海水資源妙方多

02 / 25 . 2015
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深層海水分水技術 - 提煉隱藏在深海裡的靈丹妙藥!! 創新科技專案 / 水資源健康促進服務平台 文/亞坦尼斯

海洋深層水(又稱深層海水),通常指水深200公尺以下的海水,因陽光無法照射,且不易受表層河川、雨水等影響,而有低溫、潔淨、水質穩定與營養鹽豐富等特性。近年來也以此發展出水產養殖、溫差發電、能源節約、飲料食材、保健醫療等產業的應用。我國也自2006年起,由行政院核定「深層海水資源利用及產業發展實施計畫」而積極投入深層海水的開發與應用。而位於花東,由經濟部所管理的研究法人機構「石資中心」,也開始肩負起深層海水的永續發展任務。

深層海水目前發展出來的應用方式相當多元,而與日常生活最為相關貼近的,莫過於市面上開始銷售的瓶裝水、調味料,以及美妝保養品等。而這些在人體健康或生理機能提升的應用,多植基於深層海水所富含的各種純天然礦物質與微量元素等。就目前國人的健康概況來看,衛福部統計國人每人每日鎂平均攝取量為250mg,小於建議攝取量360mg;而每日鈣平均攝取量600 mg也小於建議值1000mg。如何能有效補足身體所欠缺的礦物質,也成為飲食均衡與營養補給品使用的關鍵。然而,在身體內鈣鎂的吸收卻互為抗拮,攝取大量的鎂會抑制鈣的吸收,反之亦然。因此,若能設計條配出合適的鈣鎂比例,才能最大化身體對鈣鎂礦物質的吸收成效。更甚至於影響其他微量礦物質之吸收平衡狀態,達到不同之健康效果。

為能有效提升身體對鈣鎂礦物質的吸收成效,石資中心利用深層海水的分水技術,來達到海水淡化、去污殺菌、調配礦物質比例的多重效果。常見的深層海水資源化方式特別倚重薄膜的過濾分離程序;此程序概述如下:深層海水先通過微米過濾(Microfiltration, MF)和超過濾(Ultrafiltration, UF)來去除懸浮物。再經由兩次逆滲透(Reverse Osmosis, RO)製程,可得初階產物; RO膜孔洞之直徑(0.2-0.6 nm)約等於水分子直徑(0.4 nm);且遠小於細菌(100-1000 nm)大小、病毒(10-100 nm)大小、甚至是小於鈉水合離子(0.72 nm)的直徑,故利用逆滲透製程在淡排端可得到離子含量極低的RO純水,在濃排端可得到較高礦物質濃度與較高鹽度的濃縮水。而這些濃縮水可以直接加熱脫水製程來沉澱出結晶鹽產物,除此之外濃縮水亦可再經由礦物質分離技術,來分離鈉離子、氯離子與硫酸根等無用物質,並保留鈣鎂鍶離子等礦物質,而得更高經濟價值之深海礦物質產物以利下游產業之運用。在先進國家如日本,是利用電透析(Electro Dialysis, ED)技術來去除鈉離子和硫酸根,來生產深海礦物質,但成本較高而不利於國內業者發展。因此,石資中心研發了奈米過濾(Nanofiltration, NF)的薄膜處理技術並整合至量產機台,發展出低成本高效率之礦物質分離技術,能調配出各種鈣鎂比例的深海礦物質產物以針對不同健康狀況的消費者需求。

奈米過濾技術的孔徑大小介於RO和UF之間,由於孔徑大小比RO膜稍大,因此可使用較RO技術較低的壓力過濾,也因此稱為低壓RO膜。他比起RO的通量也更大、價格成本較為低廉,且對於高價鹽離子的截留率也較高。而微觀尺度下,NF的過濾同時具備篩濾機制(sieving mechanisms)以及膜面電荷作用(charge effects)兩種機制。前者的機制如同濾網般,只有離子大小低於NF孔徑時才能通過。而後者則是利用NF膜表面材質帶有負電性而能排斥陰離子的特色來篩選粒子。因此,不同設計的NF膜,對於離子通過的機率也不一樣,再根據各種型號NF膜的的特性加以組合,便可得到對SO42-阻擋率高、對Na+與Cl-通過機率高,但Ca2+、Mg2+通過機率不同的多階段NF製程,應用此製程,即可調控鈣鎂離子比例的礦物質原料。

現在,這些從海水分離出來的礦物質,也開始在市面上出現了許多應用產品,除了最常見的瓶裝水以外,也有製作成海鹽、醬油、醃漬品等食品運用;濃縮成鈣鎂錠或面膜等健康保養用途;還有製成清潔劑、醫療用品、藥物等多重用途。相信隨著深層海水的發展,這個被稱為是台灣東部的「藍金產業」,會繼續帶給我們更多值得期待的健康好物囉!!