第四章 鹹井水淡化及海水淡化廠RO膜之阻塞特性
6.2 奈米銀改質RO膜及spacer之抗菌
6.2.1 奈米銀改質RO膜及spacer對脫鹽之影響
本試驗取空白 RO 膜及 spacer 為 Un-MS 試驗，表面覆銀之 RO 膜為 Ag-cM 之試驗，表面覆銀之 spacer 為 Ag-cS 之試驗，進行藉由奈米銀改質，
對生物性阻塞控制之評估。
三試驗中之產水通量變化如圖6.7 所示，圖 6.7 (a)即為Un-MS試驗之產 水通量變化，其顯示產水通量迅速衰減，於第3 天 ~ 第 7 天從大於 1.0 降 至 約 0.5 m3/m2-day ， 而 後 衰 減 趨 緩 ， 最 終 之 產 水 通 量 達 0.2 ~ 0.4 m3/m2-day，僅約為起始通量之四分之ㄧ。
圖 6.7 (b)為銀改質RO膜試驗(Ag-cM)之產水通量變化圖，起始產水量 為0.8 m3/m2-day，較Un-MS 之起始產水量低，此乃因為RO膜表面披覆 Ag 粒子，增加滲透阻力所導致，前七天產水量維持在 0.8 m3/m2-day，之後便 緩慢遞減，意味著 Ag-cM 將RO膜的通量衰減從第 2 天延遲至第 7 天。產 水通量的衰減經由後續實驗驗證乃因微生物開始於膜表面生長，並釋放胞 外聚合物覆蓋膜表，導致Ag顆粒被覆蓋而不易釋放Ag+，因而抗菌效果消 失。奈米銀乃依賴銀離子的釋放，進入微生物細胞，與細胞內的硫氫基(-SH) 酵素反應，導致細胞失去活性，藉此達到抗菌效果，當膜表面銀粒子被各 種阻塞物覆蓋，導致銀離子無法釋放，便失去抗菌能力。為了避免此問題，
本研究遂進行奈米銀披覆改質spacer之研究，圖 6.7 (c)即為銀改質spacer (Ag-cS) 試驗的產水通量變化，可以發現Ag-cS試驗的產水通量普遍高於 Ag-cM試驗，產水量維持在起始產水量，為三個試驗中產水通量衰減最低 者，此外，直到第 13 天衰減才開始，此結果暗示經銀改質後的spacer亦對 改善RO膜的效能有貢獻，延長所需的清洗周期。
TDS 去除率變化如圖 6.8 所示，未經表面改質膜(Un-MS)的試驗其 TDS 於操作4 日前去除率維持於 95%以上，而後便迅速下降，於 7 ~ 11 天去除 率約為70 ~ 83%，13 ~ 18 天則平均為 50%， 相反地， Ag-cM 試驗的 TDS
去除率普遍維持於95 % 以上，而 Ag-cS 試驗, TDS 去除率曲線則顯示些微 浮動，去除率維持於97% 與 80 %之間。
其中Un-MS 試驗之去除率降低乃因為膜表阻塞物不斷累積，產水通量 降低，而透過膜之離子不變，導致產水TDS 濃度變高，而 Ag-cM 試驗雖其 通量於7 天後有明顯衰減，其 TDS 去除率卻無明顯下降趨勢，此乃因膜表 面覆銀後，呈現較為疏水，水中離子較Un-MS 試驗不易通過 RO 膜，使得 TDS 去除率維持不變，Ag-cS 試驗則因膜表未被改質，膜表特性與 Un-MS 無顯著差異，惟其因 spacer 具有抗生物阻塞效果，使得其通量衰減十分緩 慢，而不穩定的TDS 去除率則與其膜表微生物累積之特性有關，後節將可 見 Ag-cS 試驗中，膜表面微生物之族群發展特徵為微生物附著後隨即死亡 或流失，因此膜表特性不斷改變，導致產水通量亦較不穩定，但水質皆維 持於一定水準。
根據圖 6.7 與圖 6.8，顯示 Ag-cM 與 Ag-cS 皆具有抗菌效果，其中以 Ag-cS 試驗之抗菌效果較為持久，且對起始通量之影響較小。Li et al. (2002) 表示 spacer 為捲式膜的機械支撐，其亦能促進膜表的渦流，因而降低膜表 的濃度極化現象，並減少薄膜阻塞(Geraldes et al., 2003; Koutsou et al., 2007)，該渦流現象亦可幫助 spacer 本身表面的膠體或生物顆粒累積，因此，
表面覆銀之spacer 較不易因被阻塞物覆蓋而失去抗菌效果。
Operation time(day)
0 5 10 15 20
Permeate flux (m3 .m-2 .day-1 )
0.0
(a) Unmodified membrane and spacer (Un-MS)
Operation time(day)
0 5 10 15 20
Permeate flux (m3 .m-2 .day-1 )
0.0
(b) Silver coating membrane (Ag-cM)
Operation time(day)
0 5 10 15 20
Permeate flux (m3 .m-2 .day-1 )
0.0
(c) Silver coating spacer (Ag-cS)
圖6.7 表面覆銀試驗之產水通量變化
Operation time (day)
0 5 10 15 20
TDS rejection (%)
0 20 40 60 80 100
Unmodified membrane and spacer (Un-MS) Silver coating membrane (Ag-cM)
Silver coating spacer (Ag-cS)
圖6.8 表面覆銀試驗之 TDS 去除率變化