净水器配件:家用净水器滤芯的特性对比研究

2017-11-07 09:45:09 净水器厂家(超康集团) 611

【原标题:家用净水器滤芯的性能比较研究  作者:陈新波,董飞龙,李训超,李    聪(浙江大学 建筑工程学院市政研究所)】

摘 要:将6 种不同材料的家用净水器滤芯组合成10 类净水器进行性能比较研究。其中3 种前处理滤芯来自于某国产品牌:微滤(microfiltration membrane,MF)膜、活性炭(activated carbon,CTO)滤芯、超滤
(ultrafiltration membrane,UF)膜;另外三种是不同国家设计生产的反渗透膜。对进水和出水中的4 个水质指标(硬度、浊度、总有机碳(TOC)、三卤甲烷(THMs))进行分析来考察每种滤芯的性能。实验结果表明,由超滤(UF)膜组成的净水器只能去除水中的浊度;由活性炭(CTO)和微滤(MF)膜组成的净水器并不能有效的去除水体中的硬度、浊度、总有机碳(TOC)以及三卤甲烷(THMs);由反渗透(RO)膜组成的净水器可以有效的去除管网水体中的硬度、浊度、总有机碳(TOC)以及三卤甲烷(THMs)。因此,消费者在选择净水器时应该慎重选择滤芯的材料。

关键词:家用净水器滤芯;饮用水;水质;三卤甲烷

随着经济社会的不断发展,各种工业企业不断增加,水源地污染也在日益加重,传统的饮用水净水工艺已经无法有效地去除水源水中的污染物,因此饮用水安全受到越来越多的关注。据联合国统计,目前全球有17 亿人喝不到纯净的饮用水,并且大约有2.5万人因水质低劣而死亡。根据不完全统计,最近几年中国有大量的水污染事件。

消毒是给水处理中至关重要的一个环节,可以杀灭水体中的微生物病原体,提高饮用水的安全性。调查研究表明,在饮用水消毒过程中,水体中的天然有机物,如腐殖酸、藻类、含溴或者含碘类的物质会与消毒剂发生氧化、加成和取代反应生成新的化合物,即消毒副产物(disinfection by products,DBPs)[5-7]。调查显示,使用氯消毒的饮用水与直肠癌、膀胱癌等疾病的发病率有一定的相关性。并且,大部分的消毒副产物被证明具有致癌、致畸和致突变性[10]。三卤甲烷(THMs) 是最典型也是最早发现的一类消毒副产物,饮用水中最常见的四种三卤甲烷为 :三氯甲烷(CHCl3,TCM)、二氯一溴甲烷(CHCl2Br,BDCM)、一氯二溴甲烷(CHClBr2,DBCM)和三溴甲烷(CH⁃Br3,TBM),我国在生活饮用水标准(GB 5749-2006)中明确规定这四种三氯甲烷的浓度限值分别为0.06、0.06、0.1、0.1 mg/L,总的三卤甲烷浓度不超过1 mg/L。

水源地的水在经过自来水厂的一系列处理后,在通过输水管道运送到用户家中的过程中, 由于水质的不稳定性、输送管道的腐蚀等问题会导致运送到用户家中的水质发生二次污染,饮用水产生许多水质问题。

生锈的自来水管道

▲部分城市自来水管道截面实拍

因此,为了获得水质更好的饮用水,用户开始采用家用型的净水器来净化市政管网的自来水。

目前的研究表明家用净水器在去除水体污染物方面是有效的,因此许多公司开始致力于研发家用净水器。魏宏斌等人将纳滤膜应用到直饮水生产中,结果表明纳滤膜对于浊度、微量有机污染物、内分泌干扰物等去除十分有效;Li 等人将RO 膜用在去除自来水中有害物质,发现RO 膜对水体中的TOC、THMs 等的去除效果最好;Bi 等人将超滤膜和粉末活性炭联用在水处理中,结果表明当粉末活性炭浓度在 80mg/L 时,水体中的COD 和有机物的去除率提升到了64.5%和61.8%。

然而,目前国际上还没有统一的标准来监督管理家用净水器的性能,导致市面上的净水器质量良莠不齐。对于用户来说,要判断市面上的家用净水器对于水质的净化效果是非常困难的。市面上的净水机大部分是由UF 膜、CTO 滤芯、MF 膜和RO 膜等组成。有学者对目前中国市面上常用的不同类型的家用净水器的安全性和功能性进行过调查,发现国产的含有CTO 滤芯的一般家用净水器的不合格率较高,进口的同类产品的检测结果与国产相似,而不管是进口的还是国产的净水机滤芯,含有 RO 膜滤芯的家用净水器合格率都很高[20]。

净水机滤芯研究

为了研究净水机滤芯的净化性能,10 种由单一或多个滤芯组合而成的净水器被用来处理市政管网的自来水。其中7 种家用净水器由MF 膜、CTO 滤芯和UF 膜组合而成,而剩下3 种净水器由三种反渗透膜组成。净水机滤芯的性能由自来水中4 类污染物(硬 度 ,浊 度 ,总 有机 碳(TOC),三卤甲烷(THMs))的去除率来衡量。通过对不同材料的滤芯性能的比较来得出性能较好的滤芯,为以后用户们选择合适的家用净水器以及监管部门提供参考意见。

▍滤芯

实验选取了 6 种目前市面上常见的滤芯。

UF 膜、MF 膜和 CTO 滤芯均从某国产公司购入。3 种反渗透膜滤芯分别从美国、韩国、中国购买,组成,这说明RO 膜对硬度的去除有很好的效果, 这与之前的研究也相符。同时,编号为 I、II、III、IV、V、VI、VII 的净水器并不能有效的去除水体的硬度,其中编号为I、III、IV、V、VI、VII 的净水器出水与进水中硬度比值均超过1,剩下的编号 II 的净水器比值低于 1,说明 MF 膜(E1)和UF 膜(E3)会导致出水中硬度值的升高,这是因为净水机滤芯运行一段时间后被污染,被截留在滤芯中的Ca2+和Mg2+被重新释放到出水中,导致出水中的硬度值高于进水。

净水机滤芯研究

浊度的去除效率为自来水水样经过净水器净化后浊度的变化情况。由图可知,水样经过净水器净化后出水的浊度明显降低。编号I、II、IV、X 的净水器对浊度的去除率低于50%,其他6 种家用净水机则达到浊度的去除都很有效,而CTO(E2)、MF 膜(E1)和汇通RO 膜(E6)的效果并不理想。

VII 的净水机对4 种THMs 的去除效果并不理想, 且相较于MF 膜(E1)、CTO(E2)和UF 膜(E3)单独组成的家用净水机来说,净化效果更差,并且释放出了更多的被吸附的THMs,这说明三级过滤滤芯对于 THMs 的去除并没有作用。由 3 种 RO 膜(E4、E5、E6)组成的净水器VIII, IX 、X 对THMs 的去除效率达到了90%以上,去除效率最高则是-RO 膜③(E6)。以上数据表明,RO 膜(尤其是③)滤芯对于 THMs 的去除效果较好,MF 膜(E1)、CTO(E2)和UF 膜(E3)在去除THMs 方面几乎没有效果。

▍结论
1)MF 膜不能有效地去除水体中的硬度、浊度、TOC 和THMs。
2)CTO 可以少量去除水体中的硬度、浊度、TOC、CHBr2Cl 和 CHBr3,甚至会引起滤芯中已吸附的物质的泄露,造成出水中CHCl3和CHCl2Br 含量的增加。
3)UF 膜可以去除较多的浊度和少量的TOC。
4)无论是国产的还是进口的RO 膜,去除水体中硬度、浊度、TOC 和THMs 方面均有很好的效果。
5)通过比较不同材料净水器滤芯对水体污染物的去除效果,RO 膜滤芯是较为理想的家用净水机滤芯。

中国的饮用水水质现状正面临着严峻的挑战。在中国,仍然有许多人没有机会饮用干净的饮用水,这对公众健康造成了巨大的威胁。虽然家用净水器的发展是饮用水行业的一个巨大的突破,但是中国家用净水器的市场还没有完全的成熟和完善。因此,中国在用家庭饮用水处理技术的研究还有很长路要走。

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