慈濟傳播人文志業基金會




慈濟月刊第608期
2017-07-25
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人文志業首頁 / 慈濟月刊 / 第608期
  飲一杯3Q好水 Qwater行動淨水系統
撰文•葉子豪 攝影•顏霖沼



特點
:具備3Q──快速、優質、出水量豐沛
單日最多能淨化十五噸水量, 相當於解六千人的渴

應用:支援菲律賓海燕颱風、蘇迪勒颱風新北市烏來災區供水

現代化的市鎮裏,只要扭開水龍頭,就有乾淨的水可用;然而天有不測風雲,災難降臨時,許多人方才猛然驚覺,一切的安適、便利不是理所當然。

「啊!水怎麼黃黃的?」「趕快去買礦泉水!」「對不起,我們已經賣完了。」二○一五年八月上旬,蘇迪勒颱風橫掃全臺,災情相對輕微的臺北市,卻因供水出問題陷入驚慌,市民們赫然發現水龍頭裏流出來的,是有如「味噌湯」的濁水。

負責供水的自來水事業處,硬著頭皮訴說難處──由於颱風導致水源之一的南勢溪含泥量大增,原水濁度一度飆破三萬九千NTU,遠超過淨水廠所能處理的六千NTU標準,廠方雖暫停作業以待濁度下降,但黃濁的自來水已送出。

強颱當下,南勢溪洶湧澎湃如黃河,可想而知,中上游的烏來山區災情慘重。風雨過後,當下游的大臺北恢復正常供水時,與淤泥奮戰的烏來鄉親,卻還沒有自來水可用;此時,「Qwater行動式淨水系統」於是上山支援。

二○一三年海燕颱風過後,慈濟將「淨水法船」所用的Qwater機組空運至菲律賓災區,於獨魯萬等重災區供應乾淨用水。(攝影╲詹進德)

 

突發奇想靠水吃水

 

「噠噠噠……」發電機驅動抽水馬達,把上龜山橋附近的山澗水抽進小貨車上的水槽,載到位於童軍營地的供水站後,交由Qwater淨水系統進行過濾。慈濟志工陳建宏從出水口取了一小瓶測「導電率(μS/cm)」,吸一滴水滴在儀器上,測出來的讀數是九點四。他說:「小於十,就代表它的離子、重金屬濃度低。」

測完了重金屬,接下來測濁度。依臺灣現行法規標準,飲用水的濁度必須低於二NTU,而零點零二NTU的數據,顯示過濾出來的水質符合標準。在供水給民眾前,工業技術研究院研究員出身的陳建宏以及志工夥伴,率先喝下自己「造」的水,確定安全才開放供水。

通水後,淨水機組一日最多可供飲水十五噸;以每人每天喝水二點五公升計算,相當於解六千人的渴。附近居民使用慈濟發送的十公升摺疊水袋壺裝水,一壺可供四、五口之家一日所需;志工們也開車載水,供應住得較偏遠,無暇前來領水的受災戶。

何謂Qwater?陳建宏說明:「第一個Q是快組(Quick),模組化設備能在短時間內快速組裝完成。第二個Q就是品質(Quality),符合飲用水標準。第三個Q是豐沛(Quantity),設備體積小但能產生大水量。」

車載式淨水系統,是工業技術研究院與慈濟在「慈悲科技」領域,合作開發的新一代賑災利器。這套被志工們暱稱為「淨水法車」的機組,是慈濟第一代薄膜淨水系統「淨水法船」的改良版;參與淨水船研發的志工嚴聖炎細說從頭:「當時泰國水患災情,讓上人很著急,看到眾生苦如同己痛,心有不忍。」

二○一一年七月,泰國遭逢三百年來最大規模的水患,三分之二國土淪為澤國,許多地區到了十一月還泡在水裏,居民急需乾淨的飲水。

面對泰國災情,慈濟人並非「手無寸鐵」,賑災團隊早在二○○○年時,就使用了「移動式貨櫃型緊急淨水設備」,設計者將取水、沈澱、過濾、加氯等自來水廠的工序與設備,以及提供動力的發電機,「濃縮」裝進二十呎的貨櫃,淨水能量高達一日五百噸。但因體積龐大,運作限制多,不便用於泰國災區。

志工們突發奇想:「何不把淨水機搬上小船,直接抽旁邊的水過濾?」現代的航海船舶幾乎都配備「造水機」,可以除去海水中的鹽分,製造飲用水或冷卻用淡水;如果能把淨水設備裝上小船,未來就可航行在淹水區裏,尋找相對乾淨的水源進行過濾,製造安全的飲用水。
 

急難救助淨水艇

● 每日淨水量約5噸,可供500人需求

● 另一艘為熱水艇,與淨水艇並聯作業,可將淨水加熱煮沸沖泡香積飯


與工研院專家合作

 

慈濟志工中有很多黑手師傅,切割鋼材、焊接、拉電線、配水管、裝水箱,打造小艇載具不是問題,但是整套系統的核心「濾材」,就有賴工研院旗下的水科技組。這個團隊曾為高雄杉林大愛園區打造生活污水處理廠,志工就再請他們協助。

在承造慈濟「淨水法船」任務之前,水科技組已有幾個成功案例。時任組長的周珊珊說明,在桃園市復興區羅浮國小的淨水模廠,將原水引入後,第一步先到沈澱槽降低濁度,去除較大的懸浮物;接著進入第二道工研院開發的「BioNET(泡棉擔體)」過濾槽,最後一關是連細菌都過不去的超過濾(Ultrafiltration,簡稱UF)薄膜。

「超過濾薄膜的孔徑是零點零八微米(一微米為萬分之一公分),而細菌的直徑大多是一微米。」陳建宏說明過濾的精細度。

儘管只有三道程序,但是在沒有工業污染的山區,已足以提供衛生的高品質飲水,不用加氯就能有效除菌,符合國家級飲用水水質標準,可以直接生飲。

兩部淨水機具組成的Qwater系統,單機一天可產十五噸飲用水,兩機並聯就是三十噸,充分體現豐沛、優質的優勢。

因為表現優異,周珊珊、陳建宏等專家,承擔打造急難救助淨水艇的重任。同年成立的工研院社會公益委員會,也將這個研發案視為重要試金石。

為了符合慈濟小艇的尺度,水科技組將機具的高度縮到一百二十公分,長寬縮小到一百一十公分內,三槽式過濾減為兩槽。「我們參考泰國災區水質,含泥沙量不多,設計時就把沈澱池的部分省略掉,只用後面的步驟完成淨水程序。」參與設計的志工婁中恒說明原因。

淨水艇完工後,於基隆河洲美段進行試航,慈濟志工實測機具性能,並演練舷外機、船槳推進的技巧。(攝影╲陳建宏)

 

淨水法船啟航

 

淨水艇不用沈澱槽,研究團隊改採以沈水馬達抽取中層水的方式,避免吸入水底淤泥和水面雜物。工研院專家們還加裝紫外線消毒燈、吸附有機毒物的活性碳,以及去除重金屬的離子交換樹脂,更進一步確保水質純淨。

由於容量、體積縮小,淨水艇的處理能量為一日五噸,以國際急難淨水標準,每人每天用水七點五公升計算,也夠五、六百人的一日需求。

二○一一年十一月十七日,淨水艇組裝完成,被送上卡車載到基隆河畔,接上舷外機後下水,由慈濟急難救助隊員駕駛試航。整個機組由兩艘小艇組成,一艘裝載Qwater機組,另一艘則是裝置電能熱水器,可同時濾水、煮開水。搭配靜思精舍法師研製的沖泡式香積飯,一套快速安全的供水供食系統就成形了。

十一月二十二日,淨水艇研發團隊帶著機具,來到慈濟關渡園區拜見證嚴上人,旋即被要求當場造水。

指定的水源,是一旁慈濟人文志業中心大樓後方的造景水池,雖然沒有工業廢水,但和其他池塘一樣,水體中有淤泥、藻類、腐植質,且生菌含量高。周珊珊帶領團隊展開抽水、過濾作業,把造出來的水送到廚房煮食,成為當天上人與志工們的午齋,也象徵這套設備通過驗收。

淨水艇上的機組造出乾淨飲水後,志工將水引入電熱水器,煮沸後用於沖泡香積飯。

 

 

添加逆滲透功能

 

二○一三年十一月,超級強颱海燕肆虐菲律賓中部萊特省,淨水機組真正「上戰場」。陳建宏道出了出國賑災前夕的忐忑心情:「通常我們做工程,要出動的時候都有十成的把握,但救災和做工程、做研究是兩碼子事,等於是去一個未知的世界,是一種冒險。」

淨水團隊檢測當地河流水質,發現污染情況不嚴重,可以取用;但強颱過後,河裏一度充斥人畜屍體和糞便,為顧及民眾感受,改由水井取水,在首府獨魯萬當地設了三個供水點。

陳建宏表示,這組機器提供乾淨飲水,也對烹煮香積飯幫助很大。「但我們也遇到困難,比如發電機接頭突然壞掉,整組就不能用了。」陳建宏與菲國志工到供水站旁的「柑仔店」詢問,沒想到店裏剛好有他們要的東西。

機組險些停擺,讓陳建宏嚇出一身冷汗,從此更加警惕戒慎:「我想老天給我這些考驗,但沒有重重地打擊,是要我更小心不能疏忽。」

支援海燕颱風災區供水,是慈濟Qwater機組首次投入賑災應用,雖然只有淨水機組前往當地,小船和熱水機都沒上陣,但已為後續應用累積寶貴經驗。

「很多災難都是發生在海島,所以有海水淡化的需求。」有鑑於沿海災區易遭暴潮侵襲,土壤及水源有鹽化情形,陳建宏在新一代淨水系統中加裝逆滲透設備,使其具備海水淡化的功能。

但是,要把原有的Qwater系統加上逆滲透功能,管路的強度、機體的耐腐蝕性、馬達的功率都要加強,機組的體積也會增大。於是研發團隊與行動廚房設計者蔡堅印合作,將淨水機組裝入長約三公尺、高寬各約兩公尺的方形模組箱體。慈濟志工把急難救助淨水艇稱為「淨水法船」,也為這套車載式淨水模組取了個「淨水法車」的外號。

 

淨水程序

原理

1.BioNET泡棉擔體

材質為塑膠泡綿, 表面布滿孔隙, 除了攔除懸浮物, 也可讓微生物附著、 增殖, 發揮分解污染物的功效。

2.活性碳Activated Carbon

由天然煤炭或竹、 木、 椰子殼碳化後製成, 顆粒外觀細緻但表面布滿細微孔隙。 一公克活性碳的總表面積可達一公頃之大, 用於濾水可吸附有機污染物並除臭。

3.UF薄膜Ultrafiltration

孔徑僅零點零八微米(一微米為萬分之一公分), 可過濾微米級雜質。 由於一般細菌的直徑大多是一微米上下, 因此UF薄膜可濾除百分之九十九的菌種。

為增加接觸面積強化過濾效果, 薄膜濾材多半做成細長條狀, 外觀看起來如麵線。

 

4.逆滲透Reverse  Osmosis

(1) 以孔隙極小、 可隔絕鹽類分子的半透膜, 將U型管中等量等高的高濃度溶液(如海水、 鹽水)及低濃度溶液 (如淡水) 隔開, 則低濃度端的水分子, 就會透過半透膜, 進入高濃度端, 這就是滲透現象。

(2) 滲透會持續到兩邊濃度相等為止, 屆時原本高濃度端的水量會增加, 低濃度端的水量會減少, 導致兩邊的水位出現高低落差, 是為「滲透壓差」。

(3) 若對高濃度溶液施加高壓, 使其承受的壓力大於滲透壓, 其中的水分子就會通過半透膜, 反向滲入低濃度端, 此即逆滲透。 運行一段時間後, 低濃度溶液端的水量會增加, 高濃度溶液端水量減少但濃度大增。

5.紫外線燈 UV- C 

紫外線燈 (UV-C 253.7nm)會破壞單細胞微生物體內的DNA (去氧核醣核酸) 及RNA (核醣核酸) 結構, 使其凋萎死亡, 可有效消除細菌、 病毒等致病微生物。

 

 

資料提供:水利署、 陳建宏、 智水科技


二○一五年蘇迪勒颱風過後,國軍、慈濟志工以及熱心民眾湧入烏來協助清理積泥。自來水中斷的災區,一下子多了數千名螞蟻雄兵,加上原來的住民,飲水的供應成了一大問題,「淨水法車」於焉投入。

陳建宏約略估算,支援烏來清理家園的七天中,行動淨水機組供水量,相當於兩萬支六百西西寶特瓶;這個量雖然只是牛刀小試,但能兼顧飲水安全與環保,也不負護持者的期許了。

說起陳建宏馳援烏來的那幾天,太太劉聖芝不諱言會擔心,但她和兩個女兒都以爸爸為榮。「那幾天,他回到家已是凌晨,天一亮又出發。他是要幫助大家,不是為了自己,我當然無條件支持他。」在小學任教的她,也常把陳建宏投入賑災的點滴,融入教材和學生們分享。

 

 

「水是滿奇妙的東西,只有兩個氫一個氧,用『電化學』的方式,做不同的排列組合,就能變成高活性氧的消毒水。」當了多年研究員後,陳建宏在工研院輔導下,循著「創業育成」模式成立公司,將自己研製出的專利消毒技術市場化。

已受證為慈誠隊員的他,仍持續維護慈濟的Qwater機組。「法譬如水,水是所有生命的源頭,沒有水不能活,沒有法不能活得很好。拿水來幫助社會,把水變乾淨,也讓水變成消毒劑,這是我的使命,希望不負上人對弟子的期待。」陳建宏說。

周珊珊則於二○一二年開展廢水處理事業,她感恩工研院、水利署、慈濟提供的好因緣,成就了現在的自己。她也持續投入公益,除了擔任慈濟社區志工,並和老東家工研院合作,持續改良Qwater,預計把輕便的軟式太陽能板和機組結合,以增強賑災、服務偏遠地區的效能。

「教人處理水、用水,就是在珍惜水資源,就會想到『法譬如水』、『飲水思源』。」周珊珊法喜充滿地說。

誠如上人常說的「水是大生命」,行動淨水機組雖微小如江中一葉,卻能將充斥病菌毒物的惡水,淨化為解救生命、潤漬蒼生的甘露。這是臺灣及世界所需的防救災利器,也是志為科技人者值得努力以赴、精益求精的研發標的。

經Qwater淨水系統過濾後,原本混濁的原水(右側),被淨化成合乎飲用水規範的清水。

 

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