抗菌除菌技术在软水机上的应用

贾文章 刘志强 刘欢欢

JIA Wenzhang LIU Zhiqiang LIU Huanhuan

青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司 山东青岛 266101

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

1 引言

随着生活水平的日益提高，人们对居民生活用水的品质要求也越来越严格，健康生活用水成为消费者的迫切需求，软水机作为一种时尚新颖的家庭用水处理设备，可有效提升用户家庭的用水品质，受到众多消费者的欢迎。

软水机作为一种非直饮水处理设备，虽然能去除水中的钙和镁离子，但水中的细菌、病毒、微生物等有害物质并不能去除。按中华人民共和国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）中关于生活饮用水中微生物指标及限值的规定，自来水出厂时菌落总数≤100CFU/mL。但在实际使用中，由于有些地方市政自来水管道长期未维护，容易有细菌和微生物的滋生。而且，由于用户家庭用水具有间断性，软水机树脂罐中贮存的死水也利于细菌微生物的繁殖。当用户家庭软水机树脂罐内细菌、微生物超标时，一是会影响软水树脂的离子交换能力，使软水机软化性能下降，二是极易使输出的软水细菌、微生物超标，长期使用会对用户身体或家庭用水设备造成伤害，比如造成洗衣机外筒的霉变等。因此，设计开发带有除菌功能的健康型家用软水机势在必行。

2 软水机抗菌除菌方案的选择

针对用户日常用水的抗菌除菌方法主要有物理方法和化学方法两种，其中物理方法主要包括加热法、γ辐射法和紫外线照射法等；化学方法主要包括添加重金属离子（如银和铜）、添加碱或酸、添加表面活性化学品、添加氧化剂（氯及其化合物、溴、碘、臭氧）等。针对普通用户家庭用中央软水机，从整机结构、成本及杀菌效果来看，紫外线照射法与投加氧化剂（氯及其化合物）方法是相对较为可行的方案。

2.1 紫外线照射法

2.1.1 紫外线杀菌原理

紫外线波长位于X射线和可见光之间，按其生物学作用的差异，紫外线可分为UV-A(320～400nm)、UVB(275～320nm)、UV-C(200～275nm)和真空紫外线部分。普通水处理一般应用UV-C部分，除菌效果最好的是波长处于260nm附件的光线。由于细菌、病毒等微生物体的构成均包含RNA或DNA，而核酸是构成RNA、DNA所必需的物质，在紫外线照射下，微生物体内的RNA或DNA吸收紫外线的能量，造成不可逆的损伤，阻止了其复制，使得微生物不能复制繁殖，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，从而去除水中各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他微生物。

2.1.2 紫外线杀菌在软水机上的应用

现常见紫外线杀菌模块为低压汞灯和UV-LED模块，其占用空间小，可集成于机器内部，为保证软水机内部无细菌滋生，可将紫外线杀菌模块加置到软水机进水端，保证软水机树脂罐中储存的水及用户用水的质量。

2.1.3 紫外线杀菌的优缺点

（1）紫外线杀菌的优势

a.紫外线杀菌速度快、效率高，并且几乎对所有的细菌、病毒都有有效的灭活效果。

b.紫外线杀菌运行稳定，受水温、PH等影响比较小。

c.紫外线杀菌器与用户用水完全隔开，不会对用户用水水质产生影响，不产生有害副产物。

（2）紫外线杀菌的劣势

a.紫外线杀菌模块与软水机结合，因为软水机的流量大，需要杀菌模块有足够大的光功率才可达到良好的杀菌效果，增加了杀菌模块的体积和成本。

b.紫外线不易做到在整个处理空间内辐射均匀，有照射的阴影区，因此不适合软水机树脂罐内的杀菌，不能保证抑制软水机树脂罐内的细菌繁殖。

图1 余氯发生器示意图

图2 余氯发生器工作示意图

表1 测试步骤

c.紫外线杀菌时间短，不能做到对用户用水的持续抑菌，如果紫外线辐射时间不足，可能会有部分细菌、病毒出现光复活现象，不能完全保证杀菌效果。

2.2 投加氧化剂（氯及其化合物）方法

2.2.1 投加氧化剂（氯及其化合物）杀菌原理

氧化剂除菌以次氯酸除菌最为常见，次氯酸分解形成新生态氧[O]，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒上的蛋白质等物质变性，从而致死病源微生物。

HClO→HCl+[O]

其次，次氯酸在杀菌过程中，不仅可作用于细胞壁、病毒外壳，而且因次氯酸分子小，不带电荷，还可渗透入细菌、病毒体内，与细菌、病毒体蛋白、核酸、和酶等有机高分子发生氧化反应，从而杀死病原微生物。

同时，次氯酸产生出的氯离子还能显著改变细菌和病毒体的渗透压，使其细胞丧失活性而死亡。

2.2.2 投加氧化剂（氯及其化合物）方法在软水机上的应用

投加氧化剂并非直接将杀菌剂投放入软水机树脂罐中，而是由氧化剂发生装置——余氯发生器电解产生，余氯发生器由导线和正负电极组成，如图1。软水机树脂再生剂为纯氯化钠（NaCl），软水机树脂再生需将饱和氯化钠溶液吸入树脂罐中，因此可在树脂罐与盐箱之间加置余氯发生器，在软水机吸盐再生过程中，余氯发生器电解饱和氯化钠溶液，溶液中的氯化钠（NaCl）与水（H2O）发生电离，分别在阴极与阳极生成氢气（H2）与氯气（Cl2）。氢氧根离子与钠离子结合生成氢氧化钠（NaOH）。由于氯离子或氯气与氢氧化钠溶液接触会生成氯化钠和次氯酸钠（NaClO），如图2，次氯酸钠（NaClO）水解生成次氯酸（HClO），可杀死树脂罐中的细菌与病毒。而杀菌之后的微量氯残留可通过机器的冲洗通过排污管排走。

普通家庭用软水机再生周期根据用水量不同一般在2～5天不等，而软水机树脂罐内的细菌滋生周期高于软水机再生周期，因此软水机在每次的再生过程对树脂罐中进行一次杀菌，即以保证软水机出水的卫生与健康。

2.2.3 余氯发生器的优缺点

（1）余氯发生器的优势

a.余氯发生器产生次氯酸根杀菌效果好，杀菌彻底，可对软水机整个树脂罐进行杀菌。

b.余氯发生器价格低廉，相比较紫外线杀菌模块，余氯发生器性价比较高。

c.余氯发生器可控制氯气产生量，微量的氯残留经冲洗后可排出机器外，机器内部无有害物质残留。

（2）余氯发生器的劣势

a.无法做到持续杀菌，只能定期杀菌，若用户软水机再生周期设置不当，无法保证杀菌效果及出水质量。

b.再生过程中产生的氯气会对少量软化树脂的寿命产生影响。

2.3 软水机抗菌除菌方案的选择

对比常见两种抗菌除菌方式。因软水机一般装于家庭用水主干路，瞬时水量大，现有的紫外线杀菌模块光功率普遍偏低，很难达到良好的除菌效果；而余氯发生器以软水机再生剂为反应物，在机器每次再生过程中对树脂罐内进行定期的除菌，故采用余氯发生器效果更为有效，性价比更高，并且在软水机上的应用更为可靠。

3 采用抗菌除菌技术的软水机的设计

3.1 抗菌型软水机工艺简图

抗菌型软水机工艺简图如图3所示。

3.2 抗菌性软水机工作流程简介

在软水机显示UI中设置除菌模式，需用户手动开启除菌功能，如图4所示。

软水机开启除菌功能以后，在软水机的每一次再生过程中，多向控制阀对余氯发生器通电，在吸盐慢洗步骤时对吸入的浓盐水进行电解，产生的次氯酸钠（NaClO）杀死树脂罐中的细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他微生物，实现软水机的定期杀菌的目的。

3.3 抗菌性软水机杀菌效果实验测定

针对抗菌型软水机的杀菌效果，委托中国家用电器研究院按如下实验步骤进行测定：

3.3.1 实验步骤

本实验以卡萨帝软水机CS10-SPA为实验样机，在其正常工作状态下进行，按表1步骤进行测试。

3.3.2 实验数据及结论

经过测试，软水机在非除菌再生模式下，进水大肠杆菌浓度平均约7900个/mL，出水大肠杆菌浓度约5500个/mL；软水机在除菌再生模式下，进水大肠杆菌浓度平均约7000个/mL，出水大肠杆菌未检出，平均约0个/mL；经计算，除菌率约为99.9%以上。并且树脂罐中的氯残留与普通自来水无异，可忽略不计。

图3 抗菌型软水机工艺简图

图4 软水机显示UI示意

4 结语

通过上述的理论论述及实验判定，采用余氯发生器的家用中央软水机对机器内部的细菌滋生有良好的控制效果，保证了软化树脂的再生效果不会受到细菌滋生的影响，延长了机器的使用寿命；并且保证了在进水的水质合格的情况下，出水的菌落总数不会超标，保证了用户的用水安全。

以上测试参照卡萨帝软水机CS10-SPA机型进行，相信随着技术的进步，会有更加有效的抗菌除菌技术在家用软水机上进行应用，抗菌型软水机也会有更加广泛的发展前景。