水工坊專題

逆滲透Reverese Osmosis

逆滲透法Reverese Osmosis簡稱RO,是目前所知最有效及最現代的水處理方法,所謂逆滲透原理是在原水端加壓,使純淨的水分子穿透薄膜(TFC Membrane)產生純水,同時將無法穿透的各種雜質及有害物質隨著濃縮廢水排放。約在1950年代左右,由美國科學家在觀察中發現到:持久翱翔在浩瀚海面上的海鷗.不必為著陸尋找水份以調節身體散熱循環功能;卻不斷地從海面啜起一大口海水,復又吐出時而不斷;因此發現了海鷗汲取海水變淡水的神奇奧祕。原來海鷗的嘴腔內,孕有一層特殊的薄膜層,牠以此精密的薄膜層,並利用瞬間的嘴腔密合壓力, 讓海水經由嘴腔篩析過程;濾出淡水及高濃度的鹽份雜質水繼而將純淨的淡水汲入體內,並由鼻管中排吐出高濃度之鹽分與雜質。

科學界也因此一發現進而研發了海水淡化的設備基礎 , 也就是逆滲透純水機(Reverse Osmosis 簡稱R.O) 近年來本項新科技業已廣泛的運用在太空船梭海洋航艦船舶,野外汲水及家庭精密飲水濾器上使用中。由於薄膜的極小孔徑0,0001micron,它可以有效過濾水中所含細菌,病毒,各種化學有毒物質。人類在追求如何取得純淨飲水的過程中,從煮沸法、蒸餾法、離子交換法、活性碳過濾法等,皆無法取得完美的純水,唯有RO逆滲透法利用高科技滲透原理有效去除99%水中總固體溶解質(TDS),純度高達1—10 ppm,應用於海水淡化洗腎血液透析用水實驗室高純水。

由逆滲透法製成的純淨飲用水是晶瑩清澈,不含污染物之純淨水,沒有細菌、濾過性病毒、致癌的物質如三鹵甲烷等,去除無機礦物質、有害重金屬等。逆滲透法製出的純淨水,可為人體完善的運用,可謂健康之水,至今仍無他法製出之飲水能出其右者。

RO逆滲透法可以有效的清除溶解於水中的無機物,有機物,細菌,熱原及其它顆粒等,仍無他法製出之飲水能與其比較。要了解"逆滲透"原理之前,要先解釋"滲透(osmosis)"的觀念。所謂滲透是指以半透膜隔開兩種不同濃度的溶液,其中溶質不能透過半透膜,則濃度較低的一方水分子會通過半透膜到達濃度較高的另一方,直到兩側的濃度相等為止。在還沒達到平衡之前,可以在濃度較高的一方逐漸施加壓力,則前述之水分子移動狀態會暫時停止,此時所需的壓力叫作 "滲透壓 (osmotic pressure)",如果施加的力量大於滲透壓時,則水份的移動會反方向而行,也就是從高濃度的一例流向低濃度的一方,這種現象就叫作「逆滲透」。

逆滲透的純化效果可以達到離子的層面,對於單價離于(monovalent ions)的排除率(rejection rate)可達90%-98%,而雙價離子(divalent ions)可達95%-99%左右(可以防止分子量大於200道爾敦的物質通過)。逆滲透雖然價錢較高,因為一般逆滲透膜的孔徑約在l0A以下,它可以排除細菌,病毒及熱原甚至各種溶解性離子等,所以在準備安全飲用水最好準備這一道步驟。

由於薄膜的孔徑僅有一億分之一釐米,只有水分子可以滲透薄膜,逆滲透水處理常用的半透膜材質有纖維質膜(cellulosic),芳香族聚醞胺類(aromatic polyamides),polyimide或polyfuranes等,至於它的結構形狀有螺旋型(spiral wound),空心纖維型(hollow fiber)及管狀型(tubular)等。至於這些材質中纖維素膜的優點是耐氯性高,但在鹼性的條件下(pH ≧8,0)或細菌存在的狀況下,使用壽命會縮短。polyamide的缺點是對氯及氯氨之耐受性差。至於採用那一種材質較好,則目前還沒有定論。

如果逆滲透前沒有作好前置處理則滲透膜上容易有污物堆積,例如鈣,鎂,鐵等離子,造成逆滲透功能的下降;有些膜(如polyamide)容易被氯與氯氨所破壞,因此在逆滲透膜之前要有活性碳及軟化器等前置處理。也就是為什麼前三道濾心需要定期更換,及增加沖洗RO膜的功能。

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