家用紫外线净水瓶

文长沙市明德中学K322班郑中行



家用紫外线净水瓶

文长沙市明德中学K322班郑中行

水是生命之源，如今，大家对饮用水的质量越来越重视。近年来，水源污染严重，而自来水在输送过程中易受管道等设施的二次污染。为提高饮用水的质量，越来越多的家庭选择使用净水设备。

市面上常见的净水设备采用膜过滤技术对水进行净化，过滤膜的孔径范围为0.001um至0.002um，虽然它能有效拦截细菌，但无法有效滤去病毒。另外，由于过滤膜的孔径大小不均且会在一定条件下发生形变，所以很难保证过滤膜的拦截效果。

如何滤除或杀灭细菌和病毒而不引入新的污染物，是当前净水设备的一个基本要求，而紫外线消毒技术恰恰能满足这一要求。

因此，本文采用紫外线消毒技术，同时考虑到紫外线不能实时消毒的特点，提出了一种家用紫外线净水瓶的设计方案，这种净水瓶可在10分钟内将自来水净化为可直接饮用的水。

一、紫外线净水原理

紫外线消毒是国际公认的有效消毒技术之一，对细菌和病毒的杀灭率高达99.99%。紫外线消毒历史悠久，在水处理领域已有100多年的应用历史。

紫外线是一种波长在100nm至380nm的电磁波，属广谱杀菌射线，用于消毒的紫外线波长范围为200nm至280nm。在各种波长的电磁波中，紫外线最容易被微生物吸收。

紫外线的消毒原理是，微生物在吸收紫外线后，体内的核酸结构被破坏，导致无法继续分裂繁殖。由于微生物的生命周期较短，在不能繁殖新细菌和病毒的情况下会迅速死亡。

紫外线消毒属于物理方法，不需要添加任何化学试剂，不会产生有害副产物。

二、结构设计

我设计的紫外线净水瓶容量为5L，基本可以满足一个家庭一天的饮水需求。紫外线灯安装在净水瓶底部；瓶体侧面设有水位刻度表，方便及时续水；出水口设置在瓶体上部侧面；瓶体顶部设置操作面板，面板上的LCD液晶显示屏能实时显示净水瓶的工作状态和紫外灯的剩余寿命等信息。紫外线净水瓶总体结构如图1所示。

图1　紫外线净水瓶结构示意图

三、紫外灯的选择

紫外灯是家用净水瓶的核心部分。它的辐射照度会影响净水所需的时间，本装置的净水时间不超过10分钟。

为有效杀灭微生物，要求紫外线照射剂量为30000um·s/cm，另外紫外线在水中随着照射距离的增加，穿透力降低，所以将紫外灯安装在净水瓶的中心位置，根据净水瓶的设计尺寸可知紫外灯与瓶壁的最大距离约为10cm，此时紫外线的穿透率约为85%。紫外灯的辐射照度可通过下式计算。

根据上式的计算结果可选辐射照度为60uW/cm2的紫外灯，另外净水瓶的腔内高度为30cm，所以紫外灯的长度在20cm左右为宜。

四、不足和改进

紫外线净水瓶采用紫外线进行杀菌消毒，能有效去除自来水中的微生物，保证家庭饮水安全；紫外灯的功率仅为20W左右，使用寿命在10000小时以上，所以紫外线净水瓶还具有耗电低、使用寿命长的优点。

由于紫外线杀菌技术不能去除铁锈、颗粒物等杂质，所以可在净水瓶出水口前加装由PP棉和活性炭组成的滤芯。