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1953年Reid開始逆滲透程序方面的研究,1960LoebSorirajan首先製備出高水通量(Water Flux, WF)和高拒鹽率(Salt Rejection, SR)的醋酸纖維素逆滲透膜,因而奠定了逆滲透技術的基礎,同時也帶動了其它膜程序的快速發展。五十年代中期,以美國加州大學洛杉機分校(UCLA)Dr. S. Sourirajan 為首的科學家們第一次發明「人造的仿生物選擇性滲透膜」開始,人類首次可以利用逆滲透原理, 並由美國聯邦政府投入約40億美金研究成功,利用自然界逆滲透原理,將污水加壓,使純淨的水分子穿透薄膜產生純水,同時將不能穿透薄膜之各種有害物質排放。

 

美國太空總署NASAR.O.首次運用太空梭回收太空人尿液及污水,純化後再供飲用,並於航空母艦及潛水艇,將海水淡化供士兵飲用,目前則普遍用於美國一般家庭之飲用水,創造人類飲水之一大突破而暢銷全世界,其可靠性亦能得到進一步的證明。

 

第一批製造的逆滲透膜主要是針對五十年代大量的海水淡化工業,以代替當時唯一可用但成本很高的蒸餾法。其性能及潛力馬上就被美國太空總署發現加以資助開發,以解決太空船內的飲用水消耗問題。

 

從七十年代開始,適用於低水壓的滲透膜出現,第一批小型的家用逆滲透飲用水淨化器亦開始生產。當時能每天淨化約一至五公升飲用水,但已能有效解決當時美國中南部沙漠地帶被核子輻射污染的食水問題。

 

今天家用逆滲透設備已能提供每天二百八十五公升(75加崙)的飲用水,完全可以滿足一個小家庭或辦公室的所有飲用及煮食需求。而水壓亦從第一代的高壓下降至現在的每平方英吋五十英磅水壓(50PSI),適合一般的自來水水壓使用。
茲將逆滲透膜之發展史整理如表1所示。

 

表1.逆滲透膜之發展史

年份發明者研究或發明
1748法國科學家發現豬隻膽膜可以滲透出水的現象。
1861Graham發現了透析現象並開始研究。
1903Morse 及 Pierce將電極導入透析器因而開始了電透析的研究。
1906Bechhold製造出孔徑0.01μ(微米)的超濾膜。
1913Abel 提出以中空纖維透析器(Dialyzer)做為人工腎臟的構想。
1943Kolff 成功完成人工腎臟的構想,並被稱為人工臟器之父。
1950Dr. S. Sourirajan
(UCLA)
發明「人造仿生物選擇性滲透膜」,即逆滲透原理。
1953Reid開始逆滲透程序方面的研究。
1960Loeb 及 Souriraja首先製造出高水通量(Water Flux, WF)和高拒鹽率(Salt Rejection, SR)的醋酸纖維素逆逆滲透膜,因而奠定了逆滲透膜技術的基礎。
1970Israel Desalination
Engineering公司
提出混合過濾(Hybrid Filteration)的名詞,此為最早的極濾概念。
Filmtec公司
(Dow Chmical的子公司)
發明低水壓逆滲透膜。

  資料來源:林棟坡碩士論文

原水逐漸濃縮,施加之壓力必須逐漸提高,直到無限大。實際操作時,將濃縮水排掉,繼續供入原水,以保持恆定之壓力,即可達到逆滲透之目的。談到逆滲透膜,它被包括在分離膜之一小項內。分離膜(CROSS-FLOW)可細分為:參考表4.16

 

─ Reverse Osmosis (RO)逆滲透
─ Ultra Filteration (UF)
超過濾
─ Microfiltration (MF)
微孔過濾
─ GAS Separation (GS)
氣體分離


在所有分離膜項目中唯有逆滲透膜的透水孔徑為最小,在0.0001~0.002 micron之間,如以人體頭髮做比較,人體頭髮之外徑約為10micron,即可知逆滲透膜孔徑之精密,除了能有效過濾細菌病毒外,亦能去除水中劇毒重金屬,如圖4.13 分離膜的應用及表4.16 分離膜之種類所示。

 

表4.16 分離膜之種類

NO簡稱 分離膜英文名稱中文名稱 透水孔徑 (MICRON)
1ROREVERSE OSMOSIS逆滲透0.0001~0.002
2UFULTRAFILTRATION超過濾0.006~0.11
3MFMICROFILTRATION微孔過濾0.08~1.2
4EDELECTRODIALYSIS電滲析(或稱電透析)----
5DDDIFFUSION DIALYSIS擴散滲析----
6PVPERVAPORATION滲透蒸發----
7GSGAS SEPARATION氣體分離----
8EDIELECTRODEIONIZATION電除鹽----
9NFNANOFILTRATION極濾膜0.0009~0.009


圖4.13 分離膜的應用

 


1748年法國科學家首次發現豬隻膽膜可以滲透出水的現象,但基於當時生產技術落後而無法加以利用。其現象卻在往後的兩百年成為解釋各種自然現象,如樹木怎樣吸水的理論等等。原理如下:

若以滲透膜分隔兩邊濃度不同的鹽水,由於位能差別,水的份子會從濃度低的一邊移往濃度高的一邊以便平衡兩邊的位能,直至兩邊水位及水壓差別導致水的份子沒法再遷移,物質交換得到平衡。這就是滲透效應(Osmosis)現象。如4.11。

 

逆滲透如其名,在高濃度一邊如加壓,便能把以上提及的滲透效應停止並逆轉,使水的份子從高濃度迫往低濃度的一邊,把水淨化。如圖4.12。

 

簡單的說,就是在原水一方施加大於逆滲透之壓力時,即產生逆滲透作用,此時溶解與非溶解的無機鹽、重金屬、有機物、菌體、顆粒等無法通過半透膜,僅水分子及較小分子之鹽類滲過薄膜,流向淨水之一邊而污染成份濃縮於原水。


1. 能去除水中細菌、病毒,化學污染物質,尤其是一般淨水器很難處理的重金屬污物如汞、砷、鉛、….等降低癌症及各

    種慢性疾病發生。

2. 水分子團比原水小,易吸收。

3. 純淨水雜質含量少,不會造成腎臟負擔。

4. 口感好,無異味,比一般水更好喝。

5. 目前使用逆滲透法是全世界公認最安全的飲用水 家庭生飲、沖泡牛奶、沖泡茗茶、醫療用水、預防疾病。


家庭用逆滲透淨水器一般包括了2、3個前置過濾器(第一段為百萬分之五公尺(5微米=5mm)的濾心,第二段為活性碳濾心,部分機型有第三段1微米的濾心)及逆滲透膜,部分機型在清水儲水桶出到鵝頸龍頭前並加裝後置後性碳濾心。第一段濾心主要用於去除水中泥、砂等雜質顆粒,前置活性濾心則用於去除水中有機物、臭味分子及氯等,逆滲透膜則可去除大多數水中溶解性的雜質,後置活性碳則進一步除去逆滲透膜殘留的污染物。逆滲透淨水器的主要作用單元是逆滲透膜,利用半透膜的原理,施加壓力使原水流過半透膜通到清水端,而將雜質留在膜的另一邊,隨廢液流掉。

 

由於滲透膜多數為有機合成材質,因此為了保護滲透膜的壽命,在滲透膜前端必須有去除水中餘氯的單元,通常利用活性碳濾心完成。此外,為避免水中懸浮微粒造成阻塞問題,通常在活性碳濾心前會再加一個5微米(百萬分之五公尺)的濾心。除掉水中較大的顆粒、餘氯及部分有機物可由前置活性碳及顆粒濾心去除外,其餘如重金屬、農藥、細菌、病毒等對人體有害的物質,及硬度、臭味等相關會影響口感的化學物質均可被逆滲透膜去除。

 

滲透處理法雖然可以算是對各類淨水器中對水中污染物最全面的的處理方法,但由儲水桶至出水水龍頭端為最常受微生物污染的位置,因此有廠商加裝了紫外線殺菌燈,以避免病原微生物污染。


各種家用淨水器可去除之污染物及其購置、維護條件

淨水器種類

可去除之污染物

裝置成本 

維護難易

水回收率

三鹵甲烷

農藥

氯味

臭味

硬度

重金屬

細菌/病毒

軟水器

×

×

×

×

×

~100

活性碳濾水器

×

~100

蒸餾水製造機

~100

逆滲透系統

~30

過濾器*

×

×

×

×

×

×

×

~100

紫外光殺菌*

×

×

×

×

×

×

~100


註:○表示去除效果良好,△表示部分去除,×表示無法去除,*主要用於輔助設備。

        購置成本:高= > 4000 元,中= 1000 - 4000 元,低= < 1000 元。


     
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