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海水淡化新幫手–奈米銀

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。
 
 
 
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。
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