嚴 桃 李宗舟 張啟花 鞏建樂

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著人們對健康越來越重視，對品質生活的要求也越來越高，水污染對人體的傷害越來越明顯。城市水廠凈水通過混合反應、沉淀、凈化過濾及消毒幾個過程使凈化后的水能滿足生活飲用及工業(yè)生產(chǎn)的需要，其中除去物包含懸浮物質、膠體物質、細菌及其他有害成分。而居家飲用水主要是自來水，它是通過供水公司的處理后經(jīng)過管道運輸?shù)角Ъ胰f戶的，管道運輸可能對自來水產(chǎn)生二次污染，可以產(chǎn)生細菌病毒、膠體、鐵銹、雜質等，實際到達用戶家中的自來水含有大量的污染物質，長期飲用嚴重威脅著人體健康。為了改變不斷惡化的水質，家用飲水器越來越受消費者喜愛，成為居家生活中不可缺少的必需品[1]。濾芯是家用凈水器重要組成部分，也是凈水器品質的關鍵零部件，直接影響凈水器水質的優(yōu)良。

1 凈水器工作原理

凈水器通過多種濾芯組合過濾和吸附的物理方式去除城市自來水中的氯氣和因二次污染所產(chǎn)生的細菌病毒、膠體、鐵銹、雜質等各種對人體有害的有機污染[2,3]。

圖1為常規(guī)的凈水器濾芯組成：前置濾芯+反滲透膜+后置炭濾芯，前置濾芯包括PP濾芯與活性炭濾芯，主要除去水中大分子固體顆粒，吸附余氯、異味、顏色及有機物等，反滲透膜（RO）濾芯能隔離無機鹽、重金屬離子、有機物、膠體、細菌、病毒等雜質，后置活性炭濾芯能進一步深層次除異味，余氯，改善出水口感。本文新型濾芯取代了常規(guī)凈水器的濾芯組合，以一根濾芯形式存在；但是該新型濾芯包含常規(guī)濾芯組合的所有材料，包含前置濾芯、RO膜與后置活性碳棒。該新型濾芯化繁為簡，功能化更強，大大縮減了該濾芯應用的凈水器的空間大小。

圖1 凈水器濾芯的組成

1.1 凈水器濾芯

常規(guī)凈水器濾芯主要為PP濾芯、活性炭濾芯、超濾膜和RO反滲透膜。

1）PP濾芯：又稱熔噴濾芯，是一種采用無毒無味聚丙烯為原料，經(jīng)過加熱熔融，噴射、牽引、接收成型而制成的濾材。PP濾芯為粗過濾，孔徑一般都在0.5～1 μm，能有效地除去液體中的懸浮物、微粒、鐵銹等雜質。

2）活性炭濾芯產(chǎn)品有兩大類：壓縮型活性炭濾芯、散裝型活性炭濾芯?；钚蕴紴V芯具有良好的吸附作用，能有效除去水中的余氯、異味，顏色及有機物等。

3）超濾：簡稱UF，也叫中空纖維，是利用超濾膜孔徑的一種物理篩分過程。超濾膜主要由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料制得，其孔徑一般為0.1～0.01 μm，可以過濾細菌、病毒、炭粉等大分子有機物，但對于低分子的有機物如農(nóng)藥、除草劑、洗滌劑等、重金屬以及在自來水運輸過程中產(chǎn)生二次污染的鐵、錳離子等不能有效去除。

4）RO反滲透（簡稱RO）：即孔徑只有0.000 1 μm，運用特制的高壓水泵，增加原水壓力，使原水在壓力的作用下滲透過孔徑只有0.000 1 μm的逆滲透膜?；瘜W離子和細菌、真菌、病毒體均不能通過，隨廢水排出，只允許小于0.000 1 μm的純水分子通過，由于RO滲透膜過濾率高，被多數(shù)凈水器選用使用。

凈水器中的各種濾芯使用壽命不一樣，到了一定時間均需要更換，常用濾芯更換時間見表1。

表1 常用濾芯更換時間

由于各種濾芯更換時間不一致，用戶一定時間就需要更換濾芯，給用戶使用帶來很大的不便；而且濾芯定期不更換易造成阻隔物污染濾芯材料，進而造成濾芯材料二次污染，影響凈水器出水水質質量。

1.2 新型濾芯

本文所述新型濾芯為一種復合濾芯，即一根濾芯取代常規(guī)的濾芯組合。該復合濾芯包含前置濾芯、RO膜與抗菌碳棒組成，其中前置濾芯在該濾芯的外層，采用PP+碳纖維+PP層層包裹,大大提高了過濾效果，延長前置濾芯壽命；內層為RO膜與抗菌碳棒組成。其中抗菌碳棒主要材料為抗菌碳粉與氧化鋅晶須組成。圖2為該新型濾芯的結構圖。

圖2 新型濾芯的結構圖

2 新型濾芯試驗及結果

針對本文復合濾芯，筆者設計成400 G的通量要求，進行了相關的凈水測試，測試情況如表2。

表2 凈水器的性能測試要求及驗證結果

從表2結果來看，該濾芯的出水質量優(yōu)良，出水源無雜質、酸堿度合格，脫鹽率不差于目前行業(yè)水平（反映了該濾芯RO膜的脫鹽效益）；從凈水流量與總量來看，該復合濾芯保證了凈水器的通量要求，提高了濾芯的殺菌能力，延長了濾芯的更換周期（據(jù)統(tǒng)計用戶平均一天用水10 L，一年需要用3 650 L，11.8*1 000/3650=3.2 年）。

具體測試數(shù)據(jù)見圖3，由數(shù)據(jù)可以看出，該濾芯長期運行至第22天后，平均凈水量低于標準要求1.0，可以測算出該濾芯滿足標準要求工作運行時間為10 910 min，相當于運行濾芯工作三年的時間，從運行時間來看，該復合濾芯延長了換芯時間，且出水流量保證。

圖3 復合濾芯測試數(shù)據(jù)

3 新型濾芯抗菌原理

新型抗菌濾芯選用無機抗菌劑，該抗菌劑為氧化鋅晶須，其抗菌除了本身金屬離子抗菌原理以外，由于晶須特殊的晶體結構和納米效應，還可以與空氣里面的水和空氣發(fā)生反應，產(chǎn)生羥基自由基以及超氧化物自由基共同左右殺滅細菌，大大提高了其抗菌性。

圖4 抗菌機理

3.1 抗菌材料的特點

1）無機抗菌長期抗菌，不遷移；

2）是銀系抗菌劑價格的三分之一，成本優(yōu)勢很明顯；

3）因氧化鋅晶須獨特的晶體結構，比普通納米鋅分散性好，抗菌效能高；

4）根據(jù)國標飲用水設備有害物質析出標準，對鋅的最高容忍量為銀系最高容忍量的40倍，該類抗菌劑安全性更好。

3.2 抗菌實現(xiàn)方式

該抗菌劑添加方式簡單易操作，只需要混合均勻抗菌劑與炭粉即可，其他按照正常操作擠出壓制即可；相比于以前的制作工序只增加了一道粉料混合工序，不需要對碳棒制作工序額外增加工序。

3.3 抗菌測試

抗菌碳棒抗菌測試選用的菌種為大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，抗菌率達到99.99%以上（見表3，參考標準：ASTME2149-13a動態(tài)條件下的抗菌劑活性測定），抗菌效果優(yōu)秀。

表3 新型抗菌濾芯的抗菌性能測試

4 結語

復合濾芯是凈水器行業(yè)中目前最重要的創(chuàng)新，換芯更便捷，減少了用戶的售后費用，是凈水器行業(yè)應用的一個趨勢，深受廣大用戶喜歡且在疫情期間供不應求；濾芯材料抗菌避免了濾芯的二次污染，提高了水質質量，該技術應用會快速吸引用戶眼球及提高產(chǎn)品市場份額。本文從濾芯復合與濾芯抗菌兩方面進行了測試分析，希望對從事相關技術人員有些許啟發(fā)。