臺灣博碩士論文加值系統

薄膜處理設備具有處理效率高、較低污染、處理能力彈性大、設備體積小、佔地面積小之優點。雖然曾被研究開發的薄膜型式材質眾多，實際發展成為商業化具實用價值的薄膜卻不多，故在選擇薄膜處理系統時，同時需考慮技術及經濟因素。
薄膜系統之結垢（scaling）和積污（fouling）為常見之操作狀況，造成水再生成本大幅提高，影響處理設備穩定度等問題。目前業界超過濾膜（Ultrafiltration,UF）操作大部份以掃流式過濾（cross-flow）以維持系統穩定且持續運作，但其特點為需有大量迴水以提升流體流速、持續性濃縮水排放，以及使用過濾水進行逆洗以回復通量。除耗能問題外，使用過濾水進行逆洗之程序亦使整體回收率下降。而全流式過濾（dead-end）雖減少每支膜之產水週期，但清洗方式是以氣洗且大幅縮減清洗時間，並減少了過濾水之逆洗用水量，能有效減少運轉成本，提高回收率。
本研究以化學機械研磨廢水（chemical mechanical polishing, CMP）作回收率模廠測試，測試機台建置於目的事業單位，以實際廢水連續流之方式進行測試，掃流式運轉以階段性逐步提昇回收率，求得最適合之操作條件，進而以此數據進行整廠處理需求量之規劃建置。另外運用全流式運轉測試，比較兩種運轉模式回收率及運轉差異。以測試水源測試結果，整體回收率全流式運轉96.52%優於掃流式運轉35%∼44%，掃流式運轉須以過濾水進行逆洗，降低整體回收率。

Abstract
Film processing equipment has the advantages of high efficiency, low pollution, large processing capacity and small equipment. Although the film has been studied and developed a large number of materials, the actual development of commercial use of practical value of the film is not much; therefore, in the choice of film processing system, the technical and economic factors should be taken into consideration.
The scaling and fouling of the film system are common operating situations, which result in a substantial increase in the cost of water regeneration, also affect the stability of the treatment equipment and other issues. At present, most of the ultra filtration membrane operation is cross-flow operation to maintain the stability of the system and continuous operation, but it needs a large backwash waters to enhance the fluid flow rate, continuous concentrated water discharge, and the use of filtered water for backwashing to recover the flow. In addition to energy consumption, the use of filtered water for backwashing procedures also reduced the overall recovery rate. Though the direct flow operating reduces the production cycle of each membrane, the cleaning method – washing, is greatly reducing the cleaning time and the volumes of filtered water for backwashing, which can effectively reduce operating costs and improve the recovery rate.
In this study, the recovery rate test was performed by the use of chemical mechanical polishing wastewater. The test unit placed in the targeted institution and the test was proceeded by the way of continuous flow of the wastewater. The cross-flow operation was carried out to improve the recovery rate step by step to obtain the most suitable operating conditions, and further to use the data to plan and organize the demand for the whole plant. In addition, the dead-end operation is also performed in the test to compare the recovery rate and the feasibility of the use of the plant.The results of the waste water test,the overall recovery rate of 96.52% of the dead-end operation is better than the cross-flow operation 35% to 44%,cross-flow operation should be filtered water for backwash to reduce the overall recovery rate.

目錄
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
表目錄 viii
圖目錄 x
第一章 前言 1
1.1 研究緣起 1
1.2 研究目的 2
第二章 文獻回顧 3
2.1 CMP製程技術及廢水特性 3
2.2 現行CMP廢水處理方式 4
2.3 薄膜程序處理CMP廢水 10
2.4 薄膜程序 14
2.4.1 薄膜分離程序的種類 14
2.4.2 壓力驅動的薄膜程序 15
2.4.3 UF膜以外觀上的分類 15
2.4.4 薄膜的濾徑差異及過濾功能 15
2.4.5 薄膜的親疏水性 17
2.4.6 薄膜的材質差異 19
2.4.7 親疏水性有機物對薄膜過濾通量之影響 22
2.4.8 中空纖維薄膜過濾型式說明 24
2.5 薄膜的阻塞與理論 27
2.5.1 薄膜的結垢種類 27
2.5.2 薄膜通量影響 29
2.5.3 水質監測指標 32
2.5.4 濃度極化 32
2.5.5 薄膜性能的數學模式 34
2.5.6 優先吸附理論 35
2.5.7 超濾膜分離過程的強化方法 36
2.6 掃流式過濾相關研究 38
2.7 截流式過濾相關研究 40
第三章 研究方法及設備 42
3.1 研究方法 42
3.2 運轉實驗流程 42
3.3 測試模組設計及動作流程 42
3.3.1 掃流式運轉系統及動作流程 43
3.3.2 所需材料設備及圖例說明: 45
3.3.3控制流程說明 46
3.3.4 全流式運轉系統及動作流程 48
3.3.5 機台視景圖 51
3.4 UF膜規格及差異比較 53
3.4.1 DOW UF膜之基本資料 53
3.4.2 DOW UF膜之原廠建議操作條件 54
3.4.3 KURARAY UF膜之基本資料 55
3.4.4 模絲單邊固定之差異說明 56
3.4.5 全流式運轉UF膜逆洗說明 57
3.4.6 兩種UF膜之差異比較 58
3.5 掃流式運轉測試說明 59
3.5.1 規劃與目標設計值 59
3.5.2 目標設計值 59
3.5.3 運轉條件限制: 60
3.5.4 測試流量說明: 60
3.5.5 檢測項目: 60
3.5.6 目標運轉產水及排放水量設定 60
3.6 全流式運轉測試記錄說明 61
3.6.1 系統設計規劃 61
3.6.2 設計基準 61
3.6.3 設計值: 62
3.6.4 取樣測試 63
第四章 結果與討論 65
4.1 掃流式運轉測記錄 65
4.1.1 第一階段測試說明 65
4.1.1.1 運轉設定條件 65
4.1.1.2 測試數據分析 65
4.1.1.3 測試結論 67
4.1.2 第二階段測試說明 67
4.1.2.1 運轉設定條件 67
4.1.2.2 測試數據分析 67
4.1.2.3 測試結論 68
4.1.3 第三階段測試說明 69
4.1.3.1 運轉設定條件 69
4.1.3.2 測試數據分析 69
4.1.3.3 測試結論 70
4.1.4 第四階段測試說明 71
4.1.4.1 運轉設定條件 71
4.1.4.2 測試數據分析 71
4.1.4.3 測試結論 72
4.1.5 第五階段測試說明 72
4.1.5.1 運轉設定條件 72
4.1.5.2 測試結論 73
4.2 掃流式運轉測試結果 73
4.3 全流式運轉測試結果 75
4.4 掃流式運轉整體評估 76
4.5全流式運轉整體評估 79
4.6 運轉差異比較 79
4.6.1 每日處理水量差異 79
4.6.2 處理水量及運轉成本分析比較 81
4.6.3 回收成本比較 82
4.6.4 建置成本攤提回收比較 83
第五章 結論與建議 85
5.1 結論 85
5.2 建議 86
參考文獻 87
6.1 中文參考文獻 87
6.2 英文參考文獻 90
附錄一 掃流式運轉運轉曲線 93
附錄二 掃流式運轉單次產水週期運轉數據 118
附錄三 全流式運轉單次產水週期運轉數據 125

表目錄
表2-1 研磨廢水水質特性 4
表2-2 PS膜及PVDF膜經脫附後之接觸角 18
表2-3 膜的材質優缺點比較 20
表2-4 材質親疏水性分類 21
表2-5 UF薄膜之濾液水質 39
表2-6 UF薄膜濾液對原水物質之去除率 39
表3-1 掃流式運轉控制元件動作流程 43
表3-2 一般運轉動作控制流程說明 46
表3-3 CEB動作控制流程說明 47
表3-4 全流式運轉控制元件動作流程 48
表3-5 全流式運轉高濁度操作流程及閥門動作 50
表3-6 DOW SFP&SFX2660 UF膜之原廠建議操作條件 54
表3-7 KURARAY FG-0101-S4 UF膜之基本資料 55
表3-8 兩種UF膜規格差異比較 58
表3-9 掃流式運轉設計流量 59
表3-10 CMP BG取樣廢水水質檢測 64
表4-1 掃流式運轉回收率與產水量 73
表4-2 掃流式運轉濁度去除率 74
表4-3 掃流式運轉SiO2去除率 74
表4-4 每日處理水量比較表 80
表4-5 處理水量規劃及成本分析 81
表4-6 回收成本分析比較 82
表4-7 UF系統建置攤提比較 84

 
圖目錄
圖2-1 水中所含雜質大小比較 16
圖2-2 各種膜濾徑及可過濾物質粒徑分佈 16
圖2-3 親疏水性接觸角比較 17
圖2-4 親疏水性接觸角示意圖 17
圖2-5 掃流式過濾及濾速示意圖 24
圖2-6 全流式過濾及濾速示意圖 25
圖2-7 inside-out內壓式中空纖維UF膜 26
圖2-8 outside-in外壓式中空纖維UF膜 26
圖2-9 定時逆洗薄膜流通量回復情形 29
圖2-10 臨界通量下，通量對穿膜壓力的影響 30
圖2-11 固定通量下，通量對穿膜壓力的影響 31
圖2-12 優先吸附-毛細管流動機制示意圖 36
圖2-13 截流過濾試驗濾液濁度去除率與進流水濁度 41
圖3-1 掃流式運轉系統流程圖 44
圖3-2 全流式運轉閥門控制示意圖 49
圖3-3 全流式運轉機台視景圖 51
圖3-4 掃流式運轉機台視景圖 52
圖3-5 DOW SFP&SFX2660 UF膜外觀尺寸 53
圖3-6 KURARAY FG-0101-S4 UF膜之外觀尺寸 55
圖3-7 KURARAY膜絲相片 56
圖3-8 單邊固定膜絲阻塞示意圖 56
圖3-9 全流式運轉膜絲阻塞與逆洗相片 57
圖3-10 全流式運轉膜絲逆洗示意圖 57
圖3-11 CMP BG廢水粒徑分析 63
圖3-12 CMP BG取樣過濾試驗 63
圖3-13 CMP BG廢水水質透視度相片 64
圖4-1 全流式運轉運轉曲線 75
圖4-2 掃流式運轉單次週期流量曲線 77
圖4-3 掃流式運轉單次週期壓力曲線 78

6.1 中文參考文獻
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