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moea_joint_essay 112年 [環工] 環境管理與空污防制、水處理技術

第 二 題

📖 題組:
台灣因水資源開發不易,未來持續規劃設置海水淡化廠,請回答下列問題:(3題,共 15分)
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (二)

逆滲透系統之濾膜裝置有哪些形式(3 分)?其中哪些形式適用於海水淡化(2 分)?

思路引導 VIP

列舉四種常見的 RO 模組形式(管狀、中空纖維、螺旋捲、平板),並說明因填充密度和耐壓性,適合海水淡化的是螺旋捲式和中空纖維式。

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  1. 逆滲透系統常見之濾膜裝置(模組)形式主要有下列四種: (1) 螺旋捲式 (Spiral-wound) (2) 中空纖維式 (Hollow-fiber)

小題 (一)

簡述逆滲透之基本原理。(5 分)

思路引導 VIP

說明何謂自然滲透、滲透壓,以及在濃溶液端施加外力大於滲透壓時,水分子反向通過半透膜的過程。

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逆滲透 (Reverse Osmosis, RO) 是一種利用半透膜分離溶劑與溶質的薄膜分離技術。其基本原理為: 在自然狀態下,若以半透膜將純水(或稀溶液)與濃溶液隔開,水分子會自發性地從稀溶液側透過半透膜流向濃溶液側,此現象稱為「滲透」,直到兩側產生之液位差形成足以阻止水分子繼續流動的壓力為止,該壓力差即稱為「滲透壓」。 若在濃溶液側施加一個大於滲透壓的外部壓力,便可迫使濃溶液中的水分子克服自然滲透趨勢,逆向穿過半透膜流向純水(或稀溶液)側,而將鹽類等溶質截留於濃溶液側,此違反自然滲透方向的物理過程即稱為「逆滲透」。

小題 (三)

說明 RO 膜之顆粒或膠體性阻塞現象及其機制。(5 分)

思路引導 VIP

解釋進水中如果含有小顆粒、膠體(如矽膠、鐵鋁氫氧化物、黏土)會在膜表面堆積形成濾餅,造成通量下降;機制為濃差極化與物理截留。

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  1. 阻塞現象 (Fouling): 當進水中含有懸浮微粒、膠體物質(如矽酸鹽膠體、黏土、氫氧化鐵及氫氧化鋁等)時,由於 RO 膜的孔徑極小,這些物質無法穿透膜體,會逐漸在膜表面或進水流道內積累,形成一層具有阻力的「濾餅層 (Cake layer)」或污堵層。此現象會導致膜的透水通量(Flux)明顯下降、系統的跨膜壓差(TMP)上升,且產水水質可能變差。
  2. 阻塞機制:

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