1  引言

　　凈水器作為進入家庭后的水再處理設備，可以為用戶提供健康、安全的水源。凈水處理技術日臻成熟，特別是反滲透凈水器類型，從幾年前以50G規(guī)格的小通量膜為主，到當前已經(jīng)普及400G及以上規(guī)格大通量反滲透凈水器。但是，隨著大通量（400G規(guī)格及以上）反滲透凈水器的普及，“頭杯水”問題也開始浮現(xiàn)，即機器停止運行后，由于正滲透原理，濃水側(cè)的離子會緩慢滲透到純水側(cè)，使純水的總?cè)芙夤腆w上升[3]。當間隔一段時間啟動系統(tǒng)時，由于機器內(nèi)部陳留的水質(zhì)變差，離子濃度偏高，也即總脫鹽率較低，形成通常所說“頭杯水”問題。其后果就是凈水器放置一定時間重新開啟后放出的頭幾杯水是過濾不完全的，各項細菌、重金屬等指標仍存在超標可能，從而達不到凈水器原本該起的作用。本文對目前五種比較可行的方案進行對比分析，以期解決“頭杯水”問題。

　　2 五種技術方案對比

　　目前解決“頭杯水”總?cè)芙夤腆w偏高問題的主要有：壓力桶稀釋、指示燈水質(zhì)提示、純水回流、雙RO膜純水沖洗及純水凈膜等技術方案。

　　2.1 壓力桶稀釋技術

　　此技術主要用在小通量反滲透凈水器產(chǎn)品，即在RO膜后端設置一個儲水的壓力桶，機器所生產(chǎn)的純水先儲存在壓力桶內(nèi)，產(chǎn)生的“頭杯水”也會先流入壓力桶內(nèi)與純水稀釋，其產(chǎn)品示意圖如圖1所示。一般壓力桶可裝7～8L純水，因小通量RO膜小，頭杯水也會少（＜800mL），壓力桶稀釋后脫鹽率就會大于85%，符合飲水要求。但是，此技術方案的最大不足是壓力桶占用空間大，成本較高。

　　2.2 指示燈水質(zhì)提示技術

　　此技術是在純水水龍頭上設置一個水質(zhì)狀態(tài)顯示的指示燈，在機器內(nèi)部設置一檢測水質(zhì)探針，產(chǎn)品示意圖如圖2所示。當打開水龍頭取水，若探針檢測到“頭杯水”水質(zhì)不達標時，龍頭指示燈顯示為紅色，提醒用戶此時放出的水不安全，不建議飲用。繼續(xù)放水后，“頭杯水”放完且水質(zhì)逐漸恢復良好，水龍頭上指示燈會由紅色變?yōu)樗{色，代表此時水可以飲用。此技術欠缺處在開始打開水龍頭取水時需要放掉一些水，且需要等待一定時間直到指示燈變?yōu)樗{色才能飲用，這樣一是要等待，二是浪費部分水，用戶體驗變差。

　　2.3 純水回流技術

　　此技術是在反滲透凈水器常規(guī)水路上，增加一個回流水路，水路流程圖如圖3所示。圖3中回水電磁閥及其左邊單向閥所組成的水路，即在RO膜的純水端設置一個管路，使純水回流至增壓泵前的預處理水路上，與預處理水路上初過濾的水進行混合，并一同對RO膜濾芯進行沖洗?；旌纤目?cè)芙夤腆w較原水低，與RO膜純水端的總?cè)芙夤腆w差異相對較小，這樣RO膜前后兩側(cè)離子的濃度差較小，離子擴散的速度就會大幅降低，從而保證了RO膜純水端的水質(zhì)，每次取水時，“頭杯水”的總?cè)芙夤腆w相對較低，提升純水出水水質(zhì)。因為此技術還是采用稀釋技術方案，“頭杯水”脫鹽率不太可能超過80%，并沒有達到較佳飲用水質(zhì)。

　　2.4 雙RO膜純水沖洗技術

　　此技術是指在增壓泵后端設計兩個RO膜，分別為RO膜一和RO膜二，同時將增壓泵改為可變頻的增壓泵。其原理為每次用水結(jié)束后，變頻增壓泵提供單RO膜用水量供RO膜一制純水沖洗RO膜二，讓RO膜二濃水側(cè)和純水側(cè)離子濃度達到平衡，都接近純水濃度。水路流程如圖4所示。當用水時，變頻增壓泵提供單RO膜的用水量供RO膜二制水，因RO膜二內(nèi)兩側(cè)都為純水，故RO膜二濾芯所制的“頭杯水”總?cè)芙夤腆w值較低；當RO膜一側(cè)較高濃度“頭杯水”經(jīng)RO膜二濾芯二次過濾后，變頻增壓泵提供雙膜用水量供RO膜一和RO膜二同時制水，切換至大出水量狀態(tài)，有效解決了“頭杯水”脫鹽率低、總?cè)芙夤腆w高的問題。此方案可將“頭杯水”水質(zhì)達到脫鹽率85%甚至更高，但是結(jié)構(gòu)空間占用體積大，此技術不足是實現(xiàn)方案較復雜，成本高昂。

　　2.5 純水凈膜技術

　　此技術是在大通量RO膜的濃水側(cè)和純水側(cè)之間，設計一個氣動壓力桶裝置。每次用水結(jié)束純水龍頭關閉后，系統(tǒng)會繼續(xù)制水直到把氣動壓力桶充滿。之后系統(tǒng)啟動純水凈膜流程，先將廢水電磁閥打開，氣動壓力桶內(nèi)的純水就會緩慢流入RO膜濃水側(cè)，將濃水擠壓到濃水口排出，水路流程如圖5。這樣RO膜濃水側(cè)被氣動壓力桶內(nèi)的純水填充滿，此時RO膜內(nèi)的濃水側(cè)和純水側(cè)離子濃度差很小，根據(jù)RO膜離子（鹽離子）滲透率公式：

　　式中：Qs-膜的透鹽量；

　　Ks-膜的鹽滲透系數(shù)；

　　?C-膜兩側(cè)鹽濃度差；

　　S-膜面積；

　　d-膜厚度；

　　該方程可簡化為：

　　Qs=B×(?C)

　　式中：B-膜的鹽透過常數(shù)；

　　?C-鹽濃度差（鹽的擴散驅(qū)動力）。

　　從上述公式可以看出，RO膜的離子（鹽離子）滲透率與RO膜的兩側(cè)濃度差成正比，RO膜的兩側(cè)鹽濃度差越小，離子（鹽離子）滲透率越小，反之越大；當RO膜兩側(cè)濃度差無限接近時候，RO膜的離子（鹽離子）滲透率趨近于0。為了進一步確認純水凈膜技術的效果，進行試驗驗證，流程圖如圖6所示。

　　以400G反滲透凈水器為載體，第一級為前置濾芯（復合濾芯），第二級為RO濾芯，根據(jù)純水凈膜技術流程圖，在RO膜兩端連接氣動壓力桶和純水凈膜水路，測試數(shù)據(jù)如圖7。

　　測試條件：原水為加標水，總?cè)芙夤腆w為（500±50）mg/L之間，環(huán)境溫度25℃，整機為400G反滲透凈水器，要求待機8小時后穩(wěn)定脫鹽率＞90%。

　　測試方法：初次開機運行，在供水壓力為（0.24±0.02）MPa下，于達到標稱額定總凈水量的0%、25%、50%、75%和100%點進行加標測試。達到標稱額定總凈水量的0%點進行加標測試前，要求使用試驗用水或市政自來水穩(wěn)定運行1h。達到標稱額定總凈水量的25%、50%、75%和100%點進行加標測試時，切換試驗用水打開水龍頭穩(wěn)定運行15min后，在不斷電條件下關閉龍頭不取水，8h后打開凈水龍頭用量杯連續(xù)收集5杯凈水，每杯體積200mL；按GB/T 5750.5的規(guī)定測量進水和凈水的含鹽量，并按如下公式計算第N杯水的脫鹽率Rn，且取其中最低的值為Rmin。

　　式中：Rn-脫鹽率，單位為百分號%；

　　Cf-進水含鹽量，單位為毫克每升（mg/L）；

　　Cp-凈水含鹽量，單位為毫克每升（mg/L）。[5]

　　此時，Rmin取值Min{R1，R2，R3……R10}，即10杯水中脫鹽率最低值。整機額定總凈水量范圍內(nèi)，可分為5段用a規(guī)定的加標水進行b項測試，在達到標稱額定總凈水量的0%（初始）、25%、50%、75%和100%時的任何1段測試后得到的Rmin，均需要符合出水水質(zhì)持續(xù)穩(wěn)定。

　　測試結(jié)果：全程脫鹽率＞85%；

　　數(shù)據(jù)來源：本公司實驗室。

　　根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，以總?cè)芙夤腆w500mg/L作為原水，其凈化后總?cè)芙夤腆w均≤45mg/L，全程脫鹽率＞85%，400mL后脫鹽率達到機器穩(wěn)定脫鹽率。這說明純水凈膜后RO膜兩側(cè)離子濃度差非常小，RO膜的離子（鹽離子）滲透率非常低。

　　產(chǎn)品空間要求方面，純水置換技術因只需增加一個微型氣動壓力桶裝置和置換水路，新增部件體積較小，可通過現(xiàn)有產(chǎn)品優(yōu)化來實現(xiàn)此技術，且成本相對較低，因此可大范圍推廣和應用。

　　3  結(jié)論

　　通過對上述五種技術方案優(yōu)劣勢分析，筆者比較推薦純水凈膜技術，此技術實現(xiàn)成本較低、水質(zhì)穩(wěn)定，且并不會增加太多體積，是目前可以較好解決問題的方案。隨凈水技術研究的不斷創(chuàng)新升級，相信未來會有更好技術方案來實現(xiàn)全程零陳水，徹底解決用戶對“頭杯水”問題擔憂。