抗菌除菌技术在软水机上的应用

1  引言 

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。

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。

R-NH-R+HClO→R₂NCl+H₂O

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。

图1 余氯发生器示意图

图2 余氯发生器工作示意图

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。

3.1 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。

图3 抗菌型软水机工艺简图

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。

图4软水机显示UI示意

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。