王 瑞

（西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，361021）

1 納濾膜濾速衰減原因

一般而言，造成納濾膜濾速衰減現(xiàn)象可歸納為兩個(gè)原因：一為薄膜表面濾餅形成使得過(guò)濾阻抗增加，通常此為可逆現(xiàn)象；此即藉由改變進(jìn)流水方向成為掃流過(guò)濾方式，在過(guò)濾進(jìn)行中，懸浮液中微粒除受濾液拉曳力作用外同時(shí)也受流場(chǎng)逆?zhèn)鬏斪饔昧ψ饔枚x開(kāi)薄膜表面，最后濾液拉曳力與流場(chǎng)逆?zhèn)鬏斪饔昧闪_(dá)到平衡時(shí)，使聚積在濾面濾餅厚度不再增加而濾速也能保持穩(wěn)定狀態(tài)但目前掃流過(guò)濾方式設(shè)備卻有愈趨復(fù)雜趨勢(shì)，且因進(jìn)流水由壓力抽送不斷循環(huán)，而壓濾通過(guò)薄膜濾液流量比起掃流回流液流量甚小，因此相對(duì)有效作功能量比例甚低且回流液濃度愈來(lái)愈高濾液流量愈來(lái)愈小，因此顯得不經(jīng)濟(jì)。另一原因?yàn)楸∧?nèi)部孔道阻塞現(xiàn)象使得過(guò)濾阻抗增加，此為不可逆現(xiàn)象，而此一阻塞現(xiàn)象與微粒及薄膜特性有關(guān)，因此難以藉由掃流或操作條件變化來(lái)控制，但可藉著慎選適當(dāng)?shù)谋∧た讖交驊?yīng)用一些前處理方法或使用多種型式去阻塞設(shè)備：包括進(jìn)出流水和濾液脈沖方式、空氣或?yàn)V液逆洗方式、納濾膜器加裝電場(chǎng)或超音波震蕩方式等，來(lái)加以控制及克服，然根據(jù)過(guò)去文獻(xiàn)所做研究，顯示以濾液逆洗方式最為經(jīng)濟(jì)且效果最佳。

綜合以上MF 過(guò)濾效率及經(jīng)濟(jì)性考量，著者在前期研究以改善傳統(tǒng)垂直流過(guò)濾方式，研發(fā)以活塞為動(dòng)力并圓管型無(wú)機(jī)薄膜處理設(shè)備，并結(jié)合進(jìn)流水掃流及濾液逆洗等去阻塞設(shè)備優(yōu)點(diǎn)，能有效地節(jié)省能源且提高薄膜處理成效。然由前期研究結(jié)果顯示其使用有機(jī)薄膜雖具有過(guò)濾阻抗小優(yōu)點(diǎn)，但卻易受酸堿侵蝕及不能再生使用、拆裝麻煩等缺點(diǎn)，而無(wú)法廣泛的應(yīng)用于各種工業(yè)廢水處理。是以本研究改以高機(jī)械強(qiáng)度及穩(wěn)定性、高耐溫性、耐化學(xué)藥性、有較大的pH 操作范圍、易清洗再生與較佳生物穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)無(wú)機(jī)薄膜取代前研究所使用有機(jī)薄膜，并探討最佳過(guò)濾-逆洗時(shí)間周期與最佳濃縮液排放頻率。本設(shè)備也以XX污水廠廢水為水樣，分別以直接過(guò)濾和以混凝為前處理二種處理方式，于實(shí)驗(yàn)中藉由處理前后水質(zhì)濁度、懸浮固體物、COD 與TOC 質(zhì)監(jiān)測(cè)及濾液流量量取，來(lái)探討各種處理成效。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法

本計(jì)劃實(shí)驗(yàn)配置圖如圖1 所示，其主要設(shè)備分述如下：

2.1 管狀型納濾膜裝置

采用法國(guó)Tech-set Company 的Micro-Carbosep 20 system 外管為不銹鋼套管制成，管長(zhǎng)為27.5 公分，管內(nèi)徑為2公分，管二端設(shè)有過(guò)濾進(jìn)流水與出流水進(jìn)出口，另外管身亦設(shè)有濾液出口可收集濾液。不銹鋼套管內(nèi)可套裝長(zhǎng)20 公分、內(nèi)徑0.6公分陶瓷薄膜圓管，進(jìn)流水由陶瓷薄膜圓管內(nèi)部進(jìn)入壓力透過(guò)薄膜，待充滿內(nèi)、外管間隙后經(jīng)由濾液出口收集至天平稱重，再傳訊至電腦記錄繪圖。

圖1 納濾膜系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置圖

2.2 動(dòng)力設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)動(dòng)力設(shè)備系以空壓機(jī)壓縮空氣，并藉油壓裝置（直徑為10cm、高30cm 二槽）來(lái)推進(jìn)活塞做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，活塞直徑為6cm，活塞最大推進(jìn)路徑為30cm（不銹鋼制），并連接管狀型陶瓷納濾膜設(shè)備。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 最佳過(guò)濾與逆洗時(shí)間間距

當(dāng)納濾膜時(shí)間間距設(shè)定較長(zhǎng)時(shí)，在120 分鐘濾程中活塞往復(fù)次數(shù)較少，如此可減少因活塞往復(fù)時(shí)所造成壓力泄降現(xiàn)象，但相對(duì)同時(shí)，薄膜卻因隨著過(guò)濾時(shí)間增長(zhǎng)而過(guò)濾阻抗增加，使得濾液流量減少，因此過(guò)濾時(shí)間間距有最佳值存在。而在逆洗時(shí)間間距方面；當(dāng)薄膜逆洗時(shí)間間距設(shè)定愈長(zhǎng)時(shí)，則薄膜逆洗愈完全阻抗愈低，可獲得愈大濾液流量，但相對(duì)也使因逆洗所損失濾液量增加，且使過(guò)濾時(shí)間減短，因此逆洗時(shí)間間距亦有其最佳值存在。由圖2 結(jié)果顯示，當(dāng)過(guò)濾與逆洗時(shí)間周期設(shè)定為90sec，而其中過(guò)濾與逆洗時(shí)間間距分別設(shè)定為85sec 及5sec 時(shí)可獲得最大濾液流量。

圖2 最佳過(guò)濾與逆洗時(shí)間的間距

3.2 最佳濃縮液排放周期

隨過(guò)濾進(jìn)行，薄膜內(nèi)管進(jìn)流水濃度漸增，造成濾液流量漸減最后趨近于零，此即為垂直流過(guò)濾方式最大缺點(diǎn)。因此為提高過(guò)濾成效，應(yīng)在適當(dāng)時(shí)機(jī)將濃縮液排放或回流回儲(chǔ)槽。本實(shí)驗(yàn)配合活塞壓縮時(shí)以掃流方式將濃縮液排放，而排放周期愈頻繁愈可減低薄膜表面濃縮液濃度增加濾液流量，但也造成過(guò)濾時(shí)間減短濾液流量減少現(xiàn)象，是以濃縮液排放周期有其最佳值存在。由圖3所示，當(dāng)濃縮液排放周期為每三個(gè)過(guò)濾循環(huán)排放一次時(shí)，可獲得最大濾液流量。

圖3 最佳濃縮液排放周期

3.3 廢水處理

于實(shí)驗(yàn)中所用薄膜孔徑大小分別為：去除分子量（Molecular cut off，MWCO）15 萬(wàn)（M9）、30 萬(wàn)（M1）及 0.14、0.20、0.45μm等五種，由表1 與表2 結(jié)果顯示，在濾液流量方面︰以直接過(guò)濾處理方式當(dāng)薄膜孔徑為0.14μm 時(shí)所獲得濾液流量為最大，而當(dāng)薄膜孔徑為0.20μm 時(shí)所獲得濾液流量為最??；另以膠凝為前處理處理方式當(dāng)薄膜孔徑為MWCO 15 萬(wàn) 時(shí)所獲得濾液流量為最大，而仍以薄膜孔徑為0.20μm 時(shí)所獲得濾液流量為最小。

表1 廢水直接過(guò)濾后濾液水質(zhì)

表2 廢水混凝過(guò)濾后濾液水質(zhì)

4 結(jié)論

本研究往陶瓷復(fù)式無(wú)機(jī)膜過(guò)濾系統(tǒng)，最佳過(guò)濾周期時(shí)間為90 秒、每一過(guò)濾周期最佳逆洗時(shí)間為5 秒及濃縮液每三周期排放1 次可獲得最大濾液流量。另將本過(guò)濾系統(tǒng)應(yīng)用于廢水處理，并分別以直接過(guò)濾和以混凝為前處理二種處理方式，在濾液流量方面：以直接過(guò)濾處理方式當(dāng)薄膜孔徑為0.14μm 時(shí)所獲得濾液流量為最大，而當(dāng)薄膜孔徑為0.20μm 時(shí)所獲得濾液流量為最小；另以混凝為前處理處理方式當(dāng)薄膜孔徑亦以去除分子量MWCO 15 萬(wàn)時(shí)所獲得濾液流量為最大，而仍以薄膜孔徑為0.20μm時(shí)所獲得濾液流量為最小，這個(gè)部分視懸浮液中粒徑分布情形而定，因此在選擇薄膜孔徑時(shí)應(yīng)先分析欲處理廢水中粒徑大小與分布，方能選取最佳薄膜孔徑。在過(guò)濾水質(zhì)方面：混凝過(guò)濾對(duì)于濁度去除效果佳，但在TOC 和COD 的去除效果則不佳。

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