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海水淡化新幫手–奈米銀

102/01/30 22716

吳美枝｜《科學發展》特約文字編輯

近年來，各種有關全球變遷的科學研究都顯示，未來水資源會大幅短缺與分配不均，種種的訊息也透露未來自然淡水的取得會越趨困難，「海水淡化」便成為科學家尋求解決缺水危機的一個方向。

當今常見的海水淡化方法是以逆滲透膜(Reverse Osmosis membrane, RO膜)，過濾海水來獲得淡水，但這個方法有一個嚴重的問題—RO膜易被阻塞，產水量不易維持。阻塞的主因是由於海水中有很多細小的微生物，它們可輕易穿透前置處理的濾心，並在RO膜上大量累積、繁殖生長，形成一層難以清洗的生物膜而造成阻塞，使產水量大幅降低。要如何克服這種生物性阻塞的問題，便成為國際上眾多海水淡化專家共同面對的困境。

目前處理這種生物膜阻塞的問題，科學家試著用「加氯」與「超濾」（ultrafiltration, UF）兩種方法來控制。前者的做法是在前置過濾過程中加入大量的氯，大幅降低微生物的活性，進而減少生物膜在後段的生成。但是因為殘餘氯會破壞RO膜，所以必須添加還原劑去除殘餘的氯，而加氯與除氯的藥量要精準控制，困難度頗高。

另一種「超濾」法則是目前許多新設海水淡化廠所採用的，這方法是在前置作業中加入一道孔徑超小（0.03微米）的濾膜，可以先過濾掉大部分的微生物，使其接觸到RO膜的機會大幅減少。但是這兩種方法都無法避免微生物在RO膜上生長的機會，一旦有少許的微生物接觸到RO膜，生物膜阻塞的情況依然會發生。交通大學的黃志彬教授與他的研究團隊，針對這個困境提出了一個根本解決的新方法。

在過去，「銀」的抗菌能力常運用在餐具、醫療器具或各種生活清潔產品上。黃教授著眼於此，嘗試在RO膜上接種一層奈米銀，利用銀的抗菌能力來降低微生物在RO膜上生長的能力，減緩生物膜形成與濾膜阻塞的情況。經過反覆長期實驗，發現覆塗一層奈米銀的RO膜上，生物膜的生成會明顯減少，證明這個做法是有效且可行的。

黃教授的研究團隊更精益求精，另把奈米銀接種在2片RO膜間的網狀間層（spacer）上，這樣一來除了利用銀的抗菌功用外，更希望能透過這樣的做法避免直接覆塗奈米銀在RO膜表面上所導致產水量減少的衍生性問題。實驗的數據顯示，這種獨創的方法既能大幅減緩RO膜的阻塞，也能維持應有的產水量。

對於臺灣本島居民而言，尚稱充沛的雨量使得自來水的使用較不匱乏，鮮少注意「海水淡化」，對於許多外島居民來說，這個方法卻是他們生活用水的唯一來源。目前以生產成本來看，「海水淡化」約是普通自來水的3倍，如何克服過濾膜阻塞的問題，進而降低生產成本，是目前最大的挑戰。

黃教授與他的研究團隊所提出的新方法，既能大幅改善目前海水淡化所面臨的RO膜阻塞問題，又能兼顧產水量，無形中大幅減低了生產成本。這不僅能幫助離島居民改善用水不足的困境，更對未來國家在水資源的取得與調配上，提供了一股新助力。

資料來源

《科學發展》2012年8月，476期，70 ~ 71頁

海水淡化(14) 逆滲透(12) 科發月刊(5221)

海水淡化新幫手–奈米銀

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