节能杀菌水龙头的实验研究

　　摘要：为了充分利用水龙头内水的压能，并对流过的水进行杀菌消毒，设计了一种新型的节能杀菌水龙头，该杀菌水龙头可以采用紫外线杀菌和臭氧杀菌两种方式杀菌。与传统的水龙头相比，本研究课题的创新之处在与既充分利用了水的流动能量，又可以对水源消毒杀茵，有助于提高居民的生活用水质量，进而提高居民的生活质量。
　　关键词：水龙头　杀茵　节能　压力
　　中图分类号：TU821　文献标识码：A　文章编号：1672-3791(2012)01(b)-0218-01
　　水龙头是用来控制水流的大小开关，有节水的功效。水龙头的种类有很多种，按材料来分，可分为SUS304不锈钢、铸铁、全塑、黄铜、锌合金材料水龙头，高分子复合材料水龙头等类别。按功能来分，可分为面盆、浴缸、淋浴、厨房水槽水龙头。按结构来分，又可分为单联式、双联式和三联式等几种水龙头。另外，还有单手柄和双手柄之分。单联式可接冷水管或热水管；双联式可同时接冷热两根管道，多用于浴室面盆以及有热水供应的厨房洗菜盆的水龙头；三联式除接冷热水两根管道外，还可以接淋浴喷头，主要用于浴缸的水龙头。单手柄水龙头通过一个手柄即可调节冷热水的温度，双手柄则需分别调节冷水管和热水管来调节水温。
　　水龙头净水器的净水技术有以下几种：(1)活性炭技术。福建的天兵净水宝贝均是以为活性炭为龙头净水器的主要净水材料，纳米活性滤芯吸附能力比较好，在吸附饱和前对水中的氯、重金属、和农药都有比较好的过滤效果。(2)中空纤维技术。日本的Toray及Mitsubishi Rayon、国产家优水等采用的是以中空纤维膜为主的净水技术，可以过滤掉水中绝大多数污染物，需定期更换滤芯。(3)陶瓷和纳米KDF技术。国内大部产品采用的是以微孔陶瓷滤芯和纳米一KDF滤料、去氯球、碱性球为主的净水技术，出水流量大于采用中空纤维技术的净水器，此外陶瓷滤芯可以反复清刷使用，到一定使用寿命后，需定期更换滤芯。
　　1　实验方案
　　课题研究是的一种新型的水龙头，即节能杀菌水龙头。该水龙头既可以充分利用了水的流动能量，又可以对水源消毒杀菌。其原理是利用水管中水的压力变化使薄膜产生形变，带动线圈切割磁感线，产生电能。然后将电能储存。随后将不稳定的电源转变为稳定的交流电，在外界开关打开的同时，作用于臭氧杀菌器，对流过的水进行杀菌。见图1其中臭氧与水的混合采用文丘里管的方式。产生的臭氧先进入一水射器(文丘里管)，然后在一固定螺旋混合器中与水在湍流下充分混合。该方法具有传质系数高，水中臭氧浓度高，占地面积小等优点，比较适合于以氧气作气源的设备。
　　
　　电能的产生：由于自来水管内水压力的变化，导致薄膜会产生微量的形变，利用杠杆原理对薄膜的微小形变进行放大，杠杆的另一端为线圈，杠杆的运动带动线圈切割磁块产生的磁感线，由法拉第电磁感应定律可知，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流。
　　管内压力的变化：(1)从自来水厂出来的水经过水泵升压后维持在一定的压力范围内波动，从而引发了水对管壁压力的变化。(2)水管中的水压是在一定的范围内波动的，当有用户用水时，管内的水压波动会由于使用水量的不同波动会更大，进而影响水对管壁的压力变化。(3)用户自身用水时，水管内水对管壁压力的变化。(4)管内可能进入一些气体，如空气，以及在自来水厂消毒使用的氯气，有部分剩余在水中，随后又溢出。由于气体的压缩性相对液体较好，进而影响水对管壁的压力变化。
　　2　实验过程
　　(1)将本实验装置与自来水管连接，使得装置内的压力与自来水管中的压力一致。分别在装置关闭时(无其他用户用水)、关闭时(有其他用户用水)、启动时(无其他用户用水)和启动时(有其他用户用水)，使用万用表检测线圈的两端，是否有电流产生，同时记录在不同情况下的电流大小。
　　(2)将从同一自来水管流出的水流经过分流分成两条路径。路径A流出的自来水收集于试管中，标记A管。路径B流出的自来水经过本实验装置进行杀菌后，收集于另一空试管中标记B管。将试管A的水样吸取10mL，注入盛有90mL无菌水或生理盐水于三角瓶中，并标记A，混匀成的稀释液，B试管中的水样做与A试管中的水样相同的处理。然后将三角瓶A中的稀释液注入两个培养皿中，每天1mL，并标记1、2。三角瓶B做同样的处理，标记3、4。接下来在4个培养皿中分别倒入已融化并冷却至45℃～50℃的细菌培养基，轻轻转动平板，使稀溶液与培养基混合均匀，冷凝后倒置，适温培养，至长出菌落即可计数。达到规定培养时间，应立即计数，应将培养皿放置于0～4℃，但不得超过24h，培养皿1、2与3、4中的菌落数分别求其平均数，将两组进行对比，得出结论。
　　3　实验结果分析
　　实验观测与测量得到以下结果。
　　实验结果1：在装置关闭时(无其他用户用水)、关闭时(有其他用户用水)、启动时(无其他用户用水)和启动时(有其他用户用水)的四种情况下，使用万用表检测均有电流产生。
　　实验结果2：水样中细菌数量的测定结果显示，培养皿3、4中菌落数的平均数明显低于培养皿1、2中菌落的平均数。
　　结果分析：实验结果1说明本实验装置安装于供水管路中可以有效的产生电能，并且电能的产生可以视为连续的。实验结果2说明从本实验装置流出的水与普通水龙头中流出的自来水所含细菌量明显减少。综上所述，达到预期实验目的。
　　4　结语
　　安装了本实验装置的水龙头对自来水可以起到很好的杀菌效果，而且其能量来源于水对自来水管及水龙头的压力变化而进行发电，既充分利用了水的压能，又达到了杀菌的需求。在本实验装置的基础上仍可根据需要，对实验装置进行部分功能的提升，如在水龙头的出口处安装活性炭，从而可吸收自来水中的氯、重金属、和农药等物质，使水的洁净程度更高。本实验装置简单，可以用于家庭厨房和卫浴场所、医院、公共卫生工程等公共场所、臭氧沐浴机和水疗机等美容保健行业配套使用、学校等场