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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
集水區保護
直接過濾
良好 適當
沈澱 過濾
充分
消毒
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
原水
去除顆粒及部分細菌
使致病細菌及
病毒失去活性
傳統處理流程
程序
混凝
/膠凝
作用
使水中顆
粒碰撞、
變大
沉澱
過濾
消毒
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
配水管
網
高級處理程序
程序
結晶
軟化
離子交
換樹脂
作用
去除鈣、
鎂硬度
去除鈣、
鎂硬度、
重金屬
臭氧
氧化鐵、
錳、氨氮、
有機物
活性碳
去除有機
物
薄膜
去除有機
物、硬度、
重金屬、
溶解性污
染物
3
原水
傳統處理流程
程序
混凝
/膠凝
作用
使水中顆
粒碰撞、
變大
沉澱
過濾
消毒
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
配水管
網
去除有機物、重金屬、硬度等 澄清湖高級水廠新增單元
高級處理程序
程序
結晶
軟化
離子交
換樹脂
作用
去除鈣、
鎂硬度
去除鈣、
鎂硬度、
重金屬
臭氧
氧化鐵、
錳、氨氮、
有機物
活性碳
去除有機
物
高級處理單元也是淨水器中常見的單元!
薄膜
去除有機
物、硬度、
重金屬、
溶解性污
染物
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
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)
硬水軟化之方法:
3. 煮沸法:
Ca(HCO3)2
Mg(HCO3)2
△
△
CaCO3 + H2O + CO2
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
(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





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
MF、UF、NF、RO特性介紹
孔徑
(μm)
操作壓力
(Kgw/cm2)
MWCO
(Daltons)
主要分離物
-
細菌
懸浮物
MF
0.1-1
0.69
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


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

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
滲透壓差
含有較高污染物
濃度之受污染水
較乾淨的水
(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
• 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
– 會與氯反應
– 廢水量大(約65-75%進水)

後置活性碳
– 進一步除去逆滲透膜殘留的污染物

紫外線殺菌燈
– 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
成大環工系林財富
23
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 • 淨水速度緩慢。
各類的非揮發 • 水中部分有機物質仍可伴隨水體蒸
性之污染物質
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
–
–
–
–
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
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
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dsorption.htm
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dsorption.htm
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http://www7.water.gov.tw/book01/01_08_
01_05.htm
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