薄膜無機積垢特性

根據多項研究指出，無機物質與有機物同時存在可使薄膜不可逆 積垢之情況更加劇；又本研究對象為特性複雜原水過濾 UF 薄膜，因 此實驗利用化學清洗將造成薄膜表面及孔洞之積垢物清洗後，透過薄 膜過濾試驗利用清水 dead-end 過濾測試以瞭解通量回復率及分析脫 附後之藥劑以便於探討造成薄膜不可逆積垢之積垢物特性。

薄膜分別利用去離子水、氫氧化鈉及氯化氫清洗過後，透過薄膜 過濾試驗利用清水 dead-end 過濾後，分別得到 PS 薄膜及 PVDF 薄膜 清洗後的清水通量。表 4-7 為 PS 膜與 PVDF 膜為進行過濾實驗水質 及經化學清洗後之化學藥劑利用 ICP-MS 無機物分析結果。

由過濾 PS 膜及 PVDF 膜之背景水質看出，過濾後的過濾液 Si 含 量變高，其推測原因可能為進流原水中富含矽藻，過濾過程中在薄膜 表面經擠壓後矽藻破裂使 Si 溶出而更容易通過薄膜滲入過濾液中；

相較下，薄膜清洗後之後的藥劑分析普遍無機含量偏高，因過濾長時 間，原水的有機物及無機物在過濾前可能以錯合型式或在過濾薄膜時 分別吸附於表面，可洗出含量較高的無機物。

Kimura et al.(2004)進行不同學化學藥劑清洗測試，發現薄膜經鹼

液 (NaOH)與氧化劑 (NaClO)清洗後有較佳的回復通量，利用 EEM 及 FTIR 化學分析得到有機物為造成不可逆積垢之物質；利用酸液

(HCl)清洗薄膜則發現有較多的無機物質從薄膜上被脫附下來。通常

酸洗可有效的去膜上的無機物質及部分有機物質，利用鹼洗可有效的 去除膜上有機物。

PS 膜清洗後，由清水通量回復曲線得出用鹼液去除效率最佳，經

分析積垢物特性，鹼液較酸液有較佳的有機物脫附能力；整體而言，

鹼液脫附無機物能力佳，結果與文獻相反，推測可能原因是部分無機 物特性與薄膜上有機積垢物有較高的親和力，脫附出有機物的過程中 順便被帶出；酸液與鹼液因與積垢物有化學作用，故脫附無機物能力 又比 DI 純水脫附能力好，普遍可看出，鹼液脫附較多的 Si，酸液脫 附較多的 Ca 及 Fe，與 Gwon et al. (2003)利用藥劑脫附及分析薄膜積 垢物特性有一樣的結果。配合清水通量曲線可看出，經鹼液清洗過後 之回復通量較大，雖然經 DI 水脫附有機物量較酸液多，但清水通量 回復率卻無一正比關係。造成 PS 膜不可逆積垢，可知無機物仍具有 影響力；經鹼液脫附後的通量比較下，其中 Si、K、Fe 及 Al 為主要 影響之無機物；相反地，雖然從積垢的 PS 膜表面經 DI 水及酸液脫 附較鹼液多 Ca，但並未得到較佳的清水通量回復率(圖 4-18)，所以推 測 Ca 對 PS 膜不可逆積垢中影響很小。

利用 NaOH 清洗 PVDF 膜後，含大量的 Si 於鹼洗藥劑中，進留 水本身的 Si 含量頗高且因 Si 在膠體狀與鐵及有機物有較高的親和力

(Ning et.al., 2005)，和酸液及 DI 水清洗結果相比，鹼液也脫附較大量的 Fe

及 Al，高濃度的 Al 與鹼液可能形成氫氧錯合物 (e.g., Al(OH)₄^－

)而被

脫附出來；積垢之 PVDF 膜經鹼液脫附較 DI 純水及酸液脫附較多的 有機物，比較兩種薄膜清水通量回復率，有機物為主要造成 PVDF 膜 不可逆積垢之主要物質；鹼液脫附無機物的量與 DI 純水脫附的量及 其清水回復通量剛好有一正比關係，推測無機物中的 Si 及 Al 為主要

PVDF 膜不可逆積垢物；相反，酸液從積垢的 PVDF 膜脫附較多的 Fe 和 Ca，但卻無較佳的清水通量回復率(圖 4-19)，可推測 Fe 和 Ca

非主要造成 PVDF 膜不可逆積垢之無機物。

因原水中含有大量的 Si，在薄膜過濾後有大量的 Si 經吸附堆積薄

膜表面，甚至阻塞於薄膜孔洞中，經不同溶劑脫附分析後，可知鹼液 脫附含 Si 物質能力最佳，且 Si 與有機物具有高親和力⁽Aiken et al., 1992)， 使有機物特性轉為親水性或更親水性，因此伴隨著鹼液脫附較多的有 機物且含量較多的 Si，使清水通量回復率較其他高，推測主要造成薄 膜不可逆積垢與 Si 及有機物間的交互作用相關。

由兩種薄膜的通量回復可看出，在本研究中，酸液脫附後的回復 效率較鹼液差，可知主要造成薄膜不可逆積垢，有機物具有很大的影 響力；由清水通量回復可看出，PS 膜清洗後普遍的通量回復較 PVDF 清洗後的小很多，即 PS 膜的清洗後的效率較 PVDF 膜小，推測原因 可能為殘留在 PS 膜表面之積垢物改變薄膜表面特性。

圖 4-18 PS 膜清洗通量，J 為薄膜清洗後的清水通量，Jo 為積垢薄膜未清洗之清水通量

圖 4-19 PVDF 膜清洗通量，J 為薄膜清洗後的清水通量，Jo 為積垢薄膜未清洗之清水通量

Membrane Samples Parameters (ppb)

Ca Si K Fe Al PS Feed 7100 3800 690 65 8.8

Permeate 6200 3400 540 91 10 Concentration 7500 3500 640 55 14 Hydraulic washing 660 - - 3.5 3.3 Acid cleaning 95 - 47 230 25 Alkaline cleaning 80 83000 810 150 1000 PVDF Feed 6200 3800 830 39 0.26 Permeate 5600 3700 850 66 20 Concentration 6700 4100 830 39 0.26 Hydraulic washing 56 260 - - 16 Acid cleaning 79 - - 91 12 Alkaline cleaning 45 72000 710 30 940

表 4-7 PS 膜及 PVDF 膜經藥劑脫覆後，無機物種類及含量

在文檔中 原水水質對UF薄膜積垢影響 (頁 79-84)