净水器方案开发设计

2020-07-30 15:44:30 hongling

净水器也称净水机,净水器的功能就是过滤水中的漂浮物,重金属、细菌、病毒等都去除掉,从而保证出水是安全的。早期的净水机是英国所发明,只是政府使用的大型公共卫生净水系统,随着科技的进步,净水器越来越小型化,开始进入家庭使用。

家用净水器作为新时代符合人们饮水要求的一种净水机器,其净水技术的发展直接关系到家用净水器的使用性能以及安全,提高饮水器的净水技术,可以有效地推动饮水器企业的发展,同时,能够为人们的饮用水健康提供一定的安全保障,鉴于目前我国人民对饮用水质量安全的高要求,我们可以发现,家用饮水器的未来发展还是有一个相当好的前景的。

一、净水器技术原理分类

净水器产品种类泛多,主要有直饮水机、纯水机、软水机、厨房净水器、R0机、电解净水器、管线直饮水机、龙头净水器、DIY净水器、双筒双净超滤机、厨饮净水器。按水质处理方式分为10类。

1、软化法,是指将水中硬度(主要指水中钙、镁离子)去除或降低一定的程度。水在软化过程中,只是软化水质,而不能改善水质。

2、蒸馏法,是指将水煮沸,然后收集蒸汽,使之冷却和凝结成液体。蒸馏水是极安全的饮用水,但有一些问题要进一步探讨。由于蒸馏水不含矿物质,这成为反对者提出人的寿命容易老化的理由。另外利用蒸馏法成本较高,耗费能源,不能去除水中挥发性物质。

3、煮沸法,是指自来水煮沸后饮用,这是一种古老的方法,在国内普遍地应用。水煮沸可杀死细菌,但一些化学物质和重金属不能去除,即使其含量极低,所以饮用仍是不安全的。

4、磁化法,是指利用磁场效应处理水,称为水的磁化处理。磁化处理的过程就是水在垂直于磁力线的方向通过磁铁后,即完成磁化处理的过程。中国对水的磁化处理仍是处于实践和研究的初级阶段。

5、矿化法,是指在净化的基础上再向水中增添对人体有益的矿物元素(如钙、锌、锶等元素)。市售净水器一般通过在净水器中添加麦饭石来达到矿化的目的。

6、臭氧、紫外线杀菌法,这些方面都只能杀菌,去除不掉水中的重金属和化学物质,经杀死的细菌尸体仍残留在水中,而成为热原。

7、活性碳吸附法。可分为以下三种形态:一、颗粒活性炭较为常用,多用本质、煤质、果壳(核)等含碳物质通过化学法或物理活化法制成。它有非常多的微孔和比表面积,因而具有很强的吸附能力,能有效地吸附水中的有机污染物。此外在活化过程中,活性碳表面的非结晶部位形成一些含氧官能团,这些基团使活性碳具有化学吸附和催化氧化、还原性能,能有效去除水中一些金属离子。二、渗银活性碳将活性炭和银结合在一起,不仅对水中有机污染物有吸附作用,还具有杀菌作用,而且在活性炭内不会滋长细菌,解决了净水器出水有时出现亚硝酸盐含净水器量高的问题。当水通过渗银活性碳时,银离子就会慢慢释放出来,起到消毒杀菌作用。由于活性炭对除去水中色、溴、氯、铁、砷、汞,氰化物、酚等具有较好效果,除菌效果90%以上,因此被应用小型净水器中。三、纤维活性炭有机炭纤维经活化处理后形成的一种新型吸附材料,具有发达的微孔结构,巨大的比表面积,以及众多的官能团。国外在采用纤维活性炭进行溶剂回收,气体净化等方面已取得了显著的成就;在水处理应用方面也做了大量的研究工作。

8、R0逆渗透膜法。R0逆渗透是一种通过国际流行的反渗透等办法,对原水进行过滤处理(物理法)后不添加任何化合物而生产出可供人类直接饮用的纯净水机器(也称为终端净水设备)。施加压力令其通过孔径大小为万分之一微米的RO(反渗透,英文Revers e Osmosi s)膜,最后通过材质为果壳(椰壳)的载银活性碳(又名小T33)调节水的酸碱度(使制出的纯净水口感变得甘甜醇美)而生产出纯净水。逆渗透技术:逆渗透原文是REVERSE OSMO—SIS,它是美国太空总署集合多国科学家,在政府支持下,花费数十亿美元,经过多年研究而成。逆渗透的原理是在原水一方施加比自然渗透压力更大的压力,使水分子由浓度高的一方逆渗透到浓度低的一方。由于的孔径远远小于病例毒和细菌的几百倍乃至上千倍以上,故各种病毒、细菌、重金属、固体可溶物、污染有机物、钙镁离子等根本无法通过逆渗透膜,从而达到水质软化净化的目的。

9、微过滤及超过滤法。微过滤法是用纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜,利用其均一孔径来截留水中的微粒、细菌、胶体等,使其不通过滤膜而被去除。这种微孔膜过滤技术又称粒密过滤技术,能够过滤微米或纳米级的微粒和细菌。超过滤和微过滤都属于膜分离技术,两者之间不存在明显的界限,超过滤的工作压力一般以0.3兆帕左右,可去除水中大分子物质、细菌、病毒等,但通量较低。

10、复合法。当一种工艺难以去除水中有害物质时,采用二种或两种以上的工艺即为复合型。如活性炭吸附、紫外线杀菌、活性炭吸附反渗透、活性炭吸附微过滤(超过滤)、聚丙烯超细纤维、活性炭、微过滤(超过滤)等在复合型净水器中,膜技术复合净水器净水性能优良,特别在去除微生物(细菌、藻类等)方面有比较显著的效果,其中一些品质优良的净水器出水可以直接生饮,得到了广大消费者的欢迎,已成为净水器当前发展的热点。

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二、家用净水器方案的关键技术

净水器的技术核心为滤芯装置中的过滤膜,目前主要技术来源于超滤膜、RO反渗透膜、纳滤膜三种。对家用净水器的研究与开发始于六十年代。现在对家用饮水净水器的研究主要是除有机物与无机污染物和除菌。家用净水器按照其设计规范主要是以城市自来水为处理水源的,但在国内部分地区,特别是北方城市也有以城市地下水为处理水源。但从技术角度而言,目前家用净水企业所生产的产品基本是以城市自来水为处理水源,并以此来确定产品关键技术的研发方向。其净水关键技术主要围绕以下几方面来展开:

按照国家适用标准的要求,生产企业主要遵照两个文件标准,分别为GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》和《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范》。家用净水器的另外一些技术标准正在制定当中,目前真正对行业起到监督规范作用的为卫生部的安全规范文件,所有净水企业均按照此标准进行生产制造,符合安全规范标准并取得卫生许可批件的产品即为合格产品,允许上市流通。

在适用水源和卫生规范允许范围内生产的净水产品,其关键技术主要围绕三方面展开,分别为:

1、一般水处理技术。

包括机械过滤、吸附、消毒、软化、电解、超滤、纳滤、反渗透精滤等。

2、净水组合技术。

以不同水质处理目的而形成的组合净水技术,包括:水质调节、纯净处理、净化处理、分质净化、水质软化等,并将多项技术根据目的的不同进行整合。

3、多重净水功能配置技术。

以水质净化为核心的多功能配置技术,包含:冷热直饮机、无管线净饮机、饮水台、开水器等。其中,直饮机的发展较快,但从使用的便捷性上来讲,直饮机需要安装管线,成为制约其发展的一个瓶颈,经过产品改良,企业新研制推出了无管线净饮机,实现了直饮机的功能但免却了安装环节,推向市场后取得了明显的销售业绩。

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三、净水器关键技术的发展趋势

1、反渗透技术将成为主流净水技术,其技术发展趋势如下。

1)超低压技术将是安全、高效的技术发展方向。目前传统反渗透产品在使用时需配备压力罐,在使用过程中容易成为细菌滋生点。如果超低压技术的广泛实现,将取消压力罐,实现RO膜出水的直接饮用,去除中间存在的可能二次污染的环节。但是目前超低压技术在整个世界范围内来讲也是在不断发展中,国内膜企业的一些超低压技术依然存在不稳定状态,技术不成熟。而国外一些大型膜企业对于超低压膜技术也在开发进程中。所以说,这是反渗透技术的一个极具空间的发展方向。

2)抗污染膜是技术提升、降低用户使用成本的关键所在。现在市场上反渗透膜的抗污染能力依然欠缺,特别是北方地区水质硬度高,对膜的损伤程度更大。现在企业设计的RO膜使用寿命为3~5年,但是在实际应用上的期限则为1~2年。这样也无形当中增加了用户的使用成本,所以抗污染的RO膜是企业未来研发的方向之一。

3)碳纳米管技术是一种新型的去离子技术,是美国斯坦福大学新近研发成功的新技术,这项技术可以有效的替代目前所使用的反渗透技术,不仅具有低成本特点,同时在去离子的同时也能够保持水中对人体有益的微量元素,有可能在家用净水领域得到大范围应用。

2、时尚精致的水质调节技术产品将逐步普及。

目前国内家用水处理行业还处于初步阶段,随着饮用水新国标颁布后,目前全国各地特别是大中型城市的自来水工厂都在进行改造,这意味着在不远的将来,城市供水基本上要严格按照国家标准实施。那么对净水产品来讲,则在去除细菌、重金属污染等研发和推广方面多有调整,其技术发展趋势有:

1)功能简单、分类使用(龙头、水壶、桌上型);国外净水产品和国内有着明显的区别,例如欧洲地区,特别是德国,基本使用净水壶,飞利浦的水龙头净水器、日本松下、三菱生产的桌上小型净水器等也非常流行,之所以这些产品高度普及,是因为其自来水水质基本可以达到生饮标准,所以用户对净水产品的功能需求与国内完全不同。欧美净水市场的今天就是我国净水行业的明天。

2)和冷热功能结合的桌上饮用装置;这类产品目前在韩国及台湾地区非常流行,该类产品具有净化和冷热双重功能。而在欧洲地区该类产品制作的更为精良、迷你,能够放在桌上直接饮用。

3)便携式的旅行净水装备。快捷方便的便携式小型净水器将拥有越来越宽广的市场。

4)滤料品质技术不断提升。新型净水器将采用更为优质的活性炭、多功能离子交换树脂和超低压精密超滤膜等。

3、家庭中央分质净水将拥有更多的市场机遇,主要针对两大类产品。

1)以超滤技术为核心的大通量家庭分质净水技术。这类技术适用于南方地区,正如现在使用的家用中央空调一样。该类产品虽然目前市场份额不大,但是也是今后的一个发展趋势。

2)离子交换配合超滤技术为核心的软化分质净水技术。这类技术目前在美国或者水质硬度较高的国家及地区应用较多,在我国北方及石灰岩地区也非常适用。

4、厨电化整合或许是下一步的净水器技术升级。

1)随着厨电产品向集成化的发展,家用净水产品将来和厨电产品的结合度会越来越高,特别表现为橱柜嵌入式净水装置。2012年上海家电博览会上已经出现了相关配套销售的产品样品。

2)具有冷热饮用功能的净化直饮机将开始采取橱柜嵌入式设计,包括水路及控制电路、出水龙头将集成化设计,这也是一种新的发展模式。

5、电解净水将拥有较好的市场前景。

电解净水器是目前在国内存在争议的一种产品,但该产品在日本、韩国、美国的应用已经十分普遍,这也是国内净水企业在下一步发展中可以借鉴和参考的发展趋势之一。

1)和超滤技术有效结合的设计精巧、智能化程度高的家庭电解水装置将成为健康养生的选择。

2)电解净水器产品在国内生产所采用的电解槽、离子交换膜等均采用进口元件进行组装,优质电解槽、离子交换膜将成为整机品质的重要保障。

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四、净水器滤芯更换周期建议

不同滤芯的更换频次和时间是不同的,因此首先要弄清楚自家购买的净水器属于什么滤芯,另外还可以参考说明书里面的厂家建议更换滤芯的时间。

1、PPC复合滤芯

PPC复合滤芯一般建议更换时间是3-6个月左右,具体还需要根据用户家里的水质情况来决定,最长不超过1年时间,一般是根据净水器机器上面的提示来进行更换,如果净水器上面的PPC复合滤芯有红色滴滴提示,说明需要更换净水器的PPC滤芯了,一般分为1级和2级这两个滤芯,需要在半年左右更换一次。

2、CPP复合滤芯

CPP复合滤芯一般使用时间是6个月左右,就需要更换一次,一般使用时间会比PPC复合滤芯时间略微长一点,但是也不会长太久,建议根据净水器机器上面的提示来进行更换,如果提示需要更换,那就及时更换吧!

3、RO膜滤芯

RO膜滤芯是最后一个三级滤芯,这个滤芯可以过滤细小的物质,一般使用时间较长,大概时间在2-3年左右,具体更换时间还需要根据使用频次以及水质来决定,当净水器机器上面的RO滤芯灯已经亮红色了提示更换了,再进行更换即可。,

4、以下是网友根据自各自使用经验分享的更换滤芯周期。

观点一:正常3-6个月换,如果是陶瓷滤芯,换下来及时用刨刀刨一层,还可以继续使用。

观点二:这种东西自己拧开来换一下就行了,我都是自己换的。3M搞的是复合滤芯,使用成本高。不如多级滤芯。我家的前二级都装了pp棉,这样可以1年同时换二根。后几级用个3-5年都不用换。实在水量变小再换好了。

观点三:需要6个月更换的是PP棉,这个其实是最便宜的一种,10多块钱而已。后面贵的滤芯可以用很多年。但一些品牌把他们都整合在一起,逼着你们同时更换。只要厨房有容纳的空间,使用多级滤芯是效果最好,成本最低的方法。

五、家用净水器方案的总结

经过国内家用净水行业近2 0年的发展,家用净水技术得到了较大的发展,尤其是各类零部件的配套已在国内逐步建立起来,但核心技术的发展仍存在较大的发展空间。如国产活性炭的综合性能不稳定;超滤技术良莠不齐,在亲水性和一致性方面较落后;RO膜核心技术欠缺,超低压技术的研发能力薄弱;其他诸如碳纳米管、电解还原等方面的研究尚未起步,这一切还将有赖于广大的家用净水产品生产厂家的不断努力。

国家已将饮水安全保障技术纳入十二五的发展规划,期待着国家相关科研院所及有实力的净水企业加大对净水核心技术的研究及对产业化的重视和投入,为净水行业的健康发展提供有力保障。