二氧化鈦複合薄膜應用於減緩生物反應器之薄膜積垢

Abstract

生物薄膜反應器 (membrane bioreactor, MBR)是利用薄膜過濾系統取代傳統活性污泥處理程序中之沉澱池單元，其優點為對於有機物具有較高處理效率，系統所需佔地面積小，而且廢棄污泥量也較少。但在MBR系統應用方面，最大之問題就是薄膜積垢(membrane fouling)，當薄膜發生積垢時，會造成操作通量之下降或是透膜壓力(trans-membrane pressure, TMP)之上升，而使MBR操作之成本提高。 為了改善此問題，本研究針對薄膜表面改質之方向進行研究，將具有光觸媒效應與超親水性質之二氧化鈦凝膠 (titanium dioxide sol, TiO2-sol)與商用薄膜結合，使用截流式(dead-end)系統來過濾污泥，用來比較改質前後之薄膜與有無照射可見光源之二氧化鈦薄膜，降低通量衰減與延緩薄膜積垢之能力；使用掃流式(cross-flow)過濾系統，對有無照光之二氧化鈦薄膜，模擬MBR系統之操作，目的在於當複合薄膜之滲透率(permeability)突降時，立即對薄膜表面進行染色，再利用共軛焦顯微鏡(confocal laser scanning microscopy, CLSM)觀察，分析積垢物成分與積垢機制之探討。 照射UV或可見光源後之TiO2複合薄膜，薄膜表面之親水性質更加顯著，使得其清水通量增加。在短程之過濾試驗中，其結果以照光後再進行生物污泥過濾之TiO2複合薄膜，其延緩通量衰減之能力最佳，過濾表現優於未經改質之薄膜。在長程之過濾試驗中，配合光照條件之TiO2複合薄膜，其滲透率衰減的趨勢較原始薄膜和緩，而由CLSM之結果，發現經由物理清洗與照光之TiO2複合薄膜，能有效減少活體細胞數、多醣類與蛋白質之含量。