沈澱前處理對薄膜通量之影響

由表4-2 之統計資料可發現反沖洗水之 SVI 相當低，可推知其沈 降性相當良好。而圖4-6 為新竹第一淨水場與東興淨水場反沖洗水沈 降一小時之上澄液濁度變化情形，圖同樣顯示出反沖洗水之良好沈降 性 ， 於 最 初 數 十 分 鐘 內 ， 兩 股 反 沖 洗 水 之 濁 度 去 除 率 即 可 達 70%~80%。由此可知反沖洗水中存在許多不穩定之大顆粒，或可藉由 沈澱前處理將反沖洗水中之不穩定大顆粒去除後，再通過薄膜，使薄 膜能於低固體物負荷下操作，嘗試能否有助於薄膜通量之提升。

Time(min)

0 10 20 30 40 50 60 70

Turbidity(NTU)

0 200 400 600 800

新竹第一淨水場(94.11.22) 東興淨水場(94.06.10)

圖4-6 新竹第一淨水場與東興淨水場反沖洗水濁度與沈降時間 之關係

首先，本實驗將以民國 94 年 11 月 22 號於新竹第一淨水場所取 得之反沖洗水進行相關測試。在沈澱前處理時間選擇方面，參考圖 4-6 之沈降實驗結果，可知新竹第一淨水場反沖洗水初始濁度為 740 NTU，於 3 分鐘後濁度將迅速下降至 252 NTU，而 15 分鐘後其濁度 降為75 NTU，同時可觀察到反沖洗水沈降 15 分鐘後，其濁度下降之 趨勢將會減緩，代表水樣中不穩定之大顆粒已被沈澱去除，故將以 15 分鐘作為本實驗沈澱所需時間。

反沖洗水沈澱15 分鐘之後，取其懸浮液進行粒徑分析，圖 4-7(a) 及(b)分別為反沖洗水沈澱 15 分鐘前後之微米級顆粒粒徑和次微米級 顆粒粒徑分佈，可知反沖洗水經沈澱之後，不論是微米級顆粒粒徑或 次微米級顆粒粒徑皆有變小之趨勢；其微米級顆粒平均粒徑將由 25 µm 下降為 12 µm，而次微米級顆粒平均粒徑將由 982 nm 下降為 689 nm。

Particle Size (um)

Raw backwash water Settling 15 min

Particle Size (nm)

10 100 1000 10000

Volume(%)

Raw backwash water Settling 15 min

圖 4-7 新竹第一淨水場反沖洗水沈澱前後之粒徑分佈變化(a)微米 級顆粒及(b)次微米級顆粒

(a)

(b)

隨後取其懸浮液進行薄膜微過濾實驗，圖 4-8(a)、(b)、(c)及(d) 分別表示反沖洗水直接過0.5 µm 和 1.0 µm 之 MF 薄膜與沈澱後過 0.5 µm 和 1.0 µm 之 MF 薄膜之通量對累積濾液體積變化圖。而根據圖 4-8 所示之資料，可獲得不同過濾週期之初始通量變化情形，茲列於表 4-7。從圖 4-8 和表 4-7 中可發現，雖然沈澱後再過濾可較直接過濾有 效提升薄膜初始通量2~3 倍，但隨著過濾時間增加，薄膜卻會在短時 間內產生嚴重之阻塞，且無法藉由薄膜反沖洗來回復既有之薄膜通 量。對孔徑 0.5 µm 之薄膜而言，若採直接過濾，於 4 個週期之過濾 實驗中，其阻塞現象並不明顯，但若沈澱後再過濾，可發現過濾至第 4 個週期時，其初始通量將較第一週期下降 64%，可知薄膜阻塞相當 嚴重；而對 1.0 µm 之薄膜而言，若採直接過濾，其初始通量將由第 一週期2.88 m³/m²-hr 衰減至第 4 週期 1.47 m³/m²-hr，衰減率為 52%，

代表有阻塞現象產生，但若採沈澱後再過濾，可發現其阻塞情形將會 更加嚴重，其初始通量將由第一週期 6.14 m³/m²-hr 衰減至第 4 週期 1.20 m³/m²-hr，衰減率達 80%。

Accumulated volume(mL)

0 500 1000 1500 2000 2500

Flux(m3/m2-hr)

Accumulated volume(mL)

0 500 1000 1500 2000 2500

Flux(m3/m2-hr)

Accumulated volume(mL)

0 1000 2000 3000 4000

Flux(m3/m2-hr)

Accumulated volume(mL)

0 1000 2000 3000 4000

Flux(m3/m2-hr)

表 4-7 新竹第一淨水場反沖洗水直接薄膜處理與沈澱 15 分鐘後薄膜 處理之各過濾週期初始通量變化情形

薄膜孔徑 初始通量

(m³/m²-hr) 前處理方法

週期1 週期 2 週期 3 週期 4 週期 1-週期 4

總衰減率

未沈澱 3.60 4.05 3.58 3.77 -4%

0.5µm

沈澱15 分鐘 11.68 8.87 4.00 4.17 64%

未沈澱 2.88 2.82 1.47 1.40 52%

1.0µm

沈澱15 分鐘 6.14 3.43 2.85 1.20 80%

一般MF 薄膜過濾濾程可分為(1)薄膜孔洞過濾：此階段主要藉由 薄膜本身之孔洞來阻隔顆粒物質，故通量會隨著薄膜受到顆粒阻塞而 快速下降(2)薄膜表面濾餅過濾：隨著過濾時間增加，沈積於薄膜表 面之顆粒累積到一定程度，便會在薄膜表面形成一層濾餅，此時主要 是藉由這層濾餅來過濾水樣，此時通量將稍微下降而慢慢達到穩定。

因此，沈澱前處理雖可使不穩定之大顆粒先行去除，減少固含量，以 降低薄膜過濾時之負荷，但低固含量之水樣，卻會延緩濾餅形成之時 間，代表薄膜將有較長時間是利用本身之孔洞來過濾顆粒。因此，對 於沈澱後以次微米級顆粒占多數之反沖洗水懸浮液，更增加薄膜阻塞 之可能性。

綜合上述可知，反沖洗水宜直接以MF 薄膜過濾，不需沈澱前處 理後再通過薄膜，以避免薄膜產生嚴重阻塞，縮短操作之時間。