官闊榮 成吉會 楊浩 張輝
浙江蘇泊爾廚衛(wèi)電器有限公司 浙江紹興 310052
凈水器作為進(jìn)入家庭后的水再處理設(shè)備,可以為用戶提供健康、安全的水源。凈水處理技術(shù)日臻成熟,特別是反滲透凈水器類型,從幾年前以50 G規(guī)格的小通量膜為主,到當(dāng)前已經(jīng)普及400 G及以上規(guī)格大通量反滲透凈水器。但是,隨著大通量(400 G規(guī)格及以上)反滲透凈水器的普及,“頭杯水”問題也開始浮現(xiàn),即機(jī)器停止運(yùn)行后,由于正滲透原理,濃水側(cè)的離子會緩慢滲透到純水側(cè),使純水的總?cè)芙夤腆w上升[3]。當(dāng)間隔一段時(shí)間啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí),由于機(jī)器內(nèi)部陳留的水質(zhì)變差,離子濃度偏高,也即總脫鹽率較低,形成通常所說“頭杯水”問題。其后果就是凈水器放置一定時(shí)間重新開啟后放出的頭幾杯水是過濾不完全的,各項(xiàng)細(xì)菌、重金屬等指標(biāo)仍存在超標(biāo)可能,從而達(dá)不到凈水器原本該起的作用。本文對目前五種比較可行的方案進(jìn)行對比分析,以期解決“頭杯水”問題。
目前解決“頭杯水”總?cè)芙夤腆w偏高問題的主要有:壓力桶稀釋、指示燈水質(zhì)提示、純水回流、雙RO膜純水沖洗及純水凈膜等技術(shù)方案。
此技術(shù)主要用在小通量反滲透凈水器產(chǎn)品,即在RO膜后端設(shè)置一個(gè)儲水的壓力桶,機(jī)器所生產(chǎn)的純水先儲存在壓力桶內(nèi),產(chǎn)生的“頭杯水”也會先流入壓力桶內(nèi)與純水稀釋,其產(chǎn)品示意圖如圖1所示。一般壓力桶可裝7~8 L純水,因小通量RO膜小,頭杯水也會少(<800 mL),壓力桶稀釋后脫鹽率就會大于85%,符合飲水要求。但是,此技術(shù)方案的最大不足是壓力桶占用空間大,成本較高。
圖1 小通量反滲透凈水器壓力桶稀釋技術(shù)產(chǎn)品示意圖
此技術(shù)是在純水水龍頭上設(shè)置一個(gè)水質(zhì)狀態(tài)顯示的指示燈,在機(jī)器內(nèi)部設(shè)置一檢測水質(zhì)探針,產(chǎn)品示意圖如圖2所示。當(dāng)打開水龍頭取水,若探針檢測到“頭杯水”水質(zhì)不達(dá)標(biāo)時(shí),龍頭指示燈顯示為紅色,提醒用戶此時(shí)放出的水不安全,不建議飲用。繼續(xù)放水后,“頭杯水”放完且水質(zhì)逐漸恢復(fù)良好,水龍頭上指示燈會由紅色變?yōu)樗{(lán)色,代表此時(shí)水可以飲用。此技術(shù)欠缺處在開始打開水龍頭取水時(shí)需要放掉一些水,且需要等待一定時(shí)間直到指示燈變?yōu)樗{(lán)色才能飲用,這樣一是要等待,二是浪費(fèi)部分水,用戶體驗(yàn)變差。
圖2 指示燈水質(zhì)提示技術(shù)產(chǎn)品示意圖
圖3 純水回流技術(shù)水路流程圖
此技術(shù)是指在增壓泵后端設(shè)計(jì)兩個(gè)RO膜,分別為RO膜一和RO膜二,同時(shí)將增壓泵改為可變頻的增壓泵。其原理為每次用水結(jié)束后,變頻增壓泵提供單RO膜用水量供RO膜一制純水沖洗RO膜二,讓RO膜二濃水側(cè)和純水側(cè)離子濃度達(dá)到平衡,都接近純水濃度。水路流程如圖4所示。當(dāng)用水時(shí),變頻增壓泵提供單RO膜的用水量供RO膜二制水,因RO膜二內(nèi)兩側(cè)都為純水,故RO膜二濾芯所制的“頭杯水”總?cè)芙夤腆w值較低;當(dāng)RO膜一側(cè)較高濃度“頭杯水”經(jīng)RO膜二濾芯二次過濾后,變頻增壓泵提供雙膜用水量供RO膜一和RO膜二同時(shí)制水,切換至大出水量狀態(tài),有效解決了“頭杯水”脫鹽率低、總?cè)芙夤腆w高的問題。此方案可將“頭杯水”水質(zhì)達(dá)到脫鹽率85%甚至更高,但是結(jié)構(gòu)空間占用體積大,此技術(shù)不足是實(shí)現(xiàn)方案較復(fù)雜,成本高昂。
圖4 雙RO膜互相沖洗技術(shù)水路流程圖
此技術(shù)是在大通量RO膜的濃水側(cè)和純水側(cè)之間,設(shè)計(jì)一個(gè)氣動(dòng)壓力桶裝置。每次用水結(jié)束純水龍頭關(guān)閉后,系統(tǒng)會繼續(xù)制水直到把氣動(dòng)壓力桶充滿。之后系統(tǒng)啟動(dòng)純水凈膜流程,先將廢水電磁閥打開,氣動(dòng)壓力桶內(nèi)的純水就會緩慢流入RO膜濃水側(cè),將濃水?dāng)D壓到濃水口排出,水路流程如圖5。這樣RO膜濃水側(cè)被氣動(dòng)壓力桶內(nèi)的純水填充滿,此時(shí)RO膜內(nèi)的濃水側(cè)和純水側(cè)離子濃度差很小,根據(jù)RO膜離子(鹽離子)滲透率公式:
圖5 純水凈膜技術(shù)水路流程圖
式中:Qs-膜的透鹽量;
Ks-膜的鹽滲透系數(shù);
ΔC-膜兩側(cè)鹽濃度差;
S-膜面積;
d-膜厚度;
告別了媽媽后,我進(jìn)了教室,教室里,暖氣和以前一樣開著。我坐了下來,等待著老師來上課。但是我沒有找到課本。我著急地翻著我的書包,恨不得把書包翻爛。這時(shí),我看見一個(gè)熟悉的身影?!皨寢?!”我叫道。
該方程可簡化為:
Qs=B×(ΔC)
式中:B-膜的鹽透過常數(shù);
ΔC-鹽濃度差(鹽的擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力)。
從上述公式可以看出,RO膜的離子(鹽離子)滲透率與RO膜的兩側(cè)濃度差成正比,RO膜的兩側(cè)鹽濃度差越小,離子(鹽離子)滲透率越小,反之越大;當(dāng)RO膜兩側(cè)濃度差無限接近時(shí)候,RO膜的離子(鹽離子)滲透率趨近于0。為了進(jìn)一步確認(rèn)純水凈膜技術(shù)的效果,進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,流程圖如圖6所示。
圖6 純水凈膜水路流程圖
以400 G反滲透凈水器為載體,第一級為前置濾芯(復(fù)合濾芯),第二級為RO濾芯,根據(jù)純水凈膜技術(shù)流程圖,在RO膜兩端連接氣動(dòng)壓力桶和純水凈膜水路,測試數(shù)據(jù)如圖7。
圖7 純水凈膜技術(shù)與普通RO機(jī)總?cè)芙夤腆w對比
測試條件:原水為加標(biāo)水,總?cè)芙夤腆w為(500±50)mg/L之間,環(huán)境溫度25℃,整機(jī)為400 G反滲透凈水器,要求待機(jī)8小時(shí)后穩(wěn)定脫鹽率>90%
測試方法:初次開機(jī)運(yùn)行,在供水壓力為(0.24±0.02)MPa下,于達(dá)到標(biāo)稱額定總凈水量的0%、25%、50%、75%和100%點(diǎn)進(jìn)行加標(biāo)測試。達(dá)到標(biāo)稱額定總凈水量的0%點(diǎn)進(jìn)行加標(biāo)測試前,要求使用試驗(yàn)用水或市政自來水穩(wěn)定運(yùn)行1 h。達(dá)到標(biāo)稱額定總凈水量的25%、50%、75%和100%點(diǎn)進(jìn)行加標(biāo)測試時(shí),切換試驗(yàn)用水打開水龍頭穩(wěn)定運(yùn)行15 min后,在不斷電條件下關(guān)閉龍頭不取水,8 h后打開凈水龍頭用量杯連續(xù)收集5杯凈水,每杯體積200 mL;按GB/T 5750.5的規(guī)定測量進(jìn)水和凈水的含鹽量,并按如下公式計(jì)算第N杯水的脫鹽率Rn,且取其中最低的值為Rmin。
式中:Rn-脫鹽率,單位為百分號%;
Cf-進(jìn)水含鹽量,單位為毫克每升(mg/L);
Cp-凈水含鹽量,單位為毫克每升(mg/L)。[5]
此時(shí),Rmin取值Min{R1,R2,R3……R10},即10杯水中脫鹽率最低值。整機(jī)額定總凈水量范圍內(nèi),可分為5段用a規(guī)定的加標(biāo)水進(jìn)行b項(xiàng)測試,在達(dá)到標(biāo)稱額定總凈水量的0%(初始)、25%、50%、75%和100%時(shí)的任何1段測試后得到的Rmin,均需要符合出水水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定。
測試結(jié)果:全程脫鹽率>85%;
數(shù)據(jù)來源:本公司實(shí)驗(yàn)室。
根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),以總?cè)芙夤腆w500 mg/L作為原水,其凈化后總?cè)芙夤腆w均≤45 mg/L,全程脫鹽率>85%,400 mL后脫鹽率達(dá)到機(jī)器穩(wěn)定脫鹽率。這說明純水凈膜后RO膜兩側(cè)離子濃度差非常小,RO膜的離子(鹽離子)滲透率非常低。
產(chǎn)品空間要求方面,純水置換技術(shù)因只需增加一個(gè)微型氣動(dòng)壓力桶裝置和置換水路,新增部件體積較小,可通過現(xiàn)有產(chǎn)品優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)此技術(shù),且成本相對較低,因此可大范圍推廣和應(yīng)用。
通過對上述五種技術(shù)方案優(yōu)劣勢分析,筆者比較推薦純水凈膜技術(shù),此技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本較低、水質(zhì)穩(wěn)定,且并不會增加太多體積,是目前可以較好解決問題的方案。
隨凈水技術(shù)研究的不斷創(chuàng)新升級,相信未來會有更好技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)全程零陳水,徹底解決用戶對“頭杯水”問題擔(dān)憂。