分类收集，而不是按单一工序收集。主要划分为酸性废气、碱性废气、有机废气、酸性粉尘废气、特殊工艺尾气和特气及化学品供应系统废气等。

废气分类收集后，采取分质处理，其中特殊气体工艺尾气先经设备自带特气处理系统（POU）预处理，其对特气的去除效率较高（工程实验数据约 ≥ 99%），且特气预处理后会转化为含 HCl、HF、含气溶胶（SiO2）等的稳定气体，再与其他同质废气就近汇总，最终设置集中末端处理措施。

2.1.3 工艺废气污染物确定

根据原辅料使用和生产工艺情况，选取适用的 DB 31/374—2006《半导体行业污染物排放标准》、DB 31/933—2015《大气污染物综合排放标准》中的污染因子，并参考 HJ 1031—2019《排污许可证申请与核发技术规范 电子工业》中的典型污染物，识别主要废气污染物为硫酸雾、硝酸雾、磷酸雾、HCl、HF、Cl2、NH3、AsH3、PH3、颗粒物、NOx、NMHC、TVOC 以及异丙醇、丙酮等有机特征污染物。

废气处理过程中，因使用燃料天然气，末端排气筒中还会涉及少量颗粒物、SO2以及 NOx的排放。按天然气燃烧的颗粒物和 SO2的产污系数估算，末端排气筒中天然气燃烧产生的颗粒物和 SO2的排放浓度在 10-3～10-1mg/m3水平，均低于各自的检测限。此外，酸性废气或酸性粉尘废气集中处理系统均采用碱液吸收，循环液中含有溶解性总固体成分，随水分蒸发，颗粒物的测定会受到干扰，加之天然气燃烧本身颗粒物排放量较小，易引起监测结果的失真。从污染物排放水平、检测结果亦受到干扰引起失真等综合考虑，本案例对酸性废气、有机废气和酸性粉尘废气排气筒中不再识别因天然气燃烧而产生的颗粒物和 SO2。

主要工艺废气污染源及其污染物识别如表1所示。

表1 典型案例工艺废气污染源及污染物识别

2.2 核算方法及参数选定

集成电路芯片生产多数为代加工性质，产能随订单和季度波动，产品特性依客户需求而定，基本工序的处理层数或次数、原辅材料的耗量均会有所变化。该行业的废气污染物的实测数据具有较大波动性，不同工厂之间难以满足类比条件。

对磷酸雾、硝酸雾、AsH3、PH3等污染物而言，目前尚无发布的标准检测方法，无法通过实测法计算。NOx和颗粒物为处理过程转化产生，难以定量，不适宜采用物料衡算法。

对 TVOC 而言，目前尚无统一的国家标准检测方法，而现有的 NMHC 或 VOCs 监测方法难以覆盖全部的 VOCs[2]，特别是芯片制造行业涉及的挥发性有机物种类较多，涵盖酮类、醇类、酯类、醚类等，现有的 NMHC 监测方法存在 FID 检测器的响应因子、有效碳数及含氧元素等杂原子等问题[3]，监测结果往往小于实际的挥发性有机物总和。对硫酸雾、氯化氢、氟化氢、氨等污染物而言，现有项目的产量未达设计产能，加之扩建后的产品特性发生变化，类比现有项目的实测数据估算改扩建后项目工艺废气的污染物源强，不具有很好的代表性。故本案例同时采用物料衡算法和类比法，计算 NMHC、TVOC、硫酸雾、HCl 和 HF 的源强，最终选取其中的保守值。

各污染物的核算方法及关键参数如表2所示。

表2 典型案例工艺废气污染物核算方法及主要参数

2.3 源强计算

采用物料衡算法时，根据各原辅材料的成分及浓度占比，采用敞露物料或酸雾散发量经验公式计算或企业的经验值得到挥发损失率；再结合污染治理措施的去除效率，计算得到排放源强。

采用实测法时，类比现有工程的实测数据，按产能比例折算确定改扩建后的排放源强；再结合污染治理措施的去除效率，反推计算其产生源强。典型案例工艺废气污染物源强计算结果如表3所示。

由表3可知，物料衡算法计算的硫酸雾、HF、HCl、NH3的排放浓度在实测浓度的波动范围内，而 NMHC 和 TVOC 的计算值高于实测值。物料衡算法计算的排放速率偏高于实测法，其计算结果较为保守。

表3 典型案例工艺废气污染物源强计算结果

3 结语

集成电路芯片制造建设项目涉及的原辅材料繁多，各基本工序经多层多次反复处理形成芯片生产的全过程。该行业多数为代加工性质，产能和产品特性依客户需求而定，基本工序的处理层数/次数以及原辅材料的耗量会发生变化，工艺废气污染物的源强波动较大，不同项目之间类比法难以适用，且尚无行业产排污系数，故工艺废气源强适宜采用物料衡算法和实测法计算。

在实际评价过程中应根据行业特点、废气污染源和污染物特性的不同，选择合适的源强核算方法，以提高其适用性和准确性。磷酸雾、硝酸雾、砷化氢、磷化氢等因子，现阶段尚无统一的国家检测方法，可采用物料衡算法计算。NOx和颗粒物为处理过程转化产生，难以定量，宜采用实测法。硫酸雾、氯化氢、氟化氢、氨、TVOC、NMHC 等因子，实测法和物料衡算法均适用，但物料衡算法较为保守。