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究竟”逆滲透”是甚麼一回事?

要了解逆滲透,最好先明白 ‘滲透’ 的原理。

在大自然界,當兩種不同濃度的液體被一半透膜 (Semi-permeable Membrane) 分隔時,水份會由較稀釋的一方,通過半透膜,流向濃度較高的一方。這種自然現象名為“滲透”。滲透現象發生在所有生物身上,一個日常見到的例子是植物利用滲透方法從泥土中吸取養份和水份。另一個例子是利用鹽來保存 (醃製) 食物,在受鹽份 (高濃度) 的影響下,食物中細菌的水份會通過細胞膜被抽走,令到鹽份(鹽水) 稀釋,細菌因脫水 (dehydration) 而死掉,不致令食物變壞。

當水份子滲透過半透膜後,濃度較低的一方壓力會下降,而濃度較高的一方,其壓力則會上升。這種壓力上的差別叫做滲透壓力差。滲透作用會一直進行,直至兩方溶液間的滲透壓力差達致平衡為止。 您現在大概明白為甚喝海水不能止渴,更能致命吧 (因脫水緣故)。 明白滲透的原理後,逆滲透的原理便不難理解。如在濃度較高的一方施加大於滲透壓力差的壓力,水的流向會被逆轉。屆時濃度較高一方的水份子會被迫通過半透膜,而鹽份或其他溶解固體則會留在濃度較高的一方。

故此,利用逆滲透方法,我們可以從濃度高的溶液中提取純水。 製造純正飲用水的有效辦法 –利用逆轉滲透作用的方法,可以從高濃度 ( 或受污染 ) 的溶液中提取高純度水。由於半透膜上的孔眼極之細微 ( 細至 0.0001 微米 ) ,只有水份子才能通過,所以逆滲透可用來隔除水中的污染物、細菌和病毒等物質。

.逆滲透是一種分隔技術 –比過濾技術更優勝 – 雖然逆滲透看起來好像一種過濾技術,但實質兩者有很大分別。過濾方法一般使用布類、沙或金屬網作為濾芯,這些物質都是有疏孔的,而水源會整份流經濾芯。由於濾芯不是半透膜,它容許水和其內的雜質和溶解固體 ( 包括鹽和污染物 ) 一併流過,最後體積較大的固體“雜質”會積聚在濾芯上,而來水 (feedwater ) 和經已濾出的水 (filtrate) 在化學成分上根本上沒有分別 — 因為可溶於水的物質,無論是鹽、離子或溶解污染物,都仍然留在過濾出來的水裏。逆滲透卻不一樣,半透膜發揮起分隔的作用,把水份子和已溶解的物質從來水中分隔出來。故此通過逆滲透方法處理出來的都是純淨的水,在化學成分上和來水是有明顯分別的。

.橫向切流濾膜 (Cross-flow membrane) 不會積聚污染物 –逆滲透採用橫向切流濾膜,加了壓力的水源會沿濾膜平行流過。水份子會穿過膜上極細的孔眼,而其他物質,包括不溶於水的雜質、細菌,和溶於水的固體,由於體積較大,不能穿過濾膜,便即時隨廢水排走。故此雜質和污染物不會積聚在膜上。反之一般的過濾濾芯,當積聚廢物太多時,既會閉塞,更容易成為細菌和發熱源菌滋生的溫床。

.節省能源 –逆滲透需要較少的能源。大部份逆滲透系統能在室溫下運作,和不需額外能源 (例如利用自來水水壓便可製造純水)。相反,其他淨水方法例如蒸餾法,則要把水加熱,冷卻,然後回收成純水。在很多海水化淡的項目中,採用逆滲透方法比其他方法能節省更多的成本。

References:

1. Letterman, R. D., and Mays, L. W., eds. 1999. Water Quality and Treatment Handbook. 5th ed. Denver: American Water Works Association.

2. Denn, James. 1999. Heterotrophic Menace: fact or fiction? Water Technology, New York. February: 54-62.

3. Paul, David. 1998. Advances continue in membrane technology. Water Technology, New York. March: 98-100.

4. Mukhopadhyay, Deb. 1998. Membranes: crossflow membranes for water recovery at industrial plants. Ultrapure Water, Vol. 15, No. 1, Conn. January: 17-20.