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濾水新尖兵—薄膜技術

人可以3天不吃飯,但無法3天不喝水。「水」對生命如此重要,但你曾想過純淨的水是如何來的嗎?
 
 
 
人可以3天不吃飯,但無法3天不喝水。「水」對生命如此重要,但你曾想過純淨的水是如何來的嗎?一般人也許認為那是自來水公司的事,我們只要打開水龍頭就好。然而,現今社會快速變遷,許多水中汙染物已非傳統淨水廠所能有效處理,例如重金屬汙染物與新興汙染物,長期接觸會造成身體的病變。
 

科學家們發展了一種叫做「膜」的科技,期望能透過它協助濾除這些傳統淨水程序無法有效處理的汙染物。「膜」的原理其實和紗布過濾雜質類似,也就是利用不同微細孔徑、不同材質的薄膜過濾各式各樣的汙染物,最終得到乾淨的水。不同的是,這些「孔徑」遠比我們想像的微小許多。

 

臺灣大學環境工程學研究所林正芳教授就是國內積極投入這方面研究的學者,他特別針對水中溶解性的有機物質「腐植質與黃酸」進行研究。

 

在河川、水庫上游的集水區常有枯葉、樹枝掉落地面,最終腐敗,經雨水溶解出腐植質與黃酸後流入水庫。這種分子量很大的有機物質,在傳統消毒過程中會產生不需要的副產物而影響人體健康。林教授研究利用「膜」的概念和技術先濾除這些腐植質與黃酸,然而在濾除時卻面臨一個難題─「膜」的過濾效果會隨時間逐漸降低。這是由於過濾的腐植質與黃酸物質會造成膜阻塞,而如何減低阻塞的影響以維持「膜」的過濾效能,也是近來科學家研究的方向之一。

 

透過研究,林教授發現利用「膜」濾除腐植質與黃酸的過程中,會同時產生有機質阻塞孔洞,在表面上形成另一種層積垢的「物理反應」,以及不同種類的腐植質與黃酸和「膜」材質產生作用的「化學反應」兩種積垢情況。面對如此複雜的情況,他認為必須發展多種孔徑、材質的「膜」來應對。

 

此外,要解決這必然會發生的積垢阻塞問題,林教授提出了「針對情況、定期清除、防範未然」的做法。

 

林教授進一步發現,大孔徑的「膜」在過濾時容易有細小的阻塞物在孔洞間形成,而使過濾效果打折;以小孔徑的「膜」過濾時,阻塞物則常在它的表面形成。林教授強調,若能在形成不可逆積垢並阻礙到「膜」的過濾效果前就清除阻塞物,應是較有效率的做法。經由一連串研究和分析,林教授發展了完整評估與有效處理積垢的流程。透過定期、個別地針對大孔徑的「膜」施以藥劑清洗,溶解積垢,與針對小孔徑的「膜」清洗其表面,去除阻塞物,就能在最有效率的情形下維持濾水的效能。

 

在國外,法國巴黎自來水公司已成功運用「膜」的技術,先過濾河水中的溶解性有機質,再進行消毒,提供民眾飲水。在國內,林教授認為在河川、水庫等上游集水區域,可利用「膜」的技術先有效地濾除包含腐植質等消毒副產物的前驅物,這會對下游淨水處理效率提供不少助益。

 

他更期望,未來可以透過不同種類、孔徑大小與型態的「膜」針對汙水回收再用。這在面對水資源日益短缺的未來,為我們提供一個努力與思考的新方向。

 
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