天然有機物對於薄膜之影響

造成最嚴重的通量衰減，30 小時操作後薄膜通量僅初始通量的 48 %。

2001 年 Fan 等人取用澳大利亞三處的天然原水，並讓原水依次 流過填充 DAX-8、XAD-4 及 IRA958 三種樹脂之管柱進行親疏水性 分離，吸附於 DAX-8 者為 Hydrophobic acid，通過 DAX-8 吸附於 XAD-4 者為 Transphilic acid，通過 DAX-8、XAD-4 吸附於 IRA-958 者為 Hydrophilic charged compounds，通過所有管柱者為 Hydrophilic neutral compounds。薄膜則採用疏水性及親水性 PVDF 兩種，實驗結 果 發 現 上 述 四 種 不 同 部 分 對 於 通 量 衰 減 影 響 由 大 至 小 分 別 為 ： hydrophilic neutral compounds、hydrophobic acid、transphilic acids 及 hydrophilic charged compounds；但是在一般觀察中認為 aromaticity 越 多通量衰減越嚴重，而 aromaticity 大多數存在於 hydrophobic acid 和 transphilic acids 中，於 hydrophilic neutral compounds 中並不多見，因 此推論 hydrophilic neutral compounds 之積垢是由其他因素造成，需要 進一步實驗探討其積垢機制。(Fan et al., 2001)

Lee et al. (2004) 以法國四條河流為原水分離親疏水性，並使用兩 種不同親疏水性之 UF 及 MF 薄膜，於 Dead-end 方式下定壓進行實 驗。研究指出無論在何種薄膜試驗中，親水性較高之原水所造成的通 量衰減都較為嚴重，但作者並未針對此現象進一步說明原因。

2.4.2 分子量分佈對於薄膜之影響分子量分佈對於薄膜之影響分子量分佈對於薄膜之影響分子量分佈對於薄膜之影響

在文獻中，分子量分離的方式包括使用 SEC (Size exclusion chromatography) 如膠體過濾層析法(Gel filtration chromatography，

GFC) 及膠體滲透層析法 (Gel permeation chromatography，GPC)，以 及 UF 薄膜過濾分離；其中 GFC 使用水相親水性填充管柱，適用於 分離生物聚合物及黃酸、腐植酸等天然有機物，GPC 則常見於分離 合成性聚合物之分子量，以上兩者與 UF 相比之下較容易受到 pH 值 影響，在分子量分佈方面容易有高估的情況發生 ^{(林氏，1998)}。

Lin et al. (2000) 利用腐植酸溶液為水樣，以 DAX-8 樹脂分離親 疏水性，以 GFC 分離分子量大小，以 UF 薄膜 (PS) 過濾得到結果為 無論是未分離或親、疏水性腐植酸，分子量越大者越容易造成通量衰 減，實驗結果亦指出最容易造成通量衰減的分子量範圍介於 6.5 至 22.6 kDa 之間，作者認為原因在於小分子量者會直接通過薄膜孔洞，

不會沈積在薄膜表面，因此不會造成通量衰減。

Carroll et al. (2000) 以 PP 材質之 MF 薄膜進行實驗，水樣為澳大 利亞之河川水，並事先以 0.2 µm 濾膜過濾，在 600 分鐘過濾後滲出 液之流量約為初始的 45 %，因此造成薄膜積垢者應該為溶解性小分 子 NOM，此結論與上述 Lin et al. (2000) 之結果相反。

而 2001 年 Fan 等人指出分子量大於 30 kDa 之有機膠體為薄膜積 垢的主因，堵塞機制為覆蓋薄膜孔洞影響滲流率；因此後續實驗利用 10 kDa 或 30 kDa 之薄膜先行過濾原水，有效改善後續薄膜處理時通 量衰減的情形，作者建議在處理含高 NOM 之原水時先以較密實之薄 膜前處理，以延長後續薄膜的處理效能。(Fan et al., 2001)

在 Howe 及 Clark (2002) 的研究中，選用天然原水並以不同孔 徑之 UF 薄膜進行分子量分離，薄膜試驗採用不同材質及孔徑之薄膜 進行；於分子量分離後經 0.2 µm PP 薄膜過濾，由結果得知分子量小 於 3 kDa 者僅造成 15 %之通量下降，但小於 100 kDa 者則可造成 40 % 的通量衰減，因此可以推論主要造成薄膜積垢之 NOM 分子量範圍介 於 3 kDa 至 100 kDa 之間；而以玻璃纖維濾紙去除顆粒物質，100 kDa CA 薄膜分離分子量，再以 20 kDa PES 薄膜過濾的實驗中發現，超過 75 %之積垢是由分子量小於 100 kDa 之有機物造成；綜合以上兩個實 驗並經由分子量及粒徑換算公式可得知主要之積垢物質為粒徑介於 20 至 30 nm 間的有機膠體，而非溶解性有機物質。(Howe and Clark, 2002)

2.4.3 金屬離子對於薄膜過濾天然有機物之影響金屬離子對於薄膜過濾天然有機物之影響金屬離子對於薄膜過濾天然有機物之影響金屬離子對於薄膜過濾天然有機物之影響

Yoon et al. (1998) 利用 NF 在定壓 10 bar 下，添加不同濃度鈣離 子並改變 pH 值進行實驗；實驗結果顯示薄膜及腐植酸中的官能基會 隨著 pH 值升高而逐漸解離，兩者所帶負電皆增加，因此腐植酸吸附 於薄膜上之能力會隨 pH 值上升而減少；當添加鈣離子後，鈣離子會 在腐植酸與薄膜之間形成架橋作用 (如圖 2-5)，當 pH 值升高會提供 鈣離子更多鍵結位置，使得腐植酸吸附量隨著 pH 值上升而增加；因 為以上隨 pH 值改變之靜電排斥力及架橋作用，因此 NF 薄膜過濾在 有鈣離子存在的情況下會有一個最佳 pH 值，在此 pH 值下最不易有 積垢現象發生。

圖 2-5 腐植酸吸附機制 (a)凡德瓦爾力及靜電排斥力 (b)官能基與鈣 離子之架橋作用(Yoon et al., 1998)

1999 年 Yuan 和 Zydney 以 100 kDa 或 0.16 µm 的 PES 薄膜過濾 腐植酸溶液，在實驗中添加 NaCl、CaCl2及 MgCl2三種不同金屬離子 並固定離子強度，研究發現加入金屬離子濃度越高則通量衰減越驅嚴 重；三種不同金屬離子以 CaCl2造成的積垢最為嚴重，MgCl2次之，

以肉眼觀察薄膜表面亦發現添加 CaCl2及 MgCl2者會具有一層褐色沈 積物，作者推論 CaCl2及 MgCl2兩者造成的積垢程度不同乃因為與腐

植酸的鍵結能力不同。以黃酸而言，與鈣離子鍵結後的穩定常數即高 於與鎂離子鍵結者，因此估計腐植酸亦有相同情形。(Yuan and Zydney, 1999)

文獻中(Aoustin et al., 2001)亦曾指出腐植酸溶液於中性或鹼性狀況下，

使得積垢現象更為嚴重。(Seidel and Elimelech, 2002)

Li and Elimelech (2004) 利用不同之 NF 薄膜進行實驗，並分別