張宇菲 耿慶松 劉志強(qiáng)

ZHANG Yufei GENG Qingsong LIU Zhiqiang

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)海爾熱水器有限公司 山東青島 266101

Qingdao Economic and Technology Development District Haier Water Heater Co., Ltd. Qingdao 266101

1 引言

隨著人們消費(fèi)水平的提升，越來越多的人們開始注重家庭的飲水安全，細(xì)菌病毒已成為健康生活的頭號(hào)公敵。且凈水產(chǎn)品的普及化，使得反滲透凈水機(jī)涌入人們的視野，將其接入至供水管網(wǎng)以作為用水終端，從而提高家庭飲水質(zhì)量。反滲透凈水機(jī)的基本功能包括去除臭味、顆粒物，改善感官性狀，去除有害的化學(xué)物質(zhì)如有機(jī)物和重金屬，去除微生物等。目前，越來越多的人對(duì)家用凈水器提出了可以生飲的要求，即出水可以直接飲用，因此飲用水的微生物安全性是家用凈水器必須要解決的問題之一。

為了保證最終純凈水出水無菌，目前市場(chǎng)上的反滲透凈水機(jī)通常在最終純凈水出水前加裝紫外殺菌裝置，以消滅純凈水出水中的細(xì)菌。但傳統(tǒng)的殺菌消毒解決方案存在諸多不利因素，如：傳統(tǒng)汞燈由于其含有金屬水銀而被聯(lián)合國的《水俁公約》列入禁止使用名單、化學(xué)藥劑殺菌易造成二次污染及傷害、高溫殺菌不徹底、臭氧殺菌對(duì)人體有潛在的危害[1]，而深紫外殺菌技術(shù)現(xiàn)在越來越被更多企業(yè)所采用，可逐漸改善和提高人類健康生活水平。因此，如何有效殺滅細(xì)菌、病毒，同時(shí)又不向水中添加任何物質(zhì)、不產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，并且在額定總凈水量范圍內(nèi)的任何階段都具有明顯的消毒作用，是家用凈水器選擇消毒技術(shù)的前提[2]。

紫外線凈水器具有設(shè)備簡(jiǎn)單、投資低的優(yōu)勢(shì)，它將是優(yōu)質(zhì)飲水供應(yīng)最實(shí)用有效的方法之一[3]。紫外線的殺菌機(jī)理是利用紫外線光量子的能量破壞各種微生物體的核酸結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌、病菌DNA（脫氧核糖核酸）滅活，從而使它們失去了繁衍能力[4]。因?yàn)镈NA在254nm左右有最大的吸收率，所以254nm的紫外線對(duì)微生物具有非常好的滅活效果，能夠在不使用任何化學(xué)藥劑的情況下達(dá)到消毒殺菌的目的。目前反滲透凈水機(jī)所用的紫外殺菌裝置一般由管殼、紫外燈、石英套管、電路模塊組成。如圖1所示為本文所用的紫外殺菌裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1中，1-紫外殺菌裝置的進(jìn)水口，2-紫外殺菌裝置的出水口，3-上端蓋，4-下端蓋，5-導(dǎo)流套管第一腔體，6-導(dǎo)流套管的內(nèi)腔，7-紫外殺菌組件。

本文從凈水設(shè)備的系統(tǒng)出發(fā)，通過在水處理流程中引入新的功能模塊——紫外殺菌，研究了過流式殺菌系統(tǒng)的效果，探索了紫外殺菌技術(shù)在凈水機(jī)中的應(yīng)用性方案，以期開發(fā)出更符合用戶需求、更健康的凈水產(chǎn)品[5]。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

大腸桿菌液（中國微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心CGMCC）、高純水。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

超凈工作臺(tái)、培養(yǎng)箱、培養(yǎng)皿、移液槍、錐形瓶、50mW和70mW紫外LED凈水機(jī)過流式殺菌器（青島杰生電氣有限公司）、水泵、可調(diào)式流量計(jì)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法和步驟

在不同流量的條件下進(jìn)行紫外殺菌器照射并取樣，記錄不同過水流速條件下大腸桿菌菌落數(shù)量。根據(jù)不同流速下紫外殺菌器的殺菌效果，能更有效地找到與不同出水流速的反滲透凈水機(jī)相匹配的紫外殺菌裝置。

圖1 紫外殺菌裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 反滲透凈水機(jī)裝配紫外殺菌裝置示意圖（凈水機(jī)型號(hào)CRO500-X3）

（1）將50L高純水調(diào)配成大腸桿菌溶液（濃度分別在6.5×103cfu/mL左右）。

（2）將過流式紫外殺菌裝置（50mW）安裝于整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上，連接好流動(dòng)水裝置。紫外殺菌燈先處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟水泵，通過可調(diào)式流量計(jì)控制水的流速在3.0L/min。

（3）原始組取樣：用錐形瓶在出水口采集水樣100mL，用移液槍從中取0.1mL滴到培養(yǎng)皿上，涂勻后放入培養(yǎng)箱培養(yǎng)（3個(gè)平行組）。

照射組取樣：打開紫外殺菌裝置的電源，點(diǎn)亮紫外燈。待裝置中流出3L水，系統(tǒng)穩(wěn)定后，用錐形瓶從紫外殺菌裝置出口采集水樣100mL，用移液槍從中取0.1mL滴到培養(yǎng)皿上，涂勻后放入培養(yǎng)箱培養(yǎng)（3個(gè)平行組）。

（4）將流速調(diào)節(jié)為2.5L/min、2.0L/min、1.5L/min，重復(fù)取樣步驟，進(jìn)行不同流速的照射組取樣。

（5）換過流式紫外殺菌裝置（70mW）安裝于整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置上，重復(fù)原始組樣品取樣。然后分別在流速2.0L/min、2.5L/min、3.0L/min、3.5L/min、4.0L/min下進(jìn)行不同流速的照射組取樣。

（6）將上述左右取樣樣品經(jīng)恒溫培養(yǎng)24h后取出，記錄大腸桿菌菌落數(shù)量。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同流速下的殺菌率

在不同流速條件下進(jìn)行紫外殺菌器照射并取樣，記錄不同過水流速條件下大腸桿菌菌落數(shù)量。由表1和表2可知小型化的過流式紫外殺菌裝置的殺菌率與水流通過速度和殺菌裝置功率均有很大關(guān)系。當(dāng)水流速度低于2.0L/min時(shí)，50mW和70mW的紫外殺菌裝置均能達(dá)到殺菌率為100.00%。而當(dāng)水流速度為3.0L/min時(shí)，功率較小的50mW裝置的出水口測(cè)得的殺菌率僅為98.38%，而70mW的殺菌率仍為100.00%，這說明功率較大的殺菌裝置在相同時(shí)間放射的紫外線能夠達(dá)到更好的除菌效果。由表1和表2可得出50mW的紫外殺菌裝置在出水流速為2.0L/min時(shí)，殺菌率可以達(dá)到100%，而70mW的紫外殺菌裝置在流量為3.0L/min時(shí)殺菌率仍能維持100.00%。根據(jù)所用凈水機(jī)的出水流速范圍，選擇合適功率的紫外殺菌裝置。

3.2 紫外殺菌裝置在凈水機(jī)中的應(yīng)用實(shí)例

3.2.1 集成水路式凈水機(jī)

如圖2所示，集成水路式凈水機(jī)由外殼、濾芯、集成水路板和紫外殺菌裝置等系統(tǒng)組成。濾芯、控制閥類部件及其他輔助元件連接到水路板上，形成通路，構(gòu)成水路系統(tǒng)。水路板較多采用集成式水路板，濾芯采用直插的方式與水路板連接，方便快捷。圖中：1-紫外殺菌裝置，2-凈水機(jī)外殼，3-集成水路板，4-各級(jí)濾芯。

3.2.2 紫外殺菌裝置殺菌的水路解析

目前，市場(chǎng)上的紫外殺菌裝置，大多通過軟管和快接頭等連接在供水管道中，此種連接方式漏水風(fēng)險(xiǎn)大，占用空間多，而直接與水路板插接的紫外殺菌裝置，減小占用空間的同時(shí)，方便安裝。

紫外殺菌裝置裝配集成水路示意圖如圖3所示，包括管殼、導(dǎo)流套管第一腔體、導(dǎo)流套管內(nèi)腔體、紫外殺菌組件。其中管殼上設(shè)置有進(jìn)水連接口和出水連接口，第一腔體與進(jìn)水連接口連通，導(dǎo)流套管的內(nèi)腔與出水連接口連通，導(dǎo)流套管的底部開有助于將第一腔體和導(dǎo)流套管的內(nèi)腔連通的過流孔。過流孔位于導(dǎo)流套管的中心，紫外殺菌組件設(shè)置在管殼的底部，并位于過流孔下方，出光方向朝向上方，其中導(dǎo)流套管為透光材質(zhì)制作。其中：1-紫外殺菌裝置，2-各級(jí)濾芯進(jìn)出水口，3-集成水路板，4-進(jìn)水電磁閥，5-紫外殺菌裝置進(jìn)出水口。

水從進(jìn)水連接口進(jìn)入導(dǎo)流套管第一腔體后，可以均勻的經(jīng)過過流孔進(jìn)入導(dǎo)流套管內(nèi)腔體中，有利于延長(zhǎng)水路和殺菌作用時(shí)間，增強(qiáng)殺菌效果。為了使得管殼內(nèi)更多體積的水得到紫外線的照射，導(dǎo)流套管選擇透光材質(zhì)，尤其要透射紫外光，當(dāng)紫外殺菌裝置朝向過流孔照射時(shí)，紫外光能夠透過導(dǎo)流套管的管壁射入至第一腔體中，同時(shí)能夠?yàn)檫M(jìn)水進(jìn)行照射殺菌，水流無論位于第一腔體還是導(dǎo)流套管內(nèi)部時(shí)，均能夠得到照射，延長(zhǎng)照射殺菌時(shí)間，使得殺菌更加充分，加強(qiáng)殺菌效果。

表1 50mW紫外殺菌裝置測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 70mW紫外殺菌裝置測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖3 紫外殺菌裝置裝配集成水路示意圖

4 結(jié)論

飲用水是人們不可缺少的一部分，人們對(duì)飲用水的水質(zhì)要求越來越高，因此各種消毒殺菌技術(shù)的應(yīng)用也變得越來越廣泛，其中紫外殺菌技術(shù)對(duì)微生物的滅活效果最好，且不會(huì)產(chǎn)生副作用，能夠在短時(shí)間內(nèi)消滅細(xì)菌、病毒。紫外殺菌技術(shù)是一種比較環(huán)保和成熟的技術(shù)，有很多其他消毒設(shè)備都不具備的優(yōu)勢(shì)，在水質(zhì)凈化領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。

（1）為了保證最終純凈水出水無菌，目前市場(chǎng)上的凈水機(jī)通常在最終純凈水出水前加裝紫外殺菌裝置，以消滅純凈水出水中的細(xì)菌。

（2）小型化的過流式紫外殺菌裝置50mW在流量為2.0L/min時(shí)，殺菌率達(dá)到100%，而70mW的紫外殺菌裝置在流量為3.0L/min時(shí)殺菌率達(dá)到100.00%。

（3）反滲透凈水機(jī)純水出水流速一般在0.5～2.5L/min之間，故選擇紫外殺菌裝置時(shí)應(yīng)綜合考慮出水流速、殺菌率和紫外線的輸出功率，以便選擇合適的紫外殺菌裝置與凈水機(jī)匹配。