反渗透净水器大流量技术的研究及应用.pdf

Articles论文44 家电科技 Vol.3 2023 Issue 422反渗透净水器大流量技术的研究及应用Research and application of large fl ow technology for household reverse osmosis water purifi er成吉会 官阔荣 韩升学 张辉CHENG Jihui GUAN Kuorong HAN Shengxue ZHANG Hui 浙江苏泊尔厨卫电器有限公司 浙江绍兴 310052Zhejiang SUPOR kitchen and bathroom appliance Co.,Ltd.Shaoxing 310052 摘 要：反渗透净水器由于过滤精度高，需要高压进行逆向渗透，其纯水的终端出水量受到约束。为了在目前技术基础上提升终端出水量，采用大流量技术来提高终端出水量参数。通过测试分析，大流量技术能够显著提升终端出水量（可达4 L/min），大幅降低产品噪声（51 dB(A)），且保证出水水质符合卫生安全的标准要求。此外，大流量技术在净水器成本方面也有较大幅度的降低。因此，大流量技术在饮水体验、纯水水质、产品成本等方面，都更符合消费者需求，对反渗透净水器行业的发展起到积极的促进作用。关键词：大流量；大通量；脱盐率；噪声；终端出水量（净水器出水口流速）Abstract:Due to the high fi ltration accuracy,reverse osmosis water purifi er needs high pressure for reverse osmosis,and the terminal water output of pure water is restricted.In order to improve the terminal water yield based on the current technology,large fl ow technology is adopted to improve the terminal water yield parameters.Through testing and analysis,the large fl ow technology can signifi cantly improve the terminal water output(to 4 L/min),greatly reduce the product noise(51 dB(A),and ensure that the effl uent quality meets the health and safety standards,in addition,the large flow technology also has a considerable reduction in the cost of water purifiers.Therefore,the large flow technology in drinking water experience,pure water quality,product cost,etc.,are more in line with consumer demand,and play a positive role in promoting the development of reverse osmosis water purifi er industry.Keywords:Large fl ow;Large fl ux;Desalination rate;Noise;Terminal water output(Water purifi er outlet fl ow rate)中图分类号：TU821.4 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.03.0060 引言在用净水器解决了饮用水水质安全问题后，人们对净水器的认知逐步提升，越来越多的用户将净水器的应用由单一饮水场景逐步扩展到烹饪用水、厨房洗涤用水等多场景，新的应用场景对净水器提出了新的要求，净水器需要更大的终端出水量，以减少用水等待时间。更大的终端出水量，给用户带来了更快速的用水体验。但与此同时，由于目前市面上净水器出水量的提升都是通过提高RO膜通量（膜面积）及加大增压泵功率的方法来实现，此方法有两个主要的技术矛盾：一是“更大的纯水流速”与“更大的增压装置产生的噪声”之间的矛盾。单位RO膜面积的净水量是相对固定的，为了提升终端出水作者简介：成吉会，工程师。研究方向：水处理技术。联系地址：浙江省绍兴市柯桥区经济技术开发区兴滨路399号。E-mail：。量，只有通过提高RO膜面积来提高纯水的流速，RO膜面积增加后，就需要加大增压装置的动力来满足RO膜的工作条件，增压装置的动力增加后，产生的噪声也随之增加，形成了技术矛盾。现有技术是通过多重降噪的方法来降低大功率增压泵的噪声，但多重降噪方案会增加产品成本。如果能通过有效的技术方法，将增压装置的动力降到最低，可解决此矛盾。二是“更大的RO膜面积”与“更严重的头杯水问题”之间的矛盾。RO膜面积增大后，导流网的面积也跟着增大，导流网层储存的浓缩水也就越多，在机器静止一段时间后，浓缩水便渗透到纯水侧，造成头杯水问题；现有技术中采用零陈水5技术来解决RO膜“头杯水问题”，但是零陈水方案会增加废水量。如果能减小使用的RO膜面积，Articles论文 45家电科技 Vol.3 2023 Issue 422可解决此矛盾。本论文主要针对上述矛盾，设计了一种大流量技术方案，并将其应用到净水器中，以改善上述问题，通过实验室进行大流量和大通量技术样机的对比，对大流量技术的特点进行研究。本文所述的术语定义：（1）“大流量净水器”是指使用反渗透净水器前制好一定量的纯净水并进行存储抑菌，使用时通过大流量抽水泵（大于4 L/min）将纯净水泵出的一种净水器。（2）“大通量净水器”是指反渗透净水器的RO膜通量较大（一般指400 G及以上）的一种净水器。（3）“头杯水”是指反渗透净水器正常使用阶段，机器停机一段时间后再次启动后放出的第一杯水。1 反渗透净水器大流量技术原理既要实现大的纯水出水流速，又要小的噪声，本文设计一种大流量技术，具体方法为：将小流速的纯水储存到保鲜水箱内，需要用水时，用大流量抽水泵从保鲜纯水箱内将纯水泵出，实现出水大流量，原理示意图如图1。其原理是：自来水通过前置PP/C复合滤芯，在增压泵的作用下，将自来水水压增大到0.50.6 MPa，增压后预处理的水进入到RO膜进行过滤，经过RO膜过滤的纯净水流入到净水器内的纯水箱内储存，少量浓水通过浓水电磁阀排出，在纯水箱的上盖设置有UV杀菌灯，通过定期的UV杀菌灯照射，保证纯水箱内的水质新鲜，无二次污染。纯水箱设计容积为56 L，可满足一个57人的家庭一天的饮用水需求，当用户取水时，抽水泵将水箱内的纯净水泵出。2 反渗透净水器大流量技术性能及对比分析净水器主要性能包括：（1）纯水出水流速；（2）出水水质；（3）产品噪声；（4）系统成本。下面对这几点进行测试和研究分析。2.1 出水流速大流量技术方案在产品内设计纯水箱，纯水箱下方设计一个恒流抽水泵，终端出水采用恒流抽水泵将水泵出，具体结构如图2所示。为了比较采用大流量技术产品的终端出水流速，本文选取目前市面上较为高端的某款1200 G大通量净水器进行对比分析，图3为实验室测试得到的对比数据。从图3分析可得出，大流量净水器出水速度可达到4 L/min，高于图1 大流量技术方案水路原理图 图2 大流量净水器结构示意图图3 本文设计大流量净水器与市售某款1200 G大通量净水器出水流速对比图Articles论文46 家电科技 Vol.3 2023 Issue 4221200 G大通量净水器，且出水流速稳定，不受自来水水压的波动影响；大通量净水器出水流速有一段爬升过程，在水压不稳的情况下，出水流速也会跟随水压轻微波动，可推测如果在高层建筑用水集中时，波动现象更为显著。2.2 系统噪声在噪声方面，将大流量技术方案分别与600 G、800 G、1000 G、1200 G四个型号的大通量净水器进行噪声对比分析，测试环境和测试方法如下：测试执行标准：GB/T 421420177。评判标准：QB/T 41442019 家用和类似用途纯净水处理器（如表1）。表1 QB/T 41442019噪声要求噪声要求流量（L/h）限值（dB(A)）8（0.13 L/min）508（0.13 L/min）且60（1 L/min）5560（1 L/min）65测试环境：环境噪声22 dB(A)，环境温度t=205，相对湿度RH=50%20%，大气压P=95 kPa10 kPa。测试方法：选用半球面10点的包笼面，净水器放置于几何中心，连续进行3次测试，取平均值为最终测量值，如图4所示。根据上述的测试方法，具体测试数据如图5（数据来源：本公司实验室）。从测试数据可以看出，大流量技术方案选择小功率增压泵，因此噪声较小，约为50 dB(A)，而大通量的净水器使用的增压泵功率随着通量的增加而增大，带来噪声也同步增大，1200 G的产品噪声甚至接近60 dB(A)，虽然符合评判标准，但是在实现大流量的同时保证较小的噪声，才更容易让用户接受。2.3 出水水质大流量技术方案采用保鲜水箱储水净水工艺，在RO膜后端设置一个56 L储水的保鲜水箱，此水箱可有效中和净水器产生的头杯水。当净水器静止2 h以上时，净水器“头杯水”现象产生的高TDS水会先流入抑菌水箱内与纯水稀释，大流量技术方案RO膜面积小，“头杯水”问题产生的高TDS水水量也少，稀释后纯水脱盐率大于90%，符合GB/T 30307 家用和类似用途饮用水处理装置6的出水水质要求。为了进一步分析大流量技术方案“头杯水”问题的改善效果，将大流量技术方案产品与1200 G的大通量净水器进行对比实验，TDS值测试数据如图6所示（数据来源：本公司实验室）。图6 纯水净膜技术与普通RO机总溶解固体对比根据实验数据可以发现，大流量净水器TDS值非常低且稳定不变，符合GB/T 30307 家用和类似用途饮用水处理装置 的出水水质要求，1200 G的大通量净水器“头杯水”（约200800 mL范围内）TDS高，不符合GB/T 30307水质要求，饮水时需要将“头杯水”排出。在卫生功能性方面，依据 生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范反渗透处理装置（卫法监发2001161号附件4C），GB/T 57502006 生活饮用水标准检验方法，对产品进行了测试，测试数据如表2所示（数据来源：广东省生物制品与药物研究所，检测报告编号：21GW0379）。图5 大流量净水器与6001200 G大通量净水器噪声对比图图4 噪声测试方法示意图Articles论文 47家电科技 Vol.3 2023 Issue 422通过加标测试，在额定总净水量的末期，大流量净水器对人工配制水中的砷、镉、铬（六价）、铅、氟化物、硝酸盐氮、三氯甲烷、四氯化碳的去除率均符合 生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范反渗透处理装置（卫法监发2001161号附件4C）的要求。大流量净水器有其优点，但也带来一些难题。此技术相对于大通量净水器，因为是储水式的供水方式，如何避免纯水箱的二次污染问题是该技术的难点。为了避免纯水箱二次污染，大流量净水器在水箱内设计有UV杀菌装置，每隔4 h工作一次，抑制水箱内的细菌滋生，进而保证纯水箱水质。当用户48 h内未取水时，净水器会进行自动排空并更新水箱内的纯净水，保证纯水箱内的水质达标。2.4 系统成本RO膜的成本是反渗透净水器重要的成本组成，大流量净水器RO膜因为其在非用水状态时，机器仍在工作制造纯净水，利用纯水箱储水，提高了RO膜的使用效率，所以RO膜一般设计为小体积，通常为50100加仑，成本较大通量产品大幅降低，其配套的增压泵、电源适配器等配置也降低，成本也随之降低，具体差异如下：（1）RO膜：膜面积约为大通量RO机膜面积的1/31/5，成本下降50%70%。（2）增压泵：流量由4 L/min降低为1 L/min，成本下降40%60%。（3）电源适配器（变压器）：电流由4 A降低为2 A，成本下降30%50%。（4）运输费用：大流量净水器净重量减小约20%，成本下降10%15%。综合整体成本低于大通量净水器约30%50%。当然，大流量净水器也有弊端，主要为出水能力不可连续，当纯水箱内的纯净水抽完时，需要等待一段时间（约530 min）才能进行下一次出水。当用户需要一次性使用大量（7 L）的纯水时，或用户家庭人数7人时，就不太适用该净水器，此时可选择大通量净水器，以更好地满足需求。3 结论本文通过将大流量技术在家用净水器领域的应用与大通量技术进行样机对比测试，根据实验室数据得出：（1）大流量技术终端出水流速达到4 L/min，高于目前行业大通量技术产品，出水流速稳定、无波动。（2）噪声可控制在51 dB(A)以内，低于大通量产品4 dB(A)以上，大流量技术采用小功率增压泵，从主动降噪方面降低噪声。（3）出水水质方面，大流量净水器产品头杯水脱盐率90%，符合GB/T 30307 家用和类似用途饮用水处理装置 的出水水质要求，而大通量净水器产品需要将“头杯水”排掉才能满足饮用水水质要求；在卫生功能性方面，对重金属、有机化合物等的去除率与大通量为同等水平，符合水质标准的要求。（4）将大流量技术应用在家用净水领域，对比大通量技术，整体成本可下降约30%50%。基于上述四点，笔者认为大流量技术是一种用户体验较好的技术，在实际应用中，可根据用户的家庭人数和饮用水需求选用该技术产品。相信未来随着新材料、新技术的进步，将会有更先进的技术方案实现更好的净水器性能和用户体验。参考文献 1 王统帅,鲁建国.饮用水处理装置及内芯安全、性能解读J.家电科技,2015(05):10-11.2 鄂学礼.饮用水深度净化与水质处理器M.北京:化学工业出版社,2004.3 赵玫,周海亭,陈光冶,等.机械振动与噪声学M.北京:科学出版社,2019.4 罗志烽,汪河伟,杨学灵,等.GB 349142021净水机水效限定值及水效等级标准解读J.轻工标准与质量,2022(01):41-42+45.5 官阔荣,成吉会,杨浩,等.探讨反渗透净水器零陈水的实现方法及控制技术J.家电科技,2021(05):94-97.6 家用和类似用途饮用水处理装置 GB/T 303072013J.标准生活,2014(04):34-37.7 GB/T 42142017家用和类似用途电器噪声测试方法S.（责任编辑：张晏榕）表2 大流量净水器卫生功能性测试数据加标水（理化）检测结果（4000 L）测定项目单位加标原水过滤后水去除率（%）去除率要求样品1样品2样品1样品2（%）砷mg/L0.3010.0010.00199.799.783镉mg/L0.03340.00050.000598.598.583铬（六价）mg/L0.1720.0040.00497.797.767铅mg/L0.1670.0010.00199.499.490氟化物mg/L8.030.050.0599.399.375硝酸盐氮mg/L33.10.760.7597.797.767三氯甲烷g/L329.41.72.499.599.395四氯化碳g/L81.30.10.199.899.898