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博碩士論文 etd-0210110-171633 詳細資訊
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論文名稱
Title
利用二種不同孔徑之單一管狀陶瓷膜結合同步電混凝/電過濾程序回收再利用加工出口區二種放流水及晶背研磨廢水之可行性研究
Feasibility of reclaiming two discharged waters and backside grinding wastewater from an industrial processing zone using the simultaneous electrocoagulation/electrofiltration process coupled with a tubular ceramic membrane of two pore sizes
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
140
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2010-01-29
繳交日期
Date of Submission
2010-02-10
關鍵字
Keywords
陸地放流水、阻力串聯模式、薄膜積垢、海洋放流水、電過濾、晶背研磨、回收再利用、管狀陶瓷膜、電混凝
fouling, backside grinding, reclaim, resistances in series model, the effluent discharge onto land, effluent discharge into the ocean, electrofiltration, electrocoagulation, Tubular ceramic membrane
統計
Statistics
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中文摘要
水資源日趨珍貴,在節流與開源並重的前提下,廢水回收再利用亦成為水資源的新來源。國內某加工出口區內所包含的產業多元,其產生的廢水性質亦不盡相同,而其中之封裝測試廠產生了大量含奈米微粒的廢水,若能將其放流水加以回收再利用,將可節省相當可觀的水量。因此,本研究比較自行製備不同孔徑之管狀陶瓷膜結合同步電混凝/電過濾程序處理加工出口區的海洋放流水及陸地放流水,以及加工出口區內某封裝測試廠之晶背研磨廢水,藉由改變系統之操作參數以求取最佳操作條件,並評估處理後的水回收再利用之可行性;此外,並藉由阻力串聯模式分析薄膜積垢阻力組成,且以此模式尋求各水樣之最佳逆洗時間點。
研究結果顯示,比較不同孔徑之管狀陶瓷膜,以超過濾薄膜較微過濾薄膜為佳,在使用超過濾薄膜(管狀氧化鈦/氧化鋁複合膜)之最佳操作條件下,晶背研磨廢水之濾液不但去除效果理想,而且可以完全符合自來水水質標準;在放流水的部份,整體而言,其去除效果不錯,惟其中之pH值及總溶解固體物稍微超出自來水水質標準,其餘水質項目皆符合標準,在回收再利用上,深具潛力。
接著藉由阻力串聯模式分析比較不同水樣對薄膜積垢之影響,研究結果發現,薄膜上之積垢對於濾液品質有提升作用的係結構緻密的不可逆阻力,而本研究亦發現,放流水積垢之不可逆阻力較晶背研磨廢水為少,因此,其水質不如晶背研磨廢水好。而隨著操作時間的增加,積垢之不可逆阻力之增加有限,反而是以結構較為鬆散之可逆阻力為主,因此濾液品質並未隨著操作時間增加而有明顯變化。最後,本研究利用阻力串聯模式分析隨著操作時間增加與積垢阻力組成之變化,決定以積垢之可逆阻力大於積垢之不可逆阻力時為其逆洗時間點,以便回復其最大濾液通量,經研究發現,於此逆洗時間點進行逆洗,其初始通量回復率約為60-77 %,其它無法藉由逆洗去除之緻密性積垢,主要係孔洞吸附等造成之不可逆阻力所致,此部份積垢可利用酸洗程序予以去除。
Abstract
Water resources are increasingly precious, so wastewater reclaiming has become an important source of water nowadays. There are many types of industry including conventional and hi-tech ones in the selected industrial processing zone, where different process wastewaters are treated by a centralized wastewater treatment plant. The effluent is then discharged into the ocean (EDO). On the other hand, among several other industries backside grinding (BG) wastewater generated by the IC (integrated-circuit) packaging and testing industry is treated by their owned wastewater treatment plants and then discharged onto land (EDL). Normally, BG wastewater is huge in quantity and it contains microscale and nanoscale particles. The objectives of this research were two-fold: (1) to evaluate the feasibility of using two tubular ceramic membranes (microfiltration and ultrafiltration) coupled with the electrocoagulation/electrofiltration (EC/EF) process to effectively treat the effluent discharged into the ocean, effluent discharged onto land, and BG wastewater for the purpose of reclamation; and (2) to investigate the best time for backwashing of membranes through the analysis of components of membrane fouling using resistances in series model. The experimental results showed that the ultrafiltration (UF) membrane (i.e., tubular TiO2/Al2O3 composite membrane) outperformed the mictrofiltration (MF) membrane (i.e., tubular Al2O3 membrane) in terms of permeate quality. But, generally, the later yielded a greater membrane flux. In the case of BG wastewater by UF and EC/EF, the quality of permeate met the tap water standards in terms of water quality items analyzed. As for EDO and EDL further treated by UF and EC/EF, all the analyzed water quality items of permeate, except pH and total dissolved solids, met the tap water standards in Taiwan. Thus, more efforts have to be made to reclaim these two types of effluent. Finally, the components of membrane fouling were analyzed using resistances in series model for the tested water specimens. The results showed that generally the irreversible resistance component (Rirr) had a greater contribution to a better quality of permeate than that of the reversible resistance component (Rr). It was also found that the magnitude of Rirr of BG wastewater was greater than Rirr values of the other two effluents. This might explain why the quality of permeate of the former was better than the latter. The results further indicated that Rr increased more than Rirr as the operating time elapsed, resulting in a limited improvement of permeate quality even a longer treatment time was employed. To recover the membrane flux to its optimum, in this study the best time for backwashing of membrane was determined based on the time at which Rr was greater than Rirr. However, the flux recovery was found to be in the range of 60-77% as compared with the initial flux for a virgin membrane in treating new batch of water specimens. The fraction unable to recover by backwashing might be contributed by Rirr in the membrane pores. A further acid washing would resolve this problem.
目次 Table of Contents
目錄
頁次
聲明切結書 i
謝誌…. ii
摘要…. iii
Abstract v
目錄…. vii
圖目錄. xii
表目錄. xvi
照片目錄 xix
第一章 前言 1
1.1研究緣起 1
1.2研究目的 2
1.3研究項目 3
第二章 文獻回顧 6
2.1國內某加工出口區放流水簡介 6
2.1.1國內某加工出口區內用水概況 6
2.1.2國內某加工出口區內廢污水概況 6
2.2晶背研磨廢水簡介 7
2.2.1封裝測試製程簡介 7
2.2.2晶背研磨原理 9
2.2.3晶背研磨廢水 10
2.3薄膜單元 10
2.3.1薄膜定義與特性 10
2.3.2薄膜分離程序 11
2.3.3薄膜組件形式 14
2.4無機薄膜介紹 15
2.4.1無機薄膜之特性 15
2.4.2無機膜之應用 16
2.5薄膜程序過濾方式 18
2.5.1垂直過濾 18
2.5.2掃流過濾 18
2.5.3外加電場掃流薄膜過濾 19
2.6電混凝 22
2.6.1電混凝基本原理 22
2.6.2電混凝技術相關研究 25
2.7薄膜積垢之阻力串聯模式 27
2.7.1薄膜阻塞形式 27
2.7.2薄膜積垢阻力分析 28
第三章 實驗材料、設備與方法 31
3.1實驗材料 31
3.1.1水樣來源 31
3.1.2管狀陶瓷膜支撐體製備用材料 31
3.1.3管狀陶瓷複合膜製備用試藥與材料 31
3.1.4其他試藥及材料 32
3.2實驗設備 33
3.2.1蒸氣壓氣體滲透偵測裝置 33
3.2.2同步電混凝/電過濾處理系統 34
3.2.3其他設備及儀器 35
3.3實驗方法 36
3.3.1管狀陶瓷膜之製備 36
3.3.2同步電混凝/電過濾處理系統之操作 36
3.3.3阻力串聯模式與各阻力之分析 38
3.4管狀陶瓷膜性質分析 38
3.4.1薄膜孔徑分佈測定 38
3.4.2薄膜表面觀測 39
3.5水樣及濾液水質分析方法 39
第四章 結果與討論 41
4.1管狀陶瓷膜之性質分析 41
4.1.1薄膜表面與剖面觀測 41
4.1.2薄膜孔徑分佈 43
4.2廢水基本性質分析 44
4.3同步電混凝/電過濾模組之操作條件探討 48
4.3.1超過濾膜結合同步電混凝/電過濾模組之操作條件探討 48
4.3.1.1電場強度對濾液通量及濾液品質之影響 49
4.3.1.2過濾壓差對濾液通量及濾液品質之影響 59
4.3.1.3掃流速度對濾液通量及濾液品質之影響 65
4.3.2微過濾膜結合同步電混凝/電過濾模組之操作條件探討 71
4.3.2.1電場強度對濾液通量及濾液品質之影響 71
4.3.2.2過濾壓差對濾液通量及濾液品質之影響 79
4.3.3超過濾膜及微過濾膜結合同步電混凝/電過濾程序於最佳操作條件之處理成效 85
4.3.3.1管狀氧化鈦/氧化鋁複合膜(UF膜)結合同步電混凝/電過濾程序 85
4.3.3.2管狀氧化鋁膜(MF膜)結合同步電混凝/電過濾程序 88
4.3.4超過濾膜及微過濾膜結合同步電混凝/電過濾程序之濾液回收再利用評估 91
4.3.4.1濾液品質評估 91
4.3.4.2濾液回收再利用之經濟性評估 93
4.4薄膜積垢阻力分析 95
4.4.1薄膜積垢阻力分析 95
4.4.2薄膜積垢與逆洗時間點 98
4.4.3薄膜積垢與水質關係 103
第五章 結論與建議 107
5.1結論 107
5.2建議 109
參考文獻 110
碩士在學期間發表之學術論文 120









圖目錄
頁次
圖1-1 研究架構圖 5
圖2-1 半導體製程圖 8
圖2-2 晶背研磨示意圖 9
圖2-3 薄膜孔徑與其分離程序之示意圖 12
圖2-4 垂直過濾示意圖 18
圖2-5 掃流過濾示意圖 19
圖2-6 外加電場掃流過濾水中懸浮顆粒受力情形 20
圖2-7 顆粒懸浮於水溶液中所形成之電雙層結構 23
圖2-8 DLVO理論之位能曲線圖 24
圖2-9 薄膜孔洞阻塞示意圖 27
圖2-10 薄膜阻塞及清洗程序之濾液通量變化圖 30
圖3-1 同步電混凝/電過濾處理系統示意圖 34
圖4-1 管狀氧化鈦/氧化鋁複合膜孔徑分佈圖 44
圖4-2 海洋放流水中之懸浮固體物之粒徑分佈圖 47
圖4-3 陸地放流水中之懸浮固體物之粒徑分佈圖 47
圖4-4 晶背研磨廢水中之懸浮固體物之粒徑分佈圖 48
圖4-5 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 49
圖4-6 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 50
圖4-7 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 50
圖4-8 不同水樣經UF結合EC/EF之濾液pH值與電場強度之關係圖 56
圖4-9 不同水樣經UF結合EC/EF之濾液導電度與電場強度之關係圖 56
圖4-10 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 57
圖4-11 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 58
圖4-12 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 58
圖4-13 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 60
圖4-14 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 60
圖4-15 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 61
圖4-16 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨掃流速度與處理時間之關係圖 66
圖4-17 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 66
圖4-18 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 67
圖4-19 海洋放流水經MF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 72
圖4-20 陸地放流水經MF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 72
圖4-21晶背研磨廢水經MF結合EC/EF之濾液通量隨電場強度與處理時間之關係圖 73
圖4-22 海洋放流水經MF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 77
圖4-23 陸地放流水經MF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 77
圖4-24 晶背研磨廢水經MF結合EC/EF之濾液隨電場強度變化之去除率 78
圖4-25 海洋放流水經MF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 80
圖4-26 陸地放流水經MF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 80
圖4-27 晶背研磨廢水經MF結合EC/EF之濾液通量隨過濾壓差與處理時間之關係圖 81
圖4-28 UF結合EC/EF處理海洋放流水隨時間之阻力分析圖 96
圖4-29 UF結合EC/EF處理陸地放流水隨時間之阻力分析圖 96
圖4-30 UF結合EC/EF處理晶背研磨廢水隨時間之阻力分析圖 97
圖4-31 海洋放流水於最佳逆洗時間點進行逆洗之濾液通量回復圖 99
圖4-32 陸地放流水於最佳逆洗時間點進行逆洗之濾液通量回復圖 99
圖4-33 晶背研磨廢水於最佳逆洗時間點進行逆洗之濾液通量回復圖 100
圖4-34 海洋放流水於最佳逆洗時間點進行逆洗後處理不同批次水樣之濾液通量回復圖...................................................................101
圖4-34 陸地放流水於最佳逆洗時間點進行逆洗後處理不同批次水樣之濾液通量回復圖...................................................................101
圖4-34 晶背研磨廢水於最佳逆洗時間點進行逆洗後處理不同批次水樣之濾液通量回復圖...............................................................102

表目錄
頁次
表2-1 薄膜分離程序主要之驅動力 11
表2-2 各種薄膜組件形式之比較 15
表4-1 放流水與晶背研磨廢水之水質特性分析 45
表4-2 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 53
表4-3 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 54
表4-4 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 55
表4-5 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 62
表4-6 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 63
表4-7 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 64
表4-8 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與掃流速度之關係 68
表4-9 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與掃流速度之關係 69
表4-10 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液品質與掃流速度之關係 70
表4-11 海洋放流水經MF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 74
表4-12 陸地放流水經MF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 75
表4-13 晶背研磨廢水經MF結合EC/EF之濾液品質與電場強度之關係 76
表4-14 海洋放流水經MF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 82
表4-15 陸地放流水經MF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 83
表4-16 晶背研磨廢水經MF結合EC/EF之濾液品質與過濾壓差之關係 84
表4-17 不同水樣於UF結合EC/EF在最佳操作條件(針對通量)下之濾液品質比較 86
表4-18 不同水樣於UF結合EC/EF在最佳操作條件(針對水質)下之濾液品質比較 87
表4-19 不同水樣於MF結合EC/EF在最佳操作條件(針對通量)下之濾液品質比較 89
表4-20 不同水樣於MF結合EC/EF在最佳操作條件(針對水質)下之濾液品質比較 90
表4-21 台灣的自來水水質標準 92
表4-22 工業用水收費標準 94
表4-23 海洋放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與處理時間之關係 104
表4-24 陸地放流水經UF結合EC/EF之濾液品質與處理時間之關係 105
表4-25 晶背研磨廢水經UF結合EC/EF之濾液品質與處理時間之關係 106















照片目錄
頁次
照片4-1 管狀氧化鋁膜表面影像 41
照片4-2 管狀氧化鈦/氧化鋁複合膜表面影像 42
照片4-3 管狀氧化鈦/氧化鋁複合膜剖面影像 42
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