科普净水器材料新技术(一)

江苏省净水协会 2021-11-20 14:25:49


一、原材料、零部件

(一)、塑料:

1、目前净水器厂生产滤瓶注塑用的塑料粒常用的是在PP料中加入碳酸钙粉末等添加剂,混合均匀后制成;而采用超细(1800目以上)滑石粉粉末取代碳酸钙粉末,就能使塑料表面更光洁细腻光洁,强度更高。

2、玻璃纤维增强聚丙烯:应用于滤瓶、压力储水桶等,强度高。短玻纤增强聚丙烯耐压可达到3.0 MPa以上,长玻纤增强聚丙烯耐压可达到4.5 MPa压力不爆破

3、银离子抗菌聚丙烯:应用于滤瓶、压力储水桶、水箱、冷胆等。

4、聚苯醚(PPE,商品名又称PPO):应用于水管、接头、水表壳体及叶轮、水泵叶轮、水龙头、阀门阀体阀芯等。

特点:耐压强度高、韧性好、防止漏水(加玻纤后,静态压力可达7MPa,爆破压力5MPa);吸水率低、尺寸稳定性好;伸长保持率好,和接触连接材料的热膨胀系数一致,防止温度变化时漏水,高温蠕变性低;密度小,重量轻,可降低材料成本;化学稳定性好,耐酸、碱、余氯

5、高光塑料:高光泽、金属质感,硬度高、耐刮伤,免喷涂,应用于外壳、外罩等


(二)活性炭

1、活性炭孔径的筛选

活性炭通过物理吸附可去除水中的有机物、胶体等等,活性炭的孔径分布是决定活性炭吸附性能的重要参数之一

孔分类

平均孔径(nm)

孔容积(mg/L)

表面积/总表面积(%)

作用

大孔

>100

0.2~0.5

<1

提供通道

过渡孔

4~100

0.02~0.1

1~5

吸附大分子有机物

微孔

<4

0.15~0.9

>95

吸附小分子有机物


在天然水体中的天然有机物(NOM)是多种不同的有机物的混合物,如腐殖质、富瓦酸、蛋白质、粪脂、碳水化合物、羧酸、氨基酸等,分子量通常为200~100000,分子大小在0.5~400nm间。不同水体中的NOM的分子量分布差异较大,平均半径约为0.8~6nm,活性炭最佳吸附范围孔径是1.6~36nm,即活性炭的部分微孔和部分过渡孔。


净水用活性炭的标准目前有:

(1)GB/T7701.4——1997《净水用煤质颗粒活性炭》

(2)GB/T13803.2——1999《净水用木质活性炭》

(3)DL/T582——2004《火力发电厂水处理用活性炭使用导则》

(4)LY/T1331——1999《净水用载银活性炭》


国家标准(1)、(2)和林业行业标准(4),测碘吸附值和亚甲基蓝吸附值,主要反映活性炭中微孔的多少;电力行业标准(3)测活性炭对天然水中四种有代表性的有机物(腐殖酸、富里酸、木质素、单宁)的吸附容量和吸附速度,主要反映活性炭中过渡孔的多少。净水器生产厂选择净水器用活性炭时,建议按(3)方法来选择较好的活性炭。

此外,水份(≤10%,越小越好)、强度(≥95%,越大越好)。

2、粒度的选择(≥95%)

大型水处理设备用颗粒活性炭建议选用10~24目

家用净水器用颗粒活性炭建议选用20~40目

3、抗菌:加银

(1)法国:等离子溅射渗银法:质量好,价格贵

(2)高价银

四氧化四银(Ag4O4,分子量495.52)是在同一个分子内具有2个Ag3+和2个Ag+与4个氧原子相结合具有独特结构的一种多价银化合物,是一个以分子为单位的晶体电池。每个三价银离子通过dsp2电子与4个氧原子形成配位键,由于分子晶体内sp2电子结构的差异,导致分子中电子具有活性,活性电子在单键和叁键间进行电子交换构成一个分子电池,产生1.48-3.0伏的电压,可有效地将细菌电死。即使在0.3ppm低浓度下,也能在3分钟内将粪链球菌100菌群/m1全部杀死。在美国以四氧化四银作水处理剂用于游泳池、工业循环水、市政供水等杀菌抑藻。四氧化四银对自然环境和生物,不会产生危害,无毒性。

4、炭纤维

活性炭纤维(ACF),原材料为粘胶基纤维或聚丙烯腈基纤维,把它加工成布或毡,经预氧化、炭化、活化,高温处理而成。纤维直径约为10~20μm,微孔平均孔径前者为1.7~2.6 nm,后者为1.0~2.0 nm。它的孔径分布范围很窄,对被吸附有机物的大小有很高的选择性,因此也被称为碳分子筛。ACF的这种高选择性的在吸附一些小分子有机物方面具有优势。

活性炭纤维常制成厚1~5mm厚的毡,它的微孔比颗粒活性炭更多,比表面积更大(700~1600m2/g),吸附容量更大(高2~6倍),吸附速度更快,而且具有良好的再生性能,即吸附饱和后可以解吸,取出用热水处理滤芯,把吸附的有机物、胶体洗下,脱附速度快,滤芯可重复使用,即滤芯的再生。

缺点是:价格较贵,生产企业也比较少。使用中也易繁殖细菌。对高分子有机物吸附容量小,使用不久就容易饱和了,而进行解吸再生或更换滤芯很麻烦。因此,目前使用活性炭纤维滤芯的还比较少。

(三)滤芯

1、PP熔喷滤芯

目前国内生产的熔喷滤芯,由于生产设备简陋、生产工艺落后,细丝直径及孔隙大小从里到外全是一样的。这样,过滤的悬浊物杂质都截留在滤芯表层,很快就造成堵塞,滤芯纳污量很小,使用寿命很短,当然价格也很便宜。质量好的熔喷滤芯应该是从外到里,PP纤维细丝间孔隙逐渐从大变小,成渐进密度结构,滤除的悬浊物杂质不仅在滤芯表面、在滤芯内部也都有,滤芯纳污量大,使用寿命长。但制造设备复杂昂贵,当然滤芯价格也贵,而且国内很难买到。


如何识别和区分这二类滤芯呢?

(a)从手感或横截面(端面)看,前者是里外均匀一致,而后者外部松软,越往内越紧密结实;

(b)用后换下的旧滤芯,前者比较轻(因纳污量小),而后者要重得多(纳污量大);

(c)用后换下的旧滤芯,从横截面(端面)看,前者主要脏在表面(杂质基本全滤在表面),而后者是各层全脏(杂质充满整个滤芯)。

此外,有些熔喷滤芯,表面还加工成有一条条横条的沟槽,以增大过滤面积,分散水流方向,降低水流阻力。有些熔喷滤芯,中间有硬质聚丙烯(PP)骨架,以增加抗压强度,不易变形(这个特别在长度较长的滤芯中比较重要)。好的熔喷滤芯,应无纤维脱落进入水中(俗称“不掉毛”)。

高档的熔喷滤芯的使用寿命可以从目前的2~4个月,延长到半年~1年,可以减少更换滤芯的烦恼。

2、陶瓷滤芯

虽然陶瓷滤芯的价格比熔喷滤芯贵得多,一次性投入比较大,但能反复清洗,使用寿命长得多,只要整机设计时注意便于滤芯装拆,使用陶瓷滤芯取代熔喷滤芯是个不错的选择。

    优质的陶瓷滤芯,采用的原料应是优质的硅藻土,在窑中烧制而成。原料用进口的硅藻土,烧成的陶瓷滤芯表面均匀细腻,手感重量很轻,吸水性很好,这样的陶瓷滤芯质量就好。而质量差的陶瓷滤芯,表面相对比较粗糙不均匀,手感较重,如二个相同大小的滤芯用手掂一下重量即知,这是由于硅藻土材料不纯杂质多的缘故。另一个简易方法是把水滴在陶瓷滤芯表面,应很快吸入,陶瓷表面不留水珠,说明亲水性好,孔隙率高。

3、颗粒活性炭滤芯

活性炭要装满,不然易短路(部份水不流经活性炭),特别是横放时

4、炭棒滤芯

常用的炭棒滤芯实际上有二类:

(1)挤压活性炭棒滤芯(或称“压缩活性炭棒滤芯”)

这类滤芯是把活性炭粉和聚乙烯(PE)粉(作粘合剂用)按一定比例混合,放入料斗加热,使聚乙烯(PE)粉熔融,并通过螺杆挤压机挤出成型,故名“挤压活性炭棒滤芯”或“压缩活性炭棒滤芯”。由于PE是疏水性,凝固后它不透水也无微孔,还会阻塞活性炭的微孔,严重影响对有机物、胶体和异味的吸附能力及对余氯的去除能力。而且这类滤芯的透水性差、阻力大、水通量低。也就是说,这种滤芯的净水性能差。

但这类滤芯生产工艺简单,生产成本低,价格很便宜。

(2)烧结活性炭棒滤芯

这类滤芯是把活性炭粉和有机粘合剂、硅藻土等填料按一定比例混合均匀,拌匀后加水在模具中加工成型,脱模后放在窑中高温烧制,把有机粘合剂炭化或烧成CO、CO2挥发跑掉,故名“烧结活性炭棒滤芯”。烧制成的滤芯孔径可控、孔隙率大,亲水性和透水性好、阻力小、水通量大。这类滤芯对有机物、胶体和异味的吸附能力及对余氯的去除能力强。也就是说,这种滤芯的净水性能好。

但这类滤芯生产工艺复杂,能耗大,生产成本高,价格比较贵,是挤压活性炭棒滤芯的3~6倍。

当然,优质的反渗透纯水机应该选用烧结活性炭棒滤芯

除去外层塑料网和无纺布,就是黑黑的炭棒了,外表似乎差不多,如何区分这二类滤芯呢?

很简单,在炭棒上滴上一些水。由于聚乙烯是疏水性,它又堵塞了大量活性炭的微孔,因此挤压活性炭棒滤芯吸水性差、吸水慢,会在滤芯表面形成水珠或水层;而烧结活性炭棒滤芯的亲水性和吸水性好、吸水快,不会在滤芯表面形成水珠或水层。

(3)炭棒滤芯的防菌措施

同颗粒活性炭一样,炭棒滤芯也是繁殖细菌的温床。如何防止和遏制细菌的增长呢?除了制造炭棒的活性炭可以采用载银活性炭外,有的把炭棒外包裹的无纺布采用载银无纺布,它是采用浸染纳米银溶液技术,制成的“纳米银滤水无纺布”,可遏制细菌增长。

(四)RO膜:向超低压、大通量、抗污染、长寿命、高淡浓比发展

1、超低压(0.14MPa,0.2MPa即可满足系统产水量)

2、大通量(200、300、400、500、600、800、1200G的家用反渗透机用RO膜)

3、抗污染(表面电荷、流道布载银抗菌塑料、RO膜涂层)、长寿命,

4、耐氧化、抗余氯,

5、高回收率:淡水:浓水,由1:3变为2:1


(五)UF膜:

1、第四代超滤膜


技术

强度(牛顿)

特点

第一代

NIPS液相法技术

2~4

高精度、高通量、低强度、极易断丝

第二代

TIPS热法成膜技术

6~8

高精度、通量略低、易断丝、易污染

第三代

编织复合成膜技术

40~50

高强度,易脱皮破损,外径粗,比表面积小

第四代

砼式PVDF复合成膜技术

20~30

高强度,高结合力,细丝,比表面积大

2、抗菌超滤膜

(六)UV:

1、LED:发光二极管。

UV-A:长波紫外线,315-380nm

UV-B:中波紫外线,280-315nm

UV-C:短波紫外线,200-280nm

VUV :真空紫外线,1-200nm



LED与传统汞灯相比具有以下优点:

(1)即杀即用,开关特性,启动灭菌模式

(2)冷光源,自身不含有害物质

(3)无加热,无臭氧,物理杀菌,无毒无残留,杀菌彻底,保持健康水质;

(4)高效(单位面积光强比汞灯高出1000倍以上)、节能(相同光输出功率耗能公是汞灯的1/10)、安全、耐用(使用寿命长)、




(2)双紫外灯

部件

材质

规格

使用时间

压缩活性炭滤芯

压缩活性炭棒

5µm,长252 mm

6个月

紫外线杀菌灯

不锈钢外壳、石英套管、紫外线杀菌热管、紫外线杀菌冷阴极管

紫外线杀菌热管15W

紫外线杀菌冷阴极管2W

5000小时

额定总净水量

净水流量

工作压力

额定功率

1000L

60L/h

0.1-0.4MPa

20W

产品结构

3、霍尼韦尔紫外线净水技术

产品特色

(1)采用蛇形管,水直接通过蛇形管进入出水口,

(2)紫外线灯直接照射入水管内

其成本和杀菌效率均比较有优势。



(七)元件集成化技术

尽可能减少使用PE管和管接件,例如采用流道板,把管、阀、元器件等集成,减少漏水点和漏水概率

1、台湾邓元公司把进水电磁阀、低压开关、高压开关三者集成在一起成为一个“三合一”元件(见下图),并据说今后还要把“浓水比例器(亦有称“废水比”)”、逆止阀等也集成在内,组成“五合一”元件。


三合一(进水电磁阀、低压开关、高压开关)集成电控元件


2、完美净水器七芯,原用PE管联接,后更改设计采用流道板以底板联通


(八)炭纳米管技术


(九)正渗透技术