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        高水效等級(jí)下家用凈水機(jī)的防污堵研究

        2022-05-26 03:51:32袁新兵盧明鳳
        日用電器 2022年4期
        關(guān)鍵詞:水效凈水機(jī)濃水

        袁新兵 王 慶 盧明鳳

        (歐美新材料(浙江)有限公司 湖州 313000)

        引言

        隨著人們生活水平的不斷提高,越來越多的人們開始注重家庭飲用水的安全,且2020年出現(xiàn)的新冠肺炎疫情,在全世界都造成了重大的衛(wèi)生安全影響,我國(guó)生態(tài)環(huán)境部在疫情初始就發(fā)出了《應(yīng)對(duì)新型冠狀病毒感染肺炎疫情應(yīng)急檢測(cè)方案》,提出飲用水也是肺炎疫情防控監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。進(jìn)一步加深人們對(duì)飲用水安全的重要性。目前我國(guó)各地城市的供水整體都是受衛(wèi)生監(jiān)督,住建系統(tǒng)的管理和監(jiān)督的,自來水水質(zhì)都是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。然而在一些水處理工藝過程中,不可避免存在一下管道老化(如自來水廠向住戶的輸送管道),儲(chǔ)水箱污染(特別是高層二次供水水箱污染)以及自來水消毒過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物三鹵甲烷,如三氯甲烷,二氯一溴甲烷等等,它們是典型的強(qiáng)致癌物質(zhì)。鑒于家庭自來水存在的這些安全隱患,家庭凈水機(jī)的使用這幾年也一直在持續(xù)增長(zhǎng)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)家用凈水機(jī)的生產(chǎn)廠家已經(jīng)超過3 000多家,凈水機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模也已經(jīng)超過320億元,目前還在不斷的上升階段[1]。目前市場(chǎng)上的家用凈水機(jī)主要是以超濾和反滲透凈水機(jī)為主,其中由于反滲透凈水機(jī)既能去除水中的重金屬及有機(jī)微生物,又能去除由液氯消毒過程中產(chǎn)生的致癌物質(zhì)三鹵甲烷,其唯一能過的物質(zhì)基本就是水分子(脫鹽率低的RO機(jī)除外),過濾之后的水基本就是最安全的純凈水,故其市場(chǎng)占有率也越來越高[2]。反滲透凈水機(jī)有非常安全的一面,但也有其缺點(diǎn),一般廢水量較多,而且大部分廢水都是直接排掉的,造成一定的水資源浪費(fèi),國(guó)家在2017年制定的《反滲透凈水機(jī)水效限定值及水效等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)中,明確規(guī)定凈水機(jī)一級(jí)水效需達(dá)到60 %,在2021年,又對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)再次進(jìn)行了修訂,將水效從2017版的35 %提高到45 %,一級(jí)水效從60 %提高到65 %,進(jìn)一步提升了水效,降低廢水排放。新的標(biāo)準(zhǔn)將于2022年7月開始實(shí)施,這將對(duì)凈水機(jī)中反滲透膜的使用壽命帶來很大的挑戰(zhàn)。

        水效提高,凈水產(chǎn)率提升,意味著濃水排放減少(如濃水部分回流再利用),會(huì)加速水機(jī)中反滲透膜的堵塞(最常見的是無機(jī)鹽結(jié)垢),從而導(dǎo)致凈水機(jī)配件更換頻率高,或者凈水機(jī)使用壽命極短,嚴(yán)重影響品牌聲譽(yù)。為提高凈水機(jī)的使用壽命,降低反滲透膜的污堵,本文通過螯合增溶及晶格畸變的原理,在凈水機(jī)中添加緩慢釋放型阻垢劑(一般放置在PP棉濾芯的中心管中),通過釋放出的阻垢功能基,一方面可以與水中的二階成垢離子發(fā)生螯合作用,生成穩(wěn)定的可溶性螯合物,從而提高了水體中成垢離子的允許濃度,降低了成垢的幾率。同時(shí)隨著水體中阻垢功能基的釋放,其也會(huì)與能量高的成垢離子螯合,即優(yōu)于與成垢晶體中的晶體扭曲位置的成垢離子螯合,從而形成的螯合物占據(jù)了晶體正常生長(zhǎng)的晶格位置,使晶體不能按照正常的規(guī)律生長(zhǎng),形成不穩(wěn)定的歪晶,在晶體內(nèi)部的彈性力作用下碎裂,形成不穩(wěn)定的微晶狀態(tài),引起晶格畸變,從而不易在膜表面沉積[3]。通過阻垢劑的加入,減少濃水排放,可以大大解決22年7月即將執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)水效下膜的結(jié)垢問題,從而延長(zhǎng)整個(gè)凈水機(jī)的使用壽命。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 測(cè)試環(huán)境

        常溫常壓下,采用5級(jí)過濾凈水機(jī),分別是5 μm的PP棉濾芯、顆?;钚蕴繛V芯、壓縮活性炭濾芯、0.1 nm RO膜和后置活性炭濾芯,緩慢釋放型藥劑位于PP棉濾芯內(nèi)部[4]。凈水機(jī)改造后設(shè)計(jì)水效為68 %,通過進(jìn)行空白,進(jìn)口產(chǎn)品(美國(guó)產(chǎn)),公司自制加萊富藥劑SP410產(chǎn)品(已通過MOH涉水安全認(rèn)證,浙(06)衛(wèi)水字(2019)第0014號(hào)),藥劑裝填量為15 g,進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試。測(cè)試過程中,用壓力表分別檢測(cè)每臺(tái)進(jìn)水機(jī)的進(jìn)水壓力及膜前壓力。隨著測(cè)試的進(jìn)行,若反滲透膜堵塞,則膜前壓力及進(jìn)水壓力都會(huì)增加;若濾芯堵塞,則膜前壓力降低,進(jìn)水壓力增加,將會(huì)及時(shí)進(jìn)行濾芯更換。

        1.2 實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

        碳酸氫鈉,無水氯化鈣,七水硫酸鎂,氯化鈉,氫氧化鈉,鹽酸,亞硫酸氫鈉等,梅特勒的pH及電導(dǎo)測(cè)試儀,機(jī)械攪拌桿等。

        1.3 水質(zhì)配置

        考慮南北區(qū)域性水質(zhì)的差異,北方水質(zhì)一般硬度偏高,故我們?cè)谠囼?yàn)初期,將試驗(yàn)用水水質(zhì)模擬工況偏向北方水質(zhì),如果總體硬度偏高水質(zhì)都能穩(wěn)定運(yùn)行,那么南方低硬度水質(zhì)一般是沒有問題的。我們已以市政自來水(水質(zhì)指標(biāo)見表1)為水源,通過額外添加碳酸氫鈉、氯化鈣和氯化鎂等來調(diào)節(jié)自來水的堿度、鈣硬和鎂硬(以碳酸鈣計(jì)),使原水(進(jìn)水)的水質(zhì)達(dá)到表2所示的指標(biāo)。

        表1 自來水的水質(zhì)指標(biāo)

        表2 原水的水質(zhì)指標(biāo)實(shí)測(cè)

        按我們?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)68 %的水效,其RO膜的濃水側(cè)指標(biāo)相當(dāng)于我們的原水濃縮3.125倍左右,根據(jù)我們進(jìn)水水質(zhì)來預(yù)估,其濃水側(cè)水質(zhì)在假設(shè)不結(jié)垢的情況下,其LSI指數(shù)已達(dá)到1.58,從LSI指數(shù)判斷,已經(jīng)處于結(jié)垢水質(zhì)狀態(tài)。

        1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        在凈水機(jī)整個(gè)的運(yùn)行周期內(nèi)(總產(chǎn)水量超過7.2 T),我們重點(diǎn)考察了凈水機(jī)的脫鹽率及產(chǎn)水流量的變化,以此來判斷機(jī)器運(yùn)行穩(wěn)定與否。

        1.4.1 脫鹽率隨運(yùn)行時(shí)間的變化關(guān)系

        分別對(duì)三組純水機(jī)的脫鹽率進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤分析,所得變化關(guān)系如圖1所示。

        圖1 脫鹽率隨時(shí)間的變化關(guān)系

        由圖1可知,隨著測(cè)試的進(jìn)行,空白組的脫鹽率先緩慢增加后驟減,其它兩組脫鹽率隨時(shí)間的變化關(guān)系基本一致,先緩慢增加后變平緩,略有降低,說明添加釋放型阻垢劑后,對(duì)膜的穩(wěn)定運(yùn)行還是有很大的幫助。

        1.4.2 產(chǎn)水流量隨時(shí)間的變化關(guān)系

        分別對(duì)三組純水機(jī)的產(chǎn)水流量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,所得變化關(guān)系如圖2所示。

        圖2 產(chǎn)水流量隨時(shí)間的變化關(guān)系

        由圖2可知,空白組的產(chǎn)水流量呈明顯的下降趨勢(shì),膜逐漸堵塞;藥劑組的產(chǎn)水流量先略有下降后,后期基本保持穩(wěn)定運(yùn)行,前期下降的原因應(yīng)該是PP濾芯的堵塞導(dǎo)致(后進(jìn)行更換)。

        1.4.3 實(shí)驗(yàn)過程中的部分現(xiàn)象

        運(yùn)行過程中, pp棉濾芯堵塞嚴(yán)重,且顏色也有初始白色變成土黃色,且表面有明顯的銹泥存在??瞻捉M在運(yùn)行到后面幾天的時(shí)候,出水已基本成細(xì)條狀的斷續(xù)狀態(tài),具體見圖3。

        圖3 實(shí)驗(yàn)過程中濾芯變化及出水現(xiàn)象

        2 試驗(yàn)結(jié)論

        從機(jī)器運(yùn)行的情況看,隨著測(cè)試的進(jìn)行,空白組的反滲透膜堵塞較快,第9天其產(chǎn)水量只有初始的34.6 %,在第13天反滲透膜已基本完全堵塞。而添加進(jìn)口樣品和SP410產(chǎn)品的凈水機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)的變化關(guān)系比較接近,其脫鹽率和產(chǎn)水流量隨測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)變化都不是很明顯,比較平穩(wěn)。在過水量超過8.6 T后,兩臺(tái)機(jī)器運(yùn)行還是非常的平穩(wěn),脫鹽率及產(chǎn)水流量無明顯的下降趨勢(shì)。說明添加藥劑后,有效緩解了鈣鎂離子的無機(jī)鹽沉積,有效提高了凈水機(jī)的使用壽命。

        3 結(jié)論

        針對(duì)2022年7月1日即將執(zhí)行的新水效標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)有凈水機(jī)在做到65 %水效條件下, 極易引起反滲透膜的污堵,特別是北方片區(qū)水質(zhì)硬度較高的地方,極大影響了凈水機(jī)的使用壽命,增加了凈水機(jī)中反滲透膜配件的更換頻率,給廣大用戶帶來一些不好的使用體驗(yàn)。我們通過自制添加經(jīng)過涉水安全認(rèn)證的緩慢釋放型阻垢劑后,帶有阻垢的功能基能夠與水中的鈣鎂離子等絡(luò)合,干擾了晶粒的形成,阻礙了其在膜表面的沉積,達(dá)到了很好的阻垢效果,延長(zhǎng)了凈水機(jī)的使用壽命。其阻垢劑也是在反滲透膜的濃水測(cè),且也透不過反滲透膜,同時(shí)又經(jīng)過涉水安全認(rèn)證,可放心使用。

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