林正芳Lin, Cheng-Fang臺灣大學:環境工程學研究所楊秀蘭Yang, Hsiu-LanHsiu-LanYang2010-05-102018-06-282010-05-102018-06-282008U0001-0107200815255500http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/181528超音波輔助薄膜過濾程序，可以用來有效清除超濾薄膜過濾溶解性有機物所造成之積垢。本研究應用低頻超音波(20 kHz)及高頻超音波(40 kHz)清洗超濾薄膜積垢，藉由超音波之氣穴現象將不可逆積垢清除，並配合NaOH浸泡，達到更佳之去除效果。藉由膠體層析法(GFC)觀察在不同超音波及不同震盪時間下，對腐植酸分子大小變化，震盪時間愈久，凝聚現象愈明顯，且在高頻超音波下降解能力較好，因為波長短、擠壓停留時間短、產生氣穴現象較多、OH基相對也較多，較能將腐植酸破壞降解。 用超音波輔助薄膜過程序，不同孔徑(10 kD和100 kD)下，以不外加超音波清洗、低頻超音波清洗、高頻超音波清洗下，其通量回復率為37%、90%、82%和23%、80%、68%，小孔徑較大孔徑效果好且低頻清洗較高頻佳，大孔徑薄膜由於孔徑內部積垢量較多，難深入清洗，通量回復率以小孔徑較大孔徑薄膜為佳；低頻波長長且擠壓停留時間長，所產生的氣穴現象較能將表面積垢物帶走，能將薄膜清洗比較乾淨，薄膜表面積垢受低頻氣泡崩壞現象較高頻效果佳。 結合NaOH浸泡輔助清洗，以低頻超音波清洗、高頻超音波清洗下，其通量回復率分別提升至99%、94%和98%、92%，藉由OH基氧化水解有機積垢物，並將表面膠體層或孔隙內積垢分解，且在超音波發射瞬間可以觀察到氣泡將具濁度物體從表面帶出，使得超音波氣穴現象將積垢物帶離薄膜表面，獲得較佳的清洗效果。The ultrasound assisted membrane filtration process can effectively remove fouling of ultrafiltration membrane filtration caused by dissolved organic matters product. In this study, low frequency (20 kHz) and high frequency (40 kHz) was applied for removal of fouling substances, cavitation phenomenon of ultrasound to remove irreversible fouling with the combination of NaOH to achieve better removal efficiency. By observing the gel filtration chromatography (GFC) with different ultrasound frequency and time, and the molecular size of humic acid, the longer time of ultrasound, coagulation phenomenon is more domination. Therefore, the degradation rate if better under high frequency of ultrasound, the shorter of the wavelength, the compress detention time is shorter with more dominant of cavitation phenomenon, and more OH radical produced, the humic acid can completely degrade. The ultrasound assisted membrane filtration process with different pore diameter under absent of ultrasound cleaning、low frequency and high frequency of cleaning, with flux recovery of 37%、90%、82% and 23%、80%、68% respectively. Small pore has better result than large pore while low frequency of ultrasound has higher cleaning efficiency. This is because fouling more likely to happen in large pore and it is hard to clean the inner part. Low frequency will have longer wavelength and compress detention timer, this will removed fouling of membrane surface. The combination of NaOH to assisted cleaning at low and high frequency ultrasound of cleaning, the flux recovery can enhanced up to 99%、94% and 98%、92%. The additional NaOH can make OH radical oxidized and hydrolysis the organic fouling. The data results suggest that cavitation associated with NaOH may produce more bubbles collapse phenomena, which can easily ensues fragmentation or abrasion on surface fouling.誌謝 I要 IIbstract III錄 V目錄 VIII目錄 XII一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的與內容 2二章 文獻回顧 3 2.1 水中天然有機物 3 2.1.1 水中天然有機物的組成 3 2.1.2 腐植酸的基本特性 4 2.1.3 腐植酸分子量分佈與特性 5 2.2 GFC分子大小分離 7 2.2.1 GFC分離原理 7 2.2.2 凝膠類型 9 2.2.3 GFC分離水中天然有機物 10 2.3 薄膜處理程序 10 2.3.1 薄膜程序的優點與應用 10 2.3.2 薄膜材質與形式 10 2.3.3 薄膜分類 12 2.3.4 薄膜分離機制與應用 12 2.3.5 薄膜積垢生成 12 2.3.6 薄膜阻塞模式 13 2.3.7 薄膜積垢清除 15 2.4 超音波技術 17 2.4.1 超音波原理 17 2.4.2 超音波輔助UF薄膜過濾與清洗機制 18 2.4.3 超音波操作條件 22 2.4.4 超音波頻率之影響 24三章 實驗材料與方法 25 3.1 實驗內容與項目 25 3.2 實驗設備 28 3.2.1 GFC分離設備與藥品 28 3.2.2 自動化薄膜程序控制系統 29 3.2.3 薄膜及超音波模組設備 31 3.3 實驗材料 34 3.4 實驗步驟與方法 35 3.4.1 腐植酸溶液之配置 35 3.4.2 腐植酸之分子量分佈 35 3.4.3 薄膜前處理 36 3.4.4 薄膜過濾操作 37 3.4.5 超音波輔助薄膜過濾 38 3.4.6 積垢清除 39 3.5 分析儀器設備 40 3.5.1 總有機碳(TOC)分析儀 40 3.5.2 雷射光繞射粒徑分析儀 41 3.5.3 紫外線-可見光光譜儀(UV 254) 41 3.5.4 場發射電子顯微鏡(FEG-SEM) 42 3.5.5 原子力顯微鏡(AFM) 42四章 結果與討論 44 4.1 GFC分離腐植酸分子量 44 4.2 GFC分離超音波施加之腐植酸 46 4.2.1 未過0.45 μm濾膜 46 4.2.2 過0.45 μm濾膜 47 4.3 超音波輔助薄膜清洗程序 52 4.4 超音波前處理 55 4.5 超音波結合化學清洗過程 57 4.6 薄膜表面分析 61 4.4.1 場發射電子顯微鏡分析(FEG-SEM) 61 4.4.2 原子力顯微鏡分析(AFM) 67五章 結論與建議 71 5.1 結論 71 5.2 建議 72考文獻 73錄 78application/pdf9023187 bytesapplication/pdfen-US溶解性有機物超濾薄膜氣穴現象不可逆積垢膠體層析法通量回復率Dissolved organic mattersUltrafiltration membraneCavitation phenomenon、Irreversible foulingGel filtration chromatographyFlux recoverythesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/181528/1/ntu-97-R95541103-1.pdf