(1)聚氯化鋁(PACl-1)
使用日本昭和化學(SHOWA)所生產的聚氯化鋁溶液，濃度為 10
% as Al2O3、鹼化度為 45 ~ 65 %，其外觀為白色乳狀且靜置一段時間 後會有沉澱物產生。於實驗進行當日以去離子水稀釋配製為 1,000 mg/L as Al 的儲備溶液，以作為混凝劑使用。
(2)氫氧化鈉(NaOH)
使用 Panreac 所生產的氫氧化鈉，以去離子水配製濃度為 0.2、
0.1 及 0.05 M 的氫氧化鈉儲備溶液做為混凝實驗的酸鹼調整劑。
(3)鹽酸(HCl，島久純藥)
使用和光純藥所生產的鹽酸，將濃度配製成 0.5 M 並利用碳酸鈉 及甲基紅-溴甲酚綠指示劑進行濃度標定。另外，配製濃度為 0.05 及 0.1 M 的鹽酸儲備溶液做為混凝實驗的酸鹼調整劑，用以調整實驗時 所需酸鹼值。
(4)無水磷苯二甲酸氫鉀（C8H5KO4）
溶解 2.1254 克的無水鄰苯二甲酸氫鉀（KHP，anhydrous potassium biphthalate）於試劑水中並定容至 1000 mL，此溶液濃度為 1000 mg 碳 / L，作為溶解性有機碳分析儀校正標準儲備液。
(5) 高純度聚氯化鋁 (PACl-3)
由大陸中國科學院生態環境研究中心(R.C.E.E.S, Chinese
Academy of Sciences)所提供，採化學法製備。其原始總鋁濃度為 29 % as Al2O3、鹽基比為 2.3，利用硫酸根沉澱法及鋇離子取代法(SO4
2-/Ba2+
deposition-replacement method)進行提純並經冷凍法乾燥，外觀為白色 粉末狀。於實驗進行當日以去離子水稀釋配製為 1,000 mg/L as Al 的 儲備溶液，以作為混凝劑使用。
(6) 鋁標準溶液
為 High-Purity 公司所生產的鋁標準溶液，濃度為 1000 ¡ 3 µg/mL 並保存於 2 %的硝酸中，做為 ICP-OES 檢量線中各個鋁濃度的稀釋儲 備溶液。
(7) 60%Alb 含量之聚氯化鋁 (PACl-2)
由大陸中國科學院生態環境研究中心(R.C.E.E.S, Chinese
Academy of Sciences)所提供，採化學法製備。其原始總鋁濃度為 33 % as Al2O3、鹽基比為 2.1，利用硫酸根沉澱法及鋇離子取代法(SO42-/Ba2+
deposition-replacement method)進行提純並經冷凍法乾燥，外觀為白色 粉末狀。於實驗進行當日以去離子水稀釋配製為 1,000 mg/L as Al 的 儲備溶液，以作為混凝劑使用。
3.3 實驗設備及裝置
本研究所採用的實驗設備可分為兩部分：水質分析設備、微過濾 薄膜裝置，各項設備將簡述如下。
3.3.1 水質分析設備
1.酸鹼度計（pH meter）
由 WTW 公司所製造，型號為 inoLab Multi Level 1 之儀器，可同 時測量導電度和 pH 值。
2.濁度計（Turbidimeter）
由 WTW 公司所製造，型號為 Turb555 之儀器，以鎢絲燈管作為 光源，量測顆粒對光線的散射程度來求得濁度值。其偵測濁度範圍為 0.02~1750 NTU。
3.瓶杯試驗機（jar tester）
由美國 Phipps & Birds 公司所製造型號為 PB-700 之瓶杯試驗 機，最大轉數為 400 rpm，最小轉數為 10 rpm，槳葉規格為長 7.6 cm，
寬 2.8 cm。
4.總有機碳分析儀（Total organic carbon analyzer）
由日本 Shimadzu 公司所製造，型號為 TOC-5000A 之儀器。水樣 均勻攪拌及適當稀釋或減量後，在酸性的條件下，將無機碳轉換成二 氧化碳，並藉由吹氣的方式將二氧化碳吹除，此時樣品中只剩有機 碳，然後再將樣品注入內含催化劑的加熱反應器分析，而有機碳會被 氧化成二氧化碳和水，將這些二氧化碳以載流氣體送至非分散式紅外 線分析儀，檢測所得為總有機碳濃度。
5.紫外光可見光光譜儀（UV-visible spectrometer）
由日本 Hitch 公司所製造，型號為 U3010 之儀器。
6. 小角度雷射光散射粒徑分析儀（Small-angle laser light scattering instrument ）
由英國 Malvern 公司所製造，型號為 Mastersizer 2000 的小角度 雷射光散射粒徑分析儀，主要利用氦氖紅光雷射配合藍光雷射穿過一 組反傅立葉鏡頭再透過水樣中的顆粒，經過多角度偵測器量測出懸浮 液中之粒徑分佈狀況，其量測之粒徑範圍為 0.02~ 2000 £m。此分析 儀適用顆粒濃度較高且顆粒粒徑較大的水樣。
7.動態雷射光奈米顆粒/界面電位儀及分子量量測儀（Zeta-sizer）
由英國 Malvern 公司所生產，型號為 Zetasizer nano ZS 之儀器。
用以量測混凝膠凝處理後的上澄液與薄膜過濾濾液中之顆粒粒徑分
佈狀況，以及界達電位值。此儀器可偵測的顆粒粒徑範圍為 0.6 ~ 6000 nm，而界達電位所能分析範圍為粒徑介於 3 nm ~ 10 £m 之顆粒。此 測量儀適用於顆粒濃度較低、顆粒粒徑小、粒徑分佈範圍窄之水樣。
8.感應耦合電漿原子發射光譜儀(ICP-OES)
水中總鋁及總矽的量測主要是使用 ICP-OES。採用之機型係法國 製造 、 臺灣 昇 航公 司 代 理， 型 號為 Jobin-Yvon JY24 ，以 連 續式 (Sequential)偵測，通入的氣體為 Ar(6 L/min)，使用氬氣氣體純度為 99.99 %。偵測鋁及矽的波長分別為 308.215 及 212.412 nm，分析時所 配製的鋁濃度檢量線為 0 ~ 10 及 0 ~ 100 mg/L as Al；矽的濃度檢量線 為 0 ~ 100 mg/L as Si，其 R2值高於 0.995 以上。
3.3.2 截流式微過濾薄膜裝置
研究中所使用的截流式微過濾薄膜設備主要由進料槽、薄層複合 膜(Thin-Film Composite Membrane)模組、電子天秤、抽氣幫浦、抽氣 錐形瓶、電腦等設備所組成，如圖 3.1 所示。以下將簡述各項設備及 規格。
1.進料槽
採用長 11 cm，高 21 cm 之壓克力方形槽，體積為 2 L。
2.薄層複合膜模組
研究中所用之圓形薄層複合膜（Thin-Film Composite Membrane）
由美國 Gore 公司所生產，直徑為 5 cm，孔徑大小為 0.5 m，其過濾 面材質為 PTFE，而支撐材料為 PP。過濾時需將膜片置於圓形薄膜過 濾匣中，此時薄膜有效過濾面積為 0.02 m2。
3.電子天平
由 Precisa 公司所製造，型號為 XB 4200C 電子天平，負重範圍 由 0.5 g~4200 g，使用時可和電腦連線，並將量測結果即時輸出到電 腦記錄。
4.抽器幫浦
使用由 GAST 所製造之幫浦，過濾時將壓力控制在 0.65 kg/cm2， 屬低壓薄膜操作。
5.抽氣錐形瓶
由 KIMAX 公司所生產容量為 2 L 之抽氣錐形瓶，專門用來收集 經過薄膜處理後之過濾液。
6.電腦
電腦系統為 IBM 相容性個人電腦，專門用來線上紀錄電子天平 的量測結果。
圖 3-1 截流式微過濾薄膜裝置
3.4 研究步驟及架構
本研究探討預先混凝處理淨水場砂濾反沖洗水其膠羽結構對於 微過濾薄膜出水通量、使用壽命之影響且探討其濾後水直接作為公共 給水之可行性。首先將於新竹第一淨水場採集反沖洗水進行分析且進 行單元操作資料收集，以了解其淨水場反沖洗水水質變化範圍，藉由 實驗室小型微過濾薄膜設備，進行實場反沖洗水微過濾薄膜處理，並 探討膠羽結構對於過濾通量與薄膜壽命之影響；同時，過濾水需被收 集，並進行一連串水質分析，並評估薄膜過濾水直接作為公共給水之 可行性。研究架構如圖 3-2。主要實驗流程如下列章節所述。
研究架構
圖 3-2 研究架構
預先混凝處理於 Dead-end 式 MF 回收 淨水場砂濾反洗水之研究
新竹第一淨水場各處理單元資料收 集及收集分析反沖洗水質
不同混凝機制選擇條件 不同鋁型態混凝劑
(混凝劑鋁型態定性及定量)
膠羽特性探討
薄膜使用效率 濾餅壓縮係數量測
膠羽強度常數量測
膠羽碎型維度及膠 羽粒徑變化量測
薄膜通量試驗 濾後水質量測 薄膜阻塞機制
探討膠羽特性對於薄膜使用效率之影響
1.反沖洗水採樣
預先聯絡廠方，於過濾進行反洗程序指定時間到達淨水場進行採 樣。採樣完成後，詢問廠方關於淨水場操作方面資料，如淨水處理流 程、砂濾池形式、砂濾池反洗時間、反沖洗水水量及其處理狀況等資 料。
(1)先採集淨水場原水
(2)準備一繫有長繩之採樣桶
(3)當砂濾池排完水，砂床開始上浮時，將採樣桶丟入排水渠道中進 行採樣，採樣時間為 6 分鐘
(4)將每次採樣桶所取得之反沖洗水裝入 20 L 之儲水桶中
(5)將現場所取得之反沖水樣混合均勻後，進行後續水質分析及薄膜 過濾實驗
2. 反沖洗水水質分析
採樣完成後，立即分析其基本水質，分析的項目包含濁度、pH、
總懸浮固體物、總揮發性固體物、溶解性有機物（DOC）、UV254、總 菌落數、大腸桿菌數、SVI、界達電位和粒徑分佈等項目，建立各淨 水場之反沖洗水水質資料。
3.混凝前處理步驟 (1)不同混凝機制之選擇
如同標準瓶杯試驗程序，先以 1mg/L as Al 之 PACl (SHOWA) 進行最佳 pH 條件試驗，確定最佳混凝 pH 後，控制於最佳混凝 pH 進行不同加藥量及殘餘濁度關係圖，對照快混狀況界達電位值 選擇混凝機制。
a.瓶杯試驗
使用美國 Phipps&Birds 公司所製造型號為 PB-700 之瓶杯試驗 機，最大轉數為 400 rpm，最小轉數為 10 rpm，槳葉規格為長 7.6 cm，寬 2.8 cm，每批次可同時操作 6 個水樣，每組實驗則使用體 積為 2 L，長 11 cm，高 21 cm 之壓克力方形槽。
首先，需先尋找最適操作之 pH。實驗進行時，於水樣中加入 固定劑量之 PACl 後，分別調整水樣 pH 值為 4、5、6、7、8、9、
10，提供轉速為 200 rpm (G=350 s-1)的快混攪拌 1 分鐘，之後的 20 分鐘進行轉速為 30 rpm (G=25 s-1)的慢混，慢混停止後靜置 20 分 鐘量測其上澄液濁度，決定最適操作 pH。
找出混凝劑之最適操作 pH 後，在不同水樣中加入不同劑量之 混凝劑進行試驗，並調整水樣 pH 為最適操作 pH。提供轉速為 200 rpm (G=350 s-1)的快混攪拌 1 分鐘，快混後立刻測量顆粒表面之界 達電位，之後的 20 分鐘進行轉速為 30 rpm (G=25 s-1)的慢混，慢 混後立即測量其粒徑分佈和溶解性有機碳濃度，隨後靜置 20 分鐘 後量測其上澄液濁度和溶解性有機碳濃度，決定不同混凝劑加藥 量下之界達電位、濁度、粒徑分佈和溶解性有機碳去除率之關係。
b. 混凝程序
取反沖洗水 1.5 L 置入體積 2 L 之壓克力槽，分別加入不同劑 量之混凝劑（與瓶杯試驗之劑量相同），並將 pH 調整為最適操作 pH，提供轉速為 200 rpm (G=350 s-1)的快混攪拌 1 分鐘和轉速為 30 rpm (G=25 s-1)的慢混後，倒入進料槽中，隨即進行薄膜過濾實 驗。
(2)不同鋁型態含量混凝劑混凝試驗 a. 不同鋁型態含量混凝劑選擇
選擇由大陸中國科學院生態環境研究中心所提供，採化學法製 備。其原始總鋁濃度分別為 29 % 及 33% as Al2O3、鹽基比為 2.3 及 2.1，其 Alb含量分別為 90% 及 60%之混凝劑以及選擇原始濃度為 10%
as Al2O3聚氯化鋁 (PACl，SHOWA)。
b. 混凝程序
同於不同混凝機制混凝試驗程序。
4. 濾餅壓密性試驗 Compressibility index
分別以 100mmHg、200mmHg、300mmHg、400mmHg 過膜壓力 所 形 成 濾 餅 比 阻 抗 進 行 線 性 迴 歸 ， 其 斜 率 數 值 為 濾 餅 之 compressibility index，而其值大則代表濾餅壓縮性大，濾餅內部膠羽
分別以 100mmHg、200mmHg、300mmHg、400mmHg 過膜壓力 所 形 成 濾 餅 比 阻 抗 進 行 線 性 迴 歸 ， 其 斜 率 數 值 為 濾 餅 之 compressibility index，而其值大則代表濾餅壓縮性大，濾餅內部膠羽