抗菌除菌技術在軟水機上的應用

賈文章 劉志強 劉歡歡

JIA Wenzhang LIU Zhiqiang LIU Huanhuan

青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司 山東青島 266101

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

1 引言

隨著生活水平的日益提高，人們對居民生活用水的品質要求也越來越嚴格，健康生活用水成為消費者的迫切需求，軟水機作為一種時尚新穎的家庭用水處理設備，可有效提升用戶家庭的用水品質，受到眾多消費者的歡迎。

軟水機作為一種非直飲水處理設備，雖然能去除水中的鈣和鎂離子，但水中的細菌、病毒、微生物等有害物質并不能去除。按中華人民共和國《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）中關于生活飲用水中微生物指標及限值的規定，自來水出廠時菌落總數≤100CFU/mL。但在實際使用中，由于有些地方市政自來水管道長期未維護，容易有細菌和微生物的滋生。而且，由于用戶家庭用水具有間斷性，軟水機樹脂罐中貯存的死水也利于細菌微生物的繁殖。當用戶家庭軟水機樹脂罐內細菌、微生物超標時，一是會影響軟水樹脂的離子交換能力，使軟水機軟化性能下降，二是極易使輸出的軟水細菌、微生物超標，長期使用會對用戶身體或家庭用水設備造成傷害，比如造成洗衣機外筒的霉變等。因此，設計開發帶有除菌功能的健康型家用軟水機勢在必行。

2 軟水機抗菌除菌方案的選擇

針對用戶日常用水的抗菌除菌方法主要有物理方法和化學方法兩種，其中物理方法主要包括加熱法、γ輻射法和紫外線照射法等；化學方法主要包括添加重金屬離子（如銀和銅）、添加堿或酸、添加表面活性化學品、添加氧化劑（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。針對普通用戶家庭用中央軟水機，從整機結構、成本及殺菌效果來看，紫外線照射法與投加氧化劑（氯及其化合物）方法是相對較為可行的方案。

2.1 紫外線照射法

2.1.1 紫外線殺菌原理

紫外線波長位于X射線和可見光之間，按其生物學作用的差異，紫外線可分為UV-A(320～400nm)、UVB(275～320nm)、UV-C(200～275nm)和真空紫外線部分。普通水處理一般應用UV-C部分，除菌效果最好的是波長處于260nm附件的光線。由于細菌、病毒等微生物體的構成均包含RNA或DNA，而核酸是構成RNA、DNA所必需的物質，在紫外線照射下，微生物體內的RNA或DNA吸收紫外線的能量，造成不可逆的損傷，阻止了其復制，使得微生物不能復制繁殖，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡，從而去除水中各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他微生物。

2.1.2 紫外線殺菌在軟水機上的應用

現常見紫外線殺菌模塊為低壓汞燈和UV-LED模塊，其占用空間小，可集成于機器內部，為保證軟水機內部無細菌滋生，可將紫外線殺菌模塊加置到軟水機進水端，保證軟水機樹脂罐中儲存的水及用戶用水的質量。

2.1.3 紫外線殺菌的優缺點

（1）紫外線殺菌的優勢

a.紫外線殺菌速度快、效率高，并且幾乎對所有的細菌、病毒都有有效的滅活效果。

b.紫外線殺菌運行穩定，受水溫、PH等影響比較小。

c.紫外線殺菌器與用戶用水完全隔開，不會對用戶用水水質產生影響，不產生有害副產物。

（2）紫外線殺菌的劣勢

a.紫外線殺菌模塊與軟水機結合，因為軟水機的流量大，需要殺菌模塊有足夠大的光功率才可達到良好的殺菌效果，增加了殺菌模塊的體積和成本。

b.紫外線不易做到在整個處理空間內輻射均勻，有照射的陰影區，因此不適合軟水機樹脂罐內的殺菌，不能保證抑制軟水機樹脂罐內的細菌繁殖。

圖1 余氯發生器示意圖

圖2 余氯發生器工作示意圖

表1 測試步驟

c.紫外線殺菌時間短，不能做到對用戶用水的持續抑菌，如果紫外線輻射時間不足，可能會有部分細菌、病毒出現光復活現象，不能完全保證殺菌效果。

2.2 投加氧化劑（氯及其化合物）方法

2.2.1 投加氧化劑（氯及其化合物）殺菌原理

氧化劑除菌以次氯酸除菌最為常見，次氯酸分解形成新生態氧[O]，新生態氧的極強氧化性使菌體和病毒上的蛋白質等物質變性，從而致死病源微生物。

HClO→HCl+[O]

其次，次氯酸在殺菌過程中，不僅可作用于細胞壁、病毒外殼，而且因次氯酸分子小，不帶電荷，還可滲透入細菌、病毒體內，與細菌、病毒體蛋白、核酸、和酶等有機高分子發生氧化反應，從而殺死病原微生物。

同時，次氯酸產生出的氯離子還能顯著改變細菌和病毒體的滲透壓，使其細胞喪失活性而死亡。

2.2.2 投加氧化劑（氯及其化合物）方法在軟水機上的應用

投加氧化劑并非直接將殺菌劑投放入軟水機樹脂罐中，而是由氧化劑發生裝置——余氯發生器電解產生，余氯發生器由導線和正負電極組成，如圖1。軟水機樹脂再生劑為純氯化鈉（NaCl），軟水機樹脂再生需將飽和氯化鈉溶液吸入樹脂罐中，因此可在樹脂罐與鹽箱之間加置余氯發生器，在軟水機吸鹽再生過程中，余氯發生器電解飽和氯化鈉溶液，溶液中的氯化鈉（NaCl）與水（H2O）發生電離，分別在陰極與陽極生成氫氣（H2）與氯氣（Cl2）。氫氧根離子與鈉離子結合生成氫氧化鈉（NaOH）。由于氯離子或氯氣與氫氧化鈉溶液接觸會生成氯化鈉和次氯酸鈉（NaClO），如圖2，次氯酸鈉（NaClO）水解生成次氯酸（HClO），可殺死樹脂罐中的細菌與病毒。而殺菌之后的微量氯殘留可通過機器的沖洗通過排污管排走。

普通家庭用軟水機再生周期根據用水量不同一般在2～5天不等，而軟水機樹脂罐內的細菌滋生周期高于軟水機再生周期，因此軟水機在每次的再生過程對樹脂罐中進行一次殺菌，即以保證軟水機出水的衛生與健康。

2.2.3 余氯發生器的優缺點

（1）余氯發生器的優勢

a.余氯發生器產生次氯酸根殺菌效果好，殺菌徹底，可對軟水機整個樹脂罐進行殺菌。

b.余氯發生器價格低廉，相比較紫外線殺菌模塊，余氯發生器性價比較高。

c.余氯發生器可控制氯氣產生量，微量的氯殘留經沖洗后可排出機器外，機器內部無有害物質殘留。

（2）余氯發生器的劣勢

a.無法做到持續殺菌，只能定期殺菌，若用戶軟水機再生周期設置不當，無法保證殺菌效果及出水質量。

b.再生過程中產生的氯氣會對少量軟化樹脂的壽命產生影響。

2.3 軟水機抗菌除菌方案的選擇

對比常見兩種抗菌除菌方式。因軟水機一般裝于家庭用水主干路，瞬時水量大，現有的紫外線殺菌模塊光功率普遍偏低，很難達到良好的除菌效果；而余氯發生器以軟水機再生劑為反應物，在機器每次再生過程中對樹脂罐內進行定期的除菌，故采用余氯發生器效果更為有效，性價比更高，并且在軟水機上的應用更為可靠。

3 采用抗菌除菌技術的軟水機的設計

3.1 抗菌型軟水機工藝簡圖

抗菌型軟水機工藝簡圖如圖3所示。

3.2 抗菌性軟水機工作流程簡介

在軟水機顯示UI中設置除菌模式，需用戶手動開啟除菌功能，如圖4所示。

軟水機開啟除菌功能以后，在軟水機的每一次再生過程中，多向控制閥對余氯發生器通電，在吸鹽慢洗步驟時對吸入的濃鹽水進行電解，產生的次氯酸鈉（NaClO）殺死樹脂罐中的細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他微生物，實現軟水機的定期殺菌的目的。

3.3 抗菌性軟水機殺菌效果實驗測定

針對抗菌型軟水機的殺菌效果，委托中國家用電器研究院按如下實驗步驟進行測定：

3.3.1 實驗步驟

本實驗以卡薩帝軟水機CS10-SPA為實驗樣機，在其正常工作狀態下進行，按表1步驟進行測試。

3.3.2 實驗數據及結論

經過測試，軟水機在非除菌再生模式下，進水大腸桿菌濃度平均約7900個/mL，出水大腸桿菌濃度約5500個/mL；軟水機在除菌再生模式下，進水大腸桿菌濃度平均約7000個/mL，出水大腸桿菌未檢出，平均約0個/mL；經計算，除菌率約為99.9%以上。并且樹脂罐中的氯殘留與普通自來水無異，可忽略不計。

圖3 抗菌型軟水機工藝簡圖

圖4 軟水機顯示UI示意

4 結語

通過上述的理論論述及實驗判定，采用余氯發生器的家用中央軟水機對機器內部的細菌滋生有良好的控制效果，保證了軟化樹脂的再生效果不會受到細菌滋生的影響，延長了機器的使用壽命；并且保證了在進水的水質合格的情況下，出水的菌落總數不會超標，保證了用戶的用水安全。

以上測試參照卡薩帝軟水機CS10-SPA機型進行，相信隨著技術的進步，會有更加有效的抗菌除菌技術在家用軟水機上進行應用，抗菌型軟水機也會有更加廣泛的發展前景。