家用淨水器處理工藝及其使用效果

據國家環境部門統計，我國82%的河流受到不同程度的污染，50%的城市地下水受到污染。目前自來水廠的常規水處理工藝不能徹底去除有機污染物、農藥、毒素等有害物質，供水過程中經過輸水管網、水塔、水箱等設施也有可能造成二次污染。隨著人們對生活品質要求的不斷提高，家用淨水器已成為飲用水市場的消費新熱點。

一、我國家用淨水器的應用現狀

家用淨水器從上世紀80年代末在我國出現，其作用是對城市自來水進行過濾，去除水中的大量顆粒雜質、重金屬、細菌等有害物質。家用淨水器體積小，可直接裝在飲水機或水龍頭上，使用方便。目前國內已有各式各樣的水質處理器：以活性炭為主的介質過濾法（如活性炭/PP棉過濾器），約佔55%；以微濾、超濾、納濾、反滲透為主的膜法（如超濾機、微濾器、純水機、直飲機），約佔36%；以除菌為主的物化消毒法（如紫外線消毒），約佔4%；以軟化、電解為主的水質調節法（如軟水機、功能水杯），約佔5%[1，2]。目前我國家用淨水器相關的統一標準，缺乏相應的監督機制，其在應用中也就不可避免地出現了許多問題。一是淨水器的核心設備—過濾膜的造價比較高，要保證淨水質量，就應要根據用水量及其環境在半個月左右對其更換一次，使用代價高；二是一般廠家生產的淨水器都是按照某種假定水質設計過濾方案，無法根據當地自來水水質定制淨水方式，水質變化可能會使其假定過濾方案失效；三是多數廠商只能製造活性炭濾芯，中空纖維、反滲透​​膜、陶瓷濾芯等先進核心技術多依靠進口，國內濾芯製造也缺乏統一標準。

二、淨水器常用處理工藝

（一）軟水、礦化、磁化。軟化是指採用工業用鹽和離子交換樹脂等材料，來置換水中的鈣鎂離子將水軟化。水在軟化過程中只是軟化水質，而不能改善水質。礦化法是指在淨化的基礎上再向水中增添對人體有益的礦物元素（如鈣、鋅、鍶等），一般通過添加麥板石來達到礦化的目的。磁化法是指利用磁場效應處理水，稱為水的磁化處理。但人為的礦化和磁化其功效如何現在仍有爭議。

（二）消毒。採用紫外線、臭氧、電解法等進行殺毒消菌，用低壓汞燈的紫外線殺菌方式是用於飲用水消毒的非常有效的技術。

1．活性炭吸附。活性炭是以含碳為主的物質如煤、木材、骨頭、硬果殼等做原料，經高溫碳化和活化而成，包括顆粒活性炭、滲銀活性炭、纖維活性炭等。在炭粒活化過程中，晶格間生成的空隙形成了各種形狀和大小的細孔，形成了巨大的比表面積，使活性炭具有了強吸附性能。活性炭能相當有效地吸附截留懸浮物、致臭物質以及較大分子的有機物，但是無法去除小分子有機物。國內外研究表明，活性炭只對分子量在500～3000的有機物有十分明顯的去除效果，而對分子量小於500和大於3000的有機物幾乎沒有去除。活性炭其細孔宜被堵塞導致老化失效，其表面也極易滋生細菌，因此活性炭使用壽命有限。單一的活性炭淨水器應與其它材料組合使用。

2．臭氧氧化。臭氧是一種強氧化劑，能氧化多種有機物，又能去除水中的色度和臭味。但是臭氧氧化過程在投加量不足時是不完全的氧化，水中的原初物質雖然被破壞，但沒有最後形成CO 2和H2O而被去除，而是形成某些有害的中間產物。因此臭氧通常與活性炭組合使用，利用臭氧不完全氧化飲用水中的有機污染物，改變有機物的結構和形態，減少其毒性，增強在活性炭上的吸附性，以及增強其可生物降解性，促進生化效果。

3．膜分離法。用於飲用水深度處理的膜按膜孔大小可以分為四類，即微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）和反滲透膜（RO）。這四種膜在分離過程中的動力是壓力，在壓力作用下溶劑和定量的溶質能夠透過膜，而其餘組分被截留，四者組成一個可分離從離子到微粒的範圍。膜技術與活性炭吸附、臭氧氧化相比，具有更大的優越性，其去除的污染物範圍廣，從無機物到有機物，從病毒、細菌到微粒甚至特殊溶液體系的分離。微濾（MF）又稱精密過濾，其濾膜的孔徑為0.05～5.00μm，操作壓力為0.01～0.2Mpa，可以截留0.02～10μm粒子。超濾（UF），其濾膜的孔徑為5nm～0.1μm，操作壓力為0.1～1.0MPa，超濾膜是懸浮顆粒、膠體、濁度和細菌的有效屏障，但因為它的截流分子量較大，導致它對水中有機物的去除效率不高。納濾（NF），介於超濾和反滲透之間，可在較低壓力（0.5～1.0MPa）下實現較高的水通量，總鹽類去除率為50%～70%，尤其對二價離子（如Ca2+、 可在90%以上。反滲透（RO），其膜孔徑僅約1～10Å，操作壓力為1～10MPa，反滲透膜幾乎可以去除水中一切物質，包括各種懸浮物、膠體、溶解性有機物、無機鹽、細菌、微生物等，反滲透淨水器淨水效果即人們平常說的純化。

4．複合型。淨水器普遍採用兩種或兩種以上的複合型工藝。如活性炭吸附－紫外線殺菌、活性炭－反滲透、活性炭－微濾（超濾）、聚丙烯超細纖維－活性炭－微濾（超濾）等。在復合型淨水器中，膜技術複合淨水器性能優良，特別在去除微生物（細菌、藻類等）方面有比較顯著的效果，其中一些品質優良的淨水器出水可以直接生飲，已成為淨水器當前發展的熱點。

三、淨水器淨水效果分析

從淨水器的淨水原理中不難看出，家用淨水器實質上是小型的給水深度處理設施，其主要處理對像是自來水中的濁度、色度、異嗅和有機物等。它一般由預過濾（粗濾）、吸附、精濾（微濾、超濾、反滲透）等三部分組成。其中吸附（通常採用活性炭吸附）和精濾是去除水中有機物、異嗅和色度的核心技術，它的運行情況直接影響淨水器的出水水質。根據對各種類型家用淨水器的檢測與研究，凡是採用膜分離法工藝的淨水器，處理效果普遍要好於比未採用的淨水器[3，4，5，6]。在目前的水處理材料中，顆粒活性炭的質量必須予以高度關注。由於顆粒活性炭具有良好的去除水中有機污染物、改善飲水口感的作用，加之成本相對較低，很多家用淨水器的濾芯以此材料​​製造，但是顆粒活性炭的質量目前尚難以鑑定與控制，一些質量差或者老化的顆粒活性炭根本不能有效去除水中的有機污染物。

四、結論與展望

家用淨水器是一種比較有效的飲用水補充淨化手段，發展前景廣闊。但目前其處理工藝多種多樣，使用效果也參差不齊。筆者建議研究開發採用壓縮活性炭棒聯用膜分離技術，並採用紫外線對出水消毒的家用淨水器。同時應加快研究建立市場監管機制，規範淨水器行業的行為。