一、前言
在固液分離型MBR膜生物反應器處理技術中，膜的功用是截留微生物與SS固體物，使處理過水透過MBR膜生物反應器輸送至清水儲備池。
表1 MBR膜生物反應器處理技術所用膜型式有以下幾種：
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0.1μm中空纖維 |
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管狀UF |
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平板式(聚丙烯材料) |
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管狀UF(polysulfone) |
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0.2μm中空纖維(聚丙烯) |
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陶瓷材料 |
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于無紡布涂上一層0.2μm~0.45μm厚之多孔性(孔徑大小0.4μm)之高分子涂層(平板式) |
吉創(chuàng)公司MBR膜生物反應器處理技術膜材料為無紡布支撐物(nonwoven)上涂上一層微孔性高分子聚合物薄層。微孔性高分子膜膜孔大小約在0.2μm ~0.45μm，無紡布支撐物有助濾作用。高分子無紡布常用作過濾空氣之纖維濾材，以除去空氣中污染固體粒子。此種纖維濾材的孔隙一般可在1μm~50μm，對于小至0.1μm之空氣微粒都能夠過濾。無紡布纖維濾材具有大的纖維孔隙卻可除去微小粒子，其過濾機制不單只是一般微孔性薄膜篩阻(sieve)分離機制而已。無紡布特殊纖維排列結構，使得進入孔隙內之小粒子，也會被攔截捕捉而具高過濾效能。無紡布材料之過濾機制，除了篩阻機制外，尚包括一般無紡布濾材之慣性碰撞機制、截留、機制、布朗擴散機制。其過濾分離之粒子大小范圍相當寬廣。此種無紡布過濾之過濾機制可視為深床過濾分離機制。
表2 MBR膜生物反應器使用膜材料
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聚合物 |
優(yōu)點 |
缺點 |
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二氧化鈦/二
(Titantium dioxide/ Zirconium dioxide) |
耐化學性耐熱性耐機械性 |
很昂貴只限MF或UF使用易碎 |
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醋酸纖維 |
價廉耐氯性大 |
化學穩(wěn)定性差、機械穩(wěn)定性差 |
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Polysulfone |
耐酸可蒸汽消毒 |
不耐碳氫化合物 |
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聚丙烯 |
耐化學性 |
本身為疏水性，表面處理后可變?yōu)橛H水性 |
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鐵氟龍(PTFE) |
疏水性強耐有機性耐化學性化學穩(wěn)定性佳 |
疏水性太強成本高 |
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聚酰胺(Polyamide) |
耐化學性及耐熱性佳 |
對氧氣敏感 |
二、無紡布濾材與微孔性膜材的結構及其對過濾機理
目前MBR膜生物反應器所使用之膜材料是屬于微孔性濾材。于探討無紡布濾材用作MBR膜生物反應器之膜材前，讓我們先了解兩種濾材之結構，如膜孔結構及粒子與膜孔相對大小與膜材積垢(fouling)之關系。UF或MF等微孔性膜，因為其膜孔大小小于污泥粒子，于膜離生物反應器系統(tǒng)中，其過濾機制是將欲去除之粒子置留于膜材表面上。一般的情況是，粒徑大于膜孔孔徑之粒子會被去除，粒徑小于膜孔孔徑者則可能崁入膜孔而造成阻塞而影響到過濾效果。
無紡布膜材料(或稱濾材)是一種多個相連開放性孔隙之多層纖互相重迭網(wǎng)狀結構物。當水或廢水通過這些濾材，液相中之粒子可被攔截。被攔截之粒子可吸附在無紡布表面上或孔隙內。
無紡布濾材過濾時，過濾初期粒子會先吸附在纖維表面上，經(jīng)過一段時間后，在纖維表面上，有許多粒子集結成團粒。最后，大多數(shù)粒子則于集結織物網(wǎng)孔間形成多孔性濾餅。在此階段以后，粒子有可能堆積在無紡布濾材表面而形成表面積垢現(xiàn)象。(1)過濾初期 、(2)過濾中期、 (3)過濾末期，粒子于不同階段在無紡布濾材上沈積情形 于微孔性膜材，當粒子崁入膜孔時，會形成不可逆積垢，而影響到濾液通過。但是在無紡布濾材過濾時，由于織物間孔隙遠大于粒子大小，所以初期過濾時，織物間之纖維表面雖然沉積了粒子，不太會影響到濾液通量。也就是說無紡布濾材，早期之不可逆積垢不會影響到濾液通量。此即表示在無紡布濾材中，纖維網(wǎng)孔中即使網(wǎng)孔中崁入粒子，于過濾操作初期，孔洞內塞阻趨勢不大，壓降仍維持低值，變化不大。但當網(wǎng)孔空間慢慢被粒子填滿時，孔洞內塞阻急速增加，壓降變大。而當無紡布表面開始沉積粒子時，濾餅阻力漸出現(xiàn)。而于微孔性膜材，膜孔小，除了極小粒子(如膠體大小之粒子)會被崁入膜孔內以外，大部份的粒子會沉積在膜材表面，而以濾餅阻力為主。從以上分析可知，無論是微孔性膜材或不織布濾材膜材，膜孔大小及孔隙度對于濾液通量有相當大影響作用，但是兩種膜材之影響作用是有所不同。于微孔性膜材，膜孔徑(dm)小于或遠小于粒徑(dp)。對粒子而言，膜表面就類似于一面墻，所以濾餅阻因素大。而對于無紡布濾材，通常網(wǎng)孔徑大于或遠大于粒徑�？锥磧热璎F(xiàn)象比較顯著，其對濾液通量之影響，視網(wǎng)孔被阻塞之嚴重程度而有所不同。
三、膜材的表面改質
原水中之成份所以會影響到濾液通量，主要是來自其與膜材間之作用。此作用大小直接關系到膜材上積垢程度。UF和MF薄膜材料或者不織布濾材之親疏水性則是影響此作用之關鍵因素之一。研究結果顯示使用親水性薄膜時，通量降低程度較小。
表3 三種膜材之純水通量及蛋白質之吸收
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膜材料 |
空隙大小(μm) |
接觸角(°) |
透過率(mPa-1s-1×109) |
BSA吸附(mgm-2) |
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0.1% |
1% |
10% |
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親水性Nylon66 |
0.52 |
<15 |
34.0 |
～150 |
～400 |
～725 |
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親水性PVDF |
0.72 |
62.5 |
17.5 |
～15 |
～65 |
～85 |
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疏水性PVDF |
0.80 |
89.1 |
21.5 |
～300 |
～625 |
～1150 |
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