RO系統之耗材功能及定期更換原因

前置濾心孔隙準確度之重要性探討

Millipore所使用的逆滲透膜是一種極度精緻的濾膜，孔隙度在2~3A (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膜面對進水的那一面，並會產生立即的阻塞現象，但所有RO膜皆有的機制是，系統會提供一股與RO膜平行之橫向水流，以隨時帶走阻塞RO膜之污染物，因為這股水流具有關鍵性的RO膜表面之清潔作用，所以我們也稱這種功能為掃流(cross flow)。

通常掃流的流速快慢決定是兩種因素妥協的結果。一是如果流速太快，就會太浪費水源，另一方面來說，流速太慢，較大顆粒之懸浮固體及微生物則無法被帶走，使得RO膜有立即被塞住的風險。所以折衝的結果，Millipore的純水系統在設計上以0.5μm顆粒大小做為分界點，大於0.5μm之顆粒，以多道漸近式濾材(5μm→0.5μm)來去除，而小於0.5μm之顆粒及膠體(colloid)則會通過濾材而來到RO膜，但在造成RO膜阻塞之前，橫向水流就會將它帶走。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，因為過小的孔隙會造成使用壽命的降低而且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新的地步。

濾材之化學溶出物的問題探討

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，而微生物的數量也會倍增，這時就更不需提到微生物之相關代謝產物(內毒素及各種分解酵素)了。

通常在前處理濾心未能有效去除原水的水中微生物，或菌膜(biofilm)已形成在前處理濾心內時，偏高的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。如果情況繼續延續下去時，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。

其他影響微生物繁殖的因素如下:

1. 製作過程的清淨度關係著日後使用時的微生物污染狀態，Millipore瞭解此一重要性，所以極力追求高純淨度的製作環境。

2. 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。

3. 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。

4. 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數之一。

5. “時間”，自濾材開始泡水開始，不管有多少原水流經，時間才是微生物的正相關因素。而矛盾的是，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。

“軟水” 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濃縮了。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，但解離常數Ksp.卻是最低的)，沉澱下來的結晶會立即阻塞住RO膜的孔隙，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，所謂軟水機是一種利用添加的鈉離子(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：準時添加食鹽、定期需更換陽離子交換樹脂、定期清潔以避免細菌孳生。所以這是普遍性高但卻耗功的方法。

Millipore所採用的軟水方法是另外一種，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遊刃有餘，完全不需要軟水機的輔助。針對臺灣中，南部稍高的硬水水質，軟水機可能是必要的，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。

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。

活性碳還有其他功能，如去水中有機物及水中膠體(Colloid)，這些物質皆對RO膜的功能有很大的阻礙。

總結

好的前置處理濾心應符合下列特點:

1. 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(請參考附錄一)，如此不但可以攔截大小不同的顆粒，並且將壓損減至最低。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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。