電漿改質ptfe膜應用於微過濾淨水系統之處理性探討 (1)

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1、第六屆海峽兩岸水質安全控制技術與管理研討會電漿改質PTFE膜應用於微過濾淨水系統之處理性探討1234567鄭雅伶、李慶昱、廖冠宇、莊育權、李魁然、童國倫、黃志彬、8李篤中鄭雅伶國立台灣大學化學工程學系博士班通訊地址：10617台灣台北市羅斯福路四段一號電話：886-2-33663028傳真：886-2-23623040電子信箱：naver@mail2000.com.tw電漿改質PTFE膜應用於微過濾淨水系統之處理性探討鄭雅伶、李慶昱、廖冠宇、莊育權、李魁然、童國倫、黃志彬、李篤中摘要薄膜過濾是新興之高效淨水處理技術，尤其以不需藉大量添加化學藥劑即可有效地去除多項有機、無機污染物

2、，增加適飲性，及控制消毒副產物及其前驅物產生的特色使其在淨水程序中佔有極大的競爭優勢。但薄膜在操作上所面臨的積垢問題及阻塞型態均會影響薄膜效能及增加其處理成本。本研究以長興淨水場之水體為實驗對象探討以微過濾淨水系統取代傳統淨水廠之可行性。實驗採用具高化學安定性之e-PTFE薄膜應用於淨水處理系統並透過用低溫氧氣電漿誘導後接枝共聚合(plasmainducepostgraftingco-polymerization)丙烯醯胺(AAm)的方式增加e-PTFE的表面親水性，以降低膜面與物質間的吸附現象。在考量水質、不同前處理程序以及物理、化學清洗等因子下，研究結果顯示系統經48小時連

3、續操作，發現具本土智材權之e-PTFE膜較商業化薄膜抗垢性強、通量大且設置成本較低，且經電漿改質後的e-PTFE膜有較高的通量回復率且較耐化學清洗。關鍵字：電漿聚合，多孔性鐵弗龍、微過濾淨水系統、飲用水1.前言台灣每年降雨882億噸，雖然年平均降雨量約是世界平均值的2.5倍，但受到降雨時間與空間上的限制，再加上地狹人稠的特性，經換算後每人每年所分配到的降雨量為全世界排名第18的缺水國，屬於水資源貧乏與水資源開發利用不高的區域。薄膜分離是工業技術上一門新興的高科技技術，過去膜處理在淨水處理上主要用於工業製水，近年來隨著薄膜成本降低且具有可增加安全水量與改善水質的特點下，薄膜已逐步

4、滲透到生活飲用水領域。惟薄膜過濾技術對於水質的敏感度極高，在操作上所面臨的積垢問題及阻塞型態均會影響薄膜效能及壽命並增加其處理成本。本研究以長興淨水場之水體為實驗對象探討以微過濾淨水系統取代傳統淨水廠之可行性。實驗採用具本土智材權之高化學安定性之e-PTFE薄膜應用於飲用水處理系統，目前該薄膜應用於實際淨水處理程序的適用性值得深入評估。本次實驗分析主要針對改質前後之e-PTFE薄膜對於淨水程序之處理效果以及其操作之穩定性進行評估，將考量水質、不同前處理程序以及物理、化學清洗等因子對於薄膜分離程序上效能的影響。2.實驗材料及分析方法2.1實驗材料與設備2.1.1水樣來源本研究所配

5、合試驗之長興淨水場其設計操作屬傳統式淨水操作程序，主要的處理方法為混凝沉澱後以快濾池過濾，最後加氯消毒去除水中的病原體。其全程運作系統包含原水取水系統、淨水處理系統及清水輸水系統三大部分。該厰原水來源取自於南、北勢溪匯流後的青潭堰。其原水之汲取來源有二，包括：(1)南勢溪的自然流量；(2)北勢溪下游之翡翠水庫排放量。由2006-2009年原水濁度變化頻度統計可知原水在20NTU以下之頻度佔73.9%，而其餘高26.1%則分散於夏季季節性豪雨及颱風來襲期間。圖1為該廠2009.09.01-2009.11.15原水濁度變化，頻度統計結果顯示原水濁度在20NTU以下佔有45.79%，

6、高於50NTU的比例則佔32.71%。實驗以該厰區未經處理之原水、沉澱後處理及過濾後處理之水樣為主要探討之對象，以瞭解在不同操作點下的模廠處理效能及移除台灣典型原水中阻塞積垢物質之效率及機制。10000100010010TurbidityofRawwater(NTU)10.19/19/79/139/199/2510/110/711/610/1310/1910/2510/3111/12Data圖12009.09.01-2009.11.15原水濁度變化2.1.2薄膜材料與模組本研究所使用之低壓平板膜過濾薄膜模組設備及進流水樣點如圖2所示，模組包括原水桶、過濾水桶、濾芯匣、抽水幫浦及

7、平板試驗模組等。實驗進流水水量維持在每分鐘0.8公升，透膜壓力固定於0.5bar，薄膜進出流流量以流量計連續監控並以電腦連線擷取實驗數據。用於試驗的薄膜基本性質如表1所示，以多孔性單向延伸PTFE薄膜為基材，搭以電漿改質接枝親水性單體於多孔性PTFE薄膜基材表面。疏水薄膜在使用前會先以甲醇浸泡兩小時提升表面親水性質，接著以去離子水沖洗要薄膜表面殘留之甲醇，而後再將薄膜浸泡在去離子水中兩小時以上，取出薄膜後進行清水通量測試以確保薄膜初始通量統一。圖2前處理+直接薄膜生產淨水測試系統流程表1實驗