探測管線外洩的新方法

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

• 文／水知識生活家 陳安莃｜在這資訊碎片時代，我們只提供最真實的水知識，大家最需要的水知識，讓人人都能當水知識生活家。

在國外的電影、影集當中，常常會有打開水龍頭、盛滿一杯水就直接生飲的橋段；但你有想過為何生在台灣的我們，都是把水煮開，或是用淨水器過濾之後才喝呢？其實並不是台灣的水比較髒，因為台灣的自來水也都有符合「飲用水水質標準」，也就是自來水其實皆可生飲。但為何連台灣自來水公司也不建議直接生飲自來水呢？

為何在台灣，不建議生飲自來水呢？

很多民眾都會直覺認為是台灣的自來水比較髒、自來水公司不認真，然而台灣自來水公司早已表示：

「供水皆經取得環保署認證之各區處檢驗室定期及不定期檢驗，及環保單位不定期抽驗，均符合『飲用水水質標準』，也就是說所有的自來水皆可生飲，但因國內時有開挖馬路挖斷管線，修理管線之情形，且用戶多裝有蓄水池或水塔，如沒有定期清洗，恐有被污染之虞，故本公司並不鼓勵生飲。」[1]

既然如此，又為什麼我們的自來水不適合生飲呢？主要是因為以下原因：

一、自來水的必經之路路迢迢：管線老舊、破管率高

管線老舊需要分成兩部分來解釋：一個是公家自來水管線老舊，另一個是居家自來水管線老舊。

1.公家機關的管線問題：

台灣環境特殊、地震頻繁，地形起伏的變化也相當大，這些因素都提高了管線毀壞的機率。例如台中、南投等地的輸水管線，就因十幾年前的921 地震而嚴重受損，漏水率至今仍居高不下。而山坡地占 80% 的基隆，則因地勢崎嶇，必須倚靠數十座的加壓站將水往上送，才能確保高地住戶用水無虞，以致管線常因水壓負荷過大而破管。

台灣各地自來水管網設備逐漸老化，道路長期受重車行駛輾壓與各項工程不斷挖修，致管線漏水嚴重，依據台水公司 97-101 年修漏案件統計分析發現，老化腐蝕、荷重振動及材質不良，佔漏水件數之 83.97%，塑膠管類佔漏水管種比例高達 92.87%。

由此可知，管線老舊及塑膠管材比例高，是管線漏水主要原因。台灣自來水公司總經理胡南澤指出，台灣漏水率偏高，背後主因是施工因素、地震侵害、交通車輛超載負荷、管線陳舊等所致。據估計，現在每年實質漏水量約6億立方公尺，相當漏掉 3座石門水庫。[2]

其實政府也聽到了這部分的聲音，近年來也制定相關政策；然而台灣自來水公司對此回應：長年因經費不足、技術人才不足，再加上部分縣市禁挖時間長 ，而導致汰換水管的進度不甚理想。不過台北自來水事業處表示：預計 3 年內全面汰換成不銹鋼優良管材；且已在 105 年年底更換進度更達 73%，進度大幅超前。 106 年預計累計完成 90%，107 年完成全部汰換作業。

2.居家自來水管老舊：

相信還是有部分民眾不太清楚，自來水公司所必須保障的好水，僅在水錶前；水錶過後，並不是水公司的業務範圍，民眾需自行處理；然而大多數的水污染事件，也常是水錶過後。

台灣目前大多數的住宅屬於公寓大廈，老舊的公寓大廈眾多，若發現自來水管有問題，想更換也很麻煩，耗費的資金也常令人望之卻步。目前也有專門在清洗水管的業者可供選擇，不然就是使用淨水器、濾水壺、等等來避免喝到不好的水質。[3]

二、你家的大樓，水塔有洗嗎？

台灣地區的居住型態，愈來愈趨向於集合式住宅，為因應集中人口的用水，許多公寓大樓都使用蓄水池與水塔作為穩定供水的設備。當符合飲水標準的水進入蓄水池與水塔後，經過蓄水池與水塔的儲存，水質可能產生變化，因此蓄水池與水塔的定期清洗與維護，是維護自來水水質的重要工作。

相關文獻也指出在整個自來水系統中，供水管線和貯水設施所扮演的角色至為關鍵，其重要性並不亞於自來水廠，甚至有研究發現自來水的異味問題通常皆與輸送系統有關。[4] [5]

根據環保署調查報告：

1. 僅 46.4% 的民眾知道「7成以上的自來水用戶水質汙染事件是因為疏於清洗水塔所致」，略低於不知道的民眾。
2. 僅 52.7% 家中有蓄水池、水塔的民眾會定期清洗，顯示民眾依舊沒有了解到蓄水池、水塔定期清洗的重要性。[6]

由以上數據我們了解到清洗家中的貯水設施是最容易忽略的地方，但往往這也是影響我們飲用水品質的關鍵。不過，有關於蓄水池與水塔清洗的頻率如何訂定，才能發揮最大的清洗效益，其實會隨著各個地區的水質好壞、氣候因素等因素而有所變動，若是有定期檢測家中水質的習慣，才能精準的說明何時該清洗才正確，若是無此習慣，可以先按照目前環保署與自來水公司的建議，至少半年清洗一次。

沒事多喝水，更要注意水從哪裡來

管線老舊及破管率高會影響供水的品質與穩定度，而貯水設施容易因通氣孔及溢水管處沒有加裝細網以及人孔蓋沒有緊閉與上鎖導致塵埃、昆蟲、雜物、雨水進入，進而汙染水質。 根據環保機關執行自來水水質抽驗結果顯示，自來水水質合格率高達99%以上，因此我們應注意的是用水設備如水塔、水池、管線的清潔維護管理及配置，以維持自來水品質，來保障自己喝下肚的水是乾淨無虞的。

資料來源

• [1]台灣自來水公司 常見問答
• [2]蘇意淳。103 年度自來水漏水防治之探討。台灣自來水公司。
• [3]黃仕強。自來水管網汰管啟發式篩選程序與優選模式（2009）。國立交通大學。
• [4]陳識文。97 年度如何建立用戶對自來水水質之滿意度。台灣自來水公司。
• [5]陳志堅。微生物於用水設備中再生長與水塔清洗效益之評估（2005）。國立高雄師範大學。
• [6]行政院環境保護署。103 年度家庭飲用水概況調查報告。