第四章 鹹井水淡化及海水淡化廠RO膜之阻塞特性
5.3 濃縮效應對生物性阻塞之影響
5.3.3 菌種鑑定
萃取三不同進流 TDS 濃度試驗之 RO 膜表面累積之微生物量，進行菌 相分析，結果如表5.3 所示，為瞭解各菌種之適鹽性，表內亦說明目前相關 之研究報告所列之各菌種適於生長之NaCl 濃度，各菌種之資料詳列於附錄 A 中，然適於生長之 NaCl 濃度定義時乃以分離出之純菌，以不同 NaCl 濃 度進行培養試驗所得，與本研究微生物於膜表面生長，菌種間存在相互影 響不同，將可能導致有所差異。
本階段三試驗共可分離出9 株菌，分屬於 Bacteroidetes、Proteobacteria、
Planctomycetes 門 ， Flavobacteria 、 γ-proteobacteria 、 α-proteobacteria 、 Planctomycetacia 綱及 Flavobacteriales、Alteromonadales、Rhodobacterales、
Oceanospirillales、Planctomycetales 目中。L-TDS (TDS = 38,000 ~ 40,000 mg/L) 試驗，即以海水原水作為進流水之試驗，其膜表可分離出7 株主要的菌種，
而M-TDS (TDS = 41,000 ~ 44,000 mg/L)及 H-TDS (TDS = 46,000 ~ 50,000 mg/L)試驗則分別分離出 4 株及 6 株菌，然就優勢菌種而言，M-TDS 試驗所 分離之4 株菌，以 W. poriferorum
、
W. thalassocola、
H. gomseomensis 較佔 優勢，H-TDS 試驗則僅以 W. poriferorum 及 W. thalassocola 二株菌為優勢菌 種，顯示，隨著鹽度增加，得以適應高鹽度環境且大量繁殖之菌種逐漸減 少。表 5.3 不同進流 TDS 濃度之膜表菌相變化
DGGE Strain Species Accession Max
ident 1 Pseudoalteromonas
elyakovii EU770411.1 99 ● 註 2
2 Marinobacter
aquaeolei AF173969.1 97 ● ○ 0 ~ 20
(optimum 5)
3 Winogradskyella
poriferorum AY848823.1 96 ● ● ● 1 ~ 4
4 Silicibacter
lacuscaerulensis DQ915630.1 95 ● up to 7 %
(optimum 3.5 ~ 4)
5 Winogradskyella
thalassocola AY771720.1 92 ○ ● ● 1 ~ 8
6 Muricauda
aquimarina EU440979.1 94 ● ○ ○ optimum 2
7 Halomonas
gomseomensis AM229314.1 97 ● ○ 1 ~ 20
(optimum 8-12)
8 planctomycete
GMD14H10 AY162122.1 84 ● --
1 ~ 6
○ L-TDS M-TDS H-TDS
9 Arenibacter
troitsensis EU928776.1 91
註 1：「●」代表優勢菌種，「○」表示含量少之菌種。
反觀膜表微生物族群之發展與RO膜之產水通量與TDS去除率可以發現 前段RO膜(L-TDS)因膜表微生物以增生為主要族群成長機制，而微生物的增 生將伴隨其代謝產物，如EPS，於膜表累積，並造成RO膜生物性阻塞的主 因。此類胞外聚合物之累積，亦可由圖 5.10 之膜表FTIR圖譜看出，根據 Omoike & Chorover (2004)、Smith (1998)及Yang et al. (2008)等研究，分布於 在1656 ~ 1530 cm-1即為蛋白質胜肽鍵C-O、N-H的波峰特徵，而 1106 ~ 970 cm-1則表示多醣類的C-O、C-O-C之特徵，而此二類物質皆為 EPS的主要成 分。前段RO膜的FTIR圖譜於此二位置較未受污染的RO膜(blank)有明顯的波 峰出現，因此，可以確定EPS的存在，且前段RO膜之產水通量衰減與產水 水質惡化皆與此階段RO膜之微生物增生息息相關。然而末段RO膜(H-TDS) 表面微生物雖累積量與前段RO膜表相去不遠，但其以黏附為主的族群成長 機制，因此其於圖5.10 中的FTIR圖譜於 1656 ~ 1530 cm-1處蛋白質的特徵波 峰十分微弱，而多醣類亦較前段RO膜的波鋒約僅佔前段之一半，顯示微生 物所釋放之EPS量較低，進而使得其對RO膜之產水通量衰減與產水水質之 影響未如前段RO膜嚴重。而中段RO膜(M-TDS)之試驗初期與後段RO膜之 結果類似，略高於原海水TDS濃度的環境導致大部分微生物無法增生繁殖，
然值得注意的是，其於試驗後期，出現增生量而導致總累積微生物量大增，
此可能因經環境選殖後，適應之物種如W. poriferorum
、
W. thalassocola、
H.gomseomensis等開始大量增生之緣故，故其FTIR圖譜亦反應出EPS的存在，
也因此於微生物開始增生後，產水通量與TDS去除率亦有較顯著之惡化趨 勢。
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
500 1000
1500 2000
2500 3000
3500 4000
Wavenumber(cm-1)
Absorbance
C=O N-H
C-O
Si-O-Si C-O
C-C C-O-C
Si(CH2)
TDS=46,000 ~ 50,000 mg.L-1
TDS=41,000 ~ 44,000 mg.L-1
TDS=38,000 ~ 40,000 mg.L-1 blank
圖 5.10 不同進流 TDS 濃度之 RO 膜表 FTIR 圖譜
5.4 小結
季節及 RO 系統之濃縮對海水淡化 RO 膜之生物性阻塞具有顯著之影 響，夏季之生物性阻塞較冬季嚴重，且微生物代謝所釋放之 EPS 亦較多，
並導致較多量之 Ca 與 Si 於膜表累積，此外，鐵氧化菌之存在導致系統不 鏽鋼或鐵材質之銹蝕，並產生氧化鐵阻塞RO 膜，Byrne (2002)指出該氧化 鐵將於生物膜表面形成保護層，使清洗更加困難，建議以還原劑作為 RO 清洗之第一步驟。進流水隨著RO 膜之濃縮，於 RO 序列末端之 RO 膜，其 生物性阻塞較前端 RO 膜輕微，微生物之增生被抑制，Si 阻塞趨勢亦以序 列前端 RO 膜較為嚴重，與膜表 EPS 含量趨勢一致，再度證明其與生物性 阻塞存在間接關係。
第六章 奈米銀改質對生物性阻塞之預防
6.1 奈米銀披覆 RO 膜及 spacer