提款機的運作原理—《知識大圖解》

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

鈔票上藏有許多防偽設計，令假鈔無所遁形

英格蘭銀行印製的鈔票上有許多防偽設計，讓人能一眼明辨真偽。紙鈔採用的棉紙觸感特殊；用手指撫過鈔票正面，還會發現紙面的特定區域有墨紋凸起；此外，每張紙鈔上還埋入了一條金屬安全線。

但其他設計可就較難發現了。用放大鏡檢視女王頭像下方，就會發現上面印有標示著紙鈔面額的微小字樣；迎光觀察鈔票，便能看到女王頭像的浮水印；在紫外線照射下，則會浮現出鮮亮的紅綠數字。

5 英鎊與 10 英鎊紙鈔上有立體的大不列顛女神（Britannia）全像圖；20 英鎊紙鈔上則是蘇格蘭哲學家亞當．史密斯的全像頭像。20 英磅與 50 英磅紙鈔上更有「正反面套印」設計，迎光透視時，鈔票正反面上的線條會組成英鎊的符號。

50 英鎊鈔票還多了項防偽設計：動態安全線。前後輕轉紙鈔，會看到該線產生光影變化；在紫外線下觀察時，可發現組成安全線的五個長方塊閃耀著綠色螢光。全球各國的紙鈔都有類似的防偽技術。

本文節錄自《How It Works 知識大圖解 國際中文版》第 27 期（2016 年 12 月號）

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想像以下這個情境：經過了一週的辛苦工作，你接受同事的邀約來到了酒吧，想在 Friday night 輕鬆一下。入座之後，你發現吧台上有位女子獨自一人。她身材姣好、面容清秀，不像是會來到酒吧的氣質，她肯定是遇上了什麼困難。她一個人在這裡喝悶酒，你的好同事們當然也都注意到了。而年過三十又沒有交往對象的你理所當然地擁有優先權，就在眾人的慫恿下，你鼓起勇氣緩緩地走向吧台。

「兩瓶啤酒！」你對酒保這麼說，希望輕鬆一點的飲料能帶來放鬆的氣氛。她向你看了一眼，似乎對陌生人的接近有點意外，但並沒有展現排斥的神情。你也就順勢地坐到她的身旁。接過啤酒後，你拿了開瓶器豪氣地開瓶。不料！這啤酒外表看似冰山，其內在卻是座火山！源源不絕的泡沫自瓶口不斷湧出，流滿了桌子，灑滿了褲子。在混亂之中她嚇得跳離你三步之遙，你慌張地看向酒保卻又壓抑不住心中的羞憤，回頭看看那群損友早已笑得人仰馬翻，你認為這一定是他們早已安排好的惡作劇……。

啤酒開瓶時，大量的二氧化碳泡沫湧出瓶口是偶爾會碰上的情形（而且是在未經搖晃的情況下）。這種現象的產生，是啤酒在釀造時，其主要的原料－麥，遭受到真菌感染所致，而這些貼附在大麥表面的真菌，其表面富有疏水蛋白。在釀造的過程中，這些疏水蛋白會吸附發酵時所產生的二氧化碳。當啤酒中含有過多的二氧化碳，開瓶時就會有大量的泡沫湧出。釀酒廠為了因應這種現象，會加入啤酒花萃取物（hops extract）作為抗泡沫因子（antifoaming agent），它們運作的原理是能較二氧化碳優先與真菌表面的疏水蛋白結合，被搶走位置的二氧化碳也就不會在啤酒中留下那麼多了。

以使用啤酒花萃取物為基礎，位於比利時的食品科學家近日更開發了除去泡沫的新技術－利用磁鐵。他們發現，在啤酒釀造時施加磁場，能將這些作為抗泡沫因子的啤酒花萃取物化分為更小的粒子，如此一來便能有效地提升與疏水蛋白的結合（分子更小、表面積增加的原理），也更能夠避免啤酒泡沫失控。

研究團隊將於下個月份的《食品工程期刊》（Journal of Food Engineering）中發表此研究結果。當這個方法真正運用在釀造啤酒時，其極佳的效率可令製酒商減少啤酒花萃取物的添加，而這對於降低成本相當具有潛力。研究團隊表示，在未來的研究中，希望能達到在工業生產的尺度下，單以施加磁場就能夠減少泡沫形成的結果。

所以說囉，當下次再遇到啤酒噴發的情形，切記：莫急、慌莫、莫害怕。保持鎮定，將溢出的啤酒清理乾淨後，你大可以從容地分享啤酒暴走的原理。如此一來不但展現了氣度，避免錯怪朋友，更能夠散發身為一個科學青年的無窮魅力。

參考資料：

• No more foamy beer, thanks to magnets
• Magnets could help make less foamy beer
• Zahra Shokribousjeina, David Riveros Galana, Chris Michielsa, Kurt Gebruersa, Hubert Verachterta, Johan Martensb, Christine Peetersc, Guy Derdelinckxa. 2015. Effect of a Magnetic Field on Dispersion of a Hop Extract and the Influence on Gushing of Beer. Journal of Food Engineering. 145: 10-18