翟睿辰

（合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，合肥 230601）

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)日常飲用水的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。目前，市場(chǎng)上有多種多樣的灌裝水，以及各種品牌的家用凈水器。當(dāng)社會(huì)大眾意識(shí)到飲用灌裝水并不能完全消除他們對(duì)飲水健康問(wèn)題的擔(dān)憂時(shí)，家用凈水器憑借在水質(zhì)和制水成本方面具有的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，很有可能逐步成為灌裝水的替代品。

從產(chǎn)品的使用情況來(lái)看，灌裝水由于成本原因，通常被直接飲用，很少用于做飯等家用。家用凈水器則不同，其主要成本是折舊，而折舊類的成本只在消費(fèi)者購(gòu)買時(shí)受到關(guān)注，日常使用時(shí)人們通常只會(huì)把它當(dāng)作廚房里的一個(gè)水龍頭，做飯時(shí)會(huì)毫不猶豫地使用它。這意味著即使家用凈水器制水水質(zhì)與灌裝水水質(zhì)相當(dāng)或略低時(shí)，仍具有綜合使用效果（平均水質(zhì)）方面的優(yōu)勢(shì)。并且若能正確選擇適合本地區(qū)水質(zhì)的凈水器產(chǎn)品，凈水器凈化后的水質(zhì)還會(huì)優(yōu)于（至少不低于）桶裝水。

家用凈水器中對(duì)水質(zhì)起決定性作用的核心元件是纖維膜濾芯組件，該組件通常由大型公司規(guī)?；a(chǎn)，質(zhì)量控制的成本較低，也容易形成社會(huì)的有效監(jiān)管。桶裝水則多由中小型企業(yè)（甚至是小作坊）生產(chǎn)，社會(huì)監(jiān)管難度大，水質(zhì)很難保證。

中空纖維膜家用凈水器自20世紀(jì)末進(jìn)入我國(guó)。短短15年時(shí)間，市場(chǎng)上已經(jīng)涌現(xiàn)出數(shù)百個(gè)品牌的產(chǎn)品，其中國(guó)外品牌多為高端形象，售價(jià)相對(duì)較高，通常在1000～5000元之間；而國(guó)產(chǎn)品牌售價(jià)相對(duì)較低，最低不足200元。通常銷售單價(jià)在1000元以上的國(guó)產(chǎn)著名品牌或進(jìn)口品牌的產(chǎn)品，由于質(zhì)量好，有效工作時(shí)間最少為5年，期間只需要更換一次售價(jià)約為200～500元的濾芯。一只凈水器5年的實(shí)際制水總量（非極限制水總量，極限制水總量需要參考具體規(guī)格）視使用人數(shù)和頻率而不同，可以達(dá)到500～1500桶（5加侖桶）。按此條件計(jì)算出的單桶水價(jià)為0.8～3元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于任何一款桶裝水的售價(jià)。

但目前國(guó)內(nèi)原有的市場(chǎng)格局并未像眾多家用凈水器制造商預(yù)期的那樣被很快打破，灌裝水仍占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)份額。這當(dāng)然有多方面的原因，筆者試著以產(chǎn)品設(shè)計(jì)師的視角，從凈水器產(chǎn)品的工作原理、功能以及消費(fèi)者需求等方面加以分析和論述。

1 中空纖維膜凈水器的性能和工作原理

目前市售的家用凈水器主流產(chǎn)品，均以中空纖維膜（hollow fiber membrane）超濾作為核心處理單元，這項(xiàng)技術(shù)最初是應(yīng)用于工業(yè)用高純水的制備等領(lǐng)域。隨著中空纖維膜材料科技的進(jìn)步和制造成本的大幅度降低，現(xiàn)已完全具備了進(jìn)入大眾消費(fèi)群體的基本條件。

中空纖維膜是纖維壁具有微孔的選擇透過(guò)性中空纖維的分離膜，家用凈水器多采用微孔尺寸為10納米的中空纖維膜。當(dāng)原水（自來(lái)水）通過(guò)這樣的中空纖維膜時(shí)，水中大于10納米的顆粒會(huì)被攔截在進(jìn)水端（顆粒越大，截留率越高），被截留的物質(zhì)主要包括高分子有機(jī)物、細(xì)菌以及一些以膠體狀態(tài)存在于水中的雜質(zhì)顆粒。而水中小于10納米的顆粒則會(huì)與水一道通過(guò)濾膜（顆粒越小，通過(guò)率越高），主要包括水中以離子形態(tài)存在物質(zhì)、少量低分子量有機(jī)物以及病毒等。

中空纖維膜超濾的凈化效果雖十分明顯，但仍不能完全去除水中對(duì)人體有害的物質(zhì)，包括微生物、重金屬離子以及有機(jī)物與氯等消毒劑反應(yīng)所產(chǎn)生的對(duì)人體健康構(gòu)成潛在威脅的各種消毒副產(chǎn)物（三鹵甲烷、鹵乙酸和鹵代芳香有機(jī)物等）。為彌補(bǔ)中空纖維膜超濾的這個(gè)缺陷，出現(xiàn)了多單元串聯(lián)方式組合過(guò)濾的模式（見圖1）。粗濾通常采用不銹鋼網(wǎng)或/和陶瓷過(guò)濾元件，目標(biāo)是去除偶發(fā)的較大顆粒的雜質(zhì)，如砂粒等，防止后續(xù)過(guò)濾單元損壞。前置過(guò)濾通常采用PP棉或活性炭等，主要作用是減輕中空纖維膜超濾單元的負(fù)荷。后置過(guò)濾通常采用活性炭，用以去除中空纖維膜超濾不能去除的有害雜質(zhì)。如果原水與優(yōu)質(zhì)活性炭（碘值高、比表面積大和孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)等）有足夠的接觸時(shí)間，飲用水中絕大部分的有機(jī)物會(huì)得到有效去除，并幾乎能完全去除多環(huán)芳烴類有機(jī)物。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，當(dāng)水與活性炭接觸時(shí)間大于6～8分鐘時(shí)，可以達(dá)到或接近最佳處理效果。

圖1 多單元串聯(lián)方式組合過(guò)濾的模式

2 依據(jù)使用需求優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

通過(guò)上述分析可知，凈水器采用中空纖維膜超濾作為核心處理單元，活性炭過(guò)濾作為輔助處理單元，是當(dāng)前技術(shù)條件下達(dá)到或接近最佳凈化效果的組合方式。圖2展示的是目前國(guó)內(nèi)制造商運(yùn)用的主流組合方式，串聯(lián)的各個(gè)水處理單元等流量運(yùn)行，活性炭裝填容積為0.3～0.5升。下表列出了在接觸時(shí)間為6分鐘時(shí)，裝滿1升水所耗用時(shí)間與活性炭裝填容積的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖2 組合方式過(guò)濾模式

對(duì)應(yīng)關(guān)系表

若完成一次注水耗用的時(shí)間不超過(guò)10秒鐘，這種方便的操作是可以被使用者接受的。但如果等待時(shí)間超過(guò)30秒，使用者會(huì)表現(xiàn)出反感和不適的情緒。而在家用凈水器內(nèi)裝填12升活性炭則是一件不可能的事情。如果只裝填0.3升活性炭，處理1升水達(dá)到最佳凈化效果需要的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20分鐘，完全不能滿足使用者的需求。即便使用者能夠等待1分鐘以取得1升水，但在活性炭裝填容積為0.3升的情況下，活性炭與水的接觸時(shí)間僅為0.3分鐘，過(guò)濾效果接近于零。可見圖2所示的這種組合式家用凈水器的活性炭處理單元基本沒(méi)有發(fā)揮作用。

并不是所有的家用凈水器制造商都不了解這一事實(shí)，但諸多廠商仍堅(jiān)持沿用原有的技術(shù)，原因是他們還沒(méi)有更好的解決方案，不得不選擇這種存在誤導(dǎo)消費(fèi)者的做法。有些制造商改進(jìn)了原有的設(shè)計(jì)，用一個(gè)貯水桶將制水和用水分離開來(lái)（如圖3），采用較低的濾速制水并貯存在貯水桶中，供使用者隨時(shí)使用。

圖3 利用貯水桶將制水和用水分離

在上述組合配置中，與中空纖維膜配套使用的活性炭過(guò)濾單元，也可以用納米級(jí)的反滲透膜（RO）替代。雖然成本有所提高，但由于反滲透膜可以過(guò)濾掉水中幾乎全部2價(jià)離子，濾后的水質(zhì)更接近于純凈水，更加適合在自來(lái)水中含有重金屬或有機(jī)污染物的地區(qū)使用。

雖然這項(xiàng)改進(jìn)措施極大地提升了組合凈水器的凈化功能，但是在沒(méi)有增加成本和提高銷售價(jià)格的情況下，還是得不到消費(fèi)者的認(rèn)可。究其原因，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)水質(zhì)凈化方面的知識(shí)甚少，對(duì)凈化功能方面的差別了解不足，對(duì)于并不美觀的造型和相對(duì)復(fù)雜的反沖洗操作表現(xiàn)出了抗拒心理。面對(duì)包含專項(xiàng)技術(shù)和知識(shí)的新產(chǎn)品，由于消費(fèi)者得到的與產(chǎn)品相關(guān)的信息基本上來(lái)自于產(chǎn)品的銷售過(guò)程，所以多數(shù)人顯現(xiàn)出的是盲從，或因更多關(guān)注價(jià)格等因素而忽視了產(chǎn)品的功能。

3 結(jié)語(yǔ)

涉及家用凈水器快速市場(chǎng)化的技術(shù)細(xì)節(jié)還有很多，例如可采取降低原水中的游離余氯和提高沖洗效果等措施來(lái)延長(zhǎng)濾膜的使用壽命等。本文僅重點(diǎn)探討在確保產(chǎn)品的基本凈化功能的前提下，如何提升產(chǎn)品的使用功能。消費(fèi)者在面對(duì)商品的功能、造型、安裝及操作難易程度、品牌形象、產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格和服務(wù)質(zhì)量等眾多特征元素時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出多元化取向。只有兼具更多優(yōu)質(zhì)特征的產(chǎn)品，才會(huì)受到消費(fèi)者的青睞。完善家用凈水器的凈化功能是設(shè)計(jì)的主題，筆者歸納出產(chǎn)品的改進(jìn)建議有：

（1）完善凈化功能，最大限度地提升濾后水質(zhì)；

（2）將產(chǎn)品的所有單元集成到一起，不要分開放置，以達(dá)到最大限度節(jié)省空間的目標(biāo)；

（3）貯水桶與外部空間隔離，防止因灰塵、昆蟲及其它異物滲入而引發(fā)二次污染；

（4）簡(jiǎn)化產(chǎn)品的安裝和操作，可考慮應(yīng)用一鍵或自動(dòng)反沖洗功能；

（5）產(chǎn)品應(yīng)具備穩(wěn)壓功能，防止水壓波動(dòng)對(duì)產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損壞；

（6）針對(duì)不同的安裝位置、安裝條件和不同水質(zhì)的需求，進(jìn)行系列化產(chǎn)品設(shè)計(jì)；

（7）產(chǎn)品應(yīng)便于維修和更換易損配件，外觀造型要簡(jiǎn)潔時(shí)尚。

陳旭紅，許建華.粒狀活性炭(GAC)家用凈水器凈化飲用水的研究[J].給水排水，1993（9）：38-41.