淺談家用反滲透凈水機(jī)濾芯壽命的影響因素

文/李志豐 熊 治 潘 盼（安徽智泓凈化科技股份有限公司）

隨著人民生活水平的提高及健康意識(shí)的增強(qiáng)，飲水安全與健康越來越受到關(guān)注，能對(duì)水質(zhì)進(jìn)行過濾凈化的凈水機(jī)逐漸成為日常家電的一種。凈水機(jī)核心裝置為各級(jí)不同作用的濾芯，各級(jí)濾芯的額定總凈水量差異較大，不及時(shí)更換濾芯會(huì)導(dǎo)致二次污染或資源浪費(fèi)。

我國(guó)的凈水機(jī)市場(chǎng)從20 世紀(jì)90 年代發(fā)展至今，由最初單一的活性炭?jī)羲畽C(jī)發(fā)展到微濾、超濾、反滲透、KDF 等單一工藝或組合工藝的凈水機(jī)。其中反滲透凈水機(jī)由于過濾效果好、工藝簡(jiǎn)單，現(xiàn)已成為市場(chǎng)上主流產(chǎn)品。本文以市場(chǎng)上常見的5 級(jí)反滲透凈水機(jī)為例探討各級(jí)濾芯的作用及影響其壽命的因素。

一、家用凈水機(jī)濾芯類型及作用

市場(chǎng)上常見的5 級(jí)反滲透凈水機(jī)濾芯分別為5μmPP棉、前置顆?；钚蕴俊?μmPP 棉、RO膜、后置活性炭。圖1為反滲透凈水機(jī)工藝圖。

圖1 反滲透凈水機(jī)工藝圖

PP 棉：又稱聚丙烯熔噴濾芯，采用無色無味的聚丙烯顆粒，經(jīng)加熱、噴絲、牽引、接收形成圓柱管狀纖維濾芯。熔融纖維在旋轉(zhuǎn)過程中形成致密的微孔，根據(jù)孔徑不同可分為1μm、5μm、10μm等多種型號(hào)的濾芯。微孔內(nèi)層致密、外層疏松，納污量大。家用凈水機(jī)行業(yè)中最常見的PP 棉有1 μm 和5μm兩種精度，第一級(jí)為5μm精度，第三級(jí)為1μm精度。用于去除自來水或者管道中的膠體、肉眼可見的顆粒污染物、鐵銹等，進(jìn)一步降低水的濁度，其顆粒去除率大于99%。

前置活性炭：活性炭濾芯主要成分為顆?；钚蕴亢蜔Y(jié)活性炭，以天然活性炭為原料加工制成，具有多孔結(jié)構(gòu)，比表面積大。經(jīng)過改性后具有多種官能團(tuán)和雜環(huán)結(jié)構(gòu)，形成強(qiáng)大的分子場(chǎng)，吸附容量大，應(yīng)用廣泛。在凈水機(jī)中主要用于吸附自來水預(yù)處理殘留的余氯和有機(jī)污染物等。具有抑菌和阻垢等復(fù)合功能的活性炭比較受歡迎。

反滲透膜濾芯：簡(jiǎn)稱RO 濾芯，是反滲透凈水機(jī)中的核心部件，由RO 膜片、純水導(dǎo)流網(wǎng)、原水導(dǎo)流網(wǎng)繞集水管卷制而成，外圍纏防水膠帶固定，形成一個(gè)圓柱狀的濾芯。集水管上面設(shè)置小孔，收集純水并排出。運(yùn)行時(shí)濾芯安裝在壓力容器內(nèi)，在進(jìn)水側(cè)施加高于原水滲透壓的外界壓力，只允許水分子和某些組分選擇性透過，其他物質(zhì)不能透過而被截留在膜表面排出系統(tǒng)外。過濾效果主要取決于RO 反滲透膜片的性能，還與原水水質(zhì)、機(jī)器凈水回收率、運(yùn)行壓力等相關(guān)。主要用來去除水中溶解鹽類、重金屬離子、病毒、細(xì)菌、消毒副產(chǎn)物等對(duì)人體有害的雜質(zhì)[1]。

后置活性炭：后置炭為高質(zhì)量的椰殼活性炭，在凈水機(jī)中主要是起到抑菌與改善口感的作用。

二、影響家用反滲透凈水機(jī)濾芯性能的因素

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《家用和類似用途飲用水處理內(nèi)芯》（GB/T 30306—2013）中，對(duì)凈水機(jī)各種內(nèi)芯及性能要求、測(cè)試方法做了規(guī)定。各級(jí)濾芯的額定總凈水量由廠家自行標(biāo)注，要求出水水質(zhì)應(yīng)符合國(guó)家衛(wèi)生管理部門相關(guān)法規(guī)及《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749—2006）的要求。若反滲透凈水機(jī)出水流量低于標(biāo)稱值或者脫鹽率低于90%，濾芯就需要進(jìn)行更換。若不及時(shí)更換濾芯，會(huì)導(dǎo)致出水水質(zhì)不合格、出水流量小、能量消耗大、二次污染等現(xiàn)象發(fā)生。

1.PP 棉性能影響因素

常見的五級(jí)凈水機(jī)中，第一級(jí)PP 棉的壽命與原水水質(zhì)關(guān)系密切。進(jìn)行了如下測(cè)試。

（1）以合肥高新區(qū)自來水[總?cè)芙夤腆w（TDS）≤100 mg/L]為原水在0.2 MPa的壓力下連續(xù)通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進(jìn)水壓力的15%時(shí)停止測(cè)試，總過濾水量達(dá)到4800 L。

（2）根據(jù)《反滲透凈水機(jī)水效限定值及水效等級(jí)》（GB34914—2017）要求配制試驗(yàn)用水（TDS 為500 mg/L±50 mg/L）[2]，在0.2 MPa 的壓力下連續(xù)通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進(jìn)水壓力的15%時(shí)停止測(cè)試，總過濾水量為2 600 L。

（3）用氯化鈉與氯化鈣配制TDS 為1000 mg/L±100 mg/L，硬度為500 mg/L 的測(cè)試液進(jìn)行第三組測(cè)試。在0.2 MPa 的壓力下連續(xù)通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進(jìn)水壓力的15%時(shí)停止測(cè)試，總過濾水量為1100L。

2.RO 反滲透膜性能影響因素

在規(guī)定的運(yùn)行條件下，凈水機(jī)的出水水質(zhì)符合要求且凈水流量不少于標(biāo)稱凈水流量時(shí)，濾芯進(jìn)行更換時(shí)累計(jì)產(chǎn)水量，稱為總凈水量。濾芯在出廠前廠家已根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行測(cè)試，并標(biāo)稱了額定總凈水量，要求用戶在使用時(shí)達(dá)到額定總凈水量時(shí)即更換濾芯。但總凈水量跟實(shí)際使用條件密切相關(guān)，通常情況下通量與脫鹽率任一指標(biāo)不合格，即使沒有達(dá)到額定總凈水量也代表濾芯已經(jīng)污堵，需要及時(shí)更換。

針對(duì)回收率和原水水質(zhì)對(duì)純水流量的影響進(jìn)行了測(cè)試。圖2、圖3 是3012-400G 膜元件在不同條件下回收率與不同原水濃度下的連續(xù)運(yùn)行純水流量變化曲線，可以看出，水質(zhì)越差，污堵越快；回收率越高，污堵越快。

圖2 不同回收率下3012-400G 膜元件純水流量變化趨勢(shì)對(duì)比

圖3 不同原水濃度下3012-400G 膜元件凈水流量變化趨勢(shì)對(duì)比

此外，污堵速度與凈水機(jī)結(jié)構(gòu)、RO 泵是否匹配、廢水比大小都存在一定關(guān)系[3]。反滲透膜濾芯被堵塞后，膜表面存在結(jié)晶物顆粒附著，顆粒會(huì)作為晶種進(jìn)一步長(zhǎng)大，導(dǎo)致后續(xù)膜堵塞速度加快，膜前壓力不斷增加，能量損耗大，出水不合格，影響凈水機(jī)整體運(yùn)行[3]，所以應(yīng)及時(shí)更換濾芯。

3.活性炭濾芯性能影響因素

活性炭和污染物分子存在“范德華力”，活性炭吸附污染物是一種物理吸附過程，這是一個(gè)可逆過程，吸附與解吸同時(shí)進(jìn)行，吸附能力與活性炭的表面積與結(jié)構(gòu)分布關(guān)系密切。研究表明活性炭對(duì)自來水中消毒副產(chǎn)物、總有機(jī)碳、揮發(fā)性有機(jī)物具有吸附作用。當(dāng)活性炭吸附過量有機(jī)物達(dá)到飽和時(shí)，水中微生物會(huì)以這些有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在微孔中大量繁殖，導(dǎo)致出水不合格，所以需要及時(shí)更換活性炭。廠商建議前置活性炭濾芯12～18 個(gè)月更換一次[4]。

三、結(jié)語

相同質(zhì)量的濾芯，水質(zhì)情況的好壞直接決定了其使用壽命；凈水機(jī)的使用強(qiáng)度和用水量的大小，也是決定濾芯更換頻率的重要因素。濾芯的更換目前沒有統(tǒng)一和準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)，需要根據(jù)生活常識(shí)與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，凈水機(jī)廠家普遍采用濾芯壽命顯示預(yù)警裝置來提醒用戶更換濾芯的時(shí)間。預(yù)警依據(jù)有時(shí)間型、流量型、時(shí)間與流量結(jié)合型、出水水質(zhì)型等，但是不能做到特別精準(zhǔn)[5]，還需要結(jié)合凈水機(jī)各級(jí)濾芯的作用原理、使用環(huán)境的差異，來把握最佳的更換濾芯時(shí)機(jī)，節(jié)約售后成本，避免二次污染。[本文為安徽省科技重大專項(xiàng)“高通量強(qiáng)抗污抗菌型RO 反滲透膜生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)：202003a05020045)的研究成果。 ]