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有機聚合管式膜過濾技術 polymeric tubular membrane filtration (PTMF)

技術規模 實廠測試/運轉

適用對象晶背研磨廢水(wafer back grinding)、化學機械研磨廢水(chemical mechanical polishing)

技術成熟度TRL 9商業化運行或量產

技術分類

  • 綠色分離
  • 高效去除
  • 循環回收

污染物

  • 懸浮固體

4L+C

  • 循環經濟
  • 低碳排放/低耗能
  • 低污染

適用行業及污染物(濃度)

適合無機顆粒廢水、金屬氧化物廢水、乳化油廢水。

廢水來源的顆粒物大小直徑需小於6mm,SS含量最高可允許50,000 mg/L。

技術原理

  • 錯流過濾:進流水大部分沿著膜管內壁流動,僅部分水分子與小分子溶質穿過膜。剪切力持續作用於膜表面,減少粒子或膠體沉積,降低濾餅形成速率。
  • 選擇性阻隔機制:依膜孔徑大小與材質特性,阻擋懸浮固體、膠體、部分大分子有機物。

技術概述

  • 膜型態:有機高分子管式膜,流道寬、內徑有6~12 mm。管式膜孔徑經薄膜孔徑分析儀(PMI porometer, CFP 1500)分析為25 nm至27 nm之間,其中又以27 nm占比90%最高。針對廢水中粒徑大於30 nm的顆粒有很好的處理效果。
  • 結構優勢:耐壓性佳(複合膜結構,斷裂)、跨膜壓差低,操作能耗較低。
  • 應用特點:適合處理高濃度固體含量廢水,如化學機械研磨廢水、食品加工廢水等。可連續過濾並同時執行清洗,不需停機。廣泛應用於資源回收、循環水利用、環保處理等領域。

重要操作參數

  • 操作壓力:0.1~2.0 bar,依應用需求調整。
  • 操作流速:0.5~3.0 m/s,以維持膜面剪切力。
  • 溫度範圍:常溫至~50°C。
  • pH 耐受範圍:通常 2~11。
  • 濾液回收率:高達90%,依水質與系統設計。
  • 自動清洗頻率:視情況可數小時至數天執行一次

技術限制與優化方向

  • 高濃度強酸、強氧化劑或高溫條件下,聚合物材質容易降解
  • 無法去除溶解性鹽類,需搭配 NF/RO 或其他深度處理技術

符合 4L+C 資源循環、節能減碳

循環經濟、低碳排放/低耗能、低污染

低污染

相較傳統針對含矽廢水的混凝沉澱程序減少100%化學藥劑用量。

低碳排放/低耗能

相較於混凝沉澱程序去除矽顆粒,減少100%化學藥劑用量。相較於全流過濾(dead end)過濾模式,管式膜較不容易污堵可減少20%清洗的藥劑費用。

循環經濟

回收98%以上含矽廢水中含矽物質(管式膜孔徑為27 nm可知針對廢水中粒徑大於30 nm的顆粒有很好的處理效果)

技術流程

有機聚合管式膜於晶圓切割研磨廢水實廠設置照片
圖1、有機聚合管式膜實廠設置照片
廢水經PTM過濾後濁度大幅下降(<1 NTU)且COD<50 mg/L,水質顏色明顯清澈。
圖2、PTM過濾前後水樣照片

資料來源

參考文獻

Cho, H., et al. (2016). Application of tubular membranes for surface water treatment: effect of membrane properties and operation modes. Desalination and Water Treatment, 57, 10077–10085

Jassim, Z.S., et al. (2024). Polymeric Membranes for Industrial Wastewater Treatment: A Review. International Journal of Environmental Impacts. 7(3), 395-408