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．弘光學報51 期． 153 *通訊作者 薄膜處理程序應用在垃圾掩埋場 滲出水回收再利用之研究 黃文鑑* 王春鎮 弘光科技大學環境工程系 收到日期：95.6.6 修訂日期：95.7.26 接受日期：96.9.18 摘要 本研究以垃圾滲掩埋場滲出水為對象，利用目前已商業化之超過濾膜(Ultrafiltration Membrane, UF)及逆滲透膜(Reverse Osmosis Membrane, RO)串聯使用，針對滲出水之高色度、有機物及鹽類等 水質特性，以模型廠處理規模之UF-RO模組過濾程序進行試驗，除探討對滲出水污染物去除效率 ，對膜組各項操作參數及長期連續運轉之膜阻塞問題亦將一併進行試驗。本研究模型廠設置規格 是採用5 µm濾材串聯UF膜及RO膜，UF膜及RO膜操作壓力分別控制在2.5~2.95 kg/cm2、17.0~22.0 kg/cm2，UF膜每操作30min即進行2min的清水反洗，RO膜則在壓力超過22 kg/cm2後即進行NaOH及 檸檬酸等藥洗程序。操作期間UF-RO模組進流水質；COD：1980~2170 mg/L， SS：188~404 mg/L， TDS：7490~9410 mg/L。 實驗結果顯示，在膜組壓力分別控制在UF ：2.6 kg/cm2 ，清水回收率；UF ：75%, RO： 50%等操作條件下，膜組出水SS 可降至10mg/L 以下，其中UF 約去除97.5%。有機參數COD及 DOC(dissolved organic carbon)分別可降至15及2.0 mg/L，主要去除機構仍以RO膜為主，去除率可高 達99.5%以上，另針對TDS (total dissolved solid)的去除效率，進流原水TDS在操作期間濃度範圍約在 7100~9400 mg/L，UF出水濃度仍達7400~9000 mg/L，經RO出水可降至80 mg/L，顯示滲出水中高濃 度之鹽類，仍可藉此膜組去除。綜整以上結果，藉由UF-RO膜組對滲出水中固體物、有機物及鹽類 的去除效率，配合出水水質及模組操作條件，可初步研判UF-RO膜組程序對垃圾滲出水處理效益及 出流水回收再利用，深具開發潛力。 關鍵詞：垃圾掩埋場、滲出水、薄膜過濾、超過濾、逆滲透
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．弘光學報51期．
153*通訊作者
薄膜處理程序應用在垃圾掩埋場滲出水回收再利用之研究
黃文鑑*��王春鎮
弘光科技大學環境工程系
收到日期：95.6.6 ��修訂日期：95.7.26 ��接受日期：96.9.18
摘要
本研究以垃圾滲掩埋場滲出水為對象，利用目前已商業化之超過濾膜(Ultrafiltration Membrane,
UF)及逆滲透膜(Reverse Osmosis Membrane, RO)串聯使用，針對滲出水之高色度、有機物及鹽類等
水質特性，以模型廠處理規模之UF-RO模組過濾程序進行試驗，除探討對滲出水污染物去除效率
，對膜組各項操作參數及長期連續運轉之膜阻塞問題亦將一併進行試驗。本研究模型廠設置規格
是採用5 µm濾材串聯UF膜及RO膜，UF膜及RO膜操作壓力分別控制在2.5~2.95 kg/cm2、17.0~22.0
kg/cm2，UF膜每操作30min即進行2min的清水反洗，RO膜則在壓力超過22 kg/cm2後即進行NaOH及
檸檬酸等藥洗程序。操作期間UF-RO模組進流水質；COD：1980~2170 mg/L， SS：188~404 mg/L，
TDS：7490~9410 mg/L。
實驗結果顯示，在膜組壓力分別控制在UF：2.6 kg/cm2，清水回收率；UF：75%, RO：
50%等操作條件下，膜組出水SS可降至10mg/L以下，其中UF約去除97.5%。有機參數COD及
DOC(dissolved organic carbon)分別可降至15及2.0 mg/L，主要去除機構仍以RO膜為主，去除率可高
達99.5%以上，另針對TDS (total dissolved solid)的去除效率，進流原水TDS在操作期間濃度範圍約在
7100~9400 mg/L，UF出水濃度仍達7400~9000 mg/L，經RO出水可降至80 mg/L，顯示滲出水中高濃
度之鹽類，仍可藉此膜組去除。綜整以上結果，藉由UF-RO膜組對滲出水中固體物、有機物及鹽類
的去除效率，配合出水水質及模組操作條件，可初步研判UF-RO膜組程序對垃圾滲出水處理效益及
出流水回收再利用，深具開發潛力。
關鍵詞：垃圾掩埋場、滲出水、薄膜過濾、超過濾、逆滲透
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壹、前言
國內目前垃圾掩埋場滲出水問題極待解
決，然現階段廢水處理廠使用傳統的化學沉
降、混凝或生物處理等單元，對滲出水中之
高濃度難分解有機質、鹽類及重金屬等污染
物已無法負荷，鑑此，引用高級處理程序已逐
漸受到重視(Aimer et al., 1988; Amokrane et al., 1997; Gounaris et al., 1993; Chianese et al., 1999; Welander, 1998)。薄膜過濾技術，初期多用在海水淡化提供飲用水，而後漸被應用於處理各
種工業廢水，在一般廢水處理上，所能去除之
污染物，幾乎無所不包，成效亦十分良好，其
中逆滲透膜(Reverse Osmosis Membrane, RO)對廢水中低分子有機物、重金屬或離子具優
良濾除潛能，農藥廠、金屬業、半導體業等廢
水甚至可達回收再利用的處理標準(Bilstad and Madland, 1992; Kinman and Nutini, 1991; Baker, 2000)。目前國內應用薄膜處理廢水之實廠操作經驗，仍屬缺乏，主因是受限膜組操作成
本高於傳統處理，然對於性質複雜之高污染性
廢水，在現有程序無法勝任之際，薄膜技術仍
有發展的潛力。垃圾掩埋場產生之滲出水常被
認定是有害毒性之廢水，其中生物難分解有機
物、重金屬、及鹽類含量甚高。在1970年代國外即開始針對此類廢水研發可行的處理技術，
其中應用薄膜處理技術為較有效的方法。薄膜
(Membrane)處理技術中，以壓力驅動作為進流水通過薄膜者，依可阻隔物質粒徑大小物化性
質及操作方式加以歸類，分為逆滲透(reverse osmosis, RO)、奈米過濾(nanofiltration, NF)、超過濾(ultrafiltration, UF)、微過濾 (microfiltration, MF)等四類薄膜程序，RO及NF程序主要去除水中溶解性物質，譬如硬度、鹽類、溶解性有
機物，亦可去除微生物，需考量前處理及濃縮
液再處理問題; UF及MF程序主要用來去除水中懸浮固體物及膠體物，亦可去除高分子量分
子，但其通水量卻較高(Mallevialle et al., 1996;
Lonsdsle and Podall, 1972; Sourirajan, 1970; Pirbazari et al., 1990; Pirbazari et al., 1992)。
各類薄膜的特性是優點卻也是種限制，例
如進流水濃度高低，對以水平過濾流方式之NF薄膜影響程度，尚待需人為找出最佳控制條件
。再者，文獻中以RO薄膜處理過程發現常容易因膜阻塞(fouling)而減低RO處理功效或降低RO操作壽命，因此在RO膜進水前進水之水質控制相當重要，目前在程序中常串聯UF膜作為前處理，此舉可有效降低RO進流水之膠體顆粒，微生物等，對RO程序的功效可大幅提升(Lee et al.，2001)。根據Chian等人(1976)研發以RO膜處理日本垃圾掩埋場之滲出水，顯示對化學需
氧量(COD)去除率可達90％以上，近年來歐美等國學者亦證實RO膜對滲出水有機物、重金屬及鹽度有良好去除功效，並已有模廠及實場應
用實例，操作數據顯示對COD及重金屬的去除率分別可達到98及99％(Krug, 1989; Kinman and Nutini, 1991; Bilstad and Madland, 1992)。
現階段國內之垃圾滲出水處理普遍仍採
用化學混凝、沉澱、生物處理及傳統過濾等方
法處理滲出水，然而無三級處理，放流水很難
達到符合法規要求。因此本研究擬應用UF串聯RO的薄膜過濾程序，以垃圾掩埋場之滲出水（八里衛生掩埋場）為對象，先經化學混凝
、沉澱、生物處理等前處理，再將其進流至模
型廠規模之薄膜過濾系統，試驗期間將針對薄
膜操作的回收率、操作壓力、進水阻塞指數（
Fouling Index）等進行一連串的測試，希望能獲得膜組對處理垃圾滲出水的較佳操作參數與
出水水質。
貳、實驗設備與方法
一、模型廠膜組設備本研究之膜組設備主要以UF膜串聯RO膜
，相關之材料設備規格及組合構造如表1、表2及圖1所示
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二、操作控制試程本研究選取之垃圾滲出水是取八里下罟子
衛生掩埋場滲出水，掩埋場內所收集之滲出水
先經八里處理廠以化學沉降、生物處理、混凝
浮除及砂濾等處理後，出流水再導引至薄膜過
濾模廠，表3是掩埋場滲出水及實廠處理放流水之基本水質。
UF-RO膜組處理垃圾滲出水之主要操作條
件及試驗項目
1.回收率設定為UF:50-75%及RO:30-50%。2. 操作壓力VS. 操作時間變化、出水量VS. 操作時間變化、出流水質分析項目（SS、TDS、pH、COD、TOC） VS. 操作時間變化 、SDI VS. 操作時間變化。
3.薄膜阻塞之酸洗或鹼洗程序。
三、薄膜阻塞藥洗方法UF系統標準操作程序(藥洗操作)：
鹼洗：鹼洗 (用於有機污染 )，將18L的45%NaOH投入原水桶內，並注入清水稀釋混合至1.5%(總量為500L)。經過40分鐘的藥洗後(因為在20分鐘時觀察效果並不明顯，所以我們把原定藥洗時間延長10分鐘)，停止運轉讓藥劑在膜中浸泡20分鐘。浸泡完成後，將原水桶內藥液排空並注入清水，即執行藥洗後沖洗程序，
時間10分鐘。酸洗：酸洗(用於非有機物或重金屬污染)
，將5Kg的檸檬酸投入原水桶內，並注入清水稀釋混合至1%(總量為500L)。經過30分鐘的藥洗後，停止運轉讓藥劑在膜中浸泡20分鐘。浸泡完成後，將原水桶內藥液排空並注入清水，
即執行藥洗後沖洗程序，時間10分鐘。RO系統藥洗操作程序：
酸洗：酸洗(用於非有機物或重金屬污染)，將6 Kg的檸檬酸投入原水桶內，並注入清水稀釋混合至3 %(總量為200 L)控制pH值大於2以上。藥洗循環經過40分鐘的藥洗後，停止運轉讓藥劑在膜中浸泡2~6小時。浸泡完成後，將原水桶內藥液排空並注入清水，即執行藥洗後沖
洗程序，時間20~30分鐘。
參、結果與討論
一、薄膜操作期間阻塞速率與清洗頻率本實驗操作間為研判薄膜膜組在各清水
產率下操作時阻塞程度，應用質量傳輸係數
(Water mass transfer coefficient, MTCw)來作為判斷依據，其中MTCw計算方式如下：
利用MTCw與薄膜操作時間(或累積濾液體積)進行迴歸，所得直線之斜率稱為薄膜組阻
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塞速率(fouling rate)。當MTCw下降至起始值的80~85﹪即表示薄膜需進行清洗，而操作時間長短即稱為清洗頻率(cleaning frequency, CF)。
圖2為膜組操作期間，UF膜及RO膜控制之進水壓力，首先在操作初期UF膜控制之清水回收率為50﹪，RO膜則為30﹪，隨著操作時間延續，UF膜回收率提升至50﹪，且在RO累積清水50 M3之後，提高RO膜之清水回收率至50﹪（圖3所示），此時RO膜壓力約提升至22~23 kg/cm2，此壓力尚屬膜組可容許的操作
範圍。本試驗全程累積處理清水在315 M3，其
中UF膜在75%回收率操作下，約在累積出水量達135 M3及245 M3，即因阻塞造成壓力提升
至2.8 kg/cm2，經利用酸洗（citric acid）及鹼洗(NaOH)後，壓力即降低至正常操作範圍（2.0~2.2 kg/cm2）。再者，RO膜在出水量約170 M3及285 M3時開始有阻塞現象，壓力約提升至
27~28 kg/cm2，此時系統利用酸洗（citric acid）可將壓力恢復至正常操作值。
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圖4為RO膜組系統各試程MTCw與清水濾液累積流量的關係圖，顯示操作初期，薄膜阻
塞很快，操作時間僅有2-3天，RO膜組即須利用檸檬酸進行酸洗，且操作時間匣管式過濾器
阻塞嚴重，常使前段UF膜之進流壓力升高，降低濾液出水，此原因研判是進流至膜組滲出水
中懸浮固體濃度（SS）過高，雖然膜組進流之滲出水已先經傳統化學沉澱及生物處裡，但SS 高達400~500 mg/L，另方面亦因膜組所選擇之匣式過濾管填充之濾料孔隙較大，導致RO膜易阻塞。經更換前過濾管及將UF膜之進流SS降至約250 mg/L以下時，UF及RO膜的阻塞問題方獲解決，且量測UF濾液之SDI值約0.5~2.0範圍，已能控制在符合進入RO膜組之標準。
二、薄膜系統出水水質本試程在經膜組操作穩定後，以控制UF系
統壓力在2.2~2.3 kg/cm2，清水回收率75﹪，RO
系統壓力控制23.0~24.2 kg/cm2，清水回收率50﹪等條件下，觀察膜組系統出水水質狀況。
首先針對薄膜對SS的去除效率，由圖5顯示操作期間進流水SS的濃度範圍在110~415 mg/L，經UF膜過濾出水可降至35 mg/L，濁度則降至3.0 NTU，UF出水再經RO膜組後，出水SS甚至可降至20 mg/L以下，顯示進流水中SS在前段UF膜即有良好去除效果，此結果亦顯示在RO膜前設置UF膜，可大幅降低後段RO膜因固體物造成的阻塞問題。再者圖7為膜組針對鹽類(以TDS為表示參數) 的去除情形，進流水中TDS濃度約在3000~9500 mg/L，無機鹽類含量相當高，經UF膜過濾，出水TDS並未見顯著減少，顯示UF膜對溶解性的無機鹽似乎沒有去除功效，而UF膜出水再經RO處理，發現TDS大幅下降，可見RO膜對高鹽度滲出水有良好處理效果。
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另針對UF及RO各階段出流水中pH值的變化(圖6)，顯示進流水經RO膜過濾後，出水pH值有略增情形，可能是因水中部份碳酸離子被
移除所致。
圖8是膜組針對有機參數COD的去除，進流之滲出水中COD值約在600~2100 mg/L範圍，經前UF膜約可去除10~15%，此部份可能是屬顆粒狀的有機物，殘留下的溶解態COD經RO膜過濾，可大幅降低至6~11 mg/L，另由TOC的分析值亦可見（圖9），進流水TOC值約在85~450
mg/L範圍，經UF膜處理約僅去除5~10%，然再經RO膜過濾，出流水中殘留之TOC值約在2.5~4.0 mg/L，此濃度幾乎與自來水中的有機碳含量相當，亦即大致符合回收用水的水質。再
者，圖10是膜組對大腸桿菌的去除率，圖中顯示UF膜及RO膜分別可將進流水中大腸桿菌分別去除15%及99.9%，出水中菌落數均可達到低於100 CFU/ml，已可符合飲用水水源標準之200 CFU/mL。
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肆、結論與建議
一、�垃圾滲出水經化學沉降，生物處理及混凝
等實廠處理後，再經UF-RO薄膜過濾，處理水中之固體物、鹽類含量、有機物濃度
及大腸桿菌數可達到飲用水水源水質標準
。
二、�UF-RO膜組在進流水的控制條件，懸浮性固體在低於250 mg/L條件下，UF及RO膜的清水回收率分別可在75％及50％下長期操作，其中UF 濾液之SDI值均在2以下，RO之MTCw操作範圍約在2.0~3.5 LHM/kg/cm2。
三、�RO模組各試程之MTCW值約在3.3~3.5 LHM/kg/cm2條件下即需進行酸洗，其中UF膜組以檸檬酸酸洗配合NaOH鹼洗效果較佳，對RO膜的阻塞控制則以檸檬酸酸洗較佳。
四、�本試驗以UF-RO薄膜過濾處理垃圾滲出水，遭遇之瓶頸主要是UF之阻塞(fouling)，建議在後續之相關研究應審慎選取UF之材質、膜組清洗方法或以其他前處理單元(例如Membrane Bioreactor)取代UF模組。
誌謝
本研究承蒙弘光技科大學弘學會補助經費
(HK-94-B-19)，特此誌謝。
參考文獻
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Treatment and Recovery of Landfill Leachate Using UF and RO Filtration System
Winn-Jung Huang* Chun-Chen Wang
Department of Environmental Engineering, Hungkuang University
Received 6 June 2006 ; accepted 18 September 2007
Abstract
The aim of this study is to investigate the performance of the leachate disposal by an UF (ultrafiltration) combined RO (reverse osmosis) membrane processes. The membrane system was settled up by environmental engineering and consulting corporation using commercial products. The experiments were performed in a pilot-plant unit, which equipped with hollow fiber type of UF and tubular RO membranes. The test leachate sample was drain from the municipal landfill. The operative conditions to obtain a satisfactory reduction of the pollutants of leachate, including the operating pressures, permeate recovery, rejection coefficient, and back flux methods. The operational pressure, conductivity of retentive and permeate flow were recorded continuously on a computer. The operational pressures of UF and RO were controlled in the ranges of 2.50-2.95 kg/cm2 and 17.0-22.0 kg/cm2, respectively. The UF membrane was cleaned two min before and after each 30 min test run with tap water, and RO membrane was cleaned with NaOH and citric acid when the pressure over 22 kg/cm2. The influent COD, SS, and TDS were in the ranges of 1980-2170 mg/L, 188-404 mg/L, and 7490-9410 mg/L, respectively.
The results indicated that the recovery of the leachate from the special waste was 75 % for UF and 50 % for RO. The SS concentration decreased from 400 mg/L to 10 mg/L (removal rate over 97.5 %), and both of the COD and DOC were removed over 99.5 % when permeated the RO membrane. The retention of TDS was decreased from 7100-9400 mg/L to 80 mg/L (removal rate over 99 %). Recovery of water from leachate by UF-RO system can be expected to be achieved. Most of the solid, organic compound and salt exit in the leachate can be removed in our operation experiments. It can be concluded that the UF-RO system will be useful in the recovery of water from leachate.
Key words: landfill, leachate, membrane filteration, ultrafiltration, reverse osmosis
*Corresponding author
