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青島經(jīng)濟技術開發(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

隨著生活水平的日益提高，人們對居民生活用水的品質(zhì)要求也越來越嚴格，健康生活用水成為消費者的迫切需求，軟水機作為一種時尚新穎的家庭用水處理設備，可有效提升用戶家庭的用水品質(zhì)，受到眾多消費者的歡迎。

軟水機作為一種非直飲水處理設備，雖然能去除水中的鈣和鎂離子，但水中的細菌、病毒、微生物等有害物質(zhì)并不能去除。按中華人民共和國《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749-2006）中關于生活飲用水中微生物指標及限值的規(guī)定，自來水出廠時菌落總數(shù)≤100CFU/mL。但在實際使用中，由于有些地方市政自來水管道長期未維護，容易有細菌和微生物的滋生。而且，由于用戶家庭用水具有間斷性，軟水機樹脂罐中貯存的死水也利于細菌微生物的繁殖。當用戶家庭軟水機樹脂罐內(nèi)細菌、微生物超標時，一是會影響軟水樹脂的離子交換能力，使軟水機軟化性能下降，二是極易使輸出的軟水細菌、微生物超標，長期使用會對用戶身體或家庭用水設備造成傷害，比如造成洗衣機外筒的霉變等。因此，設計開發(fā)帶有除菌功能的健康型家用軟水機勢在必行。

2 軟水機抗菌除菌方案的選擇

針對用戶日常用水的抗菌除菌方法主要有物理方法和化學方法兩種，其中物理方法主要包括加熱法、γ輻射法和紫外線照射法等；化學方法主要包括添加重金屬離子（如銀和銅）、添加堿或酸、添加表面活性化學品、添加氧化劑（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。針對普通用戶家庭用中央軟水機，從整機結構、成本及殺菌效果來看，紫外線照射法與投加氧化劑（氯及其化合物）方法是相對較為可行的方案。

2.1 紫外線照射法

2.1.1 紫外線殺菌原理

紫外線波長位于X射線和可見光之間，按其生物學作用的差異，紫外線可分為UV-A(320～400nm)、UVB(275～320nm)、UV-C(200～275nm)和真空紫外線部分。普通水處理一般應用UV-C部分，除菌效果最好的是波長處于260nm附件的光線。由于細菌、病毒等微生物體的構成均包含RNA或DNA，而核酸是構成RNA、DNA所必需的物質(zhì)，在紫外線照射下，微生物體內(nèi)的RNA或DNA吸收紫外線的能量，造成不可逆的損傷，阻止了其復制，使得微生物不能復制繁殖，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，從而去除水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他微生物。

2.1.2 紫外線殺菌在軟水機上的應用

現(xiàn)常見紫外線殺菌模塊為低壓汞燈和UV-LED模塊，其占用空間小，可集成于機器內(nèi)部，為保證軟水機內(nèi)部無細菌滋生，可將紫外線殺菌模塊加置到軟水機進水端，保證軟水機樹脂罐中儲存的水及用戶用水的質(zhì)量。

2.1.3 紫外線殺菌的優(yōu)缺點

（1）紫外線殺菌的優(yōu)勢

a.紫外線殺菌速度快、效率高，并且?guī)缀鯇λ械募毦?、病毒都有有效的滅活效果?/p>

b.紫外線殺菌運行穩(wěn)定，受水溫、PH等影響比較小。

c.紫外線殺菌器與用戶用水完全隔開，不會對用戶用水水質(zhì)產(chǎn)生影響，不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。

（2）紫外線殺菌的劣勢

a.紫外線殺菌模塊與軟水機結合，因為軟水機的流量大，需要殺菌模塊有足夠大的光功率才可達到良好的殺菌效果，增加了殺菌模塊的體積和成本。

b.紫外線不易做到在整個處理空間內(nèi)輻射均勻，有照射的陰影區(qū)，因此不適合軟水機樹脂罐內(nèi)的殺菌，不能保證抑制軟水機樹脂罐內(nèi)的細菌繁殖。

圖1 余氯發(fā)生器示意圖

圖2 余氯發(fā)生器工作示意圖

表1 測試步驟

c.紫外線殺菌時間短，不能做到對用戶用水的持續(xù)抑菌，如果紫外線輻射時間不足，可能會有部分細菌、病毒出現(xiàn)光復活現(xiàn)象，不能完全保證殺菌效果。

2.2 投加氧化劑（氯及其化合物）方法

2.2.1 投加氧化劑（氯及其化合物）殺菌原理

氧化劑除菌以次氯酸除菌最為常見，次氯酸分解形成新生態(tài)氧[O]，新生態(tài)氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質(zhì)等物質(zhì)變性，從而致死病源微生物。

HClO→HCl+[O]

其次，次氯酸在殺菌過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入細菌、病毒體內(nèi)，與細菌、病毒體蛋白、核酸、和酶等有機高分子發(fā)生氧化反應，從而殺死病原微生物。

同時，次氯酸產(chǎn)生出的氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓，使其細胞喪失活性而死亡。

2.2.2 投加氧化劑（氯及其化合物）方法在軟水機上的應用

投加氧化劑并非直接將殺菌劑投放入軟水機樹脂罐中，而是由氧化劑發(fā)生裝置——余氯發(fā)生器電解產(chǎn)生，余氯發(fā)生器由導線和正負電極組成，如圖1。軟水機樹脂再生劑為純氯化鈉（NaCl），軟水機樹脂再生需將飽和氯化鈉溶液吸入樹脂罐中，因此可在樹脂罐與鹽箱之間加置余氯發(fā)生器，在軟水機吸鹽再生過程中，余氯發(fā)生器電解飽和氯化鈉溶液，溶液中的氯化鈉（NaCl）與水（H2O）發(fā)生電離，分別在陰極與陽極生成氫氣（H2）與氯氣（Cl2）。氫氧根離子與鈉離子結合生成氫氧化鈉（NaOH）。由于氯離子或氯氣與氫氧化鈉溶液接觸會生成氯化鈉和次氯酸鈉（NaClO），如圖2，次氯酸鈉（NaClO）水解生成次氯酸（HClO），可殺死樹脂罐中的細菌與病毒。而殺菌之后的微量氯殘留可通過機器的沖洗通過排污管排走。

普通家庭用軟水機再生周期根據(jù)用水量不同一般在2～5天不等，而軟水機樹脂罐內(nèi)的細菌滋生周期高于軟水機再生周期，因此軟水機在每次的再生過程對樹脂罐中進行一次殺菌，即以保證軟水機出水的衛(wèi)生與健康。

2.2.3 余氯發(fā)生器的優(yōu)缺點

（1）余氯發(fā)生器的優(yōu)勢

a.余氯發(fā)生器產(chǎn)生次氯酸根殺菌效果好，殺菌徹底，可對軟水機整個樹脂罐進行殺菌。

b.余氯發(fā)生器價格低廉，相比較紫外線殺菌模塊，余氯發(fā)生器性價比較高。

c.余氯發(fā)生器可控制氯氣產(chǎn)生量，微量的氯殘留經(jīng)沖洗后可排出機器外，機器內(nèi)部無有害物質(zhì)殘留。

（2）余氯發(fā)生器的劣勢

a.無法做到持續(xù)殺菌，只能定期殺菌，若用戶軟水機再生周期設置不當，無法保證殺菌效果及出水質(zhì)量。

b.再生過程中產(chǎn)生的氯氣會對少量軟化樹脂的壽命產(chǎn)生影響。

2.3 軟水機抗菌除菌方案的選擇

對比常見兩種抗菌除菌方式。因軟水機一般裝于家庭用水主干路，瞬時水量大，現(xiàn)有的紫外線殺菌模塊光功率普遍偏低，很難達到良好的除菌效果；而余氯發(fā)生器以軟水機再生劑為反應物，在機器每次再生過程中對樹脂罐內(nèi)進行定期的除菌，故采用余氯發(fā)生器效果更為有效，性價比更高，并且在軟水機上的應用更為可靠。

3 采用抗菌除菌技術的軟水機的設計

3.1 抗菌型軟水機工藝簡圖

抗菌型軟水機工藝簡圖如圖3所示。

3.2 抗菌性軟水機工作流程簡介

在軟水機顯示UI中設置除菌模式，需用戶手動開啟除菌功能，如圖4所示。

軟水機開啟除菌功能以后，在軟水機的每一次再生過程中，多向控制閥對余氯發(fā)生器通電，在吸鹽慢洗步驟時對吸入的濃鹽水進行電解，產(chǎn)生的次氯酸鈉（NaClO）殺死樹脂罐中的細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他微生物，實現(xiàn)軟水機的定期殺菌的目的。

3.3 抗菌性軟水機殺菌效果實驗測定

針對抗菌型軟水機的殺菌效果，委托中國家用電器研究院按如下實驗步驟進行測定：

3.3.1 實驗步驟

本實驗以卡薩帝軟水機CS10-SPA為實驗樣機，在其正常工作狀態(tài)下進行，按表1步驟進行測試。

3.3.2 實驗數(shù)據(jù)及結論

經(jīng)過測試，軟水機在非除菌再生模式下，進水大腸桿菌濃度平均約7900個/mL，出水大腸桿菌濃度約5500個/mL；軟水機在除菌再生模式下，進水大腸桿菌濃度平均約7000個/mL，出水大腸桿菌未檢出，平均約0個/mL；經(jīng)計算，除菌率約為99.9%以上。并且樹脂罐中的氯殘留與普通自來水無異，可忽略不計。

圖3 抗菌型軟水機工藝簡圖

圖4 軟水機顯示UI示意

4 結語

通過上述的理論論述及實驗判定，采用余氯發(fā)生器的家用中央軟水機對機器內(nèi)部的細菌滋生有良好的控制效果，保證了軟化樹脂的再生效果不會受到細菌滋生的影響，延長了機器的使用壽命；并且保證了在進水的水質(zhì)合格的情況下，出水的菌落總數(shù)不會超標，保證了用戶的用水安全。

以上測試參照卡薩帝軟水機CS10-SPA機型進行，相信隨著技術的進步，會有更加有效的抗菌除菌技術在家用軟水機上進行應用，抗菌型軟水機也會有更加廣泛的發(fā)展前景。