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Ch 7 Ch 7

授課老師 : 王根樹

多重障礙觀念多重障礙觀念（（ Multiple-Barrier ConceptMultiple-Barrier Concept ））

集水區保護

添加混凝劑

初篩廢棄污泥

混凝 膠凝

良好沈澱

適當過濾

反沖洗水回收

充分消毒

配水系統

直接過濾

原水

廢棄污泥

原水原水

傳統處理流程傳統處理流程程序程序 混凝混凝

// 膠凝膠凝沉澱沉澱 過濾過濾 消毒消毒 配水管配水管

網網作用作用 使水中顆使水中顆

粒碰撞、粒碰撞、變大變大

去除水中去除水中泥、砂等泥、砂等雜質雜質

去除更小去除更小之顆粒及之顆粒及原蟲原蟲

使致病細使致病細菌及病毒菌及病毒失去活性失去活性

高級處理程序高級處理程序程序程序 結晶結晶

軟化軟化離子交離子交換樹脂換樹脂

臭氧臭氧 活性碳活性碳 薄膜薄膜

作用作用 去除鈣、去除鈣、鎂硬度鎂硬度

去除鈣、去除鈣、鎂硬度、鎂硬度、重金屬重金屬

氧化鐵、氧化鐵、錳、氨氮、錳、氨氮、有機物有機物

去除有機去除有機物物

去除有機去除有機物、硬度、物、硬度、重金屬、重金屬、溶解性污溶解性污染物染物

去除顆粒及部分細菌使致病細菌及病毒失去活性

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原水原水

傳統處理流程傳統處理流程程序程序 混凝混凝

// 膠凝膠凝沉澱沉澱 過濾過濾 消毒消毒 配水管配水管

網網作用作用 使水中顆使水中顆

粒碰撞、粒碰撞、變大變大

去除水中去除水中泥、砂等泥、砂等雜質雜質

去除更小去除更小之顆粒及之顆粒及原蟲原蟲

使致病細使致病細菌及病毒菌及病毒失去活性失去活性

高級處理程序高級處理程序程序程序 結晶結晶

軟化軟化離子交離子交換樹脂換樹脂

臭氧臭氧 活性碳活性碳 薄膜薄膜

作用作用 去除鈣、去除鈣、鎂硬度鎂硬度

去除鈣、去除鈣、鎂硬度、鎂硬度、重金屬重金屬

氧化鐵、氧化鐵、錳、氨氮、錳、氨氮、有機物有機物

去除有機去除有機物物

去除有機去除有機物、硬度、物、硬度、重金屬、重金屬、溶解性污溶解性污染物染物高級處理單元也是淨水器中常見的單

元 !

澄清湖高級水廠新增單元去除有機物、重金屬、硬度等

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高級淨水單元高級淨水單元

軟化軟化 : : 去除硬度去除硬度 臭氧臭氧 : : 去除有機物去除有機物 , , 消毒消毒 活性碳活性碳 : : 去除有機物去除有機物 薄膜薄膜 (( 逆滲透逆滲透 (RO)): (RO)): 去除大多污染物去除大多污染物 這些處理單元去除污染物的原理與學校這些處理單元去除污染物的原理與學校及家庭使用之淨水器處理單元類似及家庭使用之淨水器處理單元類似

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硬水的軟化硬水的軟化 何謂硬水？何謂硬水？

「硬度（「硬度（ hardnesshardness ）」指水中的二價陽離子）」指水中的二價陽離子。。當當水體含有過高之鈣水體含有過高之鈣 (Ca(Ca2+2+)) 、鎂、鎂 (Mg(Mg2+2+)) 等二價陽離等二價陽離子即稱為硬水。子即稱為硬水。

硬水又分為：硬水又分為：

a.a. 暫時硬水暫時硬水：： Ca(Ca(HCOHCO33))22

Mg(Mg(HCOHCO33))22

b.b. 永久硬水：永久硬水： CaCaSOSO44 ，， MgMgSOSO44

→ 一般可在煮沸過程去除

→ 無法由煮沸去除

﹜

• 與肥皂作用，降低清潔效果。• 硬度過高時影響飲用時之口感• 煮沸時產生結垢• 鍋爐內產生之鍋垢降低鍋爐傳熱性，嚴重時產生操作安全問題

硬水的問題：硬水的問題：

硬水軟化之方法：硬水軟化之方法：

1.1. 化學處理法：加入化學處理法：加入 NaNa22COCO33，，產生沈澱產生沈澱。。

CaCa2+ 2+ + Na + Na22COCO33 → 2 Na→ 2 Na++ + CaCO + CaCO33

MgMg2+ 2+ + Na + Na22COCO33 → 2 Na→ 2 Na++ + MgCO + MgCO33

2.2. 陽離子交換法：用鈉離子來交陽離子交換法：用鈉離子來交換硬水中的 換硬水中的 CaCa2+2+ ，， MgMg2+2+ 。。

離子交換樹脂(含可交換之鈉離子）

原水

( 鈉離子 )

鈣、鎂

處理水

以樹脂上之鈉離子來交換水中之鈣、鎂離子

樹脂必須定期以鹽水反沖洗樹脂必須定期以鹽水反沖洗

樹脂(含鈣及鎂 )

廢水

( 鈉 )

鈣及鎂

鹽水

硬水軟化之方法：硬水軟化之方法：

3.3. 煮沸法：煮沸法：

Ca(HCOCa(HCO33))2 2 CaCOCaCO33 + + HH22O + COO + CO22

Mg(HCOMg(HCO33))2 2 MgCOMgCO33 + + HH22O + COO + CO22

4.4. 石灰法：加入熟石灰。石灰法：加入熟石灰。

Ca(HCOCa(HCO33))22 + Ca(OH) + Ca(OH)22 2 CaCO 2 CaCO33 + 2 H + 2 H22OO

△

△

水中碳酸鈣結垢控制

Ca2+ + CO32- CaCO3(S)

• 碳酸鈣因過飽和而沉澱之化學反應

• 可定期使用檸檬酸浸泡、清洗去除節垢

薄膜法薄膜法

依去除之微粒大小分成微過濾依去除之微粒大小分成微過濾 (MF), (MF), 超過濾超過濾(UF), (UF), 奈米過濾奈米過濾 (NF)(NF) 及逆滲透及逆滲透 (RO)(RO)

微過濾微過濾 : : 去除細菌去除細菌 , , 粒狀物粒狀物 超過濾超過濾 : : 去除細菌去除細菌 , , 粒狀物粒狀物 , , 高分子有機物高分子有機物 奈米過濾奈米過濾 : : 去除細菌去除細菌 , , 粒狀物粒狀物 , , 高分子有機高分子有機

物物 , , 部分離子部分離子 (( 礦物質礦物質 )) 逆滲透逆滲透 : : : : 去除細菌去除細菌 , , 粒狀物粒狀物 , , 高分子有機高分子有機

物物 , , 多數離子多數離子 (( 礦物質礦物質 ))

1414

MFMF 、、 UFUF 、、 NFNF 、、 RORO 特性介特性介紹紹

 

孔徑 操作壓力 MWCO 主要分離物(μm) (Kgw/cm2) (Daltons)

MF 0.1-1 0.69 - 細菌                                                                                 懸浮物UF 0.002-0.1 1.03-6.9 >103-105 細菌 懸浮物 高分子有機物NF 0.001 3.45-15.5 >200-400 細菌 懸浮物 高分子有機物 部分離子RO 0.0001 13.8-69 >100 細菌 懸浮物 高分子有機物 離子

薄膜法薄膜法

奈米過濾奈米過濾 (NF)(NF) 常用常用於自來水處理於自來水處理

逆滲透逆滲透 (RO)(RO) 常用於常用於海水淡化及家庭淨海水淡化及家庭淨水器水器

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逆滲透淨水器逆滲透淨水器 (I)(I)

17

逆滲透淨水器逆滲透淨水器 (II)(II)

操作最為複雜，所需技術也最高操作最為複雜，所需技術也最高 一般包括了一般包括了 22 、、 33 個前置過濾器個前置過濾器

– 55 微米的濾心微米的濾心 去除水中泥、砂等雜質顆粒去除水中泥、砂等雜質顆粒

– 活性碳濾心活性碳濾心 除水中有機物、臭味分子及氯除水中有機物、臭味分子及氯

– 11 微米的濾心（多數機型均設置第三道前微米的濾心（多數機型均設置第三道前置濾心）置濾心） 去除水中細小微粒去除水中細小微粒

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逆滲透淨水器逆滲透淨水器 (III)(III)

主要作用單元是逆滲透膜主要作用單元是逆滲透膜 利用半透膜的原理，施加壓力使原水流利用半透膜的原理，施加壓力使原水流過半透膜通到清水端，而將雜質留在膜過半透膜通到清水端，而將雜質留在膜的另一邊，隨廢液流掉。的另一邊，隨廢液流掉。

可去除大多數水中溶解性的雜質可去除大多數水中溶解性的雜質– 重金屬、農藥、細菌、病毒、硬度、臭味重金屬、農藥、細菌、病毒、硬度、臭味

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較乾淨的水

( 具有選擇性過濾功能之半滲透膜 )

含有較高污染物濃度之受污染水

滲透壓差

自然狀態下之滲透作用

滲透作用：溶劑由較稀薄溶液 ( 或純溶劑 ) 通過半滲透膜進入較濃溶液的現象稱為滲透作用。

純水

• 經施加壓力後，改變水流方向，取得純度高之處理水，此即逆滲透處理

• 所使用之逆滲透膜在待處理端會因水中雜質之累積而被阻塞，必須定期清洗，因而產生含有高濃度污染物之廢水

含有較高污染物濃度之受污染水

逆滲透（ Reverse – Osmosis ）施加壓力

逆滲透淨水器逆滲透淨水器 (V)(V)

逆滲透膜單元逆滲透膜單元– 會與氯反應會與氯反應– 廢水量大廢水量大 (( 約約 65-75%65-75% 進水進水 ))

後置活性碳後置活性碳– 進一步除去逆滲透膜殘留的污染物進一步除去逆滲透膜殘留的污染物

紫外線殺菌燈紫外線殺菌燈– 避免出水水龍頭端受微生物污染避免出水水龍頭端受微生物污染

22

逆滲透淨水器逆滲透淨水器 (VI)(VI)

23成大環工系林財富

成功大學 林財富

RO Membrane Filter RO Membrane Filter DetailDetail

蒸餾水製造機蒸餾水製造機

利用加熱煮沸的方法，將水蒸發後再凝利用加熱煮沸的方法，將水蒸發後再凝結而取得純淨之清水結而取得純淨之清水

一般水中沸點比水高的污染物，皆會留一般水中沸點比水高的污染物，皆會留在蒸餾水製造機內部在蒸餾水製造機內部–可去除重金屬、農藥及陰、陽離子可去除重金屬、農藥及陰、陽離子 (( 如造如造成硬度的金屬離子成硬度的金屬離子 )) 及溶解性固體等及溶解性固體等

–揮發性物質可能隨水體蒸發而出揮發性物質可能隨水體蒸發而出

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DistillationDistillation

蒸餾法的優缺點蒸餾法的優缺點優點：優點： 缺點：缺點：

• 能夠去除水中能夠去除水中各類的非揮發各類的非揮發性之污染物質。性之污染物質。

• 淨水速度緩慢。淨水速度緩慢。• 水中部分有機物質仍可伴隨水體蒸水中部分有機物質仍可伴隨水體蒸發及凝結而在處理水中出現發及凝結而在處理水中出現。。

• 蒸餾環境如未妥善清理蒸餾環境如未妥善清理，可能因，可能因汚染而造成的水質劣化。 汚染而造成的水質劣化。

• 耗費電力能源 耗費電力能源

活性碳吸附

• 使用原料種類– 椰子殼– 木材– 煤碳– 原油 / 高分子材質

• 活化處理方法– 加熱處理– 化學處理

經活化處理過之活性碳產生大量之孔隙 , 使整體表面積大增 ,表面吸附能力亦大增。

活性碳可吸附之表面積可達 1000 m2 /gram 以上，去除污染物處理能力高。

活性碳內部構造

• 可有效中和漂白水等強氧化劑• 可大量吸附水中有機物質

Typical Activated Carbon Typical Activated Carbon Breakthrough CurveBreakthrough Curve

活性碳的用途 空氣淨化︰能吸附過濾空氣中的惡臭、體臭、煙氣、毒性氣體、揮發性有機物等。

水淨化︰能去除水中的疏水性有機物、臭味、脫色等；可用於自來水、食品工業用水及工業用水處理；

環保工程︰廢氣及污水處理；

活性碳濾水器活性碳濾水器 (I)(I)

活性碳為多孔性的結構，表面積大活性碳為多孔性的結構，表面積大 提供許多污染物停留在表面上提供許多污染物停留在表面上 (( 稱之為稱之為吸附吸附 ))

可吸附水中有機物如農藥、三鹵甲烷、可吸附水中有機物如農藥、三鹵甲烷、臭味分子臭味分子

氯味的物質也會與碳表面反應氯味的物質也會與碳表面反應

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活性碳濾水器活性碳濾水器 (II)(II)

對於重金屬僅有部分的去除效果對於重金屬僅有部分的去除效果 對水中陰離子型態的污染物無顯著去除對水中陰離子型態的污染物無顯著去除效果效果

細菌可附著於活性碳顆粒表面，生長成細菌可附著於活性碳顆粒表面，生長成生物膜生物膜

無明顯去除水中硬度的效果無明顯去除水中硬度的效果

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活性碳的種類活性碳的種類

粉狀活性碳粉狀活性碳 粒狀活性碳粒狀活性碳

球狀或圓柱狀活性碳球狀或圓柱狀活性碳

纖維狀活性碳纖維狀活性碳

活性碳及樹脂濾水器活性碳及樹脂濾水器

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成功大學 林財富

成功大學 林財富

U-V U-V SterilizerSterilizer

UVUV FiltrationFiltration

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