淺談家用反滲透凈水機濾芯壽命的影響因素

文/李志豐 熊 治 潘 盼（安徽智泓凈化科技股份有限公司）

隨著人民生活水平的提高及健康意識的增強，飲水安全與健康越來越受到關注，能對水質進行過濾凈化的凈水機逐漸成為日常家電的一種。凈水機核心裝置為各級不同作用的濾芯，各級濾芯的額定總凈水量差異較大，不及時更換濾芯會導致二次污染或資源浪費。

我國的凈水機市場從20 世紀90 年代發展至今，由最初單一的活性炭凈水機發展到微濾、超濾、反滲透、KDF 等單一工藝或組合工藝的凈水機。其中反滲透凈水機由于過濾效果好、工藝簡單，現已成為市場上主流產品。本文以市場上常見的5 級反滲透凈水機為例探討各級濾芯的作用及影響其壽命的因素。

一、家用凈水機濾芯類型及作用

市場上常見的5 級反滲透凈水機濾芯分別為5μmPP棉、前置顆粒活性炭、1μmPP 棉、RO膜、后置活性炭。圖1為反滲透凈水機工藝圖。

圖1 反滲透凈水機工藝圖

PP 棉：又稱聚丙烯熔噴濾芯，采用無色無味的聚丙烯顆粒，經加熱、噴絲、牽引、接收形成圓柱管狀纖維濾芯。熔融纖維在旋轉過程中形成致密的微孔，根據孔徑不同可分為1μm、5μm、10μm等多種型號的濾芯。微孔內層致密、外層疏松，納污量大。家用凈水機行業中最常見的PP 棉有1 μm 和5μm兩種精度，第一級為5μm精度，第三級為1μm精度。用于去除自來水或者管道中的膠體、肉眼可見的顆粒污染物、鐵銹等，進一步降低水的濁度，其顆粒去除率大于99%。

前置活性炭：活性炭濾芯主要成分為顆粒活性炭和燒結活性炭，以天然活性炭為原料加工制成，具有多孔結構，比表面積大。經過改性后具有多種官能團和雜環結構，形成強大的分子場，吸附容量大，應用廣泛。在凈水機中主要用于吸附自來水預處理殘留的余氯和有機污染物等。具有抑菌和阻垢等復合功能的活性炭比較受歡迎。

反滲透膜濾芯：簡稱RO 濾芯，是反滲透凈水機中的核心部件，由RO 膜片、純水導流網、原水導流網繞集水管卷制而成，外圍纏防水膠帶固定，形成一個圓柱狀的濾芯。集水管上面設置小孔，收集純水并排出。運行時濾芯安裝在壓力容器內，在進水側施加高于原水滲透壓的外界壓力，只允許水分子和某些組分選擇性透過，其他物質不能透過而被截留在膜表面排出系統外。過濾效果主要取決于RO 反滲透膜片的性能，還與原水水質、機器凈水回收率、運行壓力等相關。主要用來去除水中溶解鹽類、重金屬離子、病毒、細菌、消毒副產物等對人體有害的雜質[1]。

后置活性炭：后置炭為高質量的椰殼活性炭，在凈水機中主要是起到抑菌與改善口感的作用。

二、影響家用反滲透凈水機濾芯性能的因素

國家標準《家用和類似用途飲用水處理內芯》（GB/T 30306—2013）中，對凈水機各種內芯及性能要求、測試方法做了規定。各級濾芯的額定總凈水量由廠家自行標注，要求出水水質應符合國家衛生管理部門相關法規及《生活飲用水衛生標準》（GB5749—2006）的要求。若反滲透凈水機出水流量低于標稱值或者脫鹽率低于90%，濾芯就需要進行更換。若不及時更換濾芯，會導致出水水質不合格、出水流量小、能量消耗大、二次污染等現象發生。

1.PP 棉性能影響因素

常見的五級凈水機中，第一級PP 棉的壽命與原水水質關系密切。進行了如下測試。

（1）以合肥高新區自來水[總溶解固體（TDS）≤100 mg/L]為原水在0.2 MPa的壓力下連續通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進水壓力的15%時停止測試，總過濾水量達到4800 L。

（2）根據《反滲透凈水機水效限定值及水效等級》（GB34914—2017）要求配制試驗用水（TDS 為500 mg/L±50 mg/L）[2]，在0.2 MPa 的壓力下連續通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進水壓力的15%時停止測試，總過濾水量為2 600 L。

（3）用氯化鈉與氯化鈣配制TDS 為1000 mg/L±100 mg/L，硬度為500 mg/L 的測試液進行第三組測試。在0.2 MPa 的壓力下連續通過PP 棉濾芯，直到出水壓力壓降大于進水壓力的15%時停止測試，總過濾水量為1100L。

2.RO 反滲透膜性能影響因素

在規定的運行條件下，凈水機的出水水質符合要求且凈水流量不少于標稱凈水流量時，濾芯進行更換時累計產水量，稱為總凈水量。濾芯在出廠前廠家已根據標準條件進行測試，并標稱了額定總凈水量，要求用戶在使用時達到額定總凈水量時即更換濾芯。但總凈水量跟實際使用條件密切相關，通常情況下通量與脫鹽率任一指標不合格，即使沒有達到額定總凈水量也代表濾芯已經污堵，需要及時更換。

針對回收率和原水水質對純水流量的影響進行了測試。圖2、圖3 是3012-400G 膜元件在不同條件下回收率與不同原水濃度下的連續運行純水流量變化曲線，可以看出，水質越差，污堵越快；回收率越高，污堵越快。

圖2 不同回收率下3012-400G 膜元件純水流量變化趨勢對比

圖3 不同原水濃度下3012-400G 膜元件凈水流量變化趨勢對比

此外，污堵速度與凈水機結構、RO 泵是否匹配、廢水比大小都存在一定關系[3]。反滲透膜濾芯被堵塞后，膜表面存在結晶物顆粒附著，顆粒會作為晶種進一步長大，導致后續膜堵塞速度加快，膜前壓力不斷增加，能量損耗大，出水不合格，影響凈水機整體運行[3]，所以應及時更換濾芯。

3.活性炭濾芯性能影響因素

活性炭和污染物分子存在“范德華力”，活性炭吸附污染物是一種物理吸附過程，這是一個可逆過程，吸附與解吸同時進行，吸附能力與活性炭的表面積與結構分布關系密切。研究表明活性炭對自來水中消毒副產物、總有機碳、揮發性有機物具有吸附作用。當活性炭吸附過量有機物達到飽和時，水中微生物會以這些有機物作為營養物質在微孔中大量繁殖，導致出水不合格，所以需要及時更換活性炭。廠商建議前置活性炭濾芯12～18 個月更換一次[4]。

三、結語

相同質量的濾芯，水質情況的好壞直接決定了其使用壽命；凈水機的使用強度和用水量的大小，也是決定濾芯更換頻率的重要因素。濾芯的更換目前沒有統一和準確的標準，需要根據生活常識與經驗進行判斷。

在現有技術條件下，凈水機廠家普遍采用濾芯壽命顯示預警裝置來提醒用戶更換濾芯的時間。預警依據有時間型、流量型、時間與流量結合型、出水水質型等，但是不能做到特別精準[5]，還需要結合凈水機各級濾芯的作用原理、使用環境的差異，來把握最佳的更換濾芯時機，節約售后成本，避免二次污染。[本文為安徽省科技重大專項“高通量強抗污抗菌型RO 反滲透膜生產關鍵技術研發”(項目編號：202003a05020045)的研究成果。 ]