第四章 結果與討論
4.4 系統操作條件之探討
本研究希望藉由處理 oxide-CMP 廢水固液分離的同時回收高純度二氧化矽 顆粒，因此在前段以超過濾處理時將濃縮液迴流使原水桶中之廢水濃度提升，使 廢水體積減量並讓後段截流過濾效率更高。掃流濃縮過濾水力條件試驗的結果顯 示，較低操作壓力及較高的掃流速度可以使 UF 薄膜延緩衰減並增加產水通量，
對長時間之操作有幫助；此外根據圖 4-8 的結果，在掃流速度能有效減緩積垢物 堆積的情況下，長時間掃流的產水通量與廢水中研磨砥粒之濃度成反比，如圖 4-9 所示。截流過濾試驗方面，雖然高濃度之廢水濃縮液會導致單位時間濾液量下降，
但與 UF 不同的是其濾液量衰減幅度較小，根據圖 4-18 顯示廢水中研磨砥粒濃度 增加至 8.9 倍其濾液量仍有將近原水過濾時濾液量之 1/3。
實驗所用之掃流平板薄膜模組，有效過濾面積僅 140 cm2，但由於實廠的掃 流過濾有效面積可透過更換不同形式薄膜模組而大幅提升，如使用管柱膜、中空 纖維膜等，而截流過濾較不易提升過濾面積，僅能透過增加壓力來提升過濾速度，
且截流過濾較掃流過濾更易造成不可逆之積垢阻塞(參照圖 4-14、4-20、4-21)，
因此藉由濃縮廢水以減少截流段之過濾量、過濾次數有其必要性。比較起掃流過 濾，截流過濾階段較可能是此薄膜系統的限制因子，故欲探討整個系統之操作模 式可先由截流段過濾效率探討，包含截流過率之效率探討及整體系統操作評估。
4.4.1 截流過濾效率探討
將截流過濾試驗單位時間濾液量乘上濁度濃縮倍率在乘上固體物留阻率(濾 液平均濁度去除率)，可得到一 recovery index 數值，其意義為多少量之廢水原水 中所含之固體物在單位時間內被截留，此數值越高相當於在單位時間內截留越多 之固體物，公式如下：
其中 Pc為進流水濃度 C 時之濾液量，單位為克
Cc為濃度 C 進流水之濁度，C0為原水之濁度，單位為 NTU Rc為過濾濃度 C 時之濾液平均濁度去除率
T 為一次濾程所需時間，本研究中固定為三小時
將 recovery index 值對濁度做圖，藉以計算不同濃度廢水濃縮液進行過濾單 次濾程之回收效率如圖 4-29，結果顯示隨著廢水濃縮液上升雖然導致濾液下降，
但是換算回原水量後發現其實單位時間內回收效率是上升的，比起原水直接過濾 更好；且圖中 MF-PTFE 膜的在低濁度下單位時間回收效率稍好於 MF-PVDF 膜，
雖對濁度的去除率則稍不如 MF-PVDF 膜，但單位時間內可以過濾較多廢水，進 流水濁度達到 2740 NTU 時 recovery index 可達到每小時 1414，回收效率是原水 直接過濾的 3.4 倍；MF-PVDF 則在濁度 1990 NTU 時有每小時最高之 recovery index 值 1008.6。此外，圖中 MF-PVDF 膜在濁度超過 2000 NTU 後其效率便不再 增加，因此對 MF-PVDF 膜而言 CMP 廢水約只需濃縮至濁度 2000 NTU，繼續提 升也無法繼續增加效益，而 MF-PTFE 至原水 8.9 倍濃仍不見轉折點，顯示進流水 濃度在往上回收效益可能還會提升。本研究截流試驗一個濾程共 180 分鐘，但其 實通量衰減約於 60 分鐘處即達穩定，後段產水通量甚小，如將濾程時間縮短，
則 recovery index 之值可以更高。
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Feed turbidity (NTU)
0 1000 2000 3000
Re co ve ry in de x
0 500 1000 1500
MF-PVDF MF-PTFE
圖 4-29 MF 薄膜對應
4.4.2 系統操作評估
前述可得知在適當的薄膜選擇下高濃度之進流水有較好的過濾效益，廢水體 積減量後能減少過濾及反洗次數，然而廢水濃縮度提升所耗費的是時間及電力成 本，但優點是回收更多 UF 濾液、減少廢水體積及提升固體物留阻率。本研究濃 縮試驗採批次式濃縮，在濃縮液體積減少至一定程度後濃度會快速上升如圖 4-8，
以實驗條件中每批次 20 公升原水、薄膜有效面積 140 cm2而言，至少需經過 16 小時廢水濃度才開始大幅提升，所產之廢水量亦不足以提供數次截流濾程所用，
但此問題可透過提升掃流過濾薄膜有效面積來解決。如需改以半連續式進水則所 耗時間更長，更有加大薄膜有效面積提升濃縮速度之需要，但提升過濾面積需以 耗能更大之泵浦推動進流水確保掃流速度或外加曝氣以延緩積垢。
較佳之操作模式為掃流過濾階段能快速濃縮廢水至截流過濾所需濃度，所耗 費時間以約略等於截流過濾處理濃縮液總濾程及反洗時間最佳，以減少兩個過濾 階段模組之閒置時間，故可針對此做最佳化，本研究受到掃流薄膜之有效面積限 制，無法取得與截流過濾試驗對等之效率。
探討過濾形探討式方面，若直接以 MF 作為截流過濾 oxide-CMP 廢水之流程，
其 recovery index 會相當差，顯示回收顆粒的效率並不好，並無法產生乾淨濾液 供回收用；若以 UF 作為截流過濾之手段，則又因孔洞小於廢水中顆粒容易引起 嚴重堵塞而需要相當高之反洗頻率，且一般商業化之實場廢水截流過濾設備其濾 布或薄膜孔徑皆以 MF 為主，較易找尋可用之實場化設備。兩段式過濾不僅可以 回收 UF 濾液且可以減少後段截流過濾之負擔。因此本試驗以兩段式 UF 掃流過 濾搭配 MF 截流過濾，取兩種過濾形式之優點，可使濾液及廢水中之固體物回收 皆有良好的效果。
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