紫外杀菌装置在反渗透净水机末端的应用研究

张宇菲 耿庆松 刘志强

ZHANG Yufei GENG Qingsong LIU Zhiqiang

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 山东青岛 266101

Qingdao Economic and Technology Development District Haier Water Heater Co., Ltd. Qingdao 266101

1 引言

随着人们消费水平的提升，越来越多的人们开始注重家庭的饮水安全，细菌病毒已成为健康生活的头号公敌。且净水产品的普及化，使得反渗透净水机涌入人们的视野，将其接入至供水管网以作为用水终端，从而提高家庭饮水质量。反渗透净水机的基本功能包括去除臭味、颗粒物，改善感官性状，去除有害的化学物质如有机物和重金属，去除微生物等。目前，越来越多的人对家用净水器提出了可以生饮的要求，即出水可以直接饮用，因此饮用水的微生物安全性是家用净水器必须要解决的问题之一。

为了保证最终纯净水出水无菌，目前市场上的反渗透净水机通常在最终纯净水出水前加装紫外杀菌装置，以消灭纯净水出水中的细菌。但传统的杀菌消毒解决方案存在诸多不利因素，如：传统汞灯由于其含有金属水银而被联合国的《水俣公约》列入禁止使用名单、化学药剂杀菌易造成二次污染及伤害、高温杀菌不彻底、臭氧杀菌对人体有潜在的危害[1]，而深紫外杀菌技术现在越来越被更多企业所采用，可逐渐改善和提高人类健康生活水平。因此，如何有效杀灭细菌、病毒，同时又不向水中添加任何物质、不产生消毒副产物，并且在额定总净水量范围内的任何阶段都具有明显的消毒作用，是家用净水器选择消毒技术的前提[2]。

紫外线净水器具有设备简单、投资低的优势，它将是优质饮水供应最实用有效的方法之一[3]。紫外线的杀菌机理是利用紫外线光量子的能量破坏各种微生物体的核酸结构，使细菌、病菌DNA（脱氧核糖核酸）灭活，从而使它们失去了繁衍能力[4]。因为DNA在254nm左右有最大的吸收率，所以254nm的紫外线对微生物具有非常好的灭活效果，能够在不使用任何化学药剂的情况下达到消毒杀菌的目的。目前反渗透净水机所用的紫外杀菌装置一般由管壳、紫外灯、石英套管、电路模块组成。如图1所示为本文所用的紫外杀菌装置结构示意图。

图1中，1-紫外杀菌装置的进水口，2-紫外杀菌装置的出水口，3-上端盖，4-下端盖，5-导流套管第一腔体，6-导流套管的内腔，7-紫外杀菌组件。

本文从净水设备的系统出发，通过在水处理流程中引入新的功能模块——紫外杀菌，研究了过流式杀菌系统的效果，探索了紫外杀菌技术在净水机中的应用性方案，以期开发出更符合用户需求、更健康的净水产品[5]。

2 实验部分

2.1 实验材料

大肠杆菌液（中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心CGMCC）、高纯水。

2.2 实验仪器

超净工作台、培养箱、培养皿、移液枪、锥形瓶、50mW和70mW紫外LED净水机过流式杀菌器（青岛杰生电气有限公司）、水泵、可调式流量计。

2.3 实验方法和步骤

在不同流量的条件下进行紫外杀菌器照射并取样，记录不同过水流速条件下大肠杆菌菌落数量。根据不同流速下紫外杀菌器的杀菌效果，能更有效地找到与不同出水流速的反渗透净水机相匹配的紫外杀菌装置。

图1 紫外杀菌装置结构示意图

图2 反渗透净水机装配紫外杀菌装置示意图（净水机型号CRO500-X3）

（1）将50L高纯水调配成大肠杆菌溶液（浓度分别在6.5×103cfu/mL左右）。

（2）将过流式紫外杀菌装置（50mW）安装于整个实验装置上，连接好流动水装置。紫外杀菌灯先处于关闭状态，开启水泵，通过可调式流量计控制水的流速在3.0L/min。

（3）原始组取样：用锥形瓶在出水口采集水样100mL，用移液枪从中取0.1mL滴到培养皿上，涂匀后放入培养箱培养（3个平行组）。

照射组取样：打开紫外杀菌装置的电源，点亮紫外灯。待装置中流出3L水，系统稳定后，用锥形瓶从紫外杀菌装置出口采集水样100mL，用移液枪从中取0.1mL滴到培养皿上，涂匀后放入培养箱培养（3个平行组）。

（4）将流速调节为2.5L/min、2.0L/min、1.5L/min，重复取样步骤，进行不同流速的照射组取样。

（5）换过流式紫外杀菌装置（70mW）安装于整个实验装置上，重复原始组样品取样。然后分别在流速2.0L/min、2.5L/min、3.0L/min、3.5L/min、4.0L/min下进行不同流速的照射组取样。

（6）将上述左右取样样品经恒温培养24h后取出，记录大肠杆菌菌落数量。

3 结果与讨论

3.1 不同流速下的杀菌率

在不同流速条件下进行紫外杀菌器照射并取样，记录不同过水流速条件下大肠杆菌菌落数量。由表1和表2可知小型化的过流式紫外杀菌装置的杀菌率与水流通过速度和杀菌装置功率均有很大关系。当水流速度低于2.0L/min时，50mW和70mW的紫外杀菌装置均能达到杀菌率为100.00%。而当水流速度为3.0L/min时，功率较小的50mW装置的出水口测得的杀菌率仅为98.38%，而70mW的杀菌率仍为100.00%，这说明功率较大的杀菌装置在相同时间放射的紫外线能够达到更好的除菌效果。由表1和表2可得出50mW的紫外杀菌装置在出水流速为2.0L/min时，杀菌率可以达到100%，而70mW的紫外杀菌装置在流量为3.0L/min时杀菌率仍能维持100.00%。根据所用净水机的出水流速范围，选择合适功率的紫外杀菌装置。

3.2 紫外杀菌装置在净水机中的应用实例

3.2.1 集成水路式净水机

如图2所示，集成水路式净水机由外壳、滤芯、集成水路板和紫外杀菌装置等系统组成。滤芯、控制阀类部件及其他辅助元件连接到水路板上，形成通路，构成水路系统。水路板较多采用集成式水路板，滤芯采用直插的方式与水路板连接，方便快捷。图中：1-紫外杀菌装置，2-净水机外壳，3-集成水路板，4-各级滤芯。

3.2.2 紫外杀菌装置杀菌的水路解析

目前，市场上的紫外杀菌装置，大多通过软管和快接头等连接在供水管道中，此种连接方式漏水风险大，占用空间多，而直接与水路板插接的紫外杀菌装置，减小占用空间的同时，方便安装。

紫外杀菌装置装配集成水路示意图如图3所示，包括管壳、导流套管第一腔体、导流套管内腔体、紫外杀菌组件。其中管壳上设置有进水连接口和出水连接口，第一腔体与进水连接口连通，导流套管的内腔与出水连接口连通，导流套管的底部开有助于将第一腔体和导流套管的内腔连通的过流孔。过流孔位于导流套管的中心，紫外杀菌组件设置在管壳的底部，并位于过流孔下方，出光方向朝向上方，其中导流套管为透光材质制作。其中：1-紫外杀菌装置，2-各级滤芯进出水口，3-集成水路板，4-进水电磁阀，5-紫外杀菌装置进出水口。

水从进水连接口进入导流套管第一腔体后，可以均匀的经过过流孔进入导流套管内腔体中，有利于延长水路和杀菌作用时间，增强杀菌效果。为了使得管壳内更多体积的水得到紫外线的照射，导流套管选择透光材质，尤其要透射紫外光，当紫外杀菌装置朝向过流孔照射时，紫外光能够透过导流套管的管壁射入至第一腔体中，同时能够为进水进行照射杀菌，水流无论位于第一腔体还是导流套管内部时，均能够得到照射，延长照射杀菌时间，使得杀菌更加充分，加强杀菌效果。

表1 50mW紫外杀菌装置测试实验结果统计表

表2 70mW紫外杀菌装置测试实验结果统计表

图3 紫外杀菌装置装配集成水路示意图

4 结论

饮用水是人们不可缺少的一部分，人们对饮用水的水质要求越来越高，因此各种消毒杀菌技术的应用也变得越来越广泛，其中紫外杀菌技术对微生物的灭活效果最好，且不会产生副作用，能够在短时间内消灭细菌、病毒。紫外杀菌技术是一种比较环保和成熟的技术，有很多其他消毒设备都不具备的优势，在水质净化领域有很广泛的应用。

（1）为了保证最终纯净水出水无菌，目前市场上的净水机通常在最终纯净水出水前加装紫外杀菌装置，以消灭纯净水出水中的细菌。

（2）小型化的过流式紫外杀菌装置50mW在流量为2.0L/min时，杀菌率达到100%，而70mW的紫外杀菌装置在流量为3.0L/min时杀菌率达到100.00%。

（3）反渗透净水机纯水出水流速一般在0.5～2.5L/min之间，故选择紫外杀菌装置时应综合考虑出水流速、杀菌率和紫外线的输出功率，以便选择合适的紫外杀菌装置与净水机匹配。