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海水資源:海洋來源飲用水

98/06/05 瀏覽次數 20854
3 月 22 日是「世界水資源日」,聯合國曾指出有數十億人面臨水源不足的問題,超過 10 億人缺乏乾淨的飲用水,包括部分中美洲、印度及一些非洲國家。統計值顯示全球每 6 個人中,就有 1 人無法享用到安全清潔的水。

一個國際人道組織曾舉辦反饑餓活動,內容包括免費發送精美瓶裝飲用水。其發言人在接受記者採訪時說:「水是 10 億多人的奢侈品。」他們已經散發了 1 萬 5 千多瓶水,這些水使用像是高級香水的瓶子包裝,希望提醒世人,對那些沒有乾淨水可用的 10 億多人來說,水是奢侈品。

淡水資源日益短缺

據報導,聯合國彙集全球 1,500 位專家的意見,在世界水資源日前夕發表全球國際水源評估報告,警告世界乾淨水源越來越短缺,未來 15 年內可能導致環境受創益深。這份研究預測,乾淨水源不足、地下淡水層乾涸,甚至會引發環境的連鎖反應,導致物種豐富的河口鹽分增高,海岸沉積物減少,也連帶使得魚類與水中植物大量死亡、農地縮減,在 2020 年前影響漁業與食物安全,最終使營養不良、疾病等狀況增加。

在全球多數地區對乾淨水源的需求超過供給之際,各國主事者與專家絞盡腦汁,構思保存珍貴水資源的方法。譬如建立人工山脈刺激降雨、拖運冰山、從熱帶濕地抽水灌溉乾燥地區或建立連接兩個海洋的大型運河等,都是較極端且天馬行空的想法,並不切實際。其實除了大量節省用水以降低需求外,可藉著更實際的方法來解決淡水資源日益短缺的問題。

海水淡化轉成飲用水

淡水資源日益短缺乃至出現水危機,已成為國際社會,特別是一些沿海國家、城市及沙漠地區普遍關注的重大問題。做為水資源的開源增量技術,海水淡化已經成為解決全球水資源危機的重要途徑。目前有 120 多個國家在應用海水淡化技術,海水淡化日產量近 3 千萬噸,其中 80% 用於飲用水,解決了 1 億多人的生活需求。

緊靠波斯灣,人口只有 300 萬的沙漠小國科威特,95% 國民的飲用水靠 5 個大型海水淡化廠供應,政府每年花在造淡水上的費用高達 13.7 億美元。IDE 工業公司在位於地中海東南方的以色列境內興建兩座海水淡化廠,所產淡水量可以滿足以色列約 70% 人口的飲用水需求。其中 2005 年在阿什克隆興建的廠,是當時世界上最大的逆滲透海水淡化廠。

杜拜的自來水都是由海水淡化產生,宣稱可安全飲用,但大部分的人還是偏愛到商店及餐廳購買瓶裝水。西澳洲柏斯多年前就準備設立海水淡化廠,把海水轉為乾淨的飲用水。但反對者說,轉化過程中耗費的能源對環境有害,經多方面努力溝通協調,終於在 2006 年底完成一座價值 3.6 億美元以風力為能源的海水淡化廠。

最近中國天津市和以色列 IDE 工業公司簽訂了一項 1 億美元的設備採購合約,興建一座每天可以生產超過 10 萬噸淡水的海水淡化廠,第1期工程計劃在 2010 年完成,這會是中國境內最大的海水淡化廠。臺灣自 1995 年起陸續由政府在澎湖、金門、馬祖等離島地區興建小型海水淡化廠,以解決枯水期間嚴重的缺水問題。

飲用水的品質及管理

飲用水的來源包括乾淨的溪水、天然泉水、井水、河水、冰雪水和湖水,也包括經過處理的海水、礦泉水、純淨水等。飲用水的形式則包括自來水、瓶裝水、桶裝水、飲水機、管道直飲水等。飲用水品質並不是越純越好,許多觀點認為,飲用水中的微量礦物質對人體有重要作用,飲用純水會造成礦物元素代謝失衡,這已由各種統計數據得到了一定的支持。

世界衛生組織在有關水中礦物質營養報告中,也曾明確指出:水中必須含有礦物元素。雖然純水對健康的負面報導不多,但是在中國部分地方政府,甚至曾宣導小學生在校中不得飲用純水。

世界各國的飲用水質標準,大多是以世界衛生組織(WHO)認可的飲用水質標準為基礎。歐盟依 WHO 的基礎發展出一套飲用水管理制度,且相當確實及有效地執行。歐盟在 1980 年初設執委會提出飲用水指令,1998 年實施修訂指令,其目的在於確保歐盟消費者能飲用到乾淨且有益健康的水。

這指令頒定一套歐盟等級水質監測指標,列管 48 種常見的微生物與化學物質做為基本指標參數。當成員國把飲用水指令列入國家政策時,僅能增加監測參數的項目,以符合各國領土環境與人民需求的特殊性,提高水質監測的標準。

各成員國飲用水權責機關必須定點定期進行水質監測工作,特別是自來水供水系統和食品加工產業用水點,取樣位置必須放在公共與私人飲用水管出口,而非只在水源點採樣。各成員國每年必須向歐盟執委會提出 3 次監測報告與數據,歐盟執委會根據飲用水指令的參數釐定標準,審核各國的水質監測結果,定期更新綜合評估報告,以全面審視歐盟全境水質的變化趨勢,並透過公告讓全歐盟公民得以掌握飲用水資訊。

為了讓指令的公信力與標準符合各界的期待,並因應未來歐盟擴張的需求,飲用水指令管理委員會在 2005 年初決議,必須發展一套專家背景技術指導守則,以統一成員國報告的格式與標準。目前這指導守則已公告,並用表格為架構來說明國家飲用水監測報告必須附載的項目,指出成員國每年 3 次必須提交的資訊,包括常備供水系統資訊、飲用水風險評估與管理、飲用水水質分析、國家水源地區供水評估標準等分析,並包括細菌污染參數、化學物質與物理指標性參數。

臺灣政府為確保飲用水水源水質,提升公眾飲用水品質,維護國民健康,特別制定飲用水條例,包括水源管理、設備管理、水質管理及違反條例的罰則。主管國民健康的衛生署,依食品衛生管理法訂定包裝飲用水及盛裝飲用水的衛生標準,經濟部標準檢驗局則公布包裝飲用水的國家標準,這兩標準的項目如下。
  • 細菌性標準–如大腸桿菌群、鏈球菌、綠膿桿菌;
  • 物理性標準–如濁度、色度、臭度等;
  • 化學性標準–分為影響健康及有害的物質:如重金屬、農藥、三鹵甲烷、揮發性有機物等,可能影響健康的物質:如氟鹽、硝酸鹽等,以及影響適飲性的物質:如總硬度、總溶解固體量(total dissolved solid, TDS)、氯鹽、錳、氨氮等。

海水淡化處理的水質

除了水之外,海水各成分的濃度以 TDS 來計算大約是 34,000 ppm(ppm 是百萬分之一)。水中所含 TDS 若在 1,000 到 10,000 ppm 之間,通常稱做半鹹水。世界衛生組織頒布的飲用水水質標準,要求水中所含 TDS 濃度在 500 ppm 以下,依照這個標準,半鹹水不能直接用作飲用水。

海水淡化的方法有很多種,最主要的有蒸發法、電透析法、逆滲透法等。蒸發法是普遍應用的方法,它是先把水加熱、煮沸,使海水產生蒸氣,再把蒸氣冷凝下來變成蒸餾水,以多效蒸發方式使熱源做最妥善利用。海水經過淡化處理後是可以使用的,但必須依其水質判斷用途。海水的各種處理技術生產的水質差異性極大,有的適合工業冷卻用水、洗滌或供應其他非食用的民生需求。一般而言,海水淡化可達 95% 以上的淨化去除率,其水質 TDS 約 500 ~ 1,000 ppm,氯離子濃度約低於 250 ppm。

海水原水中的細菌、重金屬、溶解離子、鹽類、毒性化學物質等污染物質的濃度依取水點而異,通常在海水淡化前先添加凝集劑,再經過砂過濾器濾除混濁物質。為了防止微生物的污染,採用過濾膜除去細菌,並固定時間逆洗過濾膜,重複幾個周期後再殺菌。經由過濾獲取澄清海水時須添加酸,以防止 RO 造水池結垢。經高壓逆滲透裝置得到 2 倍以上濃度的海水,再調整所得淡水的酸鹼值,經低壓逆滲透裝置除去硼並添加氯後,再送到淨水廠處理成飲用水。

自海洋開發飲用水

近年來政府及民間業者積極開發深層海洋水飲用水,有多家上市公司進軍水資源產業。幸福水泥集團轉投資東潤水資源生技公司,獲經濟部標準檢驗局頒發深層海水包裝飲用水證書,成為獲得認證的深層海水品牌。其深層海水的開發計畫分3期,總投資將達到 50 億元,目前已開發飲用水以自有品牌上市。

臺肥公司投資開發海洋深層水(或稱深層海水),是利用花蓮廠及鄰近的花蓮港務局海埔新生地,開發以海洋深層水為資源的製造產業園區,以及以海洋深層水為主題的觀光休閒與度假飯店等產業。並與悅氏礦泉水公司合資成立臺灣海洋深層水公司,目前已開始抽取海洋深層水,過濾、淡化、配方、製瓶、裝填都在園區內一貫化作業,以嚴密控管作業確保品質完全不受污染,希望使飲用水品質維持在高水準。

此外,光隆集團與海灣深層水資源公司合資的深層海洋飲用水工廠已建置完成。千附公司則以 BOT 方式取得澎湖與望安共 3 個海水淡化廠,2007 年正式接手營運,跨入新的水處理領域,目前規劃每天產水量是 1 萬 5 千噸,約 70% 由自來水公司收購。

臺鹽公司在臺灣西部海岸於通霄廠區,以直徑 1 公尺的引入管引入距離海岸 1,560 公尺,低於海平面 12 公尺處的海水,經砂濾床過濾,再經離子交換膜電透析濃縮,隔離重金屬、界面活性劑、戴奧辛、農藥等有害物質取得濃鹵水,再經加熱蒸發濃縮結晶製鹽,水分經蒸發冷凝後就成為包裝水的水源。這是全國最早來自海洋精煉的飲用水,自 2001 年 7 月推出,於同年年底通過食品 GMP 認證,品質符合 CNS、GMP 及 ISO22000 (HACCP) 衛生標準,為飲水市場帶來新的衝擊。

飲用水品質的維護

社會結構和環境快速變遷,飲用水源已呈多元化,目前飲用水來源包括自來水、原始供水(如山泉水、井水等)、飲水機、礦泉水、各式各樣包裝飲用水、瓶裝水、桶裝水、車載水、投幣式加水站等。瓶裝飲用純淨水以符合生活飲用水衛生標準的水為水源,採用 MF、UF、逆滲透法或其他適當的加工方法製得,密封於容器中,不含任何添加物,可直接飲用。飲用水品質的衛生直接影響到全體國民的健康,而飲用水的管理措施合宜與否,又關係著飲用水品質的提升與維持。

在水源日益受到污染的情形下,飲用水的安全衛生越來越受到關切。因此,政府相關單位除了需加強水源水質保護區污染源的管制外,也須因應自來水水質惡化而採用更進步的處理程序,更新老舊水管,加強水質的檢驗及修訂現有的管制法令。

此外,更需要大家的配合,保護環境,勿丟棄垃圾,並勤加清洗蓄水塔、蓄水池。如有淨水設備,應定期清洗並更換濾心(材)。若水質有異常現象發生時,可向當地環保局或自來水公司反應,或洽環保署認可的環境檢驗測定機構檢驗水質。在政府和民眾的共同配合下,當能更加確保飲用水的安全衛生。

開發海水資源

人類過度耕種、放牧、濫墾濫伐和大興土木,使土地變得貧瘠,水土流失,植物的蓄水作用漸失。長期地缺乏水源,大氣溫度因溫室效應而上升(參見本刊 424 與 428 期),使得土地變成乾地,植物可利用的水變少,導致地下水量減低。又加上土壤受侵蝕引起土地劣化,因而使土地荒漠化。地球暖化、氣候異常、人類活動等因素,更使乾旱情況加劇。

淡水源日益短缺,解決的途徑有多種,除了各用途的水源水量調整管制、增建蓄水場所(或水庫)和實行節約用水外,從海洋開發水源是有效措施之一。地球表面積有 70% 是海洋,把海水淡化是實現海水資源利用的方式,也是世界各國相繼開發的產業。

從生物演化的觀點來看,海洋是生物最早的生活環境,但生物演化並不可逆,通常陸上生物無法長期處在海洋的環境中,仰賴淡水而活的動植物並無法接受鹹海水。為了生活,發展海水淡化產業,向海洋要淡水,是世界各國的共同趨勢。
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