節(jié)能殺菌水龍頭的實驗研究

　　摘要：為了充分利用水龍頭內(nèi)水的壓能，并對流過的水進行殺菌消毒，設(shè)計了一種新型的節(jié)能殺菌水龍頭，該殺菌水龍頭可以采用紫外線殺菌和臭氧殺菌兩種方式殺菌。與傳統(tǒng)的水龍頭相比，本研究課題的創(chuàng)新之處在與既充分利用了水的流動能量，又可以對水源消毒殺茵，有助于提高居民的生活用水質(zhì)量，進而提高居民的生活質(zhì)量。
　　關(guān)鍵詞：水龍頭　殺茵　節(jié)能　壓力
　　中圖分類號：TU821　文獻標(biāo)識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0218-01
　　水龍頭是用來控制水流的大小開關(guān)，有節(jié)水的功效。水龍頭的種類有很多種，按材料來分，可分為SUS304不銹鋼、鑄鐵、全塑、黃銅、鋅合金材料水龍頭，高分子復(fù)合材料水龍頭等類別。按功能來分，可分為面盆、浴缸、淋浴、廚房水槽水龍頭。按結(jié)構(gòu)來分，又可分為單聯(lián)式、雙聯(lián)式和三聯(lián)式等幾種水龍頭。另外，還有單手柄和雙手柄之分。單聯(lián)式可接冷水管或熱水管；雙聯(lián)式可同時接冷熱兩根管道，多用于浴室面盆以及有熱水供應(yīng)的廚房洗菜盆的水龍頭；三聯(lián)式除接冷熱水兩根管道外，還可以接淋浴噴頭，主要用于浴缸的水龍頭。單手柄水龍頭通過一個手柄即可調(diào)節(jié)冷熱水的溫度，雙手柄則需分別調(diào)節(jié)冷水管和熱水管來調(diào)節(jié)水溫。
　　水龍頭凈水器的凈水技術(shù)有以下幾種：(1)活性炭技術(shù)。福建的天兵凈水寶貝均是以為活性炭為龍頭凈水器的主要凈水材料，納米活性濾芯吸附能力比較好，在吸附飽和前對水中的氯、重金屬、和農(nóng)藥都有比較好的過濾效果。(2)中空纖維技術(shù)。日本的Toray及Mitsubishi Rayon、國產(chǎn)家優(yōu)水等采用的是以中空纖維膜為主的凈水技術(shù)，可以過濾掉水中絕大多數(shù)污染物，需定期更換濾芯。(3)陶瓷和納米KDF技術(shù)。國內(nèi)大部產(chǎn)品采用的是以微孔陶瓷濾芯和納米一KDF濾料、去氯球、堿性球為主的凈水技術(shù)，出水流量大于采用中空纖維技術(shù)的凈水器，此外陶瓷濾芯可以反復(fù)清刷使用，到一定使用壽命后，需定期更換濾芯。
　　1　實驗方案
　　課題研究是的一種新型的水龍頭，即節(jié)能殺菌水龍頭。該水龍頭既可以充分利用了水的流動能量，又可以對水源消毒殺菌。其原理是利用水管中水的壓力變化使薄膜產(chǎn)生形變，帶動線圈切割磁感線，產(chǎn)生電能。然后將電能儲存。隨后將不穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電，在外界開關(guān)打開的同時，作用于臭氧殺菌器，對流過的水進行殺菌。見圖1其中臭氧與水的混合采用文丘里管的方式。產(chǎn)生的臭氧先進入一水射器(文丘里管)，然后在一固定螺旋混合器中與水在湍流下充分混合。該方法具有傳質(zhì)系數(shù)高，水中臭氧濃度高，占地面積小等優(yōu)點，比較適合于以氧氣作氣源的設(shè)備。
　　
　　電能的產(chǎn)生：由于自來水管內(nèi)水壓力的變化，導(dǎo)致薄膜會產(chǎn)生微量的形變，利用杠桿原理對薄膜的微小形變進行放大，杠桿的另一端為線圈，杠桿的運動帶動線圈切割磁塊產(chǎn)生的磁感線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。
　　管內(nèi)壓力的變化：(1)從自來水廠出來的水經(jīng)過水泵升壓后維持在一定的壓力范圍內(nèi)波動，從而引發(fā)了水對管壁壓力的變化。(2)水管中的水壓是在一定的范圍內(nèi)波動的，當(dāng)有用戶用水時，管內(nèi)的水壓波動會由于使用水量的不同波動會更大，進而影響水對管壁的壓力變化。(3)用戶自身用水時，水管內(nèi)水對管壁壓力的變化。(4)管內(nèi)可能進入一些氣體，如空氣，以及在自來水廠消毒使用的氯氣，有部分剩余在水中，隨后又溢出。由于氣體的壓縮性相對液體較好，進而影響水對管壁的壓力變化。
　　2　實驗過程
　　(1)將本實驗裝置與自來水管連接，使得裝置內(nèi)的壓力與自來水管中的壓力一致。分別在裝置關(guān)閉時(無其他用戶用水)、關(guān)閉時(有其他用戶用水)、啟動時(無其他用戶用水)和啟動時(有其他用戶用水)，使用萬用表檢測線圈的兩端，是否有電流產(chǎn)生，同時記錄在不同情況下的電流大小。
　　(2)將從同一自來水管流出的水流經(jīng)過分流分成兩條路徑。路徑A流出的自來水收集于試管中，標(biāo)記A管。路徑B流出的自來水經(jīng)過本實驗裝置進行殺菌后，收集于另一空試管中標(biāo)記B管。將試管A的水樣吸取10mL，注入盛有90mL無菌水或生理鹽水于三角瓶中，并標(biāo)記A，混勻成的稀釋液，B試管中的水樣做與A試管中的水樣相同的處理。然后將三角瓶A中的稀釋液注入兩個培養(yǎng)皿中，每天1mL，并標(biāo)記1、2。三角瓶B做同樣的處理，標(biāo)記3、4。接下來在4個培養(yǎng)皿中分別倒入已融化并冷卻至45℃～50℃的細(xì)菌培養(yǎng)基，輕輕轉(zhuǎn)動平板，使稀溶液與培養(yǎng)基混合均勻，冷凝后倒置，適溫培養(yǎng)，至長出菌落即可計數(shù)。達(dá)到規(guī)定培養(yǎng)時間，應(yīng)立即計數(shù)，應(yīng)將培養(yǎng)皿放置于0～4℃，但不得超過24h，培養(yǎng)皿1、2與3、4中的菌落數(shù)分別求其平均數(shù)，將兩組進行對比，得出結(jié)論。
　　3　實驗結(jié)果分析
　　實驗觀測與測量得到以下結(jié)果。
　　實驗結(jié)果1：在裝置關(guān)閉時(無其他用戶用水)、關(guān)閉時(有其他用戶用水)、啟動時(無其他用戶用水)和啟動時(有其他用戶用水)的四種情況下，使用萬用表檢測均有電流產(chǎn)生。
　　實驗結(jié)果2：水樣中細(xì)菌數(shù)量的測定結(jié)果顯示，培養(yǎng)皿3、4中菌落數(shù)的平均數(shù)明顯低于培養(yǎng)皿1、2中菌落的平均數(shù)。
　　結(jié)果分析：實驗結(jié)果1說明本實驗裝置安裝于供水管路中可以有效的產(chǎn)生電能，并且電能的產(chǎn)生可以視為連續(xù)的。實驗結(jié)果2說明從本實驗裝置流出的水與普通水龍頭中流出的自來水所含細(xì)菌量明顯減少。綜上所述，達(dá)到預(yù)期實驗?zāi)康摹?br/>　　4　結(jié)語
　　安裝了本實驗裝置的水龍頭對自來水可以起到很好的殺菌效果，而且其能量來源于水對自來水管及水龍頭的壓力變化而進行發(fā)電，既充分利用了水的壓能，又達(dá)到了殺菌的需求。在本實驗裝置的基礎(chǔ)上仍可根據(jù)需要，對實驗裝置進行部分功能的提升，如在水龍頭的出口處安裝活性炭，從而可吸收自來水中的氯、重金屬、和農(nóng)藥等物質(zhì)，使水的潔凈程度更高。本實驗裝置簡單，可以用于家庭廚房和衛(wèi)浴場所、醫(yī)院、公共衛(wèi)生工程等公共場所、臭氧沐浴機和水療機等美容保健行業(yè)配套使用、學(xué)校等場