結垢預防與過濾特性試驗

3.3.1 厭氧與兼氧微生物薄膜系統防垢試驗組裝單元

厭氧與兼氧微生物薄膜系統防垢試驗組裝單元如圖 3-3所 示，厭氧槽之進料基質為葡萄糖與醋酸組成，厭氧出流水之 COD 介於 1,500～2,500 mg/L 之間，pH 介於 6.8～7.2 之間，鹼度介於 1,500～2,000 mg/L as CaCO₃，厭氧槽出流水由一個混合槽承接，

混合槽配置一個攪拌機，依實驗需要添加不同濃度之 CaCl₂進行試 驗，試驗中 MBR 配置分成兩種設計，目的在探討薄膜之安置方式 對結垢之影響；一種是薄膜裝置在生物反應器之內，成為 internal submerged membrane bioreactors（簡稱 internal membrane system），

另一種是薄膜裝置在生物反應器之外，成為 external submerged membrane bioreactors（簡稱 external membrane system），external membrane system 之生物反應器體積為 20 L，薄膜槽體積為 8 L，

internal membrane system 總體積為 28 L，中間切割成兩室（cell），

反應區體積為20 L，薄膜安置區為 8 L，其尺寸與 external membrane system 之薄膜槽完全相同，參照 Vera et al（2000）之研究結果，

Sparging gas 流量採用 1 m/sec，薄膜操作期間無 back-feeding 清洗

兩組MBR 之反應區均設置液位控制器，分別控制 MBR 之管 式進料泵，MBR 之薄膜各設置一台管式泵進行抽水，本研究之 MBR 採固定驅動力方式（管式泵固定轉速、固定管徑）操作，故 薄膜之 permeate 隨著薄膜阻塞而降低，薄膜之 permeate 累積於貯 存桶（設置有液位控制器與電磁閥）中，置於電子天平累計紀錄 流量，薄膜之抽水管線設置一個微壓計，電子天平與微壓計之訊 號均送至電腦貯存記錄；external membrane system 薄膜槽之迴流 量為3 倍進流量。兩組 MBR 之 MLSS 濃度均控制在 8,000 ± 500 mg/L，其污泥植種來自 bench scale 之 MBR，兩組 MBR 起始操作 未添加CaCl2，操作70 小時後開始添加 50～350 mg/L as Ca，MBR 之進料量隨薄膜flux 而變化，因此 MBR 之 HRT 將隨薄膜 flux 降 低而延長。

CaCl₂(aq)

Substrate

by-pass

biogas

Y X

Z

[

\

\

]

\

\

]

^

^

_

Xanaerobic reactor Ymixing tank Zinternal membrane system [external membrane system \level controller ]balance ^TMP meter _computer

圖 3-3 厭氧與兼氧微生物薄膜系統防垢試驗組裝單元

3.3.2 物理化學清洗設備

本研究於薄膜操作期間並無back-feeding 清洗動作，因此設定 當薄膜之flux 衰減量達 70％以上，即結束一個試程（run），將薄 膜移出MBR，在裝置於物理化學清洗槽中進行清洗，薄膜清洗槽 之組裝單元如圖 3-4所示，在薄膜清洗過程，薄膜仍以一組管式泵 抽水，進行薄膜清洗期間其TMP 與通量之變化。

薄膜清洗分成物理清洗與化學清洗兩種，物理清洗即使用 air flushing，其 flushing 之空氣為為 Sparging gas 流量之 2 倍為 2 m/sec，其目的在探討薄膜表面是否有 cake 產生；化學清洗使用之 藥劑有兩種，第一種使用 EDTA 旨在溶解薄膜之無機結垢物，

EDTA 使用濃度為 2,000 mg/L，經 EDTA 清洗後，所回復（recovery）

之薄膜通量，本研究定義為因薄膜結垢所削減之通量。第二種藥 劑為NaOCl，其使用濃度為 2000 mg/L as NaOCl，使用 NaOCl 旨 在溶解薄膜之有機積垢物，經 NaOCl 清洗後，所回復之薄膜通量，

本研究定義為因薄膜有機積垢所削減之通量。

圖 3-4 薄膜物理與化學清洗組裝單元

X Y

Z

[

X physical and chemical cleaning reactor Y balance Z TMP meter [ computer

3.3.3 薄膜與薄膜模組

本文應用Zenon 公司之 ZW-1 模組，薄膜面積為 0.046 m²， 產水量約0.01～0.02 L/min，因 ZW-1 使用時微生物易嵌於膜管之 間，造成阻塞，因此將ZW-1 膜組進行改裝，如圖 3-5所示，本研 究設定之薄膜起始通量為14 L/m²-hr（相當於產水量 0.01 L/min），

經實驗室以自來水進行實驗發現，薄膜通量為14 L/m²-hr，ZW-1 膜本實驗前之TMP 為 4 kPa。

圖 3-5 厭氧與兼氧微生物薄膜系統防垢試驗使用之薄膜模組

（左：ZW-1 模組，右：改裝模組）