Drinking Water Advanced Treatments Ch 7 Drinking Water Advanced Treatments 授課老師:王根樹 【本著作除另有註明，網站之內容皆採用 創用CC 姓名標示-非商業性-相同方式分享 3.0 台灣 授權條款釋出】

多重障礙觀念 （Multiple-Barrier Concept） 添加混凝劑 直接過濾 適當 過濾 良好 沈澱 充分 消毒 集水區保護 原水 配水系統 初篩 混凝 膠凝 廢棄污泥 反沖洗水回收 廢棄污泥

使致病細菌及病毒失去活性 去除顆粒及部分細菌 傳統處理流程 高級處理程序 3 原水 混凝 /膠凝 沉澱 過濾 消毒 配水管網 結晶 軟化 作用 使水中顆粒碰撞、變大 去除水中泥、砂等雜質 去除更小之顆粒及原蟲 使致病細菌及病毒失去活性 高級處理程序 結晶 軟化 離子交換樹脂 臭氧 活性碳 薄膜 去除鈣、鎂硬度 去除鈣、鎂硬度、重金屬 氧化鐵、錳、氨氮、有機物 去除有機物 去除有機物、硬度、重金屬、溶解性污染物 去除顆粒及部分細菌 3

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 傳統處理流程 高級處理程序 4 原水 混凝 /膠凝 沉澱 過濾 消毒 配水管網 作用 使水中顆粒碰撞、變大 去除水中泥、砂等雜質 去除更小之顆粒及原蟲 使致病細菌及病毒失去活性 高級處理程序 結晶 軟化 離子交換樹脂 臭氧 活性碳 薄膜 去除鈣、鎂硬度 去除鈣、鎂硬度、重金屬 氧化鐵、錳、氨氮、有機物 去除有機物 去除有機物、硬度、重金屬、溶解性污染物 澄清湖高級水廠新增單元 去除有機物、重金屬、硬度等 高級處理單元也是淨水器中常見的單元! 4

高級淨水單元 軟化: 去除硬度 臭氧: 去除有機物, 消毒 活性碳: 去除有機物 薄膜(逆滲透(RO)): 去除大多污染物 臭氧: 去除有機物, 消毒 活性碳: 去除有機物 薄膜(逆滲透(RO)): 去除大多污染物 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 5

﹜ 硬水的軟化 何謂硬水？ 硬水又分為： a.暫時硬水：Ca(HCO3)2 「硬度（hardness）」指水中的二價陽離子。當水體含有過高之鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)等二價陽離子即稱為硬水。 硬水又分為： a.暫時硬水：Ca(HCO3)2 Mg(HCO3)2 b.永久硬水：CaSO4，MgSO4 ﹜ → 一般可在煮沸過程去除 → 無法由煮沸去除

硬水的問題： 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

硬水軟化之方法： 1.化學處理法：加入Na2CO3，產生沈澱。 Ca2+ + Na2CO3 → 2 Na+ + CaCO3 Mg2+ + Na2CO3 → 2 Na+ + MgCO3

2.陽離子交換法：用鈉離子來交換硬水中的 Ca2+，Mg2+。 以樹脂上之鈉離子來交換水中之鈣、鎂離子 原水 鈣、鎂 離子交換樹脂 (含可交換 之鈉離子） 處理水 (鈉離子)

樹脂必須定期以鹽水反沖洗 鈣及鎂 廢水 樹脂 (含鈣及鎂) 鹽水 (鈉)

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2 H2O 硬水軟化之方法： 3. 煮沸法： Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 MgCO3 + H2O + CO2 4. 石灰法：加入熟石灰。 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2 CaCO3 + 2 H2O △ △

水中碳酸鈣結垢控制 Ca2+ + CO32- CaCO3 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 (S) 傳統所謂 ”硬水” 也稱為 : 結垢” 是因為 一般常溫及低濃度狀況下就容易產生沉澱的化合物 , CaCO3 , MgCO3 , CaSO4 , MgSO4 .等 硬水若不經軟化處理, 產生的沉澱可能破壞 or 影響 後端的純水功能結構 , 例如 RO 膜 . EDI 等設備 . 一般用水的設備 , 若不經軟水處理 , 可能產生沉殿在不容易清理的地方 , 例如 蒸餾水的石英加熱槽 , 高溫高壓滅菌機的水管及儲水艙.

薄膜法 依去除之微粒大小分成微過濾(MF), 超過濾(UF), 奈米過濾(NF)及逆滲透(RO) 微過濾: 去除細菌, 粒狀物 超過濾: 去除細菌, 粒狀物, 高分子有機物 奈米過濾: 去除細菌, 粒狀物, 高分子有機物, 部分離子(礦物質) 逆滲透: : 去除細菌, 粒狀物, 高分子有機物, 多數離子(礦物質) 14 14

MF、UF、NF、RO特性介紹 孔徑 操作壓力 MWCO 主要分離物 (μm) (Kgw/cm2) (Daltons) 懸浮物 UF 0.002-0.1 1.03-6.9 >103-105 細菌 高分子有機物 NF 0.001 3.45-15.5 >200-400 細菌 部分離子 RO 0.0001 13.8-69 >100 細菌 離子  

薄膜法 奈米過濾(NF)常用於自來水處理 逆滲透(RO)常用於海水淡化及家庭淨水器 16

逆滲透淨水器(I) 17

逆滲透淨水器(II) 操作最為複雜，所需技術也最高 一般包括了2、3個前置過濾器 5微米的濾心 活性碳濾心 去除水中泥、砂等雜質顆粒 活性碳濾心 除水中有機物、臭味分子及氯 1微米的濾心（多數機型均設置第三道前置濾心） 去除水中細小微粒 18

逆滲透淨水器(III) 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。 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 19

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。 滲透壓差 含有較高污染物濃度之受污染水 較乾淨的水 自然的現象 , 因為濃度趨於平衡 及 此”選擇性”膜的存在下 , 水分子會往高濃度方向滲透 . 根據濃度差異 , 最後會與溶液的壓力差成為一個平衡 . 所謂的”滲透壓差” (具有選擇性過濾功能之半滲透膜) 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。

逆滲透（Reverse – Osmosis） 施加壓力 含有較高污染物濃度之受污染水 純水 在高濃度端以外力加壓 , 扺過滲透壓 , 製造一個水分子往低濃度方向”逆滲透”的趨勢及現象 , 在高濃度端需要有控制的壓力及排水 , 可持續產生低濃度的純水 . 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

逆滲透淨水器(V) 逆滲透膜單元 後置活性碳 紫外線殺菌燈 會與氯反應 廢水量大(約65-75%進水) 進一步除去逆滲透膜殘留的污染物 避免出水水龍頭端受微生物污染 22

逆滲透淨水器(VI) 成功大學 林財富 23 成大環工系林財富

RO Membrane Filter Detail

蒸餾水製造機 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 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 可去除重金屬、農藥及陰、陽離子(如造成硬度的金屬離子)及溶解性固體等 揮發性物質可能隨水體蒸發而出 26

Distillation

蒸餾法的優缺點 優點： 缺點： 能夠去除水中各類的非揮發性之污染物質。 淨水速度緩慢。 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。 蒸餾環境如未妥善清理，可能因汚染而造成的水質劣化。 耗費電力能源

活性碳吸附 使用原料種類 活化處理方法 椰子殼 木材 煤碳 原油 / 高分子材質 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。 “碳” 的用途及功能很廣 , 除臭, 除濕, 吸附雜質 ..等 .可見 他是很特殊的物質 . 經”活化” 後的碳 , 將表面積增大的到需要 “想像” 的境界 ,

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 入此大的表面積 , 因為包含了所有裂縫空隙 等 3D 結構 都算進計算 在純水的用途裡 , 主要用來前處理中” 中和”自來水中的氯 ; 同時可吸附大量的有機物質 . 例如超純水中核子級活性碳的用途 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 Breakthrough 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(I) 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(稱之為吸附) 可吸附水中有機物如農藥、三鹵甲烷、臭味分子 氯味的物質也會與碳表面反應 33

活性碳濾水器(II) 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效果 細菌可附著於活性碳顆粒表面，生長成生物膜 無明顯去除水中硬度的效果 34

活性碳的種類 粉狀活性碳 粒狀活性碳 球狀或圓柱狀活性碳 纖維狀活性碳

活性碳及樹脂濾水器 成功大學 林財富 成功大學 林財富 36

U-V Sterilizer

UV Filtration

版權聲明 作品 授權條件 作者/來源 http://www.filtersfast.com/articles/Guide-to-Water-Purification.php 2011/11/11 visited http://www.servapure.com/store/index.php?main_page=index&cPath=215_222_2732011/11/11 visited http://www.gz-aoshen.com/products/products401.htm 40

作品 授權條件 作者/來源 成功大學 林財富 2011/11/12 visited http://www.bnw.com.tw/conference/viewtopic.php?f=4&t=3577 http://espwaterproducts.com/about-reverse-osmosis.htm 41

作品 授權條件 作者/來源 http://www.filtersfast.com/articles/Guide-to-Water-Purification.php 2011/11/12 visited http://www.lenntech.com/library/adsorption/adsorption.htm http://www.water119.cn/Product/peijian.html http://detail.china.alibaba.com/buyer/offerdetail/829599976.html http://www.ce-tech.com.tw/chinese/ccc-06.html 42

作品 授權條件 作者/來源 成功大學 林財富 2011/11/12 visited http://www.aquatichouse.com/Pond%20Kits_files/ponduvsterilizer.asp http://www.filtersfast.com/articles/Guide-to-Water-Purification.php http://www7.water.gov.tw/book01/01_08_01_05.htm 43