文長沙市明德中學(xué)K322班鄭中行

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家用紫外線凈水瓶

文長沙市明德中學(xué)K322班鄭中行

水是生命之源，如今，大家對飲用水的質(zhì)量越來越重視。近年來，水源污染嚴(yán)重，而自來水在輸送過程中易受管道等設(shè)施的二次污染。為提高飲用水的質(zhì)量，越來越多的家庭選擇使用凈水設(shè)備。

市面上常見的凈水設(shè)備采用膜過濾技術(shù)對水進(jìn)行凈化，過濾膜的孔徑范圍為0.001um至0.002um，雖然它能有效攔截細(xì)菌，但無法有效濾去病毒。另外，由于過濾膜的孔徑大小不均且會(huì)在一定條件下發(fā)生形變，所以很難保證過濾膜的攔截效果。

如何濾除或殺滅細(xì)菌和病毒而不引入新的污染物，是當(dāng)前凈水設(shè)備的一個(gè)基本要求，而紫外線消毒技術(shù)恰恰能滿足這一要求。

因此，本文采用紫外線消毒技術(shù)，同時(shí)考慮到紫外線不能實(shí)時(shí)消毒的特點(diǎn)，提出了一種家用紫外線凈水瓶的設(shè)計(jì)方案，這種凈水瓶可在10分鐘內(nèi)將自來水凈化為可直接飲用的水。

一、紫外線凈水原理

紫外線消毒是國際公認(rèn)的有效消毒技術(shù)之一，對細(xì)菌和病毒的殺滅率高達(dá)99.99%。紫外線消毒歷史悠久，在水處理領(lǐng)域已有100多年的應(yīng)用歷史。

紫外線是一種波長在100nm至380nm的電磁波，屬廣譜殺菌射線，用于消毒的紫外線波長范圍為200nm至280nm。在各種波長的電磁波中，紫外線最容易被微生物吸收。

紫外線的消毒原理是，微生物在吸收紫外線后，體內(nèi)的核酸結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致無法繼續(xù)分裂繁殖。由于微生物的生命周期較短，在不能繁殖新細(xì)菌和病毒的情況下會(huì)迅速死亡。

紫外線消毒屬于物理方法，不需要添加任何化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。

二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

我設(shè)計(jì)的紫外線凈水瓶容量為5L，基本可以滿足一個(gè)家庭一天的飲水需求。紫外線燈安裝在凈水瓶底部；瓶體側(cè)面設(shè)有水位刻度表，方便及時(shí)續(xù)水；出水口設(shè)置在瓶體上部側(cè)面；瓶體頂部設(shè)置操作面板，面板上的LCD液晶顯示屏能實(shí)時(shí)顯示凈水瓶的工作狀態(tài)和紫外燈的剩余壽命等信息。紫外線凈水瓶總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　紫外線凈水瓶結(jié)構(gòu)示意圖

三、紫外燈的選擇

紫外燈是家用凈水瓶的核心部分。它的輻射照度會(huì)影響凈水所需的時(shí)間，本裝置的凈水時(shí)間不超過10分鐘。

為有效殺滅微生物，要求紫外線照射劑量為30000um·s/cm，另外紫外線在水中隨著照射距離的增加，穿透力降低，所以將紫外燈安裝在凈水瓶的中心位置，根據(jù)凈水瓶的設(shè)計(jì)尺寸可知紫外燈與瓶壁的最大距離約為10cm，此時(shí)紫外線的穿透率約為85%。紫外燈的輻射照度可通過下式計(jì)算。

根據(jù)上式的計(jì)算結(jié)果可選輻射照度為60uW/cm2的紫外燈，另外凈水瓶的腔內(nèi)高度為30cm，所以紫外燈的長度在20cm左右為宜。

四、不足和改進(jìn)

紫外線凈水瓶采用紫外線進(jìn)行殺菌消毒，能有效去除自來水中的微生物，保證家庭飲水安全；紫外燈的功率僅為20W左右，使用壽命在10000小時(shí)以上，所以紫外線凈水瓶還具有耗電低、使用壽命長的優(yōu)點(diǎn)。

由于紫外線殺菌技術(shù)不能去除鐵銹、顆粒物等雜質(zhì)，所以可在凈水瓶出水口前加裝由PP棉和活性炭組成的濾芯。