生物性阻塞之控制

海水淡化RO 膜之抗菌策略一般著重於進流水之前處理、現地清洗程序 或膜表面改質(Pontié et al., 2005)，前處理方法包括有氯化、濾芯過濾及超 過濾等，以下將逐一介紹。

(1) 氯化與脫氯

氯或其化合物的添加乃用以殺菌，避免未被前處理程序所去除之生物 性顆粒沉積於RO膜表面，且具活性之生物細胞，將於膜表面持續分泌代謝 物，而導致更嚴重的有機阻塞，然由於RO之抗氯性低，因此進入RO單元前 必須添加SBS等還原劑除氯，用以保護RO膜。Saeed (2002)指出，氯化與除 氯之時機或位置不當，反可能導致微生物之增殖，進而促進生物性及有機 性積垢。雖然相關研究如Dudley & Darton (1996)及Kim et al. (2009)顯示消毒 劑能有效降低進入匣式過濾前微生物之濃度，但Saeed (2002)及 Applegate et al. (1989)則指出加氯消毒亦能促進RO膜之生物性阻塞，因其提供微生物生 長所需較小且易於吸收之營養鹽，且即使進入匣式過濾前之微生物計數量 為零，RO膜之生物性阻塞依然發生(Dudley & Darton, 1996)。

(2) 濾芯過濾(cartridge filter)

濾芯過濾普遍存在於RO 處理系統中，孔徑通常為 1~ 5 μm，為進 RO

前最後一道防線，用以去除前處理所殘餘之小粒徑顆粒。

(3) 超過濾(UF)

近年來UF 逐漸被使用為 RO 前處理技術，其優點可減少前處理系統之 設備佔地面積，且節省傳統處理程序所需添加之大量化學藥劑，經UF 過濾 後之水質，其SDI 值可達小於 1，且 UF 之孔徑多已小於一般生物性顆粒，

孔徑亦較微過濾分佈均勻，故以UF 為前處理，其出水水質較佳，相對地對 RO 單元有較高之保護效果。

國內外海淡廠RO系統之傳統預處理程序包含機械過濾及化學藥劑添 加，其中機械過濾亦即砂濾、微過濾單元，化學藥劑之添加則包含有消毒 劑次氯酸鈉(NaClO)、混凝劑氯化鐵(FeCl₃)、除氯劑亞硫酸鈉(NaHSO₃)及抗 垢劑硫酸(H₂SO₄)等(Xu et al., 2007)，此類預處理方式之濾材及藥劑皆導致 處理成本增加。而國內目前海淡廠除烏崁海淡廠正重新規劃整建，改變前 處理方式外，其餘海淡廠皆使用砂濾及微過濾作為前處理，未添加任何藥 劑，前處理的不足，導致RO系統嚴重的阻塞問題，而整建中的烏崁海淡廠 乃以UF作為RO前處理，此方式乃國內外現階段最具發展潛力的RO前處理 方法之ㄧ，其可增加RO的使用壽命，降低膜的汰換率(Teng et al., 2003)，並 較傳統之預處理提供RO系統更穩定的水質；此外Brehant et al. (2002)指出傳 統預處理程序無法將SDI值降至低於 2.5，而UF預處理可將SDI值降至 1 以 下。對於生物性阻塞，UF預處理亦可以有效去除微生物，降低RO膜的生物 性阻塞(Murrer & Rosberg, 1998)，以UF為前處理之RO系統RO膜清洗頻率可 從4~12 次/年降至 1~2 次/年。

中空纖維(hollow fiber)膜；過濾方式為deadend模式。Xu et al., 2007&2008、

Teng et al., 2003、Brehant et al., 2002、Wolf et al., 2005 等研究使用UF膜之 材質包括有聚丙烯月青 (polyacrylonitrile, PAN)、聚醚石風(Polyethersulfone, PES)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)、聚醚石風 /聚乙烯吡咯烷 酮(polyvinyl-pyrollidone, PVP)。膜孔徑則為 50~150 kDa，過濾模式包含 inside-out與outside-in，其中inside-out具有較大的產水量，但較易阻塞，且 水質較差(Xu et al., 2008)；此外，為了減少UF本身的阻塞問題，UF之前處 理多包含50 ~ 200µm之預過濾、砂濾或低劑量氯化鐵混凝，一般UF膜之使 用壽命為5~10 年(Wolf et al., 2005)。

Teng et al. (2003)、Teuler et al. (1999)、Brehant et al. (2002)及Glueckstern et al.

(2002)等研究針對UF之反洗，指出較適反洗週期為 30~90 min，反洗時常添 加次氯酸鈉進行消毒，使用之自由氯濃度約為5 ~ 20 mg/L，然加氯可能導 致pH增加而造成碳酸鹽結垢，此結垢可藉低pH (pH 2)及二天一次之反洗加 以去除，其餘UF阻塞物之去除可藉由每月一次之NaOH及檸檬酸之浸泡與沖 洗加以去除(Glueckstern et al., 2002)。

(4)膜表面TiO₂改質對阻塞之控制

大部分以預處理為導向之抗阻塞方法，皆無法有效控制RO系統中之生 物性阻塞，因此，最直接控制生物性阻塞之方法乃「現地 (in situ)」控制，

直接提高RO膜本身之抗菌效果。Kim et al. (2003)以奈米TiO₂於芳香聚聚酰 胺薄層複合膜(aromatic polyamide thin-film-composite, PA-TFC)上自我聚集 (self-assembled)，進行其對生物性阻塞改善之評估，其可以二種機制達成自 我聚集，其一是TiO₂與-COOH基之二個氧原子鍵結，或與-COOH基及-OH 產生氫鍵。其結果發現，未照UV光之試程中，TiO₂沉積膜較原始膜之E-coli 存活量僅有些許差異(約 2000 ~ 3000 CFU/mL)，且通量與原始膜差異小，而 具UV 光 照 之 試 程 (4 小 時 ) ， 則 E-coli 存 活 量 有 明 顯 之 減 少 ( 約 40,000

et al.

CFU/mL)，且通量亦可提升。Kwak (2001)亦應用TiO 奈米顆粒於 PA