臺灣博碩士論文加值系統

本研究利用沉浸式微過濾系統(SMF)配合逆滲透系統(RO)組成的模組，針對石化工廠二級處理排放水進行回收再利用處理，探討此模組各操作變數對廢水處理效果之影響，以找出此模廠對石化工廠二級排放水回收的最佳操作參數，並初步評估處理成本，用來評估此模組針對石化工業二級處理排放水再生利用技術之可行性，以作為日後研究發展及實廠應用之參考。
研究結果顯示，石化工廠二級排放水經過SMF單元處理後，各種污染物之去除效率分別為SS約60%、COD約40~60%去除率，但對導電度無去除效率；進而連接RO單元後接續處理，對其各種污染物之去除效率提高，導電度有高達98%的去除率、SS約80%去除率、COD約60~98%去除率、氨氮約90%去除率，硝酸鹽氮約81.8%去除率，磷酸根約99.1%去除率；經SMF/RO處理回收水質後，符合次級回收水及工業用水標準。
SMF系統設計採用沉浸式中空絲薄膜，通量設計不高於20LMH，若維持廢水進流導電度4,000~5,000 μs/cm，預估SMF系統CIP清洗頻率為1.5~2個月。如果廢水進流導電度>6,000μs/cm，預估SMF系統CIP清洗頻率為1個月；而RO模組設計回收率為55 % ~ 65%，膜通量不大於18 LMH。若廢水進流導電度4,000 ~ 8,000 μs/cm，操作壓力為8~12kg/cm2並添加抑垢劑，預估RO系統CIP清洗頻率為1~2個月。若控制進水導電度為 4,000 μs/cm~5,000μs/cm，本系統可順利運轉，並保持最經濟操作條件。
以回收至近似工業用水500CMD計，操作費用主要包含電力、藥品與耗材費。單位操成作本約 13.14元/m3。若再增設第二級RO設備，可符合近似純水水質要求，單位成操作本約16.01元/m3。廢水回收可節省(1)排放工業區納管費用(2)工業用水費，若補至純水，因水質優良，還可節省(3)純水處理，樹脂再生等費用，是值得進一步評估是否符合經濟效益。

In this study, the immersed microfiltration system (SMF) was combined with the reverse osmosis system (RO) module to recover and reuse the secondary treatment discharge water in the petrochemical plant, and the effects of various operational variables of the module on the wastewater treatment effect were discussed. In order to find out the best operating parameters of the model plant for the secondary discharge water recovery of the petrochemical plant, and to initially evaluate the treatment cost, to evaluate the feasibility of this module for the secondary treatment of wastewater discharge technology in the petrochemical industry, as a future Reference for research development and practical application.
The results show that after the secondary discharge water of the petrochemical plant is treated by the SMF unit, the removal efficiency of various pollutants is about 60% of SS and about 40~60% of removal rate of COD, but there is no removal efficiency for conductivity; After the subsequent treatment, the removal efficiency of various pollutants is improved, the conductivity is up to 98% removal rate, SS is about 80% removal rate, COD is about 60~98% removal rate, ammonia nitrogen is about 90% removal rate, nitrate nitrogen About 81.8% removal rate, phosphate removal rate of about 99.1%; after water quality recovery by SMF/RO treatment, it meets the standards of secondary recovery water and industrial water.
The SMF system is designed with an immersed hollow fiber membrane. The flux design is not higher than 20LMH. If the conductivity of wastewater inflow is maintained at 4,000~5,000 μs/cm, the CIP cleaning frequency of the SMF system is estimated to be 1.5~2 months. If the conductivity of wastewater inflow is > 6,000μs/cm, the CIP cleaning frequency of SMF system is estimated to be 1 month; while the recovery rate of RO module design is 55 % ~ 65%, and the membrane flux is not more than 18 LMH. If the wastewater inflow conductivity is 4,000 ~ 8,000 μs/cm, the operating pressure is 8 ~ 12 kg/cm2 and the scale inhibitor is added, the CIP cleaning frequency of the RO system is estimated to be 1 ~ 2 months. If the conductivity of the influent water is controlled from 4,000 μs/cm to 5,000 μs/cm, the system can operate smoothly and maintain the most economical operating conditions.
In terms of recycling to approximate industrial water 500 CMD, operating costs mainly include electricity, drugs and consumables. The unit operates at a cost of approximately 13.14 yuan/m3. If a second-stage RO equipment is added, it can meet the requirements of the approximate pure water quality, and the unit operation cost is about 16.01 yuan/m3. Wastewater recycling can save (1) the cost of industrial pipe discharge (2) industrial water fee, if it is added to pure water, because of the excellent water quality, it can also save (3) pure water treatment, resin regeneration and other costs, it is worth further evaluation It is economical.

目錄
論文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 vi
表次 ix
圖次 x
第一章　前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 1
第二章　文獻回顧 3
2.1 台灣水資源現況 3
2.2 石化工業 4
2.2.1 石化工業原料 5
2.2.2 石化工業之產值 5
2.2.3 石化工業廢水 5
2.2.4 石化工業廢水來源與特性 6
2.2.5 石化工業廢水之處理方法 7
2.2.6 廢水處理法 7
2.2.7 物理處理法 8
2.2.8 化學處理法 11
2.3 薄膜程序處理及廢水回收技術 15
2.3.1 薄膜程序 15
2.3.2 薄膜種類與型式 16
2.3.3 沉浸式MF薄膜原理與過濾機制 19
2.3.4 MF薄膜材質種類 20
2.3.5 MF薄膜分類 20
2.3.6 MF薄膜阻塞機制與臨界通量 23
2.3.7 MF薄膜操作條件影響 25
2.3.8 MF薄膜程序應用的限制 26
2.3.9 逆滲透法 26
第三章　研究方法與設備 36
3.1 實驗流程 36
3.2 實驗材料與設備 37
3.2.1 沉浸式微濾膜系統 37
3.2.2 沉浸式微濾膜處理程序之操作 39
3.2.3 沉浸式微濾膜主要設計 40
3.3 逆滲透膜系統 41
3.3.1 逆滲透膜簡介 41
3.3.2 逆滲透膜主要特色 41
3.3.3 模廠處理流程說明 43
3.3.4 模組操作規劃 47
3.4 水質分析與儀器 48
3.4.1 水質分析項目及方法儀器 48
3.4.2 水質採樣分析頻率 49
3.4.3 水質評估及預估回收水水質狀況 49
第四章　結果與討論 51
4.1 導電度及SMF與RO去除效能 51
4.2 SMF與RO系統SS去除效能 53
4.3 COD的去除效率分析 53
4.4 RO系統對氨氮的去除效率 55
4.5 RO系統對硝酸鹽氮之去除效率 56
4.6 RO模組對磷酸根之去除效率 56
4.7 SMF與RO模組操作穩定性 57
4.7.1 SMF模組操作流量與壓力 57
4.7.2 RO模組操作流量與壓力 59
4.7.3 模組操作期間發生之狀況 61
4.8 綜合效能及單位成本評估 63
第五章　結論與討論 65
第六章　參考文獻 67


表次
表2.3.2-1　不同有機薄膜材質比較 19
表3.2.1-1　SADFTM沉浸式微濾膜規格表 38
表3.2.1-2　SADFTM沉浸式微濾膜匣式膜組規格表 39
表3.3.3-1　SuperCycleTM SMFR-pilot 型號設備規格表 46
表3.3.4-1　SMF及RO模組主要測試參數時程 47
表3.4.1-1　測試水質分析及檢測方法 48
表3.4.2-1　水質採樣分析期程表 49
表3.4.3-1　預估回收水質表 50
表4.7.3 1　模組於測試期間發生的主要異常事件表 63
表4.8-1　 廢水回收方案的單位成本比較表 65

圖次
圖2.2-1　石化工業產業鏈簡介 5
圖2.2.7.2-1　三種典型雙槽溶解空氣浮除法示意圖 9
圖2.2.7.4-1　陰/陽離子交換樹脂原理 11
圖2.2.8.1-1　傳統化學混凝處理流程圖 12
圖2.2.8.4-1　廢水以電解法處理法示意圖 13
圖2.2.8.6　活性污泥處理法示意圖 14
圖2.3.2-1　薄膜孔徑與可分離物質粒徑之比較 17
圖2.3.2-2　薄膜過濾方式 18
圖2.3.3-1　水分子穿過薄膜及懸浮物阻擋之示意圖 20
圖2.3.5-1　薄膜過濾水流型態示意圖 21
圖2.3.5-2　管狀膜組 22
圖2.3.5-3　毛細管及中空纖維模組 22
圖2.3.5-4　沉浸式MF膜組 23
圖2.3.5-5　支流式MF膜組 23
圖2.3.6-1　產水通量與TMP 之關係圖 24
圖2.3.6-2　薄膜阻塞機制示意圖 25
圖2.3.9.1-1　滲透及逆滲透原理示意圖 27
圖2.3.9.3-1　選擇性吸附-毛細管流機制示意圖 30
圖2.3.9.4-1　平板式模組圖 33
圖2.3.9.4-2　管狀式模組圖 33
圖2.3.9.4-3　螺旋捲式模組圖 34
圖2.3.9.4-4　中空纖維式模組圖 34
圖3.1-1　研究架構流程圖 36
圖3.2.1-1　SADFTM沉浸式中空絲微濾膜片 37
圖3.2.1-2　SADFTM單一膜組(Element) 38
圖3.2.1-3　SADFTM匣式膜組(Module) 39
圖3.2.3-1　沉浸式微濾膜主要設計 41
圖3.3.2-1　中美日合作之海德能(Hydranautics)廢水專用特殊抗垢RO系統 42
圖3.3.3-1　廢水回收處理系統流程 44
圖3.3.3-2　Super Cycle TM SMFR-pilot廢水回收處理系統設備立體圖 44
圖3.3.3-3　Super Cycle TM SMFR-pilot廢水回收處理系統正視圖 45
圖3.3.4-1　現場SMF及RO模組 47
圖3.3.4-2　現場模組控制盤 48
圖4.1-1　模廠測試期間，進流水導電度變化 51
圖4.1-2　SMF及RO模組對進流水導電度去除效能 52
圖4.1-3　RO模組對進流水導電度去除效能 52
圖4.2-1　SMF SMF與RO模組對進流水SS去除效能 53
圖4.3-1　SMF與RO模組對進流水COD去除效能 54
圖4.3-2　SMF模組對進流水COD去除效能 54
圖4.3-3　RO模組對進流水COD去除效能 55
圖4.4-1　RO膜對於氨氮去除效能 55
圖4.5-1　RO系統對於硝酸鹽氮去除效能 56
圖4.6-1　RO膜對磷酸根去除效能 57
圖4.7.1-1　SMF模組產水流量 58
圖4.7.1-2　SMF模組每日產水量 58
圖4.7.1-3　SMF透膜壓力(TMP)變化 59
圖4.7.2-1　RO模組操作流量變化 60
圖4.7.2-2　RO模組壓力與壓差變化 61
圖4.8-1　廢水回收系統流程圖 64

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