家用凈水器尾水綜合利用裝置

黃世雄

（廈門松霖科技股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

自從我國加入世界貿(mào)易組織（WTO）后，開始享受全球經(jīng)濟(jì)福利，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)也在外資推波助瀾下快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使環(huán)境惡化，地下水、河流水污染問題日益嚴(yán)重，人們開始逐漸關(guān)注飲用水的安全問題。以歐美國家為例，凈水器的安裝普及率高達(dá)75.3%以上，從我國統(tǒng)計(jì)局紕漏的數(shù)據(jù)來看，我國凈水器普及率到了2012年才開始增長，2018年已經(jīng)達(dá)到1.2億用戶，2019年突破1.5億用戶，在人民對(duì)凈水器認(rèn)識(shí)程度不斷提升的同時(shí)也帶來了凈水器尾水資源浪費(fèi)的問題。

1 家用凈水器的種類

1.1 PP棉濾芯凈水器

搭載各種PP棉過濾器的單缸凈水器，一般價(jià)格較低，但是過濾器元件容易堵塞，更換頻率高，過濾精度也不高。這個(gè)只用于水的預(yù)備過濾，不能直接喝。

1.2 RO反滲透純水機(jī)

純水機(jī)可以完全去除水中的有害物質(zhì)，純凈水就是純水。水的壓力不足以讓它發(fā)揮作用，它還需要水泵、電和壓力。它最大的缺點(diǎn)是有更多的廢水，一般過濾掉約50%的廢水。它的凈化成本很高，水的產(chǎn)出很少，只能用來解決飲用水的問題。

1.3 活性碳過濾器

活性炭的超吸附可以去除水中的異質(zhì)染色質(zhì)和異味，但不能去除水中的細(xì)菌和其他有害物質(zhì)。純粹的活性炭凈化器的去除效果也因?yàn)槌恋砦锖丸F銹不夠。

1.4 飲水機(jī)

軟水器的最大效果是軟化水質(zhì)，降低水的硬度，并減少尺度的生產(chǎn)。一般的軟化方法是將水中的鈣離子和鎂離子置換成再生鈉樹脂。但是，它既不能凈化，也不能去除水中所有的有害污染物。

1.5 超濾機(jī)

限外過濾凈化器能有效去除沉積物、漂浮物、銹、細(xì)菌、膠體以及一些高分子有機(jī)物，保留一些有益的礦物質(zhì)、微量元素等。其優(yōu)點(diǎn)是濾水器的耐用年限長，出水力大，電力和壓力小，與其他凈化設(shè)備相比成本低，非常適合家用凈水。

2 家用凈水器尾水綜合利用裝置

2.1 家用凈水器尾水綜合利用的概念

家用凈水器尾水綜合利用裝置主要是指對(duì)家用凈水器在運(yùn)行和使用過程中產(chǎn)生的尾水進(jìn)行回收再利用的綜合性技術(shù)，是1種典型的環(huán)保型技術(shù)。該技術(shù)是在現(xiàn)有家用凈水器基本原理及構(gòu)造的技術(shù)上發(fā)揮作用的，一般是通過改造凈水器結(jié)構(gòu)，加裝回收處理及再利用裝置的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)尾水的回收利用。綜合利用的概念在于對(duì)回收的尾水進(jìn)行一系列處理，從而滿足不同應(yīng)用需求的過程。例如，可以通過對(duì)尾水的處理，滿足用戶日常沐浴、種植等活動(dòng)用水需求。隨著現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，一方面家用凈水器本身的尾水控制水平越來越高，另一方面通過相關(guān)技術(shù)對(duì)尾水的回收率和利用率也在全面提升，尤其是一些尾水經(jīng)過處理之后甚至可以達(dá)到再次飲用的水準(zhǔn)。

從現(xiàn)代社會(huì)可持續(xù)發(fā)展理念的角度來講，家用凈水器尾水綜合利用裝置技術(shù)的應(yīng)用，有助于實(shí)現(xiàn)最為基本的節(jié)約用水目標(biāo)，滿足環(huán)境生態(tài)保護(hù)及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基本需求。從家用凈水器用戶的角度來講，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以在降低用水費(fèi)用的基礎(chǔ)上，得到更為健康、舒適和實(shí)用的用水體驗(yàn)。

2.2 家用凈水器技術(shù)現(xiàn)狀

反滲透凈水技術(shù)是當(dāng)前較為流行的1種凈化技術(shù)，它能夠剝離水中的有害物質(zhì)，防止長時(shí)間使用導(dǎo)致有害物質(zhì)侵蝕裝置，反向滲透以凈化的水資源。我們以江西上饒某家用反滲透凈水器為例，經(jīng)過反滲透凈水器凈化的水資源割各類有機(jī)污染物、重金屬離子數(shù)值發(fā)生了根本性改變。通過送檢分析報(bào)告得出：三氯甲烷去除率高達(dá)86%、一氯二溴甲烷去除率高達(dá)89%、二氯一溴甲烷去除率高達(dá)92%，通過測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告我們可以得知，反滲透凈水器對(duì)于有機(jī)物污染去除效果較好。分析包報(bào)告還指出錳、鎳、銅、鐵4種較為常見重金離子去除率平均高于83%，金屬陰離子去除率高達(dá)95%以上，各項(xiàng)數(shù)據(jù)報(bào)告最終指明了反滲透凈水技術(shù)對(duì)于重金屬離子和金屬陰離子過濾效果也良好[1]。

除了反滲透凈化技術(shù)，很多凈水器還采用了紫外線消毒技術(shù)，如果將反滲透技術(shù)作為預(yù)防重金屬和有機(jī)物過濾的主要手段，那么紫外線凈化技術(shù)就是消滅水中滋生細(xì)菌首選方法。紫外線凈化技術(shù)是通過預(yù)處理、超濾、活性炭吸附以及紫外線消菌4個(gè)環(huán)節(jié)達(dá)到凈化水資源目的?，F(xiàn)階段，家用紫外線凈化器一般都是由外套筒、紫外線燈光照射組、石英分層分組套管組成。外套管一般會(huì)選取不銹鋼材料作為外邊面，銅芯材料作為內(nèi)襯，當(dāng)紫外線在發(fā)生折射時(shí)，銅芯會(huì)將光線最大限度地折回，并且銅芯不會(huì)發(fā)生生銹問題，抗侵蝕程度高于不銹鋼材料，可以完美地契合凈水器工作；紫外線燈光照射組是負(fù)責(zé)消菌的核心組。在紫外線消菌前期工作時(shí)，設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)單一波段的紫外線殺菌效果有限，但是高頻率、多波段紫外線組會(huì)消滅95%以上的細(xì)菌。因此，紫外線照射組應(yīng)運(yùn)而生。而且紫外線照射組對(duì)水溫適應(yīng)能力很強(qiáng)，0 ℃～50 ℃水溫都可以進(jìn)行正常滅菌；石英分成分組材料主要是為了固定紫外線照射組，將其與水隔離開，石英本身就具有很強(qiáng)的透射率，可以幫助紫外線照射組集中照射光線。紫外線照射凈化技術(shù)具有較為強(qiáng)大可靠性與安全性，可以長時(shí)間不間斷地進(jìn)行工作[2]。

除了以上2種凈水器常用技術(shù)以外，在我國市場(chǎng)上還有1種活性炭凈化技術(shù)較為流行。使用該技術(shù)的凈水裝置最大的優(yōu)勢(shì)就是價(jià)格低廉，更換凈水芯較為便捷，但是該技術(shù)也有著一定的缺陷。筆者通過對(duì)所在城市300家使用活性炭凈水器用戶凈水質(zhì)量以及凈水芯更換頻率調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，活性炭凈水技術(shù)存在水氧不足的問題，在夏季最為炎熱的時(shí)期必須半個(gè)月更換一次凈化濾芯，否則水中有機(jī)物就會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)問題。但是更換的新濾芯在使用不到3 d后，過濾口前端位置就會(huì)出現(xiàn)過濾飽和無機(jī)物附著到濾芯上，最終降低過濾效果的情況。而且普通家庭也無法達(dá)到半個(gè)月更換濾芯一次的頻率?；钚蕴績艋夹g(shù)最大的優(yōu)勢(shì)就是成本投入少，在沒有其他設(shè)備輔助的情況下，單靠濾芯就可以增加水資源品質(zhì)，它十分適合野外應(yīng)急過濾水資源或者是短期、低頻率過濾水資源工作，如果使其長期放在家中進(jìn)行水源凈化工作，雖然購買成本會(huì)比較低，但是后期的維護(hù)成本會(huì)遠(yuǎn)高于以上2種凈水技術(shù)。

3 家用凈水器尾水綜合利用裝置設(shè)計(jì)分析

3.1 裝置整體設(shè)計(jì)

該文在研究中重點(diǎn)分析了分體式太陽能熱水器和反滲透凈水器的組合應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。在該裝置中，一方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)凈水器中絕大多數(shù)尾水的有效收集，另一方面得益于熱水器系統(tǒng)的應(yīng)用，滿足了尾水回收的儲(chǔ)存的基本需求，可以降低熱水器日常耗水量。更為關(guān)鍵的是，該裝置還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)尾水的加熱使用，進(jìn)一步提高尾水回收利用價(jià)值。在該設(shè)計(jì)中，該家用凈水器尾水綜合利用裝置主要分為3個(gè)部分，包括水調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動(dòng)上水系統(tǒng)及水加熱系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)中，將凈水器和太陽能系統(tǒng)進(jìn)行整合，基于凈水器的過濾結(jié)構(gòu)，對(duì)熱水器用水進(jìn)行過濾處理，再通過反滲透膜將其輸送到熱水器的補(bǔ)水箱中。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)尾水的收集再利用。同時(shí)，將處理之后的純凈水輸送到熱水管道，再結(jié)合太陽能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)二次用水進(jìn)行加熱的目的。如圖1所示，在這種設(shè)計(jì)模式中，形成了1套成熟的自動(dòng)化尾水再利用循環(huán)系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。

3.2 制取和尾水收集設(shè)計(jì)

制取和尾水收集裝置需要凈水器深壓痛、多層濾芯、反滲透層、壓力水泵以及水補(bǔ)給箱。尾水經(jīng)過多層濾芯的過濾，在壓力水泵的推導(dǎo)下來到自動(dòng)補(bǔ)水箱，壓力泵再次通過反滲透濾膜將尾水排擠進(jìn)水補(bǔ)給箱，形成1個(gè)完整的閉環(huán)結(jié)構(gòu)。經(jīng)過簡單凈化的尾水整體清潔度更高，可以應(yīng)用于一般打掃衛(wèi)生用水或者清潔沖刷用水的情況。

3.3 自動(dòng)上水及水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在該系統(tǒng)裝置中，自動(dòng)上水裝置的核心在于可調(diào)節(jié)水箱，通過水位傳感器及自動(dòng)補(bǔ)水箱、調(diào)節(jié)板等裝置，實(shí)現(xiàn)水位的自動(dòng)化感應(yīng)、調(diào)節(jié)和補(bǔ)充。其中，自動(dòng)上水裝置中的水由補(bǔ)水箱輸送到可調(diào)節(jié)水箱部位，然后由水影響調(diào)節(jié)板，當(dāng)水觸碰到水位傳感器，傳感器發(fā)出信號(hào)，促使進(jìn)水電磁閥開關(guān)關(guān)閉，停止補(bǔ)水。如果水位傳感器無法監(jiān)測(cè)到水，開關(guān)打開，開始補(bǔ)水。在水位調(diào)節(jié)方面，根據(jù)實(shí)際使用的需求，對(duì)裝置中的純凈水和系數(shù)用水比例進(jìn)行設(shè)定。例如，用戶在使用時(shí)需要更多的純凈水，則可以保證裝置內(nèi)儲(chǔ)存的純凈水比例更大。具體來講，通過水位傳感器，可以控制隔水板，實(shí)現(xiàn)水位的合理化調(diào)節(jié)。

3.4 凈水系統(tǒng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

以反滲透凈水裝置為例，反滲透凈水裝置需要在后側(cè)、中側(cè)制取凈水模塊，上調(diào)廚衛(wèi)用水和洗澡用水儲(chǔ)存量，只有這樣才能降低凈水設(shè)備過濾壓力。而對(duì)于一般熱水需要進(jìn)行一體化處理，通過凈水器多層濾芯凈化水質(zhì)狀態(tài)，將反滲透凈化產(chǎn)生的尾水連入自動(dòng)補(bǔ)水箱，在有需要的情況下實(shí)現(xiàn)廢水二次利用?，F(xiàn)階段，凈水器裝置要按照節(jié)能、環(huán)保、低耗能標(biāo)準(zhǔn)，所以在設(shè)計(jì)過程中一般會(huì)采用溶質(zhì)度較高的PP材料，但是該材料在水溫過高時(shí)會(huì)釋放微量就塑料元素，所以在設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)熱水凈水管道進(jìn)行處理，可以添加銅芯鍍層或者304不銹鋼鍍層，處理水溫與材料變化問題額。而對(duì)于熱水尾水處理，設(shè)計(jì)人員需要單獨(dú)設(shè)立水補(bǔ)給箱，并在外觀設(shè)計(jì)上添加防觸碰、防燙傷、高溫標(biāo)識(shí)，只有這樣才能夠保證熱水補(bǔ)給箱不會(huì)被他人在不知情的狀態(tài)下觸碰，防治發(fā)生用戶燙傷問題。設(shè)計(jì)者必須更加專注于設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)優(yōu)化，以凈水器使用便利率去占領(lǐng)市場(chǎng)份額，通過對(duì)尾水二次使用設(shè)計(jì)幫助用戶節(jié)約水資源，在節(jié)約社會(huì)資源的同時(shí)幫助用戶降低生活成本[3]。

圖1 尾水綜合利用裝置示意圖

3.5 純凈水加熱裝置設(shè)計(jì)

在該裝置中，為了滿足用戶的日常使用需求，配備了純凈水加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由凈水器壓力桶、溫度監(jiān)測(cè)儀和電輔助裝置等組成。如圖2所示，如果用戶需要對(duì)收集和處理的純凈水進(jìn)行加熱，則直接打開熱水開關(guān)。此時(shí)，純凈水受到開關(guān)影響而進(jìn)入螺旋換熱器裝置中，同時(shí)太陽能熱水也會(huì)進(jìn)入該裝置，根據(jù)用戶打開開關(guān)的幅度或角度來控制水溫。在秋冬季節(jié)，太陽能比較缺乏的時(shí)候，可以通過電輔助加熱裝置補(bǔ)充熱量。

圖2 水加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖

3.6 凈水器相關(guān)電路設(shè)計(jì)

凈水器電路設(shè)計(jì)主要由上水調(diào)節(jié)電路和純凈水電路組成，根據(jù)不同的需求，用戶會(huì)啟用不同電路系統(tǒng)。上水調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般控制衛(wèi)生間洗衣、洗澡凈水設(shè)備，由于這2個(gè)環(huán)節(jié)都不需要達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)人員可以使用功率較大的供水泵設(shè)備，在水壓出口處設(shè)定感應(yīng)壓力器，當(dāng)水量水壓達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后停止輸水活動(dòng)，電路電磁自動(dòng)跳閘，保證用戶用水安全性。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員要注意電路外表面要有2層防水防風(fēng)化技術(shù)，第1層使用軟質(zhì)樹膠材質(zhì)材料完成保護(hù)延長使用壽命，第2層使用硬質(zhì)硬塑材料增加電路硬度，保證其防水性與抗壓性，避免線路被曲折；凈水線路是供應(yīng)凈水裝置主要電源線路，該線路的特點(diǎn)是穩(wěn)定和安全，所以在電壓不易超過36 V，電路電流不宜超過75 A，這就需要設(shè)計(jì)人員設(shè)置相應(yīng)的小型變壓器。由于凈化器可能安置在一些隱蔽角落中，該線路外表面需要使用雙層阻燃軟塑材料，而且在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)人員就可以采用分段組裝形式控制線路長度，使安裝過程變得更加科學(xué)合理，盡量避免安裝線路捆扎在一起。

4 家用凈水技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 反滲透的技術(shù)

傳統(tǒng)反滲透凈化設(shè)備需要在壓力罐幫助下完成凈化過程，如果用戶長時(shí)間忘記清洗壓力罐，容易造成細(xì)菌滋生。而在納米技術(shù)的幫助下，設(shè)計(jì)者取消了原有的壓力罐裝置，采用全新的R0薄膜技術(shù)，使凈水設(shè)備可以直接達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，去除二次過濾困擾。此外，為了防止細(xì)菌滋生問題，設(shè)計(jì)人員可以在R0薄膜外表面增添抗污染涂層，這樣既可以提升凈化效率，又可以延長R0薄膜使用壽命。

4.2 中央分質(zhì)凈水

中央分質(zhì)凈水技術(shù)是超濾凈水技術(shù)的分支，其核心位分量家庭凈水裝置，這類技術(shù)一般多用于我國南方和西北方多井地區(qū)，該技術(shù)雖然現(xiàn)階段市場(chǎng)份額有限，將是未來發(fā)展發(fā)一趨勢(shì)。因?yàn)槠淇梢源罅窟^濾水資源，將水資源內(nèi)容部金屬離子吸附在濾芯位置，在通過尾水清洗降低完成自潔功能。在經(jīng)過處理后，水質(zhì)會(huì)得到軟化處理，燒水加熱就可以達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，而且由于將金屬元素過濾不會(huì)產(chǎn)生水垢，一般使用年限可以達(dá)到7 a～10 a，但是該技術(shù)也有一定的局限性，由于造價(jià)過高，因此很多地區(qū)民眾無法獨(dú)立購買。

5 家用凈水器的設(shè)計(jì)趨勢(shì)

眾所周知，我國是世界大國，由于人口數(shù)量多，水資源的人均量也非常貧乏，如何提高水資源的利用率，保證人們對(duì)于水資源的需求已經(jīng)成為備受關(guān)注的話題。隨著近些年來工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)的發(fā)展，水資源污染情況越來越嚴(yán)重，優(yōu)質(zhì)的水資源越來越少，家用凈水器的節(jié)能、凈化功能的提升已經(jīng)成為相關(guān)項(xiàng)目主要研究方向。在智能化時(shí)代到來的同時(shí)，家用熱水器的功能也更加具有豐富性，從目前來看，家用凈水器的未來發(fā)展目標(biāo)應(yīng)該是更加節(jié)能化、智能化。為了推動(dòng)家用凈水器的市場(chǎng)發(fā)展，提高我國水資源的利用率，同時(shí)保證人們健康用水，可以從以下3個(gè)方面考慮市場(chǎng)情況：1） 消費(fèi)者的凈水需求。從目前曝光的水、環(huán)境污染情況來看，消費(fèi)者對(duì)水質(zhì)的高品質(zhì)要求必然要通過使用凈水器來實(shí)現(xiàn)，這是不僅是有效的方式，也是目前唯一可以使用的方法。2） 消費(fèi)人群的數(shù)量。由于家用凈水器的發(fā)展時(shí)間不長，在市場(chǎng)上的發(fā)展空間還有很大，即使是在傳統(tǒng)行業(yè)中，水資源也是具有廣闊市場(chǎng)空間的資源之一，從這一點(diǎn)我們可以看出，凈水器有很大的市場(chǎng)，無法具體估算出需求人群的數(shù)量。3） 目標(biāo)消費(fèi)者的需求。在設(shè)計(jì)上來看，我國的凈水器產(chǎn)品仍然存在一些問題，雖然目前我國的水資源質(zhì)量較差，但是只有少部分地區(qū)污染比較嚴(yán)重，凈水器還沒有達(dá)到“家家”需要的地步，受到需求量的限制，凈水器產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題還沒有嚴(yán)重到眾所周知，因此，如何能夠提高消費(fèi)者的認(rèn)知，注重凈水器的設(shè)計(jì)問題，是在考慮市場(chǎng)需求時(shí)需要加重考慮的問題之一。

6 結(jié)語

總的來說，隨著我國凈水器的使用率越來越普及，尾水二次應(yīng)用與處理問題就變得愈加嚴(yán)峻。胡錦濤同志曾經(jīng)說過“任何一個(gè)大事情除以十三億就是小事情，任何一個(gè)小事情乘以十三億就是大事情”同理，在現(xiàn)階段，超過1.5億凈水器用戶對(duì)尾水的應(yīng)用也1個(gè)極為重要的問題，凈水器廠家設(shè)計(jì)人員必須提升自身設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)化設(shè)計(jì)水平，將尾水處理裝置單獨(dú)設(shè)立出來，引導(dǎo)用戶主動(dòng)使用尾水資源進(jìn)行二次用水，只有設(shè)計(jì)者將產(chǎn)品設(shè)計(jì)想法與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略相平衡，才能在凈水市場(chǎng)中獲得更多用戶的支持。