净水机卫生检验检测技术的研究(Ⅰ)*

毛建伟 侯 杰,3 陈 征 赵 钢 毛 頔

(1 北京建筑材料检验研究院股份有限公司 北京 100000)

(2 北京市节水用水管理事务中心 北京 100000)

(3 筑信(河北雄安)检验检测有限公司 河北 保定 071802)

净水机的卫生检验过程,涉及配制液的储存、供水系统中纯水与加标溶液的切换、清洗维护等环节。笔者通过对净水机卫生检测关键流程分析,设计研发了一整套卫生安全相关测试的落地方案,解决了管路交叉污染、设备清洗维护困难、密封打压难实现等问题。经试验验证,本方案能够实现重金属、有机物、微生物加标试验,满足测试过程中对测试环境的要求,有效控制测试过程中设备及人员因素导致的测试结果差异,测试方案科学准确,具备较强的操作性,能够满足净水机的卫生检验需求。

1 净水机卫生检验关键流程分析

净水机的卫生检验包括两部分:卫生安全试验(浸泡试验)、卫生功能性检验(含总体性能试验和加标试验),其中卫生功能性检验是关键流程。

1.1 卫生功能性检验(含总体性能试验和加标试验)

1.1.1 总体性能试验检验流程

按产品额定的产水流量将全程分为四段,于正式通入水样之初(第1次采样)和4/4段结束(第2次采样)采集水样,共采2批水样。此步骤可与加标试验结合进行。

1.1.2 加标试验检验流程

按产品额定的产水流量将全程分为四段。于正式通入水样之初(第1次采样),1/4段末(第2次采样),2/4段末(第3次采样),3/4段末(第4 次采样),4/4段末(第5次采样)时通入加标水样(一定浓度污染物配成的试样)并采样检验,共采集5批水样。

1.2 卫生功能性检验流程

卫生功能性检验流程如图1所示。

图1 卫生功能性检验(含总体性能试验和加标试验)

1.3 净水机卫生检验重点难点分析

1.3.1 卫生功能性检验是关键流程涉及五段加标,纯水与加标溶液五次切换,供水打压以及试验后的清洁维护等过程。

1.3.2 目前国内实验室净水机测试设备情况

净水机测试的关键流程常见单套供水系统分时运作。微生物测试需建立独立的微生物环境,用于加标及采样过程。存在单系统在多次测试后,交叉污染导致试验数据重现性差;设备管路中有机物、微生物互相干扰,试验数精确度不可控;设备维护操作难度大,测试周期长,场地成本高;用于净水产品测试的专用设备较少,适用性不强等诸多问题。

1.3.3 加标测试中遇到的问题

配制液的储存问题涉及到罐体密封、罐体承压能力、清洁维护等。

罐体密封要严,在进行挥发性有机物的加标测试时,防止污染物挥发,避免造成理论加标量与实测值严重不符;罐体的承压能力要求出水供水压力达到0.55 MPa;清洁维护涉及重金属加标和微生物加标试验罐体清洁。

供水系统中纯水与加标溶液的切换:一般试验供水系统的主管路均为固定管路,如污染物残留在管路、水泵、搅拌叶、传感器等缝隙,会影响下一次的加标测试,测试的准确度不可控(尤其是微生物加标试验)。供水系统中纯水与加标溶液的切换过程,涉及交叉污染的问题。

清洗维护困难:设备体积大、元件多,测试后清洗困难。尤其是主管路内壁、大型水罐里的搅拌叶传感器、水温控制模块,单纯的使用纯水冲洗浸泡无法清除干净,多种污染物会交叉影响测试结果。

1.3.4 净水机测试关键流程及测试方案改善的主要需求

净水机测试关键流程涉及污染物加标、配置原水和采样等环节。测试过程对设备的主要需求包括净水机测试过程需同时具备恒压供水及恒流供水两种模式;针对重金属、有机物、微生物测试过程的环境需求不同,不可相互影响;设备应减少测试过程中人的因素导致的误差。

2 净水机卫生检验难点解决方案

净水机卫生检验测试关键流程涉及加标原水的储存、加标试验的实施和采样等环节。通过对净水机检测关键流程分析,依据试验需要,加标试验机采用独立、密封罐体,内部循环搅拌设计。

2.1 加标试验改进方案的原理

设计可整体密封的储存罐,用于重金属污染物加标试验的储存罐,使用PVC 罐体;用于微生物加标试验的储存罐,使用不锈钢罐体。不锈钢罐体和PVC罐体的储存罐均能承受供水压力0.1～0.55 MPa。储存罐均设置两路供水(见图2)。

图2 净水加标设备原理图

A 路供水:用于浸泡试验,水箱内为超纯水,正压气动供水可减少水泵对纯水的污染。

B 路供水:可循环搅拌,搅拌过程中在管路中加入臭氧发生器,可有效去除管路中的细菌,减少微生物加标过程中的误差。

在进行可挥发有机物加标时(如次氯酸钠),在水箱内加入标物后可先使用A 路进行水箱内的气动加压,再开启B 路供水循环搅拌,均匀后开始试验。测试过程中气泵持续向水箱内增加气压,可有效减少挥发性有机物挥发到水箱和管路中,提高加标液浓度的准确性。

2.2 加标试验改进方案的分析

(1)对比常见的单套供水系统分时运作而言,采用独立的结构单元设计的加标测试方案,拥有独立的移动式加标试验罐,将加标物溶液与纯水有效的隔离,在纯水与加标溶液的切换过程中,实现了预防交叉污染的目的;小型化设计,减小了设备的体积,整套系统高度集成,可在常规试验室工作,也可整体移动到微生物试验室内使用,有效的降低了净水器试验室的整体造价。

(2)供水系统包括罐体可整体密封,减少挥发性有机物在水中的浓度波动,也方便后期加标水回收处理。

(3)比较传统的螺旋搅拌方式而言,采用循环搅拌方式,清洁效果更好。搅拌过程中可在管路中加入臭氧发生器,可有效去除水箱和管路中的细菌,减少微生物加标过程中的误差。罐体内部材料光滑,减少高浓度污染物的附着。管路阀门均使用快接件,方便清洗更换。

3 验证试验

设计清洁试验,用于验证重金属加标试验后,循环搅拌罐体与传统螺旋搅拌罐体中污染物残留情况。

设计环境试验,在非洁净间与全部在洁净间环境下,实施净水机的卫生功能性检验包括总体性能试验(出水水质部分、无机物和挥发性有机化合物部分)、加标试验、总体性能试验(微生物部分),用于验证本方案,是否能够满足卫生功能性检验试验需要。

3.1 清洁试验

3.1.1 试验方法

将配制好的加标溶液(镉0.03 mg/L,铅0.15 mg/L),注满罐体,静置24 h。将罐内加标溶液移出,每次使用10 L纯水,按照清洁程序,分别清洗罐体3次。再注满纯水,搅拌15 min后,采样,进行重金属含量测试,反复操作6次。

水样的采集和保存,按GB/T 5750.2-2023生活饮用水标准检验方法-水样的采集与保存进行。

水样分析,镉、铅含量检测,按GB/T5750.6-2023生活饮用水标准检验方法-金属和类金属指标执行。

3.1.2 试验结果

重金属残留检测结果如表1所示。

表1 重金属残留检测结果(μg/L)

3.1.3 试验分析

螺旋搅拌罐体和加标试验机分别按3.1试验方法试验,采样,重复6次,经检测螺旋搅拌罐体镉残留浓度1.795μg/L,铅残留浓度4.924μg/L;加标试验机镉残留浓度0.264μg/L,铅残留浓度1.160μg/L。

3.1.4 试验结论

加标试验机采用循环搅拌方式,比较螺旋搅拌方式,能够更有效清除前次试验残留在管路、水泵、搅拌叶、传感器等缝隙里的污染物残留,从而提高测试的准确度。

3.2 环境试验

3.2.1 试验方法

选取同型号反渗透净水机产品8套,用于环境验证试验。在非洁净间,控制温度、湿度条件下和在洁净间环境下,分别使用4套产品,实施净水机的卫生功能性检验。

试验样品信息:试验用反渗透净水机给定额定产水量为4 000 L,净水流量为1.0 L/min。

3.2.2 试验操作

3.2.2.1 总体性能试验

试验方法如下:

(1)按照产品说明书,冲洗净水器样品。

(2)按产品申请书所述的产水流量通入市政自来水。

(3)根据额定产水总量计算,将全程分为四段。于正式通入水样之初(第1次采样)和4/4段结束(第2次采样)采集水样,共采2批水样,检测进出水水质。此步骤可与加标试验结合进行。

(4)各类净水器应有的检验项目如表2所示。

表2 各类净水器检验项目及指标

3.2.2.2 加标试验

试验方法如下:

(1)按照产品说明书,冲洗净水器样品。

(2)按产品申请书所述的产水流量通入市政自来水。

(3)根据额定产水总量计算,将全程分为四段。于正式通入水样之初(第1次采样),1/4段末(第2次采样),2/4段末(第3次采样),3/4段末(第4次采样),4/4段末(第5次采样)时通入加标水样(一定浓度污染物配成的试样)并采样检验,共采集5批水样。

(4)反渗透净水机加标试验检测项目包括砷、镉、铬(六价)、氟化物、铅、硝酸盐氮、三氯甲烷和四氯化碳等。净水机对加标试样检测项目的去除率均符合《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》(2001)的要求。

水样的采集和保存:按GB/T 5750.2-2023生活饮用水标准检验方法-水样的采集与保存进行。

水样分析,按GB/T 5750-2023生活饮用水标准检验方法相应的检验方法进行。

3.2.3 试验结果

3.2.3.1 非洁净间,反渗透净水机的卫生功能性检验

反渗透净水机样品(1、2、3、4)。

(1)总体性能试验:非洁净间,反渗透净水机样品(1、2、3、4)水质分析检验结果如表3所示。

表3 非洁净间,反渗透净水机样品(1、2、3、4)水质分析检验结果

(2)加标试验:加标试验结果如表4、表5所示。

表4 反渗透净水机样品(1、2)加标水检验结果

3.2.3.2 洁净间,反渗透净水机的卫生功能性检验

反渗透净水机样品(5、6、7、8)。

(1)总体性能试验:洁净间,反渗透净水机样品(5、6、7、8)水质分析检验结果如表6所示。

(2)加标试验:加标试验结果如表7、表8所示。

3.2.4 试验结果分析

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》(2001),对反渗透净水机进行卫生功能性检验,分别在非洁净间,控制温度、湿度条件下和在洁净间环境下,实施检验,涉及总体性能试验和加标试验。

3.2.4.1 总体性能试验

在额定产水量4 000 L内,自来水以1.0 L/min的流量,流经反渗透净水机0和4 000 L 时,采样并进行出水水质检测。在非洁净间,控制温度、湿度条件下和在洁净间环境条件下,检测结果显示:反渗透净水机出水水质无明显差异;出水水质菌落总数、总大肠杆菌和大肠埃希氏菌无明显差异,具体试验数据见表4和表6。