逆滲透純水系統之耗材功能及相關因素探討
１. 前置濾心孔隙度準確性的重要性
Millipore 所使用的逆滲透膜是一種極度精緻的濾膜， 孔隙度在2~5Å (Anstrom) 左右，在準確的孔隙度分佈以及密閉性良好的水路（進水、RO純水、排放污水）區隔下， 能夠有效去除 98% 的無機鹽類，99% 的有機污染物，99% 的懸浮顆粒以及 99% 的微生物。
這時，所有的污染物皆會濃縮在RO膜進水表面，產生立即的阻塞現象，不過RO膜對應的機制是，系統會提供一股與RO膜平行之橫向水流，隨時帶走阻塞RO膜上的污染物，因為這股水流具有關鍵性的清潔作用，所以我們也稱這種功能為 “掃流” ( cross flow 或 tangential flow )。
通常掃流的流速快慢決定是兩種因素妥協的結果，一是如果讓流速太快，就會浪費水源，但如流速太慢，較大顆粒之懸浮固體及微生物則因無法被帶走而使得RO膜有立即被塞住的風險，所以折衝的結果，Millipore 的純水系統設計在以 0.5 μm 的懸浮顆粒大小做為分界點，大於 0.5μm 之顆粒，以多道漸近式濾材 ( 5 μm → 0.5 μm ) 來去除，而小於 0.5 μm 之顆粒及膠體 (colloid) 則被橫向水流帶走，因此對RO膜來說，穩定的橫向流速以及準確的顆粒攔截能力是非常重要的。
Millipore 對製造準確孔隙度的濾材是不遺餘力的，因為過小的孔隙會降低使用壽命，並容易使加壓幫浦空轉而毀損，又如果孔隙度太大，則大顆粒就會穿過濾材而造成RO膜之阻塞，進而使RO效能下降而到需要更換新品的地步。
２. 濾材之化學溶出物的問題
如果要製造一支純水用濾心，在材料上是有很多選擇的，如木質纖維，玻璃纖維，PE， PP等， 同時相同材料也會有不同純度，Millipore 一向專注在材料選擇及不純溶出物之探討，因為溶出物愈高，表示愈容易被黏附的微生物利用，其結果不只會讓微生物繁殖，形成一層厚厚的菌膜 (biofilm)，同時也會使水中可溶性有機物增加（微生物代謝的結果），以及微生物的代謝產物（(內毒素及各種分解性酵素）。
如果，預處理濾心 (pre-filtration) 未能有效去除原水中的微生物，或菌膜 (biofilm) 已形成在前處理濾心時，微生物會直接衝擊到RO膜表面，導致嚴重阻塞，造成RO膜局部純化功能喪失及下游(RO純水)的微生物污染，如果情況繼續惡化下去，製水速度及水質皆會下降，RO膜的壽命就此終結，因此過濾材料之純度是微生物是否會繁殖的關鍵因素。
３. 其它影響微生物繁殖的因素
- 濾心製做過程的清淨度關係著日後使用時的微生物污染狀態， Millipore了解此一重要性，所以極力追求高純淨度的製作環境。
- 製作過程中，Millipore 絕不使用任何黏膠，因為任何黏膠皆是微生物著床及滋養的來源。
- Millipore 使用不透光的濾心外壁設計以避免自營性的藻類繁殖，進而促成異營性微生物的繁殖溫床。
- Millipore 使用免管殼 (Non-housing) 的濾材設計，可避免更換耗材時，舊濾心對新濾心產生微生物的交互污染，這也是Millipore 一直非常重視的控制因子之一。
- “時間因素”，自濾材開始使用（或開始浸泡在水中），不管有多少原水流經，時間才是微生物的正相關因素，並且，大量用水，反而會抑制菌膜的生成，這也是為什麼有些人問 “沒用多少水，為什麼還要準時換耗材 ？ ” 的原因。
４. “將硬水軟化” 以避免碳酸鈣沈澱在RO膜表面
當原水（自來水或地下水）流經RO膜表面時，因受到加壓的影響，部份沒有帶污染物的水會被迫穿過緻密的RO膜，因此原水的污染物濃度就被提高了，在這濃縮過程中，首當其衝的是碳酸鈣 (CaCO3) 因過飽和而發生沉澱（通常鈣離子及碳酸根離子是原水中主要成份，而解離常數 Ksp 卻非常低），沉澱下來的結晶會立即阻塞RO膜表面，會造成出水量及水質雙雙下降，在這種情況下，“軟水”顯然是重要的課題。
在軟水的方法當中，軟水機是一種利用鈉離子（食鹽）對原水中鈣離子做陽離子交換，以降低原水中的鈣離子濃度，使得沉澱不會發生，但軟水機需要固定保養工作如 1.準時添加食鹽 2.定期更換軟水用耗材(陽離子交換樹脂) 3.定期清潔軟水機以避免細菌孳生。這是使用率高但耗人力的方法。
Millipore 所採用的軟水方法是---藉由添加螯合物 (Chelating agent) 在原水中，將兩價的鈣及鎂離子螯合住，以避免與碳酸根離子結合而發生沉澱，Millipore 使用聚磷酸 (Polyphosphate )來做為螯合物，放置在前置處理的管匣當中，這種方法的優點是，可避免繁瑣的保養工作(只要準時換耗材即可)，以此方法來應付苗栗縣以北的原水硬度應是游刃有餘，完全不需要軟水機的輔助。但針對臺灣中，南部稍高的硬水水質，軟水機有時是必要的，而 Millipore 耗材內的螯合物是不可或缺的第二道防線，俾能確保逆滲透系統運作正常。
５. 顆粒化活性碳----可有效去除原水中的氯(漂白水)
通常自來水廠為確保用水端的水質(微生物菌落數) 符合規範，會添加氯氣 (Cl２)或漂白水（次氯酸鈉，NaClO）來抑制輸水管線中的微生物孳生，但這種強氧化劑長期來說，會氧化RO膜而導致結構脆化及膜面破裂，為避免這種狀況發生，利用活性碳來中和是 Millipore 常用的方法，但又考慮到活性碳粉未的過濾壓力降過大，所以採用顆粒化活性碳 (Granulated activated carbon) 來降低壓力降及避免粉粒向下游滲漏。
活性碳還有其它功能，如去水中有機物及水中膠體 (Colloid)，這些物質皆對RO膜的功能有很大的妨礙。
總結
好的前置處理濾心應符合下列特點：
- 濾心的孔隙度愈準確愈好，每一道濾心的孔隙度皆採漸近式，由大到小，如此不但可以攔截大小不同的顆粒，並且將壓損減至最低。
- 濾心的材質不只要高純度，製作過程的環境純淨度也很重要，當然管材內壁之光滑度，透光度，以及是否用膠，皆可能影響過濾品質。
- 以微生物的繁殖狀況來說，用水量過低反而會促進菌膜的形成速度。舉例來說，cGMP藥廠的純水系統管線流速有最低速限，需大於1m/min.，愈高愈好，因為愈低愈會有菌膜成形。
- 使用螯合物 (Chelating agent) 來抑制碳酸鈣沉澱在RO膜表面上，（(或稱抗結垢劑），以確保RO膜品質。
- 使用高純度、低壓力、降低膨脹係數的粗顆粒化活性碳，中和自來水中漂白水，吸附有機物，並且阻擋水中膠體 (Colloid)，而這些污染物會影響RO膜的表現。
- 上述耗材皆有其消耗本質（(螯合物）；飽和本質（漸近式濾心、活性碳）； 劣質化本質（活性碳崩解、菌膜生成、有機物溶出），所以準時更換耗材是確保水質的不二法門。
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