抗菌抑菌净水技术的总结与探讨

发表时间:2017-05-17 09:22:13

近年来,随着水污染严重、水污染事故频发、消费者对健康生活日益关注,净水器市场蓬勃发展;特别地,由于净水器需要周期性的更换滤芯,可以说其是家电行业中唯一的持续消费行业,为此其引来了各大巨头纷纷涉水,有媒体称这是21世纪家电行业的最后一块蛋糕。

然而,净饮水机的管道和装水容器是细菌的安乐窝,活性炭含有丰富的微细孔,容易滋生细菌,以此导致的净水产品出水菌落超标问题在媒体上已经长时间大量的爆光,可以说,净水产品的微生物二次污染问题是行业长期存在的问题,也是制约行业快速健康发展的瓶颈。到底是什么样的原因造成在各大品牌扎堆的净水行业还出现如此普遍的问题呢?另外,当前又有没有解决该问题合适的抗菌抑菌净水技术呢?笔者在本文来进行一个初步的总结与探讨。

 

净水产品出水菌落超标的原因解析

众所周之,氯具有较强得杀菌作用,市政自来水在生产过程中会加氯,用以确保自来水在管道运输过程中不会有细菌滋生。按国家标准GB5749《生活饮用水卫生标准》,自来水出厂水中要有游离氯≥0.3mg/L,管网末梢水(即我们家中自来水龙头中放出来的水)中要有游离氯≥0.05mg/L。但是,我国现在普遍饮水习惯为烧水喝,在烧开水时,余氯分解就会产生许多致癌的副产品,比如三氯甲烷等,长期饮用会对人体造成非常大的危害,为此我们净水产品的一个主要功能就是去除余氯。在当前净水产品中,常常采用5微米PP+颗粒活性炭+1微米PP+过滤膜+后置活性炭的结构,后置活性炭拥有无数细微小孔可大量的吸收残留的有机物,对净水产品肩负着调节口感的重要作用。然而,当水经过净化到达最后一级后置活性炭的时候已经非常的干净,基本已不含余氯,不具有抑菌作用;此时吸附了大量有机物的活性炭便变成了滋生细菌的温床,细菌迅速繁殖,随着水流流出,最后造成末端出水菌落总数超标。

 

抗菌抑菌净水技术解析

既然净水行业微生物二次污染问题如此严重,就没有相关的解决技术与方案?当然不是,针对该问题,行业内外诸多的科学技术人员付出了大量的心血,做了大量的研究与开发,业已发展出如下几类的抗菌抑菌净水技术:

1)紫外线杀菌抑菌技术

紫外线是一种肉眼看不见的光波,存在于光谱紫射线端的外侧,故称紫外线,其波长范围在100~380nm,在光谱中介于X射线和可见光之间。按照波长范围,可将紫外线分为ABCD四个波段,其中C波段波长范围200~280nm,具有有效杀菌能力,即UV-C,又称短波紫外线。

紫外线杀菌原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,从而使微生物体灭活,达到消毒杀菌的目的。即每一粒波长253.7nm的紫外线光子具有4.9eV的能量,当紫外线照射到微生物时,可发生能量的传递和积累,当细菌、病毒吸收超过3600~65000uW/c m2剂量时,致使细菌、病毒的核酸(分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA))突变,丧失复制和繁殖的能力。

紫外线杀菌在水处理领域的应用至今已有100多年的历史了,随着人们对家用净水器的认可及对其出水直饮安全性日益关注,紫外线杀菌技术被开始应用于家用水质处理器当中,其作用原理如图一所示。目前家用净水机紫外线杀菌系统一般由套筒、紫外线、石英套管、电路模块组成。在电路通电情况下紫外线透过石英管到达水体,外套筒需要对紫外光较为良好的反射作用,以达到充分利用紫外光能量杀菌的效果。

需要指出的是,紫外线杀菌是靠光量子的能量去破坏微生物体的结构达到杀菌目的,紫外光线能否准确的到达每个细菌细胞是该方法的能否起到功效的核心点,家用净水紫外杀菌器受到以下诸多因数的影响:

ü  一般紫外灯管需要35秒的时间才能点亮,如何确保净水器一工作,紫外灯管变能点亮,是该技术的一个重要挑战;

ü  我们都知道,紫外灯管发射紫外线都是具有衰减性的,如何确保紫外灯管在产品寿命中保持长期功效,对产品的设计及紫外灯管质量的稳定性提出了较高的要求;

ü  石英管的透光率,这是制约紫外线杀菌技术在净水领域广泛应用的一个重要难题,因为紫外线杀菌后,死亡细菌的尸体和分泌物往往会形成粘膜粘在石英管的表面,导致石英管对紫外线透过率的下降,同时因为紫外发光系统往往是密闭系统,消费者不能对石英管进行清洗,这造成紫外线透光率大大下降,从而影响到其杀菌效果;

ü  水体浊度、温度的影响,这些因素往往不可控,但往往极大的影响到了紫外线杀菌的效率。

    我们可以看到,正是因为家用净水紫外杀菌技术受到的影响因素较多、较大,到现在为止,该技术在家用净水领域未能得到大规模的应用。

 

图一:家用净水紫外杀菌技术作用原理。

 

2)释放型杀菌抑菌技术

释放型杀菌抑菌技术,顾名思义就是通过向净水系统内释放杀菌材料起到杀灭细菌、抑制细菌生长的方法,包括碘树脂、溴树脂、载银活性炭等。本文以溴树脂为例进行详解。如图二所示,溴树脂富含大量的具有强力杀菌能力的溴化合物,当水体经过树脂时,树脂向水体释放杀菌溴,可杀灭水体中的微生物;若溴树脂后端还有活性炭等其他滤芯,水体中富余的溴可对滤芯起到抑制细菌生长的目的,整体上达到杀菌抑菌的功效。

然而,释放型杀菌抑菌技术是通过对水体释放杀菌抑菌化学材料的方法达到效果,其在实际应用过程中就会存在如下风险:

ü  安全性问题:如何对杀菌抑菌材料释放量的控制挑战重重,既要保证足够的杀菌抑菌功效,又要确保释放的杀菌抑菌材料对饮用水足够安全是该技术的核心要点;

ü  兼容性问题:如何确保释放的杀菌抑菌材料不对净水器其他的部件、组件产生影响是该类技术需要重度思考的问题,例如溴树脂释放出来的溴会对常用的塑料进行氧化变色,这对产品的开发提出了挑战;

ü  用户体验问题:释放的杀菌抑菌材料是否对消费者饮水造成口感不良等体验感问题又是技术产品的一大考量。

 

图二:溴树脂杀菌抑菌技术原理。

 

3)阻隔式杀菌抑菌技术

阻隔式杀菌抑菌技术,顾名思义就是通过阻隔水体中的微生物并对其进行杀灭达到长效去除微生物的效果。如图三所示,在阻隔式杀菌抑菌技术中,杀菌材料被负载于滤材的表面,水体中的微生物在过滤时被滤材的多孔结构吸附、阻隔,随后,负载的杀菌材料发挥功效对微生物进行杀灭,并抑制其生长,从而达到净化效果。

图三:阻隔式杀菌抑菌技术作用原理。

笔者带领团队多年来致力于阻隔式杀菌抑菌技术的开发和实践,依托惠州市银嘉环保科技有限公司产业化的“纳镀抗菌”技术是对阻隔式杀菌抑菌技术原理的成功实践,所开发的纳镀抗菌陶瓷膜(银嘉陶瓷)、银嘉抗菌球、银嘉抗菌活性炭等产品已得到广泛的应用,其具有抗菌性能好(>99.999%)、安全(不对水体释放杀菌剂)、长效(>7000L的抗菌寿命)、兼容(不需要对净水产品本身的结构、组件进行改造)等诸多优良特性,已为诸多厂商、品牌商实地的解决了净水产品细菌超标的实际问题。我们热烈欢迎同行与我们联系进行技术的切磋与探讨。

总结

本文针对解决当前净水产品出水菌落超标问题的技术方案进行了总结与解析。对各类技术的优缺点、所面对的具体问题进行了对比与分析,希望本文能促进、加深行业技术与市场人员对抗菌抑菌净水技术的认识,携手共同加快抗菌抑菌净水技术的研发与推广,真正全方位解决行业多年存在的菌落超标的“顽疾”,推动行业进步,为消费者带来高品质的安全健康水。

 

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