以 MF 結合多層過濾結構應用於微藻收集及濃縮

1. 藍得彰，工業技術研究院綠能與環境研究所副研究員藍得彰，工業技術研究院綠能與環境研究所副研究員 陳國帝，工業技術研究院綠能與環境研究所研究員 白明德，工業技術研究院綠能與環境研究所研究員 朱正男，工業技術研究院綠能與環境研究所副研究員 林昀輝，工業技術研究院綠能與環境研究所經理 李宏台，工業技術研究院綠能與環境研究所組長 報告人:黃硯毓 以MF 結合多層過濾結構應用於微藻收集及濃縮

2. 前言 研究方法 結果與討論 結論 目錄

3. 長期以來造成水質惡化的微藻，近年來卻受到各界的矚目，係因微藻生長快速，且部分藻種富含大量油脂，因此認為是極有希望成為未來製造生質柴油的料源之一，相關學者表示，1 公頃土地培養微藻的油脂年產量可高達100 噸以上，遠高於種植其他植物的年產油量。 傳統的淨化程序，如混凝、沈澱及砂濾等，平均除藻率在90～99％之間，亦即仍約有1～10％微藻於配水管網內死亡、分解，引起餘氯衰減及水質惡化等問題。 前言

4. 依美國ASP( Aquatic Species Program) 計畫的分析，濃縮分離與乾燥脫水程序所需成本即約佔藻油生產總成本的38%，而藻體細胞的收集至少佔全部生產成本的20-30％（Gudin and Therpenier, 1986），目前尚無一種有效而通用的方法，可以有效降低能耗及成本，以及提高細胞截留率。 本研究將以不同材質及孔徑薄膜搭配具高吸水性的聚乙烯醇（Polyvinylalcohol，簡稱PVA）泡棉所構成的多層過濾結構來收集擬球藻（Nannochloropsisoculata）藻液，探討單層薄膜與多層過濾結構過濾濾速以及細胞截留率之差異、多層過濾結構系統與真空過濾、掃流過濾等功能之能耗比較，以及濾膜重複使用對於濾速之影響，未來將進一步規劃最佳的組合方式，開發低耗能、低成本的收集技術。 前言(續)

5. 研究方法 1.藻液製備 2.過濾材質選擇 3.多層過濾結構收集測試平台

6. 研究方法(續) 多層過濾結構收集測試平台 圖1 過濾面積為7 cm2，本多層過濾結構於進行過濾試驗時，由下方對泡棉吸水層間段施壓，並於下方盛盤承接濾液，並直接於電子天平上直接讀出不同過濾時間時的累積濾液量，可計算單位時間濾液累積量，進而求出過濾通量。實驗完成後，並量測濾液與原藻液濃度以計算細胞截留率。

7. 結果與討論 1.不同材質濾膜結合PVA泡棉輔助過濾 圖2 不同濾膜過濾實驗結果比較 (實心：單層濾膜；空心：多層過濾結構； 圓形：1μm Nylon 濾膜；三角形：0.8μm PES 濾膜；正方形：0.45μm Nylon濾膜；菱形：0.2μm Cellulose Acetate 濾膜)

8. 結果與討論(續) 2-1多層過濾結構系統與真空過濾、掃流過濾功能與能耗比較 圖3100μm PVA 泡棉擠壓之壓力量測結果

9. 2-2多層過濾結構與單層濾膜過濾(未以PVA泡棉輔助)收集結果進行比較2-2多層過濾結構與單層濾膜過濾(未以PVA泡棉輔助)收集結果進行比較 結果與討論(續) 表1 泡棉輔助多層過濾與單層過濾除水之濾液量及除水能耗比較 由結果得知，使用Nylon 濾膜結合PVA 泡棉並規律擠壓，過濾30分鐘之濾液量為Nylon單層濾膜過濾之4.5 倍，然而擠壓所需能耗僅增加3 Wh/m3，遠較基本能耗（如濾膜清洗等）要低。

10. 結果與討論(續) 3 濾膜重複使用對於濾速之影響 表2 多層過濾結構以PVA 泡棉擦拭重複過濾使用的過濾通量變化 結果所示，經連續6 次擦拭重複過濾實驗，與新鮮濾膜相比，30分鐘平均過濾通量衰減率約保持在11％，並未有明顯因為重複使用而逐次增加趨勢，顯示搭配濾膜的多層過濾結構可以藉由PVA 泡棉的擦拭而重複多次使用。

11. 結論 以Nylon 薄膜與聚乙烯醇構成的多層過濾結構（1μm Nylon 濾膜/50μm 泡棉 / 100μm泡棉）來收集擬球藻液，比單層的Nylon 薄膜可提高初始10 分鐘平均濾速175％，可提高30 分鐘總過濾量188％，而增加的擠壓除水能耗僅約3 Wh/m3。 2.證實本研究開發多層過濾結構可以以低動力耗損有效提高過濾速度。

12. 結論(續) 3. 多層過濾結構在累積過濾30分鐘至生物堵塞造成濾速下降後，以擦拭方式除去表面堵塞生物膜，可以恢復濾速至全新濾膜的88％以上。顯示搭配濾膜的多層過濾結構可以藉由擦拭去除堵塞的藻細胞後重複多次使用。 4. 目前本研究已完成多層過濾結構收集微藻試驗與評估，並且正著手開發應用多層過濾結構的帶濾機，作為可連續操作的放大示範單元，未來將逐步進行低耗能、低成本的收集技術商品化開發。

13. 報告完畢敬請指導