賈文章 劉志強(qiáng) 劉歡歡

JIA Wenzhang LIU Zhiqiang LIU Huanhuan

青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)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(duì)居民生活用水的品質(zhì)要求也越來越嚴(yán)格，健康生活用水成為消費(fèi)者的迫切需求，軟水機(jī)作為一種時(shí)尚新穎的家庭用水處理設(shè)備，可有效提升用戶家庭的用水品質(zhì)，受到眾多消費(fèi)者的歡迎。

軟水機(jī)作為一種非直飲水處理設(shè)備，雖然能去除水中的鈣和鎂離子，但水中的細(xì)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(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）中關(guān)于生活飲用水中微生物指標(biāo)及限值的規(guī)定，自來水出廠時(shí)菌落總數(shù)≤100CFU/mL。但在實(shí)際使用中，由于有些地方市政自來水管道長期未維護(hù)，容易有細(xì)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(jī)樹脂罐中貯存的死水也利于細(xì)菌微生物的繁殖。當(dāng)用戶家庭軟水機(jī)樹脂罐內(nèi)細(xì)菌、微生物超標(biāo)時(shí)，一是會(huì)影響軟水樹脂的離子交換能力，使軟水機(jī)軟化性能下降，二是極易使輸出的軟水細(xì)菌、微生物超標(biāo)，長期使用會(huì)對(duì)用戶身體或家庭用水設(shè)備造成傷害，比如造成洗衣機(jī)外筒的霉變等。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)帶有除菌功能的健康型家用軟水機(jī)勢在必行。

2 軟水機(jī)抗菌除菌方案的選擇

針對(duì)用戶日常用水的抗菌除菌方法主要有物理方法和化學(xué)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(xué)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(xué)品、添加氧化劑（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。針對(duì)普通用戶家庭用中央軟水機(jī)，從整機(jī)結(jié)構(gòu)、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(duì)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(xué)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(yīng)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(xì)菌、病毒等微生物體的構(gòu)成均包含RNA或DNA，而核酸是構(gòu)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(fù)制，使得微生物不能復(fù)制繁殖，造成生長性細(xì)胞死亡和（或）再生性細(xì)胞死亡，從而去除水中各種細(xì)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(jī)上的應(yīng)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(jī)器內(nèi)部，為保證軟水機(jī)內(nèi)部無細(xì)菌滋生，可將紫外線殺菌模塊加置到軟水機(jī)進(jìn)水端，保證軟水機(jī)樹脂罐中儲(chǔ)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(diǎn)

（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?duì)所有的細(xì)菌、病毒都有有效的滅活效果。

b.紫外線殺菌運(yùn)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(huì)對(duì)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(jī)結(jié)合，因?yàn)檐浰畽C(jī)的流量大，需要?dú)⒕K有足夠大的光功率才可達(dá)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(gè)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(jī)樹脂罐內(nèi)的殺菌，不能保證抑制軟水機(jī)樹脂罐內(nèi)的細(xì)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(shí)間短，不能做到對(duì)用戶用水的持續(xù)抑菌，如果紫外線輻射時(shí)間不足，可能會(huì)有部分細(xì)菌、病毒出現(xiàn)光復(fù)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(qiáng)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(xì)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(xì)菌、病毒體內(nèi)，與細(xì)菌、病毒體蛋白、核酸、和酶等有機(jī)高分子發(fā)生氧化反應(yīng)，從而殺死病原微生物。

同時(shí)，次氯酸產(chǎn)生出的氯離子還能顯著改變細(xì)菌和病毒體的滲透壓，使其細(xì)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(jī)上的應(yīng)用

投加氧化劑并非直接將殺菌劑投放入軟水機(jī)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(dǎo)線和正負(fù)電極組成，如圖1。軟水機(jī)樹脂再生劑為純氯化鈉（NaCl），軟水機(jī)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(jī)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(jié)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(huì)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(xì)菌與病毒。而殺菌之后的微量氯殘留可通過機(jī)器的沖洗通過排污管排走。

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

2.2.3 余氯發(fā)生器的優(yōu)缺點(diǎn)

（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(duì)軟水機(jī)整個(gè)樹脂罐進(jìn)行殺菌。

b.余氯發(fā)生器價(jià)格低廉，相比較紫外線殺菌模塊，余氯發(fā)生器性價(jià)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(jī)器外，機(jī)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(jī)再生周期設(shè)置不當(dāng)，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(huì)對(duì)少量軟化樹脂的壽命產(chǎn)生影響。

2.3 軟水機(jī)抗菌除菌方案的選擇

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

3 采用抗菌除菌技術(shù)的軟水機(jī)的設(shè)計(jì)

3.1 抗菌型軟水機(jī)工藝簡圖

抗菌型軟水機(jī)工藝簡圖如圖3所示。

3.2 抗菌性軟水機(jī)工作流程簡介

在軟水機(jī)顯示UI中設(shè)置除菌模式，需用戶手動(dòng)開啟除菌功能，如圖4所示。

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

3.3 抗菌性軟水機(jī)殺菌效果實(shí)驗(yàn)測定

針對(duì)抗菌型軟水機(jī)的殺菌效果，委托中國家用電器研究院按如下實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行測定：

3.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

本實(shí)驗(yàn)以卡薩帝軟水機(jī)CS10-SPA為實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，在其正常工作狀態(tài)下進(jìn)行，按表1步驟進(jìn)行測試。

3.3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論

經(jīng)過測試，軟水機(jī)在非除菌再生模式下，進(jìn)水大腸桿菌濃度平均約7900個(gè)/mL，出水大腸桿菌濃度約5500個(gè)/mL；軟水機(jī)在除菌再生模式下，進(jìn)水大腸桿菌濃度平均約7000個(gè)/mL，出水大腸桿菌未檢出，平均約0個(gè)/mL；經(jīng)計(jì)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(jì)。

圖3 抗菌型軟水機(jī)工藝簡圖

圖4 軟水機(jī)顯示UI示意

4 結(jié)語

通過上述的理論論述及實(shí)驗(yàn)判定，采用余氯發(fā)生器的家用中央軟水機(jī)對(duì)機(jī)器內(nèi)部的細(xì)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(huì)受到細(xì)菌滋生的影響，延長了機(jī)器的使用壽命；并且保證了在進(jìn)水的水質(zhì)合格的情況下，出水的菌落總數(shù)不會(huì)超標(biāo)，保證了用戶的用水安全。

以上測試參照卡薩帝軟水機(jī)CS10-SPA機(jī)型進(jìn)行，相信隨著技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)有更加有效的抗菌除菌技術(shù)在家用軟水機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用，抗菌型軟水機(jī)也會(huì)有更加廣泛的發(fā)展前景。