微孔及不織布薄膜結構及過濾機制之比較

圖5 分離不同顆粒大小之過濾方法

2.2 微孔及不織布薄膜結構及過濾機制之比較

當微孔薄膜之膜孔小於顆粒粒徑時，以篩除過濾機制(sieve filtration mechanism)為主^[31]，係將欲去除之顆粒留置於膜材表面上，如圖 6 所示。

一般而言，粒徑大於膜孔之顆粒會被去除，粒徑小於膜孔者則可能崁入膜 孔內造成阻塞而影響過濾效果。

不織布薄膜(或稱濾材)是一種具有多個相互連接且開放性孔洞之多層 纖維互相重疊而成之網狀結構物，如圖 7 所示。當水或廢水通過濾材時，

水或廢水中的顆粒可被攔截，被攔截的顆粒可吸附在不織布表面上或孔隙 內加以去除，其過濾機制如圖 8 所示，是屬於纖維過濾機制(fiber filtration mechanism)^[32]。當不織布濾材過濾時，過濾初期顆粒會先吸附在纖維表面 上，經過一段時間後，許多顆粒集結成團粒於纖維表面上。最後，大多數

圖 6 微孔薄膜過濾機制

Connecte d

overlap fiber

圖 7 不織布薄膜之網狀結構

圖 8 不織布薄膜過濾機制

當 顆 粒 崁 入 微 孔 薄 膜 膜 孔 內 時 ， 會 形 成 不 可 逆 積 垢(irreversible fouling)，而影響濾液通過。但是使用不織布薄膜過濾時，由於織物間孔隙 遠大於顆粒大小，所以初期過濾時，織物間之纖維表面雖然有顆粒沈積，

但不太會影響到濾液通量。換言之，不織布薄膜之早期不可逆積垢不會影 響到濾液通量。此表示不織布薄膜於過濾操作初期，即使纖維網孔崁入顆 粒，孔洞內塞阻(entrapped blocking resistance)趨勢不大，壓降(pressure drop)仍低，且變化不大。當網孔空間慢慢被顆粒填滿時，孔洞內塞阻會急 速 增 加 ， 壓 降 變 大 。 當 不 織 布 表 面 開 始 沈 積 顆 粒 時 ， 濾 餅 阻 抗(cake resistance)逐漸出現。最後，通量大幅衰減後，則此不織布薄膜必須廢棄，

此為一般不織布薄膜以定壓方式操作之現象。不織布薄膜採用掃流方式以

捕獲。

(5)靜電吸引(electrostatic attachment)

含固體顆粒氣流穿過濾介質，由於摩擦會產生靜電現象，同時有許多 固體顆粒在輸送過程中，也由於摩擦或其他機制帶有電荷，因此濾材或固 體粒之間可能成一電位差。當固體粒隨著氣流或水流流向濾材時，由於庫 倫力的作用，使纖維對固體顆粒產生吸附作用。

在定壓過濾(dead-end)操作模式下，微孔薄膜過濾機制與砂濾或粗濾 (coarse filtration)類似，過濾顆粒會在過濾器或薄膜之表面形成濾餅，隨著 操作時間增加濾餅越來越厚，其濾液通量則越來越少。當過濾溶液之顆粒 濃度高時，會使用掃流(crossflow)方式，以控制過濾器或薄膜表面形成濾餅 之厚度，以避免濾液通量大幅衰減^[34]。在非常低或低濃度之溶液過濾時，

濾餅形成不易，將使過濾機制由濾餅轉成深床過濾(deep filtration)或孔洞阻 塞(pore blocking)，過濾初期即有過濾阻力發生。隨著過濾水量增加，其過 濾阻抗將快速增加^[35]，此為一般微孔薄膜過濾時之現象。但對較大孔洞之 不織布薄膜而言，水溶液中顆粒濃度對過濾行為影響程度亦必須加以釐清。