Safe Drinking

安全飲用水 成大環工系

林財富

本文共分成數個部分介紹安全飲用水，首先人介紹水中污染物的種類、進 入人體途徑及自來水淨水程序等之原理，然後說明常用於家庭或校園中之淨水 器種類及其污染物之去除機制，最後並介紹淨水器的設置時機及其維護管理應 注意的事項，以下分別說明。 一、水中污染物的種類 水中污染物可分為微生物、有機物及無機物等幾類，微生物包括細菌、病 毒、原生動物等；有機物包括揮發性有機物、合成有機物、消毒副產物、農藥 等；無機物則包括重金屬、硬度、鹽類、氯鹽、溶解性固體物等幾類污染物。 微生物通常是以大腸桿菌群密度及總菌落數作為指標，大腸桿菌較一般病 菌存活率高可作為其他病菌存在與否之參考，總菌落數則可作為消毒效果好壞 之評估。原生動物主要以梨形鞭毛蟲及隱孢子蟲為主，一般人平均喝入數十個 以上會引起腸胃疾病，過去16年間，歐美等先進國家已有數十超過100人受感染 的案例，其中以1993年美國威斯康辛州密爾瓦基市隱孢子蟲事件最為知名，共 有40萬人受感染,4,000人住院,100人死亡。原生動物相關法規目前正研擬中， 加氯消毒對原生動物去除效果不佳，但可藉過濾程序有效去除，僅在表面水水 源中存在。 消毒副產物主要指三鹵甲烷(CHCl3 , CHCl2 Br, CHClBr2 , CHBr3 )，屬於致癌 物，因加氯消毒所引起，一般而言加氯量愈多、水中有機物愈多，產生量也愈 大。揮發性有機物、合成有機物及農藥等，則主要因水源受污染、藻類釋放、 給水管線材料釋出等所引起。 重金屬目前管制包括砷, 鉛等8種，主要因水源污染、地質狀況以及管線材 料釋出等因素所造成。硬度絕大部分是由鈣、鎂之鹽類所引起，會造成開水中 之茶垢，對健康增進或危害無定論，主要是因為地質狀況造成。其他無機鹽類 會造成味覺之影響，如酸、甜、苦、鹹等，其中包括鈉、鎂、鐵、錳、銅、鋅 等金屬，硫酸鹽、氯鹽及硬度等溶解性固體。依美國加州相關研究指出溶解性 固體若小於450 mg/L ，則味道尚可接受。造成味覺不佳主要有地質原因,海水 入侵等。 前述水中污染物進入人體的途徑主要為，微生物、無機物/重金屬：喝，揮 發性有機物：喝及呼吸，合成有機物/農藥：喝及皮膚接觸。瞭解曝露途徑方能 採取適當之減少曝露方法。

二、淨水程序介紹 淨水程序可分為傳統單元及高級淨水單元，前者通常包括混凝/沉澱、過濾 及消毒，混凝/沉澱程序用於去除水中泥、砂等雜質，過濾則用於去除更小之粒 狀物及原蟲，消毒程序主要在去除致病細菌及病毒。高級淨水單元中軟化程序 在於去除水中硬度，臭氧則用於取代加氯消毒，並有去除部分有機物之效果， 活性碳之目的在於去除有機物，而薄膜法(逆滲透為其中一種)對大多污染物均 有其去除效果。 三、淨水器的種類及設置時機 目前市面上販售的淨水器絕大多數是以自來水為原水，主要包括逆滲透(RO) 淨水器、活性碳淨水器、軟水器、蒸餾水製造機等。本文僅說明對污染物具去 除效果之設備，至於僅具殺菌效果的設備，例如開飲機，則不在本文討論範圍 中。各種淨水器的處理方法不同，目標污染物也有差異，購買成本及操作、維 護所需花費的時間、精力也不一，以下分別介紹。使用前必須注意，對於非自 來水或可能受微生物污染的水，除非經過嚴密的測試與維護，下列淨水器均不 建議使用。 1.

軟水器 水中若存有過高的硬度(主要是鈣與鎂離子)，則煮開水會產生白色碳酸鹽 沈澱物(即俗稱的茶垢)，軟水器通常使用離子交換樹脂，利用樹脂中之陽離 子(通常是鈉離子)交換水中之鈣與鎂等，達到軟化硬水的目的。由於陽離子 交換樹脂對電荷越多，分子量愈大的離子有越大的吸引力，因此軟水器對水 中離子態的重金屬也有去除效果。 離子交換樹脂中的交換容量有限，因此接近飽和時，必須進行再生以確保 交換的能力。此外，使用鈉離子交換樹脂式的軟水器會使水中鈉離子濃度增 加，可能會影響人體循環系統。由於離子交換樹脂軟水器主要是以去除水中 硬度為主，因此對於水中硬度比較高，常出現茶垢的地區，例如南部地區， 比較適用。

2.

活性碳濾水器 活性碳具有多孔性的結構，表面積很多，每一公克的活性碳大約有好幾個 籃球場大的面積，因此可提供許多污染物停留在表面上(稱之為吸附)。當自 來水通過活性碳濾水器時，水中有機物如農藥、三鹵甲烷、臭味分子等，均 會被活性碳吸附而達到淨水的功能。由於活性碳的表面積大，因此自來水水 中造成氯味的物質也會與碳表面反應而達到降低氯味。此外，活性碳對於少 部分重金屬亦有部分的去除效果。

活性碳濾水器並非萬能，例如對水中陰離子型態的污染物，如硝酸鹽則無 顯著去除效果，對重金屬的去除也有限，且細菌可附著於活性碳顆粒表面， 生長成生物膜，反而造成濾心中細菌數增加的情形。此外，對於水中硬度的 去除，活性碳則無明顯效果。活性碳濾水器最佳使用時機是在氯味重及三鹵 甲烷、農藥及臭味等有機物含量高的地區。 3.

蒸餾水製造機 蒸餾水製造機（如圖 1）主要是利用加熱煮沸的方法，將水蒸發後再凝結， 以達到去除水中雜質的目的。因此，一般水中沸點比水高的污染物，例如重 金屬、農藥及陰、陽離子(如造成硬度的金屬離子)及溶解性固體等皆會留在 蒸餾水製造機內部，不會隨蒸餾水進到收集桶中。且在煮沸的過程中，多數 細菌也會被殺死。 蒸餾水產生器雖然對於大多數的水中污染物可有效去除，但對於部分沸點 比水低的揮發性有機物，例如三鹵甲烷等，可能會隨著蒸餾水進到收集桶中。 此外，使用煮沸、冷凝的原理，其電力消耗往往比較高，且一般家庭用機型 之蒸餾水製造機製造水的速率大約為每天 12 公升(約為每 8 小時 4 公升)，與 其他淨水器相較而言，產水速率算是比較慢的。

4.

逆滲透(RO)淨水器 在本文所討論的各種淨水器中，以逆滲透淨水器操作最為複雜，所需技術 也最高。家庭用逆滲透淨水器（如圖 2）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=5µm)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水龍頭前 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。 逆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。逆滲透法維護也最複雜，每 一段濾心更損的時間不一，系統造價也最為昂貴，且尚須消耗電力費用，此

外每生產 1 公升的水需排放 2 公升的廢水，對水質源而言是比較浪費的。 事實上，許多淨水器是由前述幾個單元組合而成，例如前述逆滲透淨水系 統至少都包括前置濾心及活性碳濾心，而部份蒸餾水製造機亦有使用活性碳 作為後置濾心，市面上亦有出售活性碳及離子交換樹脂混合的淨水器，而一 般活性碳淨水器或軟水器前也多加裝前置濾心，選擇濾水器可能較前面所介 紹的更複雜。 前述四種淨水器及兩種輔助單元的主要功能、操作及維護等各種成本列如 表 1 中，對淨水器有需要的民眾，可參考表中各種淨水器主要可去除之污染 物，再與當地自來水質比較，並考量本身擁有之預算，及維護的難易程度， 可選擇最適己的淨水器，使全家可享受到安全且品質良好的水。 四、淨水器的維護管理注意事項 淨水器種類繁多，但在國際上許多研究證明對水中污染物去除有效果，較 為大眾採信的種類包括有濾水器、活性碳淨水器、陽離子交換樹脂軟水器、紫 外光殺菌燈處理器、逆滲透淨水系統、蒸餾水製造機等各種淨水器。各種淨水 器的設置時機請參考「淨水器的種類及設置時機」一文中所介紹。一般而言， 在先進國家購買淨水器時，廠商會隨機附送安裝及操作、維護手冊，民眾僅需 依照手冊上所說明的事項操作即可。而認證單位（在美國是國家衛生基金會， NSF）會依照淨水器種類及其相關文件進行測試，合於標準的淨水器才給予認證。 由於國內中國國家標準方法（CNS）仍在發展當中，目前民眾應找具有完善操作 及維護手冊及良好售後服務的淨水器廠商購買淨水器，未來當 CNS 國家標準方 法審議完成後，則應以通過 CNS 國家標準的認證才是好的淨水器。 目前市面上銷售的家庭用淨水器絕大多數均是以自來水為原水，除非在嚴 密的測試及維護條件下，一般的淨水器並不建議用於淨化非自來水或可能含有 微生物的水。每一種淨水器均非萬能，購買前應先了解淨水器功能與當地自來 水的水質狀況，以免浪費金錢而又得不到預期的效果。例如某些水質並不適用 於逆滲透法，在水中含氯或鐵過高，可能會造成薄膜受損。又如果水中含鐵過 高，則會損及紫外線殺菌淨水器的效果。此外，使用淨水器時進水溫度應避免 過高，許多淨水器或濾心在溫度高時，處理效果變差，材料也會受損並減少使 用壽命。在新使用的濾心型淨水器或淨水單元時（包括活性碳淨水器及陽離子 交換樹脂軟水器）應先使用清水浸泡過至少 15 分鐘以上，或以清水沖洗，以去 除濾心中之雜質。以逆滲透淨水系統而言，前置活性碳濾心及逆滲透膜各約需 使用 20 公升左右的水沖洗，以去除碳粒及逆滲透膜保存液。 淨水器濾心的更換頻率，通常可由廠商提供的操作維護手冊中得知，但必 須注意通常廠商所用的水質條件及產水量是在標準的狀況下。使用者必須注意 當地的水質狀況及每天用水量是否與廠商資料不同，如果原水中污染物濃度愈

高，用水量愈大，則更換濾心換頻率應愈高。使用者必須特別注意，即使濾心 更換時間未到，但清水水質明顯變化、口感變差或系統的產水量降低，則必須 檢查可能造成的原因，例如管線連接不當、管線或濾心破裂，必要時必須更換 管線或濾心。此外，逆滲透淨水器前置粒狀物濾心更換時機除操作說明書上機 外，若由肉眼判斷濾心已嚴重變成土黃色時，應考慮更換。一般軟水器、活性 碳淨水器及逆滲透淨水器中濾心的更換週期由 2 個月到 2 年不等，典型逆滲透 淨水器各單元更換週期及單價如表 2 所示。 部份類型的淨水器，例如蒸餾水製造機，必須定期清洗，以維持良好的操 作狀況。蒸餾水製造機在經過一定時間的使用後，必須將附著在不鏽鋼鍋底部 及四周的沈積物、水垢等清洗乾淨，以增加加熱效率，並避免處理效果降低。 一般而言，自來水水質較硬的地區(如南部地區)其清洗頻率要比軟水地區為高。 部分廠牌的蒸餾水機有使用前置或後置活性碳濾心，此部分濾心也有一定使用 壽命，必須參考使用說明定期更換。為減少吸入過多水中揮發性氣體，操作蒸 餾水機時在煮沸過程中，儘量避免接近機器的廢氣孔，在用一般開飲機或電熱 水瓶，甚至於燒開水時，也必須注意這一點。 比較複雜的淨水器，例如逆滲透淨水器系統，可委託廠商三個月至半年維 護一次，自行維修或更換濾心耗材時，在拆下管線或零件時，可先在管線或零 件上作記號，以保證重新連接時可以接到正確位置。新逆滲透系統機器或剛更 換濾心的機器，應打開水龍頭，使水流出並排放掉，時間約為 1 小時，避免污 染物進入儲水桶。自行更換濾心時，必須注意取出濾心後，放置濾心的桶也必 須清洗，以免泥砂的累積。濾心裝回去時，必須注意檢查是否有漏水。 市面上出售的淨水器，通常是由數種不同單元組合而成的系統，民眾應找 具有完善操作及維護手冊及良好售後服務的淨水器廠商購買淨水器，參考本文 說明重點，並依照操作及維護手冊進行維護管理，使全家可享受到安全且品質 良好的水。

表1 淨水器種類

各種淨水器可去除之污染物及其購置、維護條件 可去除之污染物 購置成本 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

×

×

×

×

○

○

×

低

中

~100

活性碳濾水器

○

○

○

○

×

ê

ê

低

中

~100

蒸餾水製造機

ê

○

ê

○

○

○

○

中

易

~100

逆滲透系統

○

○

○

○

○

○

○

高

難

~30

過濾器*

×

×

×

×

×

×

×

低

易

~100

紫外光殺菌*

×

×

×

×

×

×

○

中

中

~100

註：○表示去除效果良好，ê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。 表 2 典型逆滲透淨水器各單元更換週期及單價 濾心

更換週期

價格(元)

5µm 濾心

3-12 個月

200-400

活性碳濾心

6-12 個月

400-600

1µm 濾心

9-12 個月

200-400

逆滲透膜

1-2 年

1200-2000

後置活性碳濾心

8-12 個月

400-600

廢氣孔 冷卻風扇

冷凝管

活性碳裝置

清水

4 公升不銹鋼鍋

加熱裝置

圖 1. 典型家庭式蒸餾水製造機造水示意圖

清水 部分機型 後 置 活 性 碳 (5 )

逆滲 透 薄 膜 (4)

滿水開關

蓄水壓力桶

廢水 廢水流量閥

進水

PUMP

1 µm 濾 心 ( 部 分 機 型 ) (3)

前置活性碳 (2)

5 µm 濾 心 (1)

圖 2. 典型家庭式逆滲透淨水器系統裝置示意圖