本研究係利用自行設計之同步電混凝/電過濾(EC/EF)程序針對酸性有機廢水中之奈米級TiO2微粒、化學需氧量(COD)及其他對水體造成污染物質探討其處理成效及經濟效益。研究之設計模組係以鐵電極作為犧牲性陽極以及不?袗?片作為陰極之電極，另外薄膜則使用0.1μm 之PVDF微過濾膜。實驗結果顯示，在最佳操作條件(電場強度為166.7 V/cm、過濾壓差1 kgf/cm2及掃流速度為0.22 cm/s)，出流水迴流操作下，初始濾液之COD殘值會隨著電場強度的增加而降低，去除率達97.3％，但是當電場強度超過 166.7 V/cm時，COD值便不再受電場強度之影響，另外，濁度、導電度、總溶解性固體及鈦含量之去除率分別為98.7 ％、95.1％、95.8％及99.9％；在出流水不迴流操作下，使用與出流水迴流相同之操作條件，濾液之COD去除率為92.0％，濁度、導電度、總溶解性固體及鈦含量之去除率分別為98.1 ％、92.3％、93.1％及99.9％。在濾液流量方面，出流水迴流穩定流量為4.75 mL/min；出流水不迴流穩定流量為5.05 mL/min，由此可見，在出流水不迴流操作下其薄膜較不易受到阻塞，此亦可從掃瞄式電子顯微鏡( SEM )之觀測得到印證。經濟效益方面，在最佳條件下，薄膜逆洗程序(週期為60 min及時間為0.5 min)可獲得最大之濾液量，處理量可達90 L/hr，且經出流水迴流且有逆洗之操作情況下，廢水之處理費用為67.4 元/噸。故本研究所採用之同步電混凝/電過濾模組證實可以妥善處理含奈米級TiO2微粒(帶正電荷)之酸性有機廢水，處理後之濾液品質可符合循環冷卻補充水標準。

In this study, nanosized TiO2-containing organic wastewater was treated with a simultaneous electrocoagulation/electrofiltration (EC/EF) process using either a recirculation mode or a flow-through mode. In the EC/EF treatment module, iron and stainless steel (SS 304) were respectively selected as the anode and cathode, and polyvinylidene fluoride (PVDF) with a nominal pore size of 0.1 μm was used in this work. Applied electric field strength (EFS), transmembrane pressure (TMP), and crossflow velocity (CFV) were selected as the operating parameters for studying their effects on permeate qualities and other performance criteria. In the recirculation mode, the residual chemical oxygen demand (COD) was found to decrease with increasing EFS up to the critical EFS (i.e., 166.7 V/cm) and leveled off. The optimal operating conditions were determined to be an EFS of 166.7 V/cm, a TMP of 1 kgf/cm2, and a CFV of 0.22 cm/s. Under the optimal operating conditions, the removal efficiencies for turbidity, conductivity, total dissolved solids (TSD), and titanium were determined to be 98.7%, 95.1%, 95.8%, and 99.9%, respectively. By using the same operating conditions except in the flow-through mode, the corresponding removal efficiencies were found to be 98.1%, 92.3%, 93.1%, and 99.9%, respectively. Experimental results also showed that the flow-through mode yielded a higher filtration rate than that of the recirculation mode (namely, 5.05 mL/min versus 4.75 mL/min). This is an indication of a lower extent of membrane fouling for the flow-through mode. This was also evidenced by the scanning electron microscope (SEM) micrographs of the post-treatment membranes. In the recirculation mode, a proper practice of backflushing (e.g., a period of 60 min and a duration of 0.5 min) was found to extend the service life of the membrane and to enhance the permeate flux. I so doing, a minimum treatment rate of 90L/hr with a treatment cost of NT$68.10 per cubic meters would be resulted. Permeate obtained was found to meet the criteria of make-up water for cooling towers. Overall speaking, the simultaneous EC/EF treatment module employed in this work is capable of treating nanosized TiO2-containing organic wastewater for the purpose of reclamation.

謝誌 i
摘要 ii
Abstract iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
照片目錄 xi
附錄 xii

第一章 前言1
1.1 研究緣起1
1.2 研究目的2
1.3 研究內容3
1.4 研究架構5

第二章 文獻回顧6
2.1 薄膜系統6
2.1.1 薄膜之種類6
2.1.2 薄膜之組件8
2.1.3 薄膜技術應用之探討11
2.2 混凝理論13
2.2.1 電雙層壓縮13
2.2.2 吸附及電性中和17
2.2.3 沉澱網除18
2.2.4 吸附及架橋作用18
2.3 電混凝機制21
2.4 掃流薄膜過濾 23
2.5 外加電場掃流薄膜過濾26
2.6 薄膜阻塞現象之探討32
2.7 薄膜逆洗程序34

第三章 實驗材料、設備及方法 35
3.1 實驗材料35
3.2 實驗設備35
3.3 實驗藥品37
3.4 實驗設計及規劃 38
3.4.1 化學混凝瓶杯試驗38
3.4.2 電混凝瓶杯試驗39
3.4.3 同步電混凝/電過濾處理試驗40
3.4.4 薄膜阻塞及濃度極化現象探討42
3.4.5 電極釋鐵量評估43
3.4.6 薄膜逆洗操作程序43
3.5 濾液品質分析方法44

第四章 結果與討論48
4.1 廢水基本性質分析48
4.1.1 顆粒粒徑分佈 48
4.1.2 界達電位分析49
4.1.3 掃描式電子顯微鏡(SEM)50
4.1.4 其他水質分析 51
4.2 化學混凝瓶杯試驗52
4.3 電混凝批次試驗 54
4.4 同步電混凝/電過濾處理程序55
4.4.1 出流水迴流與否之過濾速度分析55
4.4.2 出流水迴流與否之濾液品質分析59
4.4.3 出流水迴流與否對薄膜阻塞現象之探討63
4.4.4 膜面之電位與帶電顆粒之關係67
4.5 薄膜阻塞及濃度極化現象探討67
4.6 逆洗時間及週期 79
4.7 電極釋鐵量評估86
4.8 電混凝機制探討 91
4.8.1瓶杯試驗91
4.8.2 電混凝/電過濾處理模組92
4.9 經濟效益評估96

第五章 結論與建議101
5.1 結論101
5.2 建議103

參考文獻104
附錄115

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