16 9月 2006

防水系胺基纖維素與水性PU或液態PTFE

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薄膜系統為環工常用的分離技術之一,特別是用在分離及淨化方面。薄膜過濾為使單一進流液體分成兩道出流液體,一道液體中特定物質經半滲透性薄膜集中濃縮後,濃度明顯高於另一道液流。
薄膜系統具有將微粒自溶解性物質分離,或由溶解性物質自身分離之能力,故薄膜系統可應用在濃縮或純化最終產物。選用適當的薄膜,可隔離特定尺寸的溶解物,並允許其他類的溶解性物質滲透過薄膜。由於薄膜具有可靠度及成本效益,故用來進行選擇性分離使用,以增加產物之獲得,而毋須使用添加物、膠凝劑、預覆化學物質(pre-coat chemicals)等。另進流水水質變動幅度大時,對於過濾的品質僅有小幅度的影響,亦由薄膜過濾的優點之一。
薄膜種類
  進流液體的特性為選擇薄膜種類的主要決定因素之一,例如:溶解性固體的成分、溶解性物質的分子重、及懸浮物質的特性及濃度。進流時的pH及溫度亦為選擇薄膜種類的因素之一。
由附表及圖得知逆滲透(reverse osmosis, RO) 可過濾最小的分子,其用途為水或下水方面的淨化。接著為奈米過濾(nanofiltration, NF)、超過濾(ultrafiltration, UF),及最後的微過濾(mircofiltration, MF),MF主要用在次微米微粒的過濾。從以上的過濾種類可知這些分離程序的不同主要為分離尺寸由數埃(angstroms, 10-10m)至數微米(microns, 10-6m ),薄膜內部壓力大小自高壓系統的1,000psi至低壓系統的15psi。
RO運用緊緻的薄膜過濾大部分的溶解性物質如低分子量有機物、糖及鹽類等,其系統壓力須大於含溶解性物質的水或溶劑的滲透壓,以穿透半透膜,故常用來處理廢水如掩埋場滲出水或濃縮柳橙汁、茶或咖啡等。
NF為介於RO及UF之間的過濾方式,常用於除礦化(demineralization)和濃縮去除分子量在100~500的物質。
UF在工業上的用途廣泛,如染整廢水及紙漿廢水,或果汁的澄清等。
MF則運用於較大尺寸的過濾,常用材質為陶製或聚合物(polymeric),用途為廢水處理、食品、飲料、藥品及化學工業等。
薄膜外觀與材質
  薄膜技術的發展主要為兩方面,其一為薄膜包裝的方式,如管狀式(tubular)、螺旋式(spiral)、平板式(flat-sheet)及中空纖維式(hollow-fiber)等各種不同幾何特徵,另一則為薄膜材質,薄膜材質常為聚合物或陶製物。
管狀式薄膜的主要優點可處理具高濃度懸浮固體的黏滯性液體,並可以化學或機械方式清理薄膜。管狀式聚合物薄膜通常裝置於不鏽鋼或塑膠模組內。螺旋式薄膜其優點為高裝填密度(high packing density),將濾材如同三明治般包覆起來,因高裝填密度的緣故具有較高的可供過濾薄膜表面積,惟使用時需小心進行預過濾(pre-filtration)濾除懸浮固體,以避免阻塞。中空式纖維薄膜為在每一中空部分含有突出纖維(extruded fibers)之高裝填密度薄膜,過濾方式可由內向外過濾或由外向內過濾,可進行反沖洗。雖然其對懸浮固體的忍受度較螺旋式為高,但使用上仍常加上預過濾程序,以保護薄膜。薄膜在不間斷使用時壓力需小於30 psi。
實務上,聚合物製螺旋式薄膜通常用在高產物產量需求時;而聚合物管狀式薄膜適用於需較少的維護操作,及含有懸浮物質之高黏滯度流體狀態,其常以機械式清理。聚合物薄膜可使用於侵蝕性或酸性狀態下,如化學回收及廢棄物質減量方面。陶製薄膜的選擇受薄膜實際應用所處之環境、溶劑濃度、pH值範圍及其他因子所限,故常應用於UF及MF等較大尺度物質之過濾及分離。陶製薄膜的設置成本高於傳統聚合物薄膜,但其操作壽命較長,故可抵銷初期較高的設置成本。
依據污染防治、水處理工程等目的之不同,所採用的薄膜即有所差異。在實務應用方面,可藉由標準設計的方式,以最少的測試方式來設計薄膜單元;或另由工程師依薄膜用途、操作方式及設計準則進行初步評估(preliminary assessment)及廣泛的測試程序,以決定薄膜種類、建置設備容量、操作成本、期待被濾出的成分(desired composition of the "permeate")及殘留物(retentate)等,故如何有效應用薄膜分離技術投入污染防治、水處理工程及物質分離的領域,仍有待環保界貢獻心力。(黃健琨)

             各類薄膜技術之比較表
           
               各類薄模示意圖