呂常興、楊文賢、徐政富、朱文彬 / 工研院材化所
台灣地區的居住型態,愈來愈趨向於集合式住宅,為因應集中人口的用水,許多公寓大樓都使用蓄水池與水塔作為穩定供水的設備。然而,飲用水的水質若只是依靠定期清洗來維護是不夠的,供水設備在經過一段時間的使用後,經常會出現水管生鏽、發霉、髒汙及水垢等問題。隨著過濾膜材技術的進步,對於居家用水的淨水設備不斷地提升改良,未來的淨水模組需具備節水減碳、重複再利用的優點,並且能夠去除水中的塑膠微粒、細菌、病毒等有害物質,以達到家庭用水安全且水質良好的穩定來源。
【內文精選】
前 言
自來水是由「自來水廠」所生產出來的。自來水廠從水源經過取水口取水,藉由原水幹管輸送至淨水場,原水經過混凝、沉澱、過濾、消毒等淨水處理程序後成為清水,再經由加壓站及輸配管線送至用戶住家。但是自來水廠的水到住戶使用端的過程中,仍還有很多影響水質的問題產生(圖二),例如:
圖二、自來水管常見的髒汙問題
①自來水廠淨化水過程中會添加化學藥劑、絮凝劑以及其他殺菌的藥劑等,會殘留在水中。
②透過水塔(蓄水池)清洗仍無法達到每天乾淨的水質,使得泥沙、鐵鏽、顆粒雜質進入家中水管管線,進而導致洗衣機、馬桶、衛浴龍頭、廚房等用水設備損壞。
③不乾淨的自來水導致我們的家人在刷牙、洗臉、清潔、沐浴等,面臨肌膚感染和過敏等問題。
④自來水供應源頭可能因為人為非法濫倒事業廢棄物、垃圾或颱風/地震等天然災害原因造成水質不佳。
各種水處理膜技術市場分析
一般日常生活用水處理膜技術常見有四種類型,可分為:逆滲透膜(Reverse Osmosis,簡稱RO)、奈米濾膜(Nanofiltration,簡稱NF)、超濾膜(Ultrafiltration,簡稱UF)、微濾膜(Microfiltration,簡稱MF)等四類。
超濾膜材應用於社區大樓淨水實績
近幾年來,工研院材料與化工研究所以獨特的樹脂配方與塗佈相轉製程技術,開發出奈米孔洞等級的超濾(UF)膜材。此膜材具有諸多優點:①產水通量大:膜材過濾平均孔徑約在50~60 nm之間、水通量(Flux) >500 LMH;②高阻絕率:阻絕率(MWCO)可達>85%以上;③耐化性佳:原物料主樹脂為聚偏二氟乙烯(PVDF)樹脂所組成,酸鹼操作範圍pH = 2~12;④操作溫度:4~40˚C;⑤膜材可重複使用:過濾後汙垢為表面汙堵,只要透過簡單清洗即可重複使用,免換濾芯,當屬於ESG概念產品。
秉持改善社區大樓及一般住宅民生用水的水質問題之宗旨,從傳統洗水塔或更換濾芯方式,革新到能夠有效淨水、水質持續穩定、具節水效益及不再製造濾芯的信念之下,將本所開發之超濾膜材導入於社區淨水應用,目前在台中及北部地區都有客戶安裝運轉實績。
另外,超濾模組除了應用於社區大樓淨水已具有實績外,對於工業製程所需的超純水需求,也有明顯的製程改善效果,若水處理於粗濾後再經過超濾單元處理,可有效提升後段離子交換樹脂處理單元及RO膜之壽命。以某北部工業廠區製程用水為例,該司原製程之水處理製程程序,為取用地下水後先經過沉澱、粗濾、錳砂處理,後續直接進入離子交換樹脂及RO膜處理,雖然可得到乾淨的純水,但每年需花費一筆可觀的經費去進行離子交換樹脂及RO膜的維護及更換。經評估後,於進入離子交換樹脂處理單元前,再增設一道超濾模組進行處理,從超濾模組處理前與處理後的取樣水質分析結果來看(圖七),處理前的水質濁度與總懸浮固體分別為2.0 NTU與3.2 mg/L,經超濾模組處理後的水質濁度與總懸浮固體分別下降至0.1 NTU與0.8 mg/L,可去除很多微細的雜質,大幅提升離子交換樹脂及RO膜的壽命,並減少操作上維護的成本。
圖七、原水經超濾膜處理前後總懸浮固體測定
家庭飲用水硬水所產生的困擾與解決對策
1.硬水之成因與處理方式
目前家庭生活用水將硬水變成軟水的處理方法,常見為使用離子交換樹脂及RO逆滲透技術。當水通過離子交換樹脂時,離子樹脂能吸附鈣、鎂離子,以達到水質軟化、去除水垢的效果。可是當離子樹脂吸附鈣、鎂離子量達到飽和時,便無法再吸附更多的鈣、鎂離子,此時則必須使用軟化鹽(鈉離子)來浸泡離子交換樹脂,讓樹脂釋放出鈣、鎂離子,進而吸附鈉離子,以恢復離子交換能力,此過程被稱為「再生」---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》450期,更多資料請見下方附檔。