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生物薄膜程序之薄膜阻塞機制與清洗控制之研究

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Academic year: 2021

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(1)□ 成 果 報 告 □期中進度報告. 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫. 沉浸式生物薄膜系統(SMBR)之薄膜阻塞機制與清洗方式探討 Membrane Fouling Mechanism and Cleaning in Submerged Membrane Bioreactor. 計畫類別:□ 個別型計畫 □ 整合型計畫 計畫編號:NSC92-2211-E-009-020 執行期間: 92 年 8 月 1 日至 93 年. 7. 月. 31. 日. 計畫主持人: 陳 重 男 教授 共同主持人: 詹 益 欽 博士 計畫參與人員: 杜 松 翰. 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交):□精簡報告. □完整報告. 本成果報告包括以下應繳交之附件: □赴國外出差或研習心得報告一份 □赴大陸地區出差或研習心得報告一份 □出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份 □國際合作研究計畫國外研究報告書一份. 處理方式:除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、 列管計畫及下列情形者外,得立即公開查詢 □涉及專利或其他智慧財產權,□一年□二年後可公開查詢 執行單位: 國立交通大學環境工程研究所 中. 華. 民. 國. 93. 年. 7. 月. 31. 日.

(2) 一、中文摘要 本研究利用實廠取得的污泥經馴養成模擬的進流系統,掃流式平板膜快速膜 濾裝置為主體設備,透過膜濾的數據分析發現系統中薄膜阻塞係由孔洞阻塞、中 間阻塞、濾餅過濾機制所造成,薄膜阻塞階段依序為初始的孔洞阻塞機制,之後 過渡至中間阻塞與濾餅過濾機制。阻塞影響因子探討中,實驗結果顯示阻塞物質 粒徑分佈與薄膜孔徑間的相關性,將影響主要的阻塞機制;薄膜穿透壓(TMP)於 超臨界通量操作下隨其增大將直接影響阻塞前、中段使阻塞更加嚴重;掃流速度 (CFV)影響濾餅生成的穩定及特性,因此於阻塞中後段扮演相當重要的角色。薄 膜清洗探討中,超音波結果發現其清洗對象隨清洗時間的轉換將視薄膜阻塞程度 而異,由阻塞濾餅層轉為孔洞間吸附力較弱的阻塞物質;化學清洗透過中央合成 設計法(CCD)可有效得到包括清洗效率的反應曲面、等清洗效率曲線及最佳清洗 條件。 關鍵字︰沉浸式生物薄膜系統、薄膜阻塞、阻塞影響因子、薄膜清洗 英文摘要 In our study, we use rapid plate membrane instrument as main equipment, the acclimatized sludge got from wastewater plant as feed system. By analyze filtration data, finding membrane fouling occur pore blocking, intermediate and cake filtration mechanism. Fouling stage goes on pore blocking and then transfer to intermediate and cake filtration. In fouling affect factor discussion, Results reveal the relationship between fouling matter’s size distribution and membrane average pore size determines main fouling mechanism. The force balance caused by TMP and CFV influence the cake’s form stabilization and properties, so it plays an important role in mid and former fouling stage. Ultrasonic cleaning shows its cleaning target transfer from cake to weak attached foultants in membrane pore differ from different fouling degree. Chemical cleaning were carried out in central composite design could effectively got the useful cleaning efficiency information. Key words︰submerged membrane bioreactor;membrane fouling;fouling affect factor;membrane cleaning 二、前言 隨著科技日新月異,各行各業對於水資源的需求與依賴相形越重,然水資源 開發不易,因此水回收再利用成為廢水處理新的研究課題。沉浸式生物薄膜程序 (SMBR)即為因應此目標的嶄新處理技術,綜合文獻指出[1,2,3],其由於利用薄膜 單元取代傳統沉澱設備,使操作不再受限於污泥的沉降性,帶來包括提升生物單 元處理效能、更佳的處理水質、有效的固液分離、節省用地面積、減少污泥量、 更能因應處理水質水量的變化等優點,其中處理水質不僅符合放流水質標準,更 1.

(3) 已達如中水道(灌溉、洗滌)及廠房冷卻水使用標準,顯現其提升處理水回收再利 用的價值,未來的研究目標在使處理水質達製程回收超純水的標準。 三、研究目的 沉浸式生物薄膜程序由於應用薄膜單元,於操作上就得面臨薄膜阻塞此問 題,因此在追求更高處理效能的同時,也得兼顧薄膜阻塞此限制,唯有從中找出 雙贏的操作控制條件,才有可能達成最低操作經費的目標。所以,瞭解薄膜阻塞 相關課題包括阻塞機制、阻塞階段、阻塞影響因子、薄膜清洗成為本研究主要探 討的內容,冀望能作為將來國內實廠推廣時設計與操作的參考。 四、文獻探討 現今薄膜阻塞相關的研究也不乏其數,如淨水處理(自來水工程)中多針對天 然有機物(NOM)為模擬物質進行無機性阻塞探討,針對有機性阻塞多以蛋白質 (如牛血清蛋白,BSA)來模擬探討,綜合諸多文獻整理[4,6,7],薄膜阻塞分為孔洞 阻塞(pore plugging)機制,其可再細分為完全(complete)阻塞與逐漸(gradual)阻 塞、中間(intermediate)阻塞機制、滤餅過濾(cake filtration)機制;阻塞影響因子的 探討可分為薄膜單元、生物單元、操作控制、其它四大類,其中生物單元內的胞 外聚合物(EPS)於近年研究備受矚目[5],其被視為生物膠羽附著於薄膜表面此擔 體的關鍵,亦即決定掃流式操作時生物濾餅層於掃流力與膜穿透壓力平衡間的穩 定(stabilization)。 五、研究方法 本研究分為三個方向進行,簡述如下: (1.) 污泥馴養:將實廠取得之污泥利用同為採自實廠之製程廢水作為進流基質與 沉浸式生物薄膜系統馴養成設定之濃度,作為後續薄膜過濾之進 料。 (2.) 薄膜過濾:使用掃流式平板膜快速膜濾系統進行阻塞機制、階段、影響因子 探討。 (3.) 薄膜清洗:分為物理性的超音波洗淨及化學性的藥劑清洗探討,其中化學清 洗部分透過中央合成設計法(CCD, Central Composite Design)進 行 2 因子實驗設計。 研究中污泥馴養係利用沉浸式生物薄膜系統,包含體積各為 2 L及 8 L之無 氧/好氧反應槽,如圖一,各槽並設置pH、ORP、DO監控及加藥系統以控制各槽 於最佳之微生物生長環境。薄膜單元置於好氧反應槽中,為中空纖維型式 (ZENON ZeeWeed®-1,薄膜總表面積為 0.046m2,薄膜孔徑為 0.04μm)。而污泥 馴養時之進流基質為採自桃園八德某光電業實廠的製程廢水,性質主要可分為剝 離液(stripper)、現像液(developer)、清洗溶劑(rinse)三大類,成分與特性如表一所 示。. 2.

(4) 薄膜過濾係利用掃流式平板膜快速膜濾系統,其包含三個單元,分別為外部 的油壓加壓裝置、中心的薄膜單元、管線配閥,其為加拿大 ZENON 公司所生產 OSMONICS Sepa CF II Membrane Cell,當中薄膜單元使用平板式(plate)薄膜,規 格為 19.1 x 14.0 cm。系統各單元之配置及外觀如圖二所示。 六、結果討論 1. 薄膜阻塞機制之求取 本研究並非自行推導薄膜阻塞模式或提出新的阻塞機制,乃利用先前學者提 出的阻塞機制來驗證本研究之混合性阻塞是否相符。在此利用膜濾結果分別以 t/V vs.V、e t vs.V、t/V vs.t、dt/dV vs.t 為 XY 軸做圖,當中的線性線段(linearity) 即分別為產生濾餅過濾、孔洞完全、孔洞逐漸、中間阻塞機制,線性線段係以線 性迴歸分析後,設定 R 2 >0.99 來判定之。實驗結果顯示當操作條件於 MLSS= 10000 mg/L;TMP= 1 bar;CFV= 0.406 m/sec 下,上述的四種阻塞機制於本研究系 統中皆會發生。圖三為濾餅過濾機制求取示意圖,此僅以其為例說明。 2. 薄膜阻塞階段 所謂薄膜阻塞階段即是將各阻塞機制依其於膜濾過程發生的時間去順序排 列稱之,因此將上節求取阻塞機制各圖中線性線段的區域與原始膜濾結果做對 照,經整理各阻塞機制的發生時間如表二,將其對應圖四來討論,發現膜濾初始 前 5 分鐘內通量急遽下降,J/J 0.5 min 大約降至 0.4 左右,由阻塞的角度解釋其原因 為孔洞逐漸、孔洞完全、中間阻塞三種阻塞機制同時發生且皆顯著(dominant), 5~16 分鐘此區間通量下降傾勢趨緩,但此時間區間並無任何阻塞機制的求得, 這點就顯得有些不合理,而 20 分鐘~3 小時之間通量變化大約由 0.3 降至 0.1 左 右,這個區間更是可發現四種阻塞機制皆發生,差別僅在起始時間不同而已,我 想此區間雖然四種機制皆求得,但實際上應該以中間阻塞及濾餅過濾為主要 (dominant)的阻塞機制。因此實驗結果顯示的阻塞階段被我歸納成為(孔洞逐漸 ∩ 孔洞完全 ∩ 中間阻塞) do min ant ⇒ (中間阻塞 ∪ 濾餅過濾) do min ant ∩ (孔洞逐漸 ∪ 孔洞 完全) min or 。 ∩ 為交集而 ∪ 為聯集之意,這樣的結果與推測原則上大致相符但仍 有相當差異,可能原因在於阻塞行為就微觀上為阻塞物質間本身或其與薄膜間複 雜的交互作用下造成,然典型傳統的阻塞機制或模式在應用上都有相當的限制, 即其多為單純的阻塞現象且多為了簡化方便推導而做了許多假設(如阻塞物質具 不可壓縮性等),這在本研究系統不見得成立,尤其生物薄膜程序中的阻塞行為 更為複雜,此也顯示很難有一絕對的機制或模式可套用到各種不同的狀況下,僅 能供為參考。 3. 阻塞物質粒徑分佈於阻塞之影響 圖五顯示污泥濃度為 10000 mg/L時進流混合液之粒徑分析結果,可將其區 分為 1000~1500nm的污泥膠羽(sludge)、180~450nm的類膠體物質(colloid,其可 能為微生物的代謝產物)、50~100nm的小粒徑溶解性物質(DOC)。之後,針對此 3 種不同粒徑分佈的阻塞物質做阻塞影響程度探討。當使用UF-100 kDa,圖六顯 3.

(5) 示 三 者 混 合 (sludge+colloid+DOC) 的 起 始 通 量 下 降 速 率 最 快 , 二 者 混 合 (colloid+DOC)次之,單一sludge最慢;同時 30 分鐘的實驗,三者混合與兩者混合 其最終J/J0.5min大約降至 0.5 左右,而單一sludge降至 0.6,此明顯說明中小粒徑分 佈的阻塞物質對於膜濾初始的阻塞貢獻程度大於大粒徑物質,當然如果同時共存 時影響又更大,這也說明膜濾初始通量的急遽下降主要原因是小粒徑物質造成薄 膜孔洞的縮小或完全阻塞,也就是孔洞逐漸及完全阻塞機制為膜濾初始階段的主 要影響機制。當使用UF-30 kDa相較UF-100 kDa孔徑更小時,圖七的結果顯然與 圖六不同,此時單一污泥的起始通量下降速率最快,二者混合與三者混合下降速 率幾乎一致,由此也顯示出當薄膜孔徑變化時,阻塞物質的粒徑分佈雖不變,但 其與薄膜間的相關程度即平移了,簡單的說,當使用 100 kDa膜小粒徑的DOC有 較多的部分能進入膜當中較大的孔洞造成孔洞阻塞機制,但換為 30kDa膜時,同 樣粒徑分佈的DOC可能僅剩小部分能進入孔洞中,此時孔洞阻塞機制即非主要的 阻塞機制,因此在 30kDa實驗中濾餅過濾機制為主要阻塞機制。另外 30kDa實驗 中最特別的是單一污泥反而較其它兩種情況造成嚴重的初始膜通量衰減,由此另 外可證明一般小孔徑薄膜(如 30kDa,其孔洞較小但相對單位面積上的開孔數較 多,即porosity大)的初始阻塞受被覆蓋的孔洞數目影響較大,相反的,大孔徑薄 膜(如 100kDa,其孔洞較大但相對單位面積上的開孔數較少,即porosity小)的初 始阻塞受孔洞因阻塞而縮小的數目影響較大。 4. 薄膜穿透壓(TMP)於阻塞之影響 圖八中顯示不論 30 及 100 kDa兩種UF膜,當操作於污泥濃度 10000 mg/L下, 隨者膜穿透壓的增加,初始膜通量衰減速率也隨之增加,同時 3 小時實驗的最終 J/J0.5min也越低,此可合理解釋為本研究中膜穿透壓增大是透過調整濃縮流閥提高 回收率達成,此表示單位時間內將有更多阻塞物質需通過薄膜,因此阻塞物質將 更快到達其能吸附的位置堆積,造成濾餅過濾的機制提早發生,同時過膜壓力的 增大,將造成濾餅層更加穩定(濾餅層的穩定、厚度、孔隙率決定於過膜壓力與 掃流剪力間的平衡)而增厚且形成更小的孔隙率,使阻塞由始至終都更加嚴重。 此另外表示實驗為超臨界通量(super-critical flux)操作,於超臨界通量操作下,膜 穿透壓增加僅使初始通量短暫的增加,之後很快地衰減,乃至最終通量更小。 5. 掃流速度(CFV)於阻塞之影響 圖九中顯示掃流速度 0.407 及 0.132 m/s於膜濾初始 10 分鐘有相似的通量衰減 率,而掃流速度 0.217 m/s的通量衰減率最小,但於 20 分後直至 180 分鐘,J/J0.5min 的變化趨勢則隨掃流速度增大而越大,最終J/J0.5min由掃流速度大至小排列,分別 為 0.45、0.25、0.15。由此結果表示掃流速度於膜濾中後段有明顯的影響,突顯出 掃流速度對濾餅生成及累積的影響,亦即掃流速度大提供更大對抗膜穿透壓的剪 力,使得濾餅生成厚度較薄且濾餅的孔隙率也較大。 6. 超音波清洗 圖十中當薄膜阻塞程度MFI ≅ 15000 s/L2時,超音波振盪 5min即有近 80%的 通量回復率,當振盪時間增長到 30min,回復率大約再提升 10%至 90%左右,由 4.

(6) 此可看出大約 30min的振盪已接近極限。另外經由掃描式電子顯微鏡(SEM)分析 超音波振盪清洗前後的薄膜表面情況,圖十一顯示振盪 5min時膜表面團狀的濾 餅層似乎被震掉了,但仍看不見膜的孔洞,然 30min振盪的膜表面形態已相當接 近乾淨的膜表面,且部分膜孔洞也可看到了,由此觀察大膽推論:超音波清洗對 象將因薄膜阻塞程度不同於不同的時間由膜表面的濾餅層轉為孔洞內吸附力較 弱的阻塞物質。 7. 化學藥洗 由於本研究薄膜阻塞為無機、有機、生物混合性阻塞,為了解何種為薄膜清 洗通量回復的限制,故分別進行檸檬酸(針對無機性阻塞較有效)與次氯酸鈉(針對 生 物 性 阻 塞 較 有 效 ) 兩 批 清 洗 實 驗 , 實 驗 進 行 採 中 央 合 成 設 計 法 (Central Composite Design,CCD),以清洗劑濃度及清洗時間做 2 因子實驗設計以求清洗反 應曲面、等清洗效率曲線、最佳清洗條件等訊息。圖十二顯示清洗效率的趨勢為: 檸檬酸濃度由小到大,清洗時間由短到長,清洗效率反應曲面分別由左向右、由 外向內昇高,但由外向內昇高的趨勢不如由左向右來的大且明顯,此即表示於我 設定的水準值下檸檬酸濃度於清洗效率的影響大於清洗時間;圖十三中等清洗效 率曲線分佈由左向右效率越佳,換言之,欲達 90%清洗效率,檸檬酸濃度在 0.7 左右以下就算清洗時間拉再長也不可能達成。因此,欲達某清洗效率皆可藉由調 整濃度及時間完成,而如何調整即視考量點(如操作成本)為何所決定。將上述反 應曲面經迴歸分析,可得一迴歸式,式中包含因子間的交絡項,在此檸檬酸濃度 為因子 X,清洗時間為因子 Y,清洗效率為 Z,如下式所示: Z = 0.87260 + 0.05590X + 0.02441Y - 0.02505X2 - 0.01230Y2 + 0.00225XY 將其分別對X及Y偏微可得:當操作於檸檬酸濃度 0.921M及清洗時間 163min,可 得最佳清洗效率 91.86%,此與超音波振盪 30min相近。於次氯酸鈉清洗結果中 顯示,當操作於相同檸檬酸清洗實驗的阻塞條件(阻塞程度MFI=15000 s/L2 )下, 清洗時間成為清洗效率的決定因子,此與檸檬酸清洗結果恰好相反,此也間接映 證了兩種不同清洗劑的清洗對象及機制有所差異。而當操作於次氯酸鈉濃度 0.765%及清洗時間 150min,可得最佳清洗效率 95.75%,此較檸檬酸及超音波振 盪 30 分鐘更佳,也表示於SMBR程序中針對生物性薄膜阻塞作清洗考量,可獲 得較高的通量回復率,但這樣仍不足以證實生物性阻塞為此程序清洗的關鍵決定 因素。 七、結論 1. 沉浸式生物薄膜程序中薄膜阻塞的現象係由孔洞完全阻塞、孔洞逐漸阻塞、 中間阻塞、濾餅過濾四大機制造成,薄膜阻塞階段以初始的孔洞阻塞與中間 阻塞為主,中後段以中間阻塞與濾餅過濾為主。 2. 阻塞物質粒徑分佈於阻塞的影響與其和薄膜平均孔徑間的相關性有非常大的 關係,將決定阻塞過程中主要的阻塞機制;薄膜穿透壓與掃流速度間的平衡主 要影響阻塞後段濾餅生成的特性,進而影響阻塞程度。. 5.

(7) 3. 超音波清洗對象於清洗過程中的轉變,視薄膜阻塞程度而異,本研究以 MFI 值的大小表示。SMBR 程序中針對生物性阻塞使用次氯酸鈉清洗可得較佳的 清洗效率,但仍無法證實生物性阻塞即為關鍵決定因素。 八、參考文獻 1. Tom S., S. Judd, B. Jefferson and K. Brindle.“Membrane Bioreactors for Wastewater Treatment", IWA, London., 2000. 2. Yamamoto K.“Membrane Filtration in Rapid Filtration, Biological Filtration and Membrane Filtration", Gihodo Shuppan, pp.255., 1994. 3. Berthold et al.,“Replacement of Secondary Clarification by Membrane Separation-Results with Tubular, plate and Hollow Fibre Modules", Wat. Sci. Tech. Vol.40, No.4-5, pp.311-320, 1999. 4. Michael E. Clarke and Joseph Zahka, “Understanding Membrane Plugging Mechanisms" , Mykrolis, Applications Notes. 5. A. L. Lim, Renbi Bai,“Membrane fouling and cleaning in microfiltration of activated sludge wastewater", Journal of Membrane Science, 216, 279-290, 2003. 6. Hermia, J.,“Constant Pressure Blocking Filtration Laws-Application to Power-Law Non- Newtonian Fluids", Transactions of the Institute of Chemical Engineers, Vol.60, p.183-187, 1982. 7. Georges Belfort et al.,“Review,The behavior of suspensions and macromolecular solutions in cross-flow microfiltration", Journal of Membrane Science, 96, 1-58, 1994. 九、計畫成果自評 由上述的研究成果,針對本研究上的不足之處提出以下幾點作為後續研究之 參考: 1. 沉浸式生物薄膜系統中薄膜阻塞為包含無機、有機、生物性的混合性阻塞, 其中於生物阻塞的部分,近年有學者提出胞外聚合物(EPS)為關鍵影響因子的 推論,但並未有較具體的成果來驗證此推論,本研究也曾嘗試以沸騰水浴萃 取法來進行 EPS 於阻塞影響貢獻度探討,但受限於其難以量化且分析上再現 性不佳,因而未能有所結果呈獻,後續的研究可以胞外聚合物作為生物阻塞 的重點影響因子,利用其它實驗設計及萃取方法(如陽離子樹酯交換)來更有 效探討。 2. 薄膜阻塞機制的探討,本研究也曾利用粒徑分析儀與高效能液相層析儀,進 行進流系統與不同時間的膜出流液分析,欲藉此來驗證前人提出的阻塞模式 及機制,但同樣受限於儀器分析上的再現性不佳且分析所得的 peak 過於繁 多,難以有效辨識,因而也未能有所成果展現,後續的研究建議不妨以更微. 6.

(8) 觀的角度,亦即以阻塞物質間的作用及阻塞物質與薄膜間的交互作用此角度 來進行阻塞機制、阻塞行為的探討,例如,濾餅層特性包括厚度、孔隙率等 的分析、原子力顯微鏡(AFM)的觀測、流導電位(stream potential)等的加入探 討。 3. 薄膜清洗的探討,本研究以中央合成設計法進行固定薄膜阻塞程度下的清洗 效率影響因子探討,但未進行更多組不同阻塞程度下的清洗探討,因此建議 後續的研究如能有效的控制薄膜阻塞程度(以 MFI 值大小來量化),可將此因 子再加入,形成以薄膜阻塞程度、清洗劑濃度、清洗時間進行 3 因子實驗設 計探討,此將使清洗的探討更形完整。. On-line Controller pH. ORP. Feed. Raw Wastewater. Backpulse Water Tank. Blower. MLSS. DO. Feed Pump MIXER. MIXER. pH Adjustment Tank. Anoxic Tank. Suction Pump. Aerobic Tank. Mixed Liquor Recycle Pump. Effluent. Membrane Tank. Internal Recycle Pump Waste Sludge. 圖一 沉浸式生物薄膜系統(SMBR)示意圖 表一 TFT-LCD 製程廢水性質 項目. 剝離液. 現像液. 清洗溶劑. (CH3)4NOH (TMAH). CH3CHOOHCH3. 平均值. (CH3)2SO 成份. (DMSO) C2H5ONH2. (IPA). ----. (MEA) pH. 9- 11. 10 - 13. 4 - 10. 10 - 11. SS (mg/L). <10. <10. <10. <10. COD (mg/L). 800 - 2000. 100 - 600. 500 - 3700. 800 - 2000. TKN (mg/L). 70 - 200. 60 - 90. 90 - 240. 100 - 200. NH3-N(mg/L). 0 - 15. 2 - 15. 0.1 - 10. 2. NOx-N(mg/L). 0.1 - 0.4. 0 - 0.3. 0.1 - 1.3. 0.2. 7.

(9) 圖二 掃流式平板膜快速膜濾系統配置及單元外觀圖. 450 400. III. II 2. t/V (sec*m /L). 350 300 250. 線性線段 y = 9.6286x + 136.19 R2 = 0.9982. 200 150 100 50 0. 5. 10. 15. 20. 25 2. Normalised Volume (L/m ) 圖三 濾餅過濾機制之求取示意圖 操作條件: MLSS= 10000 mg/L ; TMP= 1 bar cross-flow velocity(CFV)= 0.406 m/sec. 8. 30.

(10) 表二 SMBR 程序之各阻塞機制的發生時間 阻塞機制. 發生時間. Gradual pore plugging. 0~2 min 及 50~180 min. Complete pore plugging. 1.5~4 min 及 26.5~180min. Intermediate blocking. 1.5~3.5 min 及 16~180min. Cake filtration. 16~180 min. 1.1 1.0 0.9 0.8. J/J0.5min. 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time (min). 圖四 阻塞階段實驗之通量變化. 80. Intensity (%). 70 60 50 40 30 20 10 0 0. 100. 200. 300. 400. 500. 600. 700. 800. 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600. particle size (nm). 圖五 生物槽混合液之粒徑分佈. 9.

(11) Sludge+Colloid+DOC Sludge Colloid+DOC. 1.0. J / J0.5min. 0.9. 0.8. 0.7. 0.6. 0.5. 0.4 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. T (min) 圖六 阻塞物質粒徑分佈於孔徑較大薄膜之影響 操作條件:. MLSS= 10000 mg/L ; TMP= 0.5 bar CFV= 0.276 m/sec ; MWCO= 100k Da. Sludge+Colloid+DOC Sludge Colloid+DOC. 1.0. J / J0.5min. 0.9. 0.8. 0.7. 0.6. 0.5. 0.4 0. 5. 10. 15. 20. 25. T (min) 圖七 阻塞物質粒徑分佈於孔徑較小薄膜之影響 操作條件:. MLSS= 10000 mg/L ; TMP= 1 bar CFV= 0.276 m/sec ; MWCO= 30k Da 10. 30.

(12) 1.1. TMP=0.5bar...100 kDa TMP=1 bar...100 kDa TMP=2 bar...100 kDa TMP=0.5bar... 30 kDa TMP=1 bar... 30 kDa. 1.0 0.9. J/J0.5min. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time (min) 圖八 不同膜穿透壓於薄膜阻塞之影響 操作條件: MLSS= 10000 mg/L ; CFV= 0.276 m/sec. CFV=0.132 m/s CFV=0.217 m/s CFV=0.407 m/s. 1.0. J/J0.5min. 0.8. 0.6. 0.4. 0.2. 0. 20. 40. 60. 80. 100. 120. 140. 160. 180. 200. Time (min) 圖九 不同掃流速度於薄膜阻塞之影響 操作條件: MLSS= 10000 mg/L ; TMP= 0.5 bar ; MWCO= 30k Da 11.

(13) Flux recovery (%). 100. 80. 60. 40. 20. 0. 5min. 20min. 10min. 30min. Sonication time. 圖十 薄膜阻塞程度MFI ≅ 15000 s/L2下超音波振盪時間與通量回復之關係. (a) 薄膜乾淨時之原貌. (b) 薄膜阻塞時之面貌. (c) 阻塞之薄膜經超音波振盪 5min. (d) 阻塞之薄膜經超音波振盪 30min. 圖十一 超音波清洗實驗之 SEM 分析 12.

(14) Surface Plot of OptPoint. 90. 清洗效率 (%). 80. 180 158. 70 105. 0.1 0.232. 0.55. 0.868 1 檸檬酸濃度 (M). 30. 52. 清洗時間 (min). 圖十二 檸檬酸清洗之清洗效率反應曲面. Contour Plot of OptPoint 75% 80% 85% 90%. 清 洗時間 (min). 158. 90%. 105. 85% 80% 75%. 52. 0.232. 0.55. 0.868. 檸檬酸濃度 (M) 圖十三 檸檬酸清洗之等清洗效率曲線 操作條件: 薄膜阻塞程度MFI=15000 s/L2 13.

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參考文獻

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