水中有機物大致可分為天然有機物 NOM 及藻類有機物 AOM，因有機物其中 成分特性差異相當大，其對薄膜過濾通量及積垢特性之影響也不盡相同，水體中 不同性質之有機物對薄膜過濾之影響詳述如下。
1.天然有機物對薄膜過濾之影響
天然有機物對薄膜過濾之影響 天然有機物對薄膜過濾之影響 天然有機物對薄膜過濾之影響
天然有機物分子量大小會影響其在水中之傳輸性及活性，不同分子量大小與 形成消毒副產物也有強烈之關聯性，且薄膜過濾有機物之去除效率及其積垢與有 機物分子量分佈密切相關(Yamamura, 2007; Lee, 2005; Lee, 2008)
。Yamamura (2007)藉由高效能 液相層析儀－分子大小層析排斥法(high performance liquid chromatography–size exclusion, HPLC-SEC)分析 MF 及 UF 薄膜處理表面水，過濾前後之水中有機物分 子量分佈結果發現，小分子量疏水性物質(腐植酸)會先吸附在薄膜孔洞內，造成 膜孔縮小，再由大分子量親水性(碳氫類化合物)持續阻塞薄膜孔洞及累積薄膜表 面形成濾餅(cake)(Yamamura, 2007)。另外，Lee (2005)以 MF 及 UF 進行天然原水過濾 試驗，發現薄膜過濾具大分子有機物之原水會產生嚴重的薄膜通量衰減，此乃因 大分子量有機物堵塞薄膜表面形成可逆積垢所致。然而，MF 及 UF 薄膜在移除 低分子量 NOM (300-1,000 Da)並沒有明顯去除效果，但膠體 NOM (50-100 kDa) 可藉由 UF 薄膜所攔截(Lee, 2008)。
天然有機物之不同親疏水性質也會影響其與薄膜之相互作用(Lee, 2004; Fan, 2001;
Kimura, 2007; Kennedy, 2005)
。Lee (2004)利用相同孔徑之親水性及疏水性 MF 薄膜與相同 孔徑之親水性及疏水性 UF 薄膜分別過濾四種不同來源之原水，結果顯示原水中 大分子量親水性物質(如多醣類或蛋白質)含量高容易使薄膜阻塞。此外有實驗利 用 UF 薄膜進行原水過濾試驗，將薄膜積垢潛勢由高至低排序，分別為 hydrophilic
＞hydrophobic＞transphilic organic 三部分，而 hydrophilic organics 造成之不可逆
積垢最為嚴重，其中多醣類(＞20,000 Da)是導致薄膜阻塞的主因(Kennedy, 2005)。另外 有學者利用疏水 PVDF (MF)及改質後親水性 PVDF (MF)分別過濾三種原水，利用 樹脂分離原水親疏水性，發現各積垢物造成薄膜積垢潛勢高低排序為 hydrophilic neutral＞hydrophobic acids＞transphilic acids＞hydrophilic charged，由此可知親水 中性物質是造成這兩種 MF 薄膜通量衰減的主因(Fan, 2001)。另外有研究使用 5 種 MF/UF 薄膜對四種不同水質條件做過濾試驗，顯示無論哪種水質條件，親水性物 質皆是造成這五種薄膜不可逆積垢的主因(Kimura, 2007)。此外，Kimura (2004)利用 UF 薄膜過濾原水，進一步使用螢光激發放射矩陣(excitation-emission matrix , EEM) 分析得知薄膜阻塞物質較多親水中性物質(Kimura, 2004)。
此外，水體中有機及無機物質在相互作用下會導致薄膜不可逆之阻塞，會隨 著水中之矽、鐵、錳、碳水化合物、蛋白質及腐植物質成分而有所不同，通常在 自然界中，有機物會偏向吸附在其他顆粒(膠體或微量元素),造成顆粒性物質容易 阻塞薄膜表面(Kennedy, 2008)
。在天然水體有機物也易與二價離子(Ca2+ and Mg2+)鍵結 造成薄膜阻塞，由於帶羧基官能基之 NOM 與二價離子有強烈鍵結，而 Ca2+與 NOM 的羧基鍵結力遠大於 Mg2+(Ahn, 2008)。其他學者則認為鈣離子會使腐植酸之溶 解性降低並降低腐植酸之負電性，促使 NOM 產生聚集(Zularisam, 2006)。腐植酸及褐 藻酸鹽(多醣類)分別單獨存在水中時，經薄膜過濾產生之積垢為可逆性積垢，而 腐植酸在增加鈣離子添加狀況下，會促使腐植酸間之靜電排斥力降低，造成腐植 酸於薄膜上之吸附量增加，當薄膜過濾具鈣離子之多醣體溶液時，薄膜不可逆積 垢程度會顯著增加，此乃因鈣離子-褐藻酸鹽錯合物凝膠產生，增加薄膜表面不可 逆積垢程度(Jermann, 2007)。另外，鈣離子會與有機物質形成錯合物造成通量下降，由 於薄膜表面性質被改變及部分薄膜孔洞阻塞(pore plugging)，膠體的大小和薄膜孔 洞大小接近也容易因為孔洞阻塞造成薄膜通量下降，而較大的膠體(黏土和微生物) 則會形成濾餅層(Schäfer, 2000)。當以 MF 薄膜過濾原水時，水中相對較大粒徑之物質 (鐵、碳水化合物及蛋白質)會先阻塞薄膜孔徑，使得薄膜孔徑變小，隨之較小粒
徑之物質(錳及腐植質)將已變小的薄膜孔徑阻塞成更小孔徑，進而由小粒徑物質 形成不可逆的濾餅堆疊(Yamamura, 2007)
。
由以上文獻之研究結果可知，薄膜之不可逆積垢可以歸類為大分子量親水性 物質(多醣類)或無機物與有機物之交互作用所造成。MF 及 UF 薄膜過濾皆無法有 效去除小分子量溶解性有機物，而阻塞薄膜物質由大分子量所造成。綜合上述可 知，造成薄膜之不可逆積垢，主要為親水性物質(如多醣體及蛋白質)。
2.藻類有機物對薄膜過濾之影響
藻類有機物對薄膜過濾之影響 藻類有機物對薄膜過濾之影響 藻類有機物對薄膜過濾之影響
天然原水中藻類有機物可藉由 MF 及 UF 薄膜處理技術去除，其藻類去除率 可達到 99.9999％以上(Lee, 2008)。而在去除藻類過濾試驗中，雖然會對藻類細胞造 成部分破壞，但不會有明顯藻類毒性因為藻類被破壞而釋放(Chow, 1998)。薄膜過濾 藻類產生之積垢特性會受水中藻類有機物成份影響(Spinette, 2008)
，藻類有機物是由 具有較高親水性物質(蛋白質類和多醣類)組成(Her, 2004)。有學者利用薄膜分離小球 藻，藉由傅立葉紅外線光譜儀分析(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 可得知小球藻表面由蛋白質類及多醣體類所組成(Hung, 2006)。藻類細胞堆積在薄膜 表面上造成之積垢大部分屬可逆性積垢，而藻類細胞產生之有機物則會造成薄膜 之不可逆積垢程度增加(Spinette, 2008)。AOM 溶液阻塞薄膜物質為蛋白質類及多醣類
(Her, 2004)， 蛋 白 質 類 物 質 會 和 酰 胺 鍵 結 ， 多 醣 類 物 質 會 和 醇 類 產 生 交 聯
(cross-linkage)(Lee, 2006)。另外，有學者發現 AOM 中的多醣類會與疏水性薄膜產生 非極性之鍵結造成不可逆積垢增加(Hung, 2006)。藻類受到剪力作用時可能導致破裂 而導致藻類細胞裂解並釋放藻類胞器及有機物質釋放至水體中，發現有蛋白質及 總有機碳濃度上升(Ladner, 2010)
，此過程可能會導致薄膜不可逆積垢程度增加。
綜合上述，薄膜過濾水中有機物之積垢特性彙整如表 2-1 所示，由表列可知 水中 NOM 積垢物主要為親水性物質(多醣類)，而 AOM 積垢物成份多為蛋白質類
及多醣類。NOM 阻塞物質是由於親水性物質分子量較大，容易被薄膜攔截所致，
而 AOM 阻塞物質是因為其藻類本身之成份所致。
表 2-1 統整 NOM 及 AOM 之積垢物質及研究方法
為了使薄膜不可逆積垢降低，或使出流水品質更佳，現今在薄膜前處理常加 上傳統混沉程序，以降低造成薄膜之不可逆積垢。通常不可逆積垢為親水性物質，
親水性物質通常含有多醣類、脂肪族及蛋白質類，而多醣類來源通常是微生物活 動所產生之物質，很難藉由混凝或一般吸附作用等預處理來去除(Gray, 2007)。有學者 利用 UF 薄膜過濾原水，發現進薄膜前預處理用前混凝和吸附是無法減緩薄膜不 可逆積垢，只能降低薄膜可逆積垢(Kimura, 2004)。另有學者指出如果添加高劑量混凝 劑進行快混及慢混可以移除水體中多醣類及類蛋白質類，但如果 NOM 是造成薄
有機物 薄膜 薄膜積垢物 儀器 文獻
NOM
MF 中性及帶電之親水性物質 FTIR (Gray, 2007) 低芳香族中性物質 XAD, UV (Fan, 2001) UF 親水中性 (多醣類) EEM (Kimura, 2004)
多醣類 HPLC-SEC (Kennedy, 2005) MF, UF 多醣類 HPLC-SEC, FTIR (Lee, 2004)
親水性物質 XAD (Kimura, 2007)
AOM
MF
蛋白質及多醣類
- (Spinette, 2008) FTIR (Hung, 2006) MF, UF HPLC-SEC (Lee, 2006)
NF FTIR (Her, 2004)
膜可逆積垢，則添加混凝劑容易增加薄膜阻力導致出流水通量下降(Amy, 2008)。也有 其他研究在薄膜過濾前加上 Alum 混凝前處理，可以減緩薄膜之阻塞速率，在反 洗後親水性薄膜其回復率更高，而疏水性薄膜沒有因此有明顯之改變(Gray, 2008)。所 以可得知，如果在薄膜前處理增加混沉程序，其程序要能移除造成薄膜不可逆積 垢物之親水性物質，才不至於造成反效果導致薄膜阻力增加使得通量下降。