鐵、錳氧化物結構特性

本試驗過濾時間為 30 分鐘，過膜壓力為 1.0 kg/cm²，在固定鐵錳濃度 比值下，前氧化攪拌強度與過膜通量如圖4-10 ~ 12 所示，當前氧化攪拌強 度越強，顆粒粒徑越小，則通量衰減程度越遲緩；攪拌強度越弱，顆粒粒 徑越大，則通量衰減程度越快速。換言之，當前氧化攪拌強度越強，顆粒 粒徑越小，過濾體積越多。然而從Kozeny-Carman 公式可得知當顆粒粒徑 越大，其孔隙率越大、濾餅比阻抗越小，故過膜通量越大，與本研究之結 果相反，推測雖然前氧化攪拌強度為200 s^-1時粒徑較大，但結構較為鬆散 容易壓縮而變形使得比阻抗變大；攪拌強度為600 s^-1時粒徑較小，因結構 較為緊實不易變形而比阻抗較小。故進一步分析其比阻抗之差異。

若顆粒結構較為鬆散、較容易壓縮，則濾餅比阻抗較大，使得過膜通 量較小，反之若結構較為緊實，則濾餅比阻抗較小使得過膜通量較大。圖

4-13 ~ 15 為固定鐵錳濃度比值下，前氧化攪拌強度與比阻抗之關係圖，當 前氧化攪拌強度越弱，則濾餅之比阻抗越大，反之當攪拌強度越強，則濾 餅之比阻抗越小。換言之，當攪拌強度越強則顆粒結構越緊實、濾餅比阻 抗越小，使得過膜通量較大，為證明攪拌強度與顆粒結構之關係，故進一 步分析顆粒之碎形維度。

碎形維度為近年來用以描述具不定形、不規則形態之顆粒構造，一般 而言，碎形維度其範圍介於1 ~ 3 之間。維度越大則顆粒緻密性越好；較低 之維度則代表結構較為鬆散。表4-3 為前氧化攪拌強度與碎形維度之關係，

當攪拌強度越強，碎形維度值越大。換言之，當攪拌強度越強，所形成之 顆粒結構越緊實；攪拌強度越弱則顆粒結構越鬆散，故雖然攪拌強度為200 s^-1 時粒徑較大，然而因結構較鬆散，容易壓縮變形降低濾餅之孔隙率，增

加濾餅比阻抗導致過膜通量較小；攪拌強度為 600 s^-1時粒徑較小，但因顆 粒結構較為緊實，孔隙率較大，濾餅比阻抗較小使得過膜通量較大。

故當攪拌強度越弱，雖然顆粒粒徑越大，然而碎形維度值較小、結構 較為鬆散、容易壓縮變形，使得濾餅比阻抗較大，過膜通量較小，反之當 攪拌強度越強，顆粒粒徑越小，然而碎形維度值較大、結構較為緊實，使 得濾餅比阻抗較小，過膜通量較大。

Fe:Mn=10:0

Fe:Mn=10:3

Specific cake resistance (m/kg)

0

Fe:Mn=10:1

Time (min)

0 5 10 15 20 25 30 35

Specific cake resistance (m/kg)

0

Specific cake resistance (m/kg)

0

表4-3 鐵錳濃度比值及前氧化攪拌強度對於顆粒碎形維度之影響

G 值 比值 Fe:Mn=10:0 Fe:Mn=10:1 Fe:Mn=10:3 G=200 s^-1 1.79 ± 0.01 1.87 ± 0.03 2.02 ± 0.01 G=400 s^-1 1.94 ± 0.01 2.05 ± 0.01 2.18 ± 0.01 G=600 s^-1 2.04 ± 0.01 2.14 ± 0.01 2.20 ± 0.01

(2) 過濾水質

表 4-4 為經 MF 薄膜過濾後濁度去除之程度，當前氧化攪拌強度為 200 s^-1時皆可得到90%以上之濁度去除率，而當攪拌強度為 600 s^-1時卻只有80%

左右之去除率，故當攪拌強度越強，濁度去除率越低。

其濁度去除率差異之可能原因是當前氧化攪拌強度為 200 s^-1時，顆粒 粒徑較大，進行過濾時，顆粒堆疊速度較快、形成濾餅速度較快，可攔截 較多之顆粒物質，且其碎形維度值較小、顆粒結構較為鬆散。利用正壓模 組進行過濾時，將使得大顆粒被壓縮變形成似二維之平面結構，降低濾餅 之孔隙率，進而攔截住粒徑較小之顆粒。此外，當前氧化攪拌強度為200 s^-1 時，所施予於顆粒之剪力較小，顆粒不容易因碰撞而形成極小之顆粒穿透 薄膜孔洞，故當攪拌強度為200 s^-1時濁度去除率較佳。

反之，當前氧化攪拌強度為 600 s^-1時，顆粒粒徑較小、顆粒堆疊速度 較為緩慢，故過濾時形成濾餅速度較慢，攔截顆粒能力有限，且其碎形維 度值較高、顆粒結構較為緊實，當較大顆粒截留於薄膜表面時，不容易受

壓變形，攔截小顆粒之能力較弱，此外當前氧化攪拌強度為 600 s^-1時，作 用於顆粒之剪力過大，使顆粒容易因碰撞能量過大而破碎成極小之顆粒，

穿透薄膜後再聚集，導致濾後濁度變高而降低濁度去除率，故當攪拌強度 為600 s^-1時濁度去除率較差。

然而當前氧化攪拌強度為 600 s^-1 時顆粒粒徑仍遠大於薄膜孔徑 (0.7 μm)，要穿透薄膜之機會較小，故水樣中並無粒徑小於 0.7 μm 之顆粒穿透 薄膜，導致過濾後濁度去除程度較差。此外，當前氧化攪拌強度為 600 s^-1 時，其總阻抗與前氧化攪拌強度為 200 s^-1時之總阻抗差異並不高。以鐵錳 濃度比值為10:3 為例，當攪拌強度為 200 s^-1時，其總阻抗為0.65 m^-1；攪 拌強度為600 s^-1時，其總阻抗為 0.59 m^-1，表示不論攪拌強度為何，於過濾 過程中皆有將顆粒物質攔截於薄膜表面上，使得總阻抗增加。故造成前氧 化攪拌強度為 600 s^-1時薄膜過濾後濁度去除率較低之主因可能是選定之過 膜壓力太大，使得顆粒經擠壓而貫穿薄膜如圖4-16 所示。當前氧化攪拌強 度為 600 s^-1時，其顆粒之碎形維度較高、顆粒較為緊實、不易壓縮，使得 前氧化攪拌強度為 600 s^-1之顆粒因擠壓而貫穿薄膜；反之，當前氧化攪拌 強度為 200 s^-1時，由於其顆粒之碎形維度較低、容易壓縮變形而截留於薄 膜表面上，故不易因擠壓而穿透薄膜使得濁度去除率較高。

表4-4 過膜後濁度去除程度

Fe:Mn=10:0 G=200 S^-1 G=600 S^-1

過濾前濁度 (NTU) 8.23 11.40

過濾後濁度 (NTU) 0.60 2.18

薄膜濁度去除率 (%) 92.7 80.9

Fe:Mn=10:1 G=200 S^-1 G=600 S^-1

過濾前濁度 (NTU) 8.46 12.40

過濾後濁度 (NTU) 0.70 2.42

薄膜濁度去除率 (%) 91.7 80.5

Fe:Mn=10:3 G=200 S^-1 G=600 S^-1

過濾前濁度 (NTU) 13.47 15.47

過濾後濁度 (NTU) 1.17 3.94

薄膜濁度去除率 (%) 91.2 74.5

圖4-16 顆粒受擠壓貫穿薄膜示意圖