飲用水處理裝置性能測試標準的比較

陳杰明 朱吉興 皮小春 王利仁

佛山市順德區(qū)阿波羅環(huán)保器材有限公司 廣東佛山 528300

1 引言

飲用水處理裝置是以符合GB 5749-2006要求的市政自來水或其他集中式供水為原水，由一個或若干個飲用水處理內(nèi)芯組成的能改善水質(zhì)的系統(tǒng)。中國和美國對于市政飲用水都有強制執(zhí)行的法規(guī)，中國由GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標準進行規(guī)范，美國由National Primary Drinking Water Regulations和National Secondary Drinking Water Regulations進行規(guī)范。但以上法規(guī)是針對市政飲用水生產(chǎn)廠家的出水水質(zhì)和管網(wǎng)末梢進行要求，而人們在日常使用過程中，飲用水經(jīng)過管道運輸至千萬家庭，再到人們飲用，這個過程的水質(zhì)很難實行監(jiān)控，從而使家用飲用水處理裝置進入尋常百姓家，以保證人們的飲水更加安全、健康。本文清楚闡明了中美標準差異，明確產(chǎn)品適用市場的不同要求，以提升凈水市場產(chǎn)品的軟實力。

2 飲用水處理裝置的規(guī)范

美國在1973年制定第一份飲用水處理裝置標準，比中國早25年，并且持續(xù)完善標準。中國標準雖然起步較晚，但是對于指標要求的設計很全面，兩國標準均涉及到飲用水處理裝置從生產(chǎn)到用戶使用的整個流程，標準都明確規(guī)定了設備材料、設計、制造和運行方面的最低要求，實現(xiàn)行業(yè)標準化，保障用戶安全。NSF/ANSI 42-2018 Drinking Water Treatment Units - Aesthetic Effects是美國飲用水處理裝置的基礎標準，作為代表與中國的GB/T 30307-2013《家用和類似用途飲用水處理裝置》標準進行比對，表1中列明中國和美國對飲用水處理裝置的技術要求比對，本文進行結構性能、衛(wèi)生安全、一般使用性能要求測試比對。

表1 中國和美國對飲用水處理裝置技術要求比對

3 結構性能比對

在中美兩國標準中，濾芯均要求便于更換及維護，且管道牢固。美國提出凈水口呈向下方向安裝，凈水出口底部邊緣應高于廢水容器溢流邊緣51 mm，需要做好防護裝置并且凈水口與防護裝置之間縫隙要便于清潔，防止使用人員直接接觸或者雜質(zhì)進入凈水口，從而污染飲用水。

中國將飲用水處理裝置分成4類，分別是整機、敞開式飲用水處理裝置、金屬承壓容器和非金屬承壓容器，實際生活中供水管道壓力會因樓層、時段等因素產(chǎn)生變化，對飲用水處理裝置結構安全的評價，實質(zhì)上是對飲水用處理裝置所用材料及部件質(zhì)量（力學方面）的綜合評價，主要體現(xiàn)在靜水壓力、循環(huán)壓力、破裂壓力試驗[1]。美國根據(jù)飲用水處理裝置的大小、類型等進行細化分為10類，測試包括靜水壓力和循環(huán)壓力試驗，無需測試破裂壓力試驗。試驗結束后檢查產(chǎn)品是否發(fā)生形變或漏水。圖1為結構試驗的測試裝置示意圖。

圖1 結構試驗裝置

3.1 靜水壓力試驗

靜水壓力試驗方法為通入13℃～24℃溫度下的水，將待測設備的空氣全部沖出來，壓力以一定的速度進行提升，升到表2指定的試驗壓力，保持15 min。美國標準的靜水壓力試驗指標嚴格于中國標準要求，表2中列出中國和美國靜水壓力試驗方法要求，應選擇表格中所提供的較大的壓力值進行測試。

表2 靜水壓力試驗方法比對

3.2 循環(huán)壓力試驗

中國對敞開式飲用水處理裝置的要求會高于美國，其他類型飲用水處理裝置是一樣的測試條件。通入（20±3）℃溫度下的水，將待測裝置的空氣全部沖出來，壓力在一定時間內(nèi)升到表3指定的試驗壓力，在進行下一次壓力循環(huán)之前，待測試系統(tǒng)的壓力回歸到＜0.014 MPa，在試驗周期期間內(nèi)定期檢查系統(tǒng)的密封性。表3中列出了中國和美國循環(huán)壓力試驗方法比對，表格中提供選項應選擇較大的壓力進行測試。

表3 循環(huán)壓力試驗方法比對

3.3 破裂壓力試驗

中國對非金屬承壓容器需要進行破裂壓力測試做了明確要求，測試方法為通入13℃～24℃溫度下的水，將待測設備的空氣全部沖出來，壓力以≤0.4 MPa/s的速度進行提升，在70 s內(nèi)達到最高工作壓力的4倍或2.76 MPa，兩者選擇較大的壓力為破裂壓力值，壓力保持5 s后再進行泄壓。檢查待測設備是否出現(xiàn)破裂、漏水、形變等現(xiàn)象，其他飲用水處理裝置不作要求。美國對破裂壓力試驗不作要求。

4 衛(wèi)生安全

中國法規(guī)要求家用和類似用途飲用水處理處置中與水接觸材料及部件需要符合《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛(wèi)生安全評價規(guī)范》，整機需要符合《生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評價規(guī)范》，飲用水處理劑需要符合GB/T 17218《飲用水化學處理劑衛(wèi)生安全性評價》，中國的涉水產(chǎn)品衛(wèi)生許可制度為行業(yè)設立了準入門檻，確保了產(chǎn)品的安全及基本功能[2]。美國同樣有萃取試驗，針對金屬元素、靶向有機化合物、非靶向的有機化合物進行評價，在認證之前都需要對產(chǎn)品進行萃取試驗，符合要求后才能開始進行認證項目的開展。

4.1 中國衛(wèi)生安全要求

浸泡水需要采用蒸餾水或去離子水，電導率要求＜2 μS/cm，通過調(diào)試，浸泡水符合pH：8；硬度：100 mg/L；有效氯：2 mg/L的指標。檢測依據(jù)是GB/T 5750《生活飲用水標準檢驗方法》。

4.1.1 飲用水處理裝置

使用市政自來水連續(xù)沖洗產(chǎn)品30 min，然后用浸泡水立即進行浸泡，兩端用包有聚四氟乙烯薄膜的干凈木塞或橡膠塞緊，在25℃±5℃避光的條件下浸泡24 h±1 h，對空白浸泡水及產(chǎn)品浸泡水進行檢測。表4中列出浸泡試驗基本和增測項目的衛(wèi)生要求，1～16項為基本項目需要全檢，17～36項為增測項目可以根據(jù)裝置的材質(zhì)及材料進行選擇。

表4 浸泡試驗基本和增測項目的衛(wèi)生要求

4.1.2 與飲用水接觸的防護材料

用自來水沖洗干凈試樣涂層片，立即在密閉、避光25℃±5℃溫度下進行浸泡，于浸泡后1、3、5、10、20和30天收集全部的浸泡水，用于檢測分析空白浸泡水及產(chǎn)品浸泡水溶出污染物濃度的衰減情況，第30天的浸泡水中污染物濃度用于評價是否符合衛(wèi)生要求。如表4中列出的衛(wèi)生要求。

4.1.3 生活飲用水輸配水設備及防護材料的衛(wèi)生毒理學評價程序及方法

根據(jù)在水中溶出物質(zhì)的不同濃度，分為四個水平并對應不同的測試項目進行毒理學評價，表5中列出毒理學試驗項目及結果評價。

表5 毒理學試驗項目及結果評價

4.2 美國萃取試驗

測試用水需要采用當?shù)刈詠硭?，通過調(diào)試測試用水符合pH：6.75±0.25；總溶解固體：（50±5）mg/L；有效游離氯：（0.5±0.05）mg/L；溫度：（23±2）℃的指標。在0.34 MPa壓力下通水，按照制造商要求進行沖洗，通入測試用水在（23±2）℃溫度下，浸泡24 h。需要重復上述實驗3次，得到3份2 L水樣，混合后進行金屬元素、靶向化合物、非靶向化合物檢測，需要用測試用水作為空白，如有檢出有目標物濃度，需要扣除空白濃度。

4.2.1 金屬元素測試要求

檢測依據(jù)是采用EPA 200.8電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水體與廢物中的微量元素能滿足14種金屬元素測定，也可以采用EPA 200.7電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定水和廢物中的金屬和微量元素標準，或者采用EPA 200.9恒溫石墨爐原子吸收法測定金屬和微量元素標準進行測試，根據(jù)實驗室情況進行選擇測試方法，表6中列出金屬元素的指標要求。

表6 金屬元素指標要求

4.2.2 靶向化合物測試要求

半揮發(fā)性有機物（SVOC）的檢測依據(jù)是采用EPA 525.2飲用水中的有機化合物測定液-固萃取毛細管氣相色譜法質(zhì)譜分析標準能滿足36種SVOC測定，也可以選擇EPA 528固相萃取和毛細管柱氣相色譜/質(zhì)譜測定飲用水中的酚類、EPA 625用氣相色譜/質(zhì)譜法分析在特制罐中收集的空氣中揮發(fā)性有機化合物的測定、EPA 521固相萃取-毛細管柱氣相色譜-大容量進樣-化學電離串聯(lián)質(zhì)譜法測定飲用水中亞硝胺標準，根據(jù)實驗室的條件選擇測試方法。

揮發(fā)性有機物（VOC）檢測依據(jù)是采用EPA 524.2毛細管柱氣相色譜/質(zhì)譜法測定水中可吹掃的有機化合物標準能夠滿足63種VOC測定，除了丙烯腈以外，其他也可以選用EPA 524.3毛細管柱氣相色譜/質(zhì)譜法測定水中可吹掃的有機化合物標準，根據(jù)實驗室的條件選擇測試方法。表7中列出靶向化合物指標要求，1～36項為SVOC限值要求，37～99項為VOC限值要求。

4.2.3 非靶向化合物測試要求

通過特定配方審查之后確定有需要的，對產(chǎn)品部件進行VOC、SVOC分析，包括全范圍質(zhì)譜庫，以監(jiān)測非靶向化合物。利用譜庫檢索“匹配度”對未知物進行最佳匹配度定性，可以使用總離子峰面積與相近的已知濃度的物質(zhì)進行濃度估算（半定量），應報告≥3.0 ppb濃度所檢測到所有TIC，采用NIST 2007或最新的譜庫進行檢索。針對未知的化合物進行排查，經(jīng)過一系列排查重復檢查譜庫、反饋給制造商提供更多信息、配方復查成分及副產(chǎn)物等，仍無法識別的，產(chǎn)品符合標準要求可以不予考慮。

美國通過GC/MS可以直接監(jiān)測產(chǎn)品中非靶向化合物，這樣能夠更加全面的監(jiān)控樣品的安全性，比中國更加完善。

5 一般使用性能要求

一般使用性能要求中，中國僅對產(chǎn)品性能進行最低要求，其他都不作限制，美國對于飲用水處理裝置的設計提出更多的硬性指標，也可更好服務于產(chǎn)品設計。

兩國測試試驗裝置原理相同，通過攪拌添加污染物得到測試用水，在一定壓力下輸送至待測裝置，測試進水污染物濃度和出水污染物濃度，通過計算得到凈化效率。圖2為試驗裝置示意圖。

表7 靶向化合物指標要求

圖2 試驗裝置

5.1 凈水流量試驗

凈水流量是指在整個額定總凈水量過程中都能達到的標稱流量，在符合試驗進水水質(zhì)要求下進行凈水流量試驗。表8中列出了中國和美國測試凈水流量試驗的方法要求。

5.2 額定總凈水量試驗

美國額定總凈水量是由制造商進行規(guī)定，在功能測試上進行驗證，不單獨進行測試。中國對額定總凈水量試驗進行了明確規(guī)定。

其測試方法為按照制造商說明對飲用水處理裝置進行沖洗，完成后通入市政自來水，在達到標準額定總凈水量的0%、25%、50%、75%、100%時，進行化合物的加標試驗。一般分為純凈水處理器（包括：反滲透凈水器、納濾凈水器、電滲析凈水器、蒸餾凈水器）和一般水質(zhì)處理器（包括：活性炭、膜過濾、另加消毒組件），根據(jù)具體條件和需求進行確認化合物的加標項目，并且在額定總凈水量下去除率均達到要求，表9中列出不同飲用水處理裝置針對不同的化合物進行加標試驗。

表8 凈水流量試驗方法要求比對

表9 中國額定總凈水量試驗方法

5.3 其他

（1）中國規(guī)定凈水水質(zhì)符合GB 5749標準要求，在運行中噪聲≤65 dB（A），控制裝置靈敏可靠具有自動保護和控制功能。

（2）美國針對產(chǎn)品設計進行了規(guī)定，表10為美國最低使用要求。

表10 美國最低使用要求

6 討論

（1）在結構性能測試方法上，美國根據(jù)飲用水處理裝置的類型和大小來制定承壓能力，裝置越大承壓能力也相應提高。中國可以借鑒這種承壓能力評估方法，拓展現(xiàn)有承壓測試方法，并且對大型飲用水處理裝置加嚴要求。

（2）在衛(wèi)生安全測試上，中國覆蓋污染物種類比較全面，而美國針對金屬和有機物，特別是有機物數(shù)量非常多，并且對污染物做了深度研究，不斷調(diào)整指標。如：鋁元素、銅元素、鋇元素等，在微量攝入的條件下對人體是有益的，中國可以考慮適當放寬指標。

（3）在一般使用性能要求上，中國對使用性能要求進行詳盡的說明，從側面上看，各類型的飲用水處理裝置都有污染物去除功能，保證產(chǎn)品的安全和基本功能。在這基礎上可以借鑒美國，考慮增加對產(chǎn)品設計的要求，從而使流向市場的產(chǎn)品更加規(guī)范化。

（4）本文沒有對特殊使用性能要求展開討論，目前美國在有性能指示（PID）的情況下要求達到額定總凈水量的120%，在沒有性能指示（PID）的情況下要求達到額定總凈水量的200%。中國對于特殊使用性能按照額定總凈水量100%進行測試，后續(xù)仍有理念創(chuàng)新的空間。

目前生活飲用水輸配水設備及防護材料衛(wèi)生安全評價、生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評價等標準已提交報批稿，在此版標準中增加了有機污染物、激素等監(jiān)控，刪除色度、pH、COD、顆粒物析出等指標，但是出水水質(zhì)也應該符合GB 5749標準要求。隨著我國科學的進步，技術迭代，很多技術指標都可以得到控制，逐步收窄監(jiān)控的種類，并進行更深入的研究。近期GB/T 30306和GB/T 30307、GB 34914的標準將會進行修訂，筆者將繼續(xù)研究探討。