第二章 文獻回顧
2.4 MBR操作條件對於薄膜積垢之影響
一般造成薄膜積垢因素可分為薄膜性質、污泥性質及操作條件三部 分。薄膜性質包括材質、孔徑大小及模組型式等，污泥性質包括膠羽粒徑 大小及混合液懸浮固體物 (Mixed liquid suspended solids, MLSS) 濃度 等，操作條件包括曝氣速率、污泥停留時間及薄膜通量等 (Chang et al., 2002)
。
其中污泥性質又因污泥來源及操作條件之不同而有所差異，MBR 操作條件包括曝氣速率、水力停留時間、污泥停留時間及薄膜通量，其與 薄膜積垢速率息息相關。2.4.1 曝氣速率
曝氣速率會影響水流剪力大小，進而影響薄膜積垢速率，當曝氣速率 增加，水流剪力將變大，進而降低薄膜積垢情形。但曝氣速率存在一臨界 值，薄膜積垢速率不會因為曝氣速率的增加而持續減緩 (Stepheson et al., 2000; Visvanathan et al., 2000; Howell et al., 2004)。
Bouhabila et al. (2001) 曾改變曝氣速率為 0.6、1.3、1.8 及 2.4 CMH 並觀察其過濾阻抗，發現隨著曝氣速率的增加其過濾阻抗減小，然而當曝 氣速率從1.8 提高至 2.4 CMH 時，其過濾阻抗減小幅度有限。
2.4.2 水力停留時間
水力停留時間 (Hydraulic retention time, HRT) 的長短亦會影響薄膜 積垢速率。由於較短的HRT 可提供微生物較多的基質及營養鹽，使得系統 中污泥濃度提高，且薄膜阻抗亦會增加，而較長的HRT 其薄膜積垢速率則 較HRT 短時減緩 (Visvanathan et al., 1997)。
Meng et al. (2007) 曾改變不同 HRT 為 10-12、6-8 及 4-5 小時，研究 HRT 對於 MBR 之污泥特性及薄膜積垢之影響，結果研究顯示，當 HRT 降
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低時，其胞外聚合物濃度、MLSS 都將增加，使得薄膜積垢潛勢增加，但 對於COD 處理效率影響不大。
2.4.3 污泥停留時間
不同的污泥停留時間 (Sludge retention time, SRT) 其污泥產量及組 成亦會有所不同，進而影響系統的生物處理效率及系統中污泥濃度的大小
(
Bouhabila et al., 2001)。SRT 的長短將影響污泥濃度大小，污泥濃度隨 SRT 增加而上升，而 SRT 的增加會些微降低污泥中胞外聚合物含量及平均 顆粒粒徑大小，使得薄膜積垢速率較為減緩(
Chang and Lee, 1998; Huang, 2000; Pollice et al., 2005 )。Lee et al. (2003) 及 Han et al. (2005) 亦改變 SRT 為 20、40、60 天與 30、50、70、100 天，皆發現過高的污泥濃度將 使得污泥黏滯度增加，使得薄膜積垢速率隨著 SRT 增加而上升。故 SRT 對於薄膜積垢之影響目前並無統一之結論。而SRT 的長短，亦將影響污泥 濃度，而污泥濃度對於薄膜積垢是否造成影響亦為許多學者所關切的重 點。當污泥濃度大時，其污泥黏滯度會增加，使得薄膜積垢速率上升，其 呈一線性關係 (Lübbecke et al.,1995)。Yigit et al. (2008) 亦指出污泥濃度 於 4600-12600 的 範 圍 中 ， 其薄膜出水通量從 120 LM-2H-1 降 至 57 LM-2H-1，隨MLSS 濃度增加，造成薄膜積垢上升。但亦有學者指出污泥濃 度大小與薄膜積垢速率無關 (Fan et al., 2006)，故目前無一致性的結論。主要原因乃由於活性污泥為一複雜且多變的物質，其內含有進流基質、微 生物及其代謝產物等交互作用，不同植種來源的污泥其特性亦會有所不 同。但是污泥濃度提高時，其污泥黏度將增加，氧氣傳送率變低且薄膜積 垢速率亦將增加，因而提高操作成本 (Meng et al., 2009)。 綜合整理後可 知當污泥濃度小於6 g/L 時，污泥濃度增加將使積垢速率減緩，而當污泥濃 度大於15 g/L，積垢速率則隨污泥濃度上升而增加 (Sato and Ishii, 1991;
Brindle and Stephenson, 1996; Madaeni et al., 1999; Defrance et al., 2000; Hong et al., 2002)。
2.4.4 薄膜通量
通量的大小是最直接影響薄膜積垢速率的因素之一，不同的通量會造 成不同的積垢物沉降在薄膜表面上。當通量大時，顆粒及膠體物質等沉積 物會快速堆積在薄膜表面，且其吸引力會壓縮薄膜表面的積垢物，使其更 為壓密，且造成可逆積垢快速發生，故當通量增加時，積垢速率亦會快速 增加 (Chang et al., 2002; Guglielmi et al., 2007; Kimura et al., 2005)。
Germain et al. (2005) 於 5.5-33 LMH 間改變六種不同通量，發現隨著通量 的增加，其薄膜積垢速率呈現指數上升。表 2.6 為文獻上不同操作條件比 較。
薄膜通量為最直接影響薄膜積垢並關係MBR 操作成敗之因素。臨界通 量 (Critical flux) 為 MF 於過濾時存在一通量，當通量大於此臨界通量時，
則有流通量降低的問題，而臨界通量的大小和許多因素相關。故一般MBR 操作時，建議操作於臨界通量之下，即所謂次臨界通量 (Sub-critical flux)，
以避免流通量降低 (Field et al., 1995)。
但根據研究指出，操作於次臨界通量下一段時間後，其透膜壓力仍會 快速上升，並無法避免流通量降低的發生，此乃由於一些大分子有機物其 仍會沉積或吸附於薄膜表面或孔洞，使得薄膜孔洞逐漸縮小或阻塞，造成 薄膜局部通量大於臨界通量，使得透膜壓力快速上升 (Field et al., 1995;
Ognier et al., 2004; Pollice et al., 2005)。
表 2.6 文獻上不同操作條件比較
(LMH) Reference Synthetic 1.97 7.8 - 20-60 7 9 Lee et al. (2003) 之，其中最簡單的方法即是Resistance-in-series model，利用 Darcy’s law (2.1 式) 求其過濾阻抗 (Chang et al., 2002):
(2.1) 其中J 為薄膜通量 (m3/m2-s)；TMP 為 Trans-membrane pressure (Pa)；μ 為過濾液黏度 (viscosity, Pa s)；R 為過濾阻抗 (m-1)。
Ahn and Song (1999) 及Huang et al. (2000) 皆指出溫度會對通量造 成影響。故Huang et al. (2000) 提出在利用Resistance-in-series model求 其過濾阻抗時，先利用2.2 式將所有通量皆修正至 25oC 條件下。
(2.2) 其中J25為修正至25oC 下之通量，JT為實際溫度下之通量
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