净水器滤芯寿命显示装置的种类和优缺点分析

2017-01-20张垚刘杰杨世佑涂建杰谢景卫

中国设备工程 2017年17期

关键词：反渗透膜超滤膜净水器

张垚，刘杰，杨世佑，涂建杰，谢景卫＊

（大连大学，辽宁大连 116622）

净水器滤芯寿命显示装置的种类和优缺点分析

张垚，刘杰，杨世佑，涂建杰，谢景卫＊

（大连大学，辽宁大连 116622）

滤芯是净水器的心脏，如果出了问题，净水器也就失去了自身价值。影响净水器滤芯使用寿命的因素及如何判断滤芯的使用寿命，成为目前净水器生产企业需要解决的当务之急。文章从影响滤芯使用寿命的因素、净水机滤芯寿命显示预警的种类和优缺点两个方面进行概述。

滤芯寿命；净水器；饮用水

随着水污染问题越来越严重以及桶装水问题的存在，人们越来越关注净水器净水。通过净水器过滤可以直接获得安全纯净的饮用水，净水器的使用可以改善家庭用水的质量。净水器的核心部件是滤芯，滤芯由不同的材料组成，任何一种滤芯材料都有使用寿命。滤芯在长期使用后，会因为截留物的堵塞和截留下的微生物的繁衍等，导致滤芯净水能力失效，即滤芯寿命到期。为保证饮水安全，滤芯寿命显示预警设备出现。

1 影响滤芯使用寿命的因素

GB/T30306-2013《家用和类似用途的饮用水处理内芯》按水处理原理将滤芯分为粗滤内芯、膜内芯、吸附内芯、矿化内芯、离子交换内芯、复合内芯和其它内芯。目前市场上净水器滤芯大多由PP棉、活性炭、超滤膜、RO膜等材料组合而成，由于采用滤芯原料不同，清洗、更换滤芯的频率和周期也不相同。

PP棉：PP棉作为净水器的前端过滤设备，对悬浮物、泥沙等水中大颗粒物质起到阻拦作用，但对较小颗粒不能有效过滤。PP棉的使用，尤其是在浑浊的水源中使用PP棉作为初滤设备，直接影响着滤芯的使用寿命。

活性炭：颗粒活性炭过滤采用高表面积的活性炭形式，吸附许多化合物，包括许多有毒化合物。通过添加活性炭可以解决有机污染和异味。活性炭过滤器通常不用作便携式水净化装置的主要净化技术，而是作为补充另一种纯化技术的次要手段，最常用于过滤前或后过滤处理。活性炭可以从处理过的水中除去氯，除去残留在水中的剩余杂质。PP棉与活性炭通常配合使用作为净水滤芯的预处理材料，来保护超滤膜和反渗透膜。影响活性炭过滤吸附效果和使用寿命的主要因素很多，主要有pH、温度和水源浊度。当污水中的酸含量相对碱的含量较高的时候，会提高它的吸附能力，活性炭在水温较低的环境中能够更好的发挥吸附功能。

超滤滤芯：现有的净水器大多使用超滤膜滤芯，主要为中空纤维超滤膜和陶瓷滤膜。超滤膜对胶体类杂质去除能力较好，对病毒的去除主要通过胶体类杂质的吸附作用，间接去除部分黏附在胶体上的溶解性有机物。同时，超滤膜滤芯可反复冲洗循环使用。超滤膜的一般使用压力要小于0．4MP，压力过大容易造成超滤膜的膜孔的破裂，在承压范围内超滤膜的产水量随压力有很大的提升。文佩等人在实验中发现超滤膜在过滤过程中，膜的微孔会受到不同程度地刮痕和损伤，还有杂质堵塞膜孔。超滤膜在使用50～60 h后，通量会下降，通过反冲洗的方法能使通量部分恢复，但通量呈衰减状态。陶瓷膜具有耐酸碱、耐高温、抗腐蚀等功能，同时陶瓷膜有着较好的热稳定性，使用寿命长、易清洗，但由于陶瓷膜材质少、质脆，国内生产技术不成熟，生产成本高，因此应用也相对较少。超滤技术目前受到膜污染和更换造成的高昂成本的限制，因此需要对进水进行额外的预处理，以防止膜单元过度损坏。

反渗透滤膜：反渗透滤膜是一种利用特殊材料，模拟生物半透膜制成的具有半透性能的薄膜。净水机所采用的反渗透膜孔径可达到0．0001 微米，工作时，在进水侧施加一定的压力，使水分子通过反渗透膜，而溶解在水中的重金属、细菌、病毒、有机物等有害物质则无法透过反渗透膜，从而去除水中重金属、农药、三氯甲烷等污染物。反渗透膜的性能受温度、压力、原水TDS 值影响显著，水温上升时，产水量会大幅上升，水温下降时，产水量会大幅下降。

水质情况直接决定了净水器滤芯的使用寿命，有的地方水质很好，滤芯的更换周期就会相对延长，反之滤芯更换周期会相对缩短。由于滤芯选材不同，净水效果和使用寿命也不同，市场上以次充好、以假乱真的情况也时有发生。净水器的使用强度和用水量的大小，也是决定滤芯更换频率的重要因素。李霞等人在对不同材质净水器做检测时，发现单一材质的滤芯除菌效果没有复合滤芯好，中空纤维超滤膜净水器随着净水量增加，达到一定额度时，流速减慢，影响正常使用，活性炭加碘类的滤芯在额定净水量内杀菌效果较好，超出额定净水量后，不能保证有效除菌。

目前市场上有许多滤芯寿命显示预警的配套设备，但滤芯寿命显示预警设备性能各异，各有优缺点。

2 净水机滤芯寿命显示预警的种类和优缺点

2.1 时间型滤芯寿命显示预警

这种类型的设备是通过计算滤芯的过水量，将过水量转化为时间，通过时间判断是否需要更换滤芯。这种方法的显示预警器成本低，方便安装，可以安装在净水器任何位置。采用该种方法进行滤芯报警，不能真实反映滤芯的使用情况，以正确提醒更换滤芯。由于各地的水质存在差别，在某些水质较好的地区，可能滤芯在使用一定时间后，还能继续使用；如果在水质较差的地方则相反。另外一种可能则是，使用者长期不用净水器，但即使系统一直处于开启状态，会产生很大的误差，也会导致滤芯没有达到更换标准而过早更换，造成了能源的浪费。

2.2 流量型滤芯寿命显示预警

按照净水器实际的过滤水的流量，来设定滤芯的到期时间。这种净水器设置有流量计或压力传感器，通过检查流量的变化或者压力的变化，测定通过滤芯的水流量，进而判断滤芯剩余的过水量。这种装置一般由单片机、显示器、模数转换电路构成，任意相邻的两个过滤管之间均设置有一个中间压力传感器，过滤管的起点和终点分别设置压力传感器。这种滤芯寿命显示预警较时间型的准确，但也存在着以下几个问题：采用多个压力传感器，导致生产成本提高、净水器空间占用较多；多个传感器之间的系统误差影响到测量结果，测量精度差；不同供水压力下，滤芯两端的压力差值不同，滤芯寿命检测会出现误差；单一的流量计实际往往存在一个问题，如果净水器的使用频率不高，并且滤芯长时间处于浸水状态，则在流量没达到预定流量时，滤芯已经不能够有效地净水。

2.3 泵启动时间型滤芯寿命显示预警

按照反渗透净水器泵的启动时间来设定，把泵的启动时间与流量型预警设备综合在一起，在泵启动时，流量计的计时也开始，保持泵工作与流量计时器同步。根据监控水流量数值，检测未过滤的原水和过滤后的纯水水质TDS值，通过差值计算净水效果，再结合泵的启动时间进行综合计算，得出滤芯的剩余净水能力与到期时间。

滤芯寿命显示设备不能作为唯一的评估手段，来检测滤芯的使用情况，由于不同地区不同环境下水源情况的不同，在使用净水器前应了解当地的水质情况，再根据水质情况针对性地选择滤芯。不同人的使用情况也不同，因此，在滤芯更换方面还应有运用消费者经验的估计和良好的售后跟进服务。

3 滤芯更换时机的判断

在现有技术情况下，无论采用哪种滤芯寿命显示预警设备，都不能做到特别精准。如果增加出水水质的检测设备，当水质不合格时自动报警提醒用户更换滤芯，但这种自动水质检测设备，通常体积较大，占用空间较多，不适用于家庭水器。

滤芯的更换显示预警设备目前没有统一和准确的标准，因此也需要根据生活常识与经验进行人为判断。由于各地水质情况存在差异，在选用净水滤芯时，应提前对水质进行检测，在检测的的基础上选择适用于当地水质的净水滤芯。同时，这种方法也有利于滤芯寿命的预先设定，增加了准确度。在使用过程中，如果净水机的产水量变小，经过冲洗滤芯出水量也不能达到所需水平时，就需要更换滤芯。如果安装或更换时间超过滤芯使用寿命年限，无论使用频次高低，都应检测更换，以避免造成二次污染。