第四章 結果與討論
4.2 反沖洗水直接薄膜處理對通量及過濾水水質之影響
4.2.1 新竹第一淨水場反沖洗水直接微過濾薄膜處理
本次進行薄膜微過濾的反沖洗水水樣係於民國 95 年 1 月 5 號取 自於新竹第一淨水場，其水質特性如表4-3 所示。在粒徑分佈方面，
由於過濾試驗所使用的MF 薄膜其孔徑分別為 0.5 µm 和 1.0 µm，故 反沖洗水中位於此範圍之次微米級(submicron-scale)顆粒，將可能造 成薄膜之阻塞，因此本研究除使用小角度雷射光散射粒徑分析儀量測 其微米級(micron-scale)顆粒粒徑（0.02~2000 µm）外，亦使用動態雷 射光奈米顆粒分析儀分析水樣中之次微米級顆粒粒徑（0.6~6000 nm）
分佈情形，粒徑分佈如圖 4-2 所示，可看出此股反沖洗水之微米級顆 粒大小主要集中在 30 µm 附近，次微米級顆粒粒徑分佈主要位於 955 nm 左右。
表 4-3 新竹第一淨水場反沖洗水水質特性
水質項目 反沖洗水
pH 7.9
Turbidity(NTU) 685
SS(mg/L) 432
TS(mg/L) 846
VS(mg/L) 166
DOC(mg/L) 1.31
UV254(cm-1) 0.023
SVI 45
Particle Size (um)
0.1 1 10 100 1000
Volume(%)
0 2 4 6 8
Particle Size (nm)
10 100 1000 10000
Volume(%)
0 10 20 30 40 50 60
圖4-2 新竹第一淨水場反沖洗水顆粒粒徑分佈(a)微米級顆粒及(b)次 微米級顆粒
(a)
(b)
2.薄膜長期過濾試驗
新竹第一淨水場反沖洗水薄膜微過濾之通量隨濾液變化情形如圖 4-3(a)及(b)所示。由圖 4-3 中之資料計算可知 0.5 µm 之 MF 薄膜其廢 水平均通量為0.51 m3/m2-hr，而 1.0 µm MF 薄膜之廢水平均通量 0.45 m3/m2-hr；另外，觀察後可發現當以孔徑 1.0 µm 之 MF 薄膜進行過濾 時，其初始通量將由第1 個週期的 4.12 m3/m2-hr 衰減至第 4 個週期的 3.03 m3/m2-hr，初始通量衰減率達 25%，然而對孔徑 0.5 µm 之 MF 薄膜而言，其每個週期的初始通量並無明顯下降，表示對孔徑1.0 µm 之MF 薄膜已發生不可逆阻塞的現象，主要因為此股反沖洗水中所含 的次微米級顆粒粒徑主要集中在 955 nm 左右，近似與薄膜孔洞大 小，因此過濾過程中所施加之壓力將使這些與薄膜孔洞大小相近的次 微米級顆粒將與薄膜孔洞緊密結合在一起，造成薄膜有效孔隙面積減 少，Le 及 Howell et al. (1984)指出當原水中顆粒粒徑接近薄膜孔洞孔 徑時，此時所造成之孔洞阻塞現象(pore blocking)將最為嚴重，且無 法藉由反沖洗過程來回復通量。反之，對於孔徑0.5µm 之 MF 薄膜而 言，由於薄膜孔徑小於水樣中之次微米級顆粒，因此能夠將次微米級 顆粒阻隔於薄膜表面，使其無法進入薄膜之孔洞，造成薄膜孔洞之阻 塞，故其每個週期之初使通量並無明顯下降之情況。
綜合上述可知，若採用孔徑 0.5 µm 之 MF 薄膜直接過濾新竹第 一淨水場之反沖洗水，對薄膜之產水率及操作將較1.0 µm 之 MF 薄 膜有利。
Accumulated Volumed(mL)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Flux(m3 /m2 -hr)
0 1 2 3 4 5 6
Accumulated volume(mL)
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Flux(m3 /m2 -hr)
0 1 2 3 4 5
圖4-3 新竹第一淨水場之反沖洗水薄膜微過濾通量隨累積濾液變化 情形(a) 0.5 µm 及(b) 1.0 µm
(a)
(b)
3.MF 薄膜過濾水水質
反沖洗水經薄膜處理後，其過濾水將被收集，進行水質分析，結 果如表4-4 所示。由表 4-4 中可發現不論是採用孔徑為 0.5 µm 或 1.0 µm 的 MF 薄膜，污染物質皆有良好之去除效果，特別是濁度方面去 除率可達 99.99%以上，而過濾水於總菌落數和大腸桿菌數方面可達 我國飲用水水質標準，但可發現1.0 µm MF 過濾水之總菌落數已相當 接近法規之上限值，因此基於安全考量及確保供水過程中有餘氯存 在，後續仍應需進行加氯消毒動作；而唯一去除效果較差之項目為溶 解性有機碳，對孔徑0.5 µm 和 1.0 µm 的 MF 薄膜而言，其去除率分 別僅有 7%和 5%，原因在於一般溶解性有機物分子大小多位於數奈 米到一百奈米(Laabs et al., 2004)，因此對於本研究所採用的兩種 MF 薄膜，
溶解性有機物分子將無法藉由薄膜本身孔洞來阻隔，而溶解性有機物 濃度通過薄膜後之所以會減少主要是由於薄膜材質會造成某些有機 物之吸附，但由於被吸附的量相當有限，故可知有機物所造成之薄膜 有機積垢亦相當有限，然而由於薄膜過濾水仍須經消毒程序，故過濾 水中所含之有機物，將有產生消毒副產物之疑慮，因此對於具高有機 物含量之水樣，某些研究曾採取混凝配合微過濾或混凝配合超過濾來 解決此問題(Pikkarainen et al., 2004)。但如就整體水質來看，MF 薄膜過濾水 直接作為公共給水使用之可行性相當高。
表4-4 新竹第一淨水場反沖洗水經薄膜微過濾前後之水質差異
水質項目 過濾前 過濾後（1.0 µm） 過濾後（0.5 µm）
pH 7.9 7.9 7.9
Turbidity(NTU) 685 0.43 0.42
SS(mg/L) 432 ND ND
TS(mg/L) 846 ND ND
DOC(mg/L) 1.31 1.23 1.25
UV254(cm-1) 0.023 0.023 0.023
總菌落數(cfu/mL) - 97 46
大腸桿菌(cfu/100 mL) - <10 <10
4.2.2 東興淨水場反沖洗水直接微過濾薄膜處理
Turbidity(NTU) 317
SS(mg/L) 376
TS(mg/L) 666
VS(mg/L) 131
DOC(mg/L) 1.25
UV254(cm-1) 0.015
SVI 61