中國(guó)凈水器研究現(xiàn)狀與展望

周雨寧 王冰 付嘉 楊超齡 盤其鑫 劉小林 王殿惠

摘要：隨著生活水平提高，水資源的污染也逐漸加劇。凈水器已經(jīng)普遍走進(jìn)家庭當(dāng)中。凈水器已經(jīng)從原本的從單一的活性炭吸附向復(fù)合型多功能凈水器轉(zhuǎn)變。本文介紹凈水器的分類以及對(duì)其未來(lái)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：凈水器；活性炭；膜濾；礦化

1 引言

隨著我國(guó)快速發(fā)展，粗放型經(jīng)濟(jì)條件下也帶來(lái)環(huán)境的污染，水資源尤為嚴(yán)重。凈水器已經(jīng)從大眾眼中脫穎而出，它是一種小型水處理設(shè)備，起源于英國(guó)霍亂疾病。[1]現(xiàn)階段在給水處理工藝常規(guī)處理基礎(chǔ)上的自來(lái)水，面臨著長(zhǎng)距離管網(wǎng)污染的缺陷，市政管網(wǎng)末端用水并不能達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，凈水器的到來(lái)不僅能滿足生活直飲水的需求同時(shí)可以減少瓶裝水、桶裝水的使用量，降低環(huán)境的二次污染同時(shí)提高飲用水質(zhì)量，標(biāo)志著我國(guó)人民的生活水平的提升。但是凈水器在實(shí)際生活中也存在待整改的一些問(wèn)題。

2 凈水器現(xiàn)狀

根據(jù)水質(zhì)處理結(jié)果將凈水機(jī)分為三大類分別為常用水質(zhì)凈水器、純凈水質(zhì)凈化器、礦化水質(zhì)凈水器。由于凈水器要求的凈水效果不同，凈水技術(shù)也有所差異，如下表1所示。

2.1 常見水質(zhì)凈水器

活性炭水質(zhì)凈水器應(yīng)用活性炭作為濾芯，依靠比表面積高、孔隙率大具有很強(qiáng)的吸附性能，是目前水處理中最常用的凈水材料。其中活性炭根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同又分為粉末活性炭?jī)羲?、碳纖維活性炭?jī)羲?、顆?；钚蕴?jī)羲?。[2]粉末活性炭處理器中的粉末活性炭制備容易、價(jià)格較低、吸附能力強(qiáng)但是再生比較困難、不易再次利用。碳纖維活性炭?jī)羲骶哂形侥芰?qiáng)、效率高等優(yōu)勢(shì)。顆?；钚蕴?jī)羲鲀r(jià)格較貴、處理效果較好、但是可以重復(fù)利用?，F(xiàn)階段活性炭已經(jīng)從比表面積和孔結(jié)構(gòu)發(fā)展到表面活話官能團(tuán)來(lái)提高其化學(xué)吸附能力，將銀負(fù)載在活性炭上對(duì)活性炭進(jìn)行改性可以抑制水中細(xì)菌滋生、去除水中懸浮的細(xì)菌、病毒等微生物。

2.2 純凈水水質(zhì)凈水器

反滲透水質(zhì)凈水器的核心是濾膜，在加壓泵的作用下將水分子壓濾到膜的另一側(cè)，利用內(nèi)外壓力差將水與其他雜質(zhì)進(jìn)行分離，除去水中的有機(jī)物、微生物、溶解性鹽等，水質(zhì)優(yōu)于純水，多應(yīng)用于海水淡化。但是反滲透凈水過(guò)程中由于內(nèi)外壓力過(guò)大，會(huì)把溶解性礦物質(zhì)濾掉，減少人體有意元素的吸收、凈水量較低、容易出現(xiàn)反滲透膜堵塞。反滲透水質(zhì)凈水器對(duì)有機(jī)物、無(wú)機(jī)陰離子、部分重金屬的去除率在80%以上。[3]市面上凈水器大致將幾種濾芯相互組合，前處理濾芯一般選取活性炭、微濾膜、超濾膜等；最后處理采用反滲透膜，可以有效去除水體當(dāng)中的總有機(jī)碳、硬度、濁度等，因此濾芯多級(jí)連用被廣泛采用。[4]

2.3 礦化水質(zhì)凈水器

礦化水質(zhì)凈水器是現(xiàn)階段研究比較多的一種類型。它是利用特定的礦石，[5]在水凈化中不僅可以吸附水中的重金屬、有機(jī)物、細(xì)菌等雜質(zhì)同時(shí)在水中浸泡的過(guò)程中溶解出人體所需的微量元素和礦物質(zhì)，同時(shí)可以使某些水體當(dāng)中的雜質(zhì)礦化。目前礦化主要采用的是礦解石、麥飯石等一類礦物高溫煅燒而成，含有特有的陰離子團(tuán)，可以吸附水中的陽(yáng)離子包括細(xì)菌、色素等陽(yáng)離子團(tuán)，在抑制細(xì)菌有游離能力；同時(shí)麥飯石等一類礦物可以溶解出對(duì)人體有利的常量元素。但是礦石的無(wú)機(jī)物等礦物質(zhì)含量過(guò)高，人體不易吸收同時(shí)若釋放出放射性元素，可能人體健康會(huì)受到威脅。

3 凈水器發(fā)展趨勢(shì)

隨著膜濾技術(shù)、加壓水泵技術(shù)的改良，負(fù)載紫外光照、紅外裝置、水流指示器、余氯檢測(cè)器，是凈水器的性能不斷提升。凈水市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入平穩(wěn)增長(zhǎng)階段，但是降低凈化過(guò)程的廢水量、降低換芯成本、減少濾芯濾膜的污染仍是未來(lái)待解決的問(wèn)題。電離、活性炭、麥飯石、紫外線搭配在一起，[6]前處理減少中期處理的活性炭孔隙的堵塞率，最后紫外線可以殺死水中的微生物，在保留水源中微量元素的同時(shí)降低水體微生物的危害。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，可以將凈水處理過(guò)程的水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)傳輸?shù)蕉丝?，?shí)時(shí)檢測(cè)到水質(zhì)處理情況，保障用水安全的同時(shí)對(duì)凈水實(shí)時(shí)監(jiān)控。隨著大批量科研單位加盟水質(zhì)凈水器研發(fā)領(lǐng)域，新型材料和技術(shù)的引進(jìn)，將提高凈水器性能的同時(shí)充分解決人們對(duì)高品質(zhì)飲用水的剛需。[7]

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)凈水器普及逐漸加快，每年增長(zhǎng)速度以30%增加。實(shí)質(zhì)上凈水器處理核心是粗濾到吸附最后精濾的過(guò)程。處理方式多樣同時(shí)效果也不同，將兩種或兩種以上不同的凈化方式相結(jié)合重組的凈水器，可以更好地去除水中目標(biāo)性雜質(zhì)，提高凈水能力。但是在凈水器截留細(xì)菌等，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)形成生物膜影響飲用水水質(zhì)，在與空氣接觸或者是凈水器中的濾膜、濾芯等空隙率較大等有利于微生物粘附，為微生物提供滋生的營(yíng)養(yǎng)與繁殖條件，因此未來(lái)可以將凈水器各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行更換與維修。同時(shí)新型材料和技術(shù)的引進(jìn)，將提高凈水器處理效率，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的飲用水。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣莉蓉.家用凈水器技術(shù)與其展望[J].中山大學(xué)研究生學(xué)刊（自然科學(xué).醫(yī)版），2016，37（01）：25-34.

[2]丁秋華，何歡，任凌穎，王蒙蒙.國(guó)內(nèi)外家用凈水器及活性炭濾芯的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀分析[J].凈水技術(shù)，2017，36（11）：7-12.

[3]傅修軍，楊闖，牛翰彬.活性炭濾芯凈水效果的影響因素研究[J].山西化工，2017，37（04）：140-143+152.

[4]張彥魯，王新魁.反滲透凈水器的凈化效果分析[J].廣東化工，2016，43（17）：170-171

[5]李昆，王健行，魏源送.納濾在水處理與回用中的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，36（08）：2714-2729.

[6]Noriaki Seko，Hiroyuki Hoshina，Noboru Kasai，Takuya Shibata，Seiichi Saiki，Yuji Ueki. Development of a water purifier for radioactive cesium removal from contaminated natural water by radiation-induced graft polymerization[J]. Radiation Physics and Chemistry，2017.

[7]陳新波，董飛龍，李訓(xùn)超，李聰.家用凈水器濾芯的性能比較研究J].科技通報(bào)，2017，33（07）：179-183.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金：基于磷酸鹽還原體系的兼氧MBR氣化除磷機(jī)制研究（51508343）；沈陽(yáng)建筑大學(xué)博士后基金資助項(xiàng)目.