1、分析家庭净水装置及其设计范玎(华东理工大学 机械与动力工程学院 专业:过程装备与控制工程 ,上海)摘要：介绍家庭净水装置，对于我国水资源进行简单分析，并揭示水净化的重要性。在简单的净水过程上，分析家庭净水器的净水原理，并且对其做出自己的小设计。关键词：家庭净水、净水器、水净化、我国用水现状、自制净水器、净水器设计Analysis and Design of the domestic water clarifierFan Ding(Process Equipment and Conteol Engineering; the Institute of Mechine and Power Engin
2、eering; East China University of Science and Technology;)Abstract:This essay mainly introduce the domestic water clarifier,simply analyzing the source of water in China,and to show the importance of clarifying water.With a little knowledge of process of clarifying water,I analyze the principle of wa
3、ter purifying which be used in domestic water clarifier,and design a simple process of it.Key words:household; water clarifier; water clarifying; current situation of water in China; selfmade water clarifier; design of water clarifying序言：水，乃生命源泉。据报告，人体缺水 3 到 4 天，即会死亡。可见，没有水，生命将不复存在。一般而言，人体含水量占人体成分 7
4、0%以上，它既维持着机体各类平衡，又保证各组织器官的正常运作。再加之，人体的老化过程实际就是人体水分丧失的过程。因此，想拥有一个健康的身体、想保持年轻状态，水是一个关键。在本草纲目中也有言：“药补不如食补，食补不如水补。 ”可见，水与我们人体健康息息相关。如此，好的体质就要由好的水质来决定。然而，随着社会的发展、时代的进步，水污染日益恶化。我们的饮用水也因此经受着来自不同途径的污染。第一是水源污染：我国城市居民的饮用水都是通过对江河湖泊的水加工而来的，但在我国，主要的 532 条河流中已经有436 条被严重污染；第二是加工污染：我国的自来水的净化杀菌过程主要是通过施加氯气来完成的（打开水龙头会
5、闻到一股漂白粉的气味，就是余氯的味道） 。氯气本来就是一种有毒物质，而且氯气还能和水中的有机物发生化学反应，生成一种有机化合物三氯甲烷，这是世界上公认的强致癌物质，所以现在国外称这种水为“致癌水” ；第三是二次污染：自来水从工厂出来后要经过密如蛛网的地下管道才能输送到千家万户 。输水管道的老化、腐蚀、剥落，高楼水箱的无人管理、任细菌滋生，自来水又遭受了严重的二次污染 。面对水污染和人们对纯净饮用水的需求，家庭净水装置成为解决问题的答案之一。本文将以介绍、分析家庭净水装置，结合我国家庭净水现状，给与一定的设计和展望。正文：一、 什么是家庭净水装置？家庭净水装置，亦称“水家装” 。它是根据每个家庭
6、的具体水质情况，在供水管路的适当位置配套设置的一套净水处理设备。其最主要的功能就是整体改变局域用水，提高水质，过滤出满足家庭生活使用的软水，用去除掉碱垢的水用来洗衣服可更加柔软，使保洁过程轻松简单；还可以过滤保留微量元素的净水，让家庭在安装这套装置后可以直接饮用水管里流出的水，从而全面提升家庭生活饮水和生活用水的质量。简单来说，就是家庭里的自来水通过净水器的层层过滤、处理，最终达到健康水质的标准 。下图为一套完整的家庭净水解决方案示意图 ：图 1如今，常见的家用净水器可分为：滤芯净水器、活性碳过滤器、反渗透纯水机、软水器、桶状净水器、超滤净水器、混合介质过滤器等等 。二、水净化的必要性：据国际
7、卫生组织报道，到目前为止，世界范围内已经在水中检出 2221 种有机化合物。2003 年美国的卫生研究部门在其饮用水中鉴定出有害的有机物大约756 种，其中确认属于致癌物的有 20 种，可疑致癌物有 24 种，促癌物有 18 种，致突变物有 56 种。这些有机物在传统的净化工艺中都难以去除。据联合国卫生组织统计，人类 80%的疾病和 33%的死亡都与饮用不洁净的水有关。像轻的腹泻、发烧、炎症，重的痢疾甚至癌症等疾病，都因长期饮水不当造成。有关专家指出，由于人们的饮水方式不当，目前“生命之源”正在变成“生命之患” ，威胁着人类的健康。三、我国饮用水现状：由于人口增长和经济快速发展所造成的水污染，
8、我国正面临一场水的危机。仅因缺少干净的水一项，每年就造成超过 l100 亿美元或 23的 GDP 损失，并可能在今后的 5 年内造成每年 2000 亿美元的损失。据世界经济合作与发展组织估计有几亿人口饮用被污染的水，污染物来自如砷、超量的氟、未经处理废水中的毒素、农化物和垃圾填埋的渗透等。目前，我国有 3 亿农村人口依赖于不安全的饮用水，80%以上的城市受到不同程度的污染，近 70%的水源不符合国家规定的水源标准。我国水污染除去水源污染外，还主要来自于以下几方面：1、自来水出厂加工工艺陈旧 中国自来水工艺仍是一百年以前的加工流程，混凝、沉淀、过滤、加工、消毒 。而现在自然环境的水质与一百年前差
9、异很大，工业的发展，使一些新的有机化合物，如三氯甲烷、卤乙酸、类激素、抗生素、内分泌干扰素等有害物质，在此等工艺中无法完全去除。这些物质与致病微生物的污染不同，喝了含有微生物的水会拉肚子、生病，而喝了含有有机化合物的水后不会马上生病，而是一个长期积累的过程，最后导致身体机能下降，影响身体健康。 2、水管道老化增加铅含量 在经过自来水水厂的努力处理后，出厂的指标处于是正常的值时，可能会由于家庭管道年久失修引起渗漏和污染，外加一些装修建材，如水表。水表里铜的构件含铅，时间长了可溶进水中，水龙头亦是如此。生活中有时的不注意，也会造成水质污染、不合格。 3、突发事件及工业污染 突发事件如松花江的化学污
10、染、湖南的重金属污染等这些始料未及的污染。水和工业产品不一样，不合格的工业产品出厂时可以截留，不让它流向市场。但是水不同，水的检验需要时间，微生物检验需要 48 个小时细菌的结果才能出来。而这 48 个小时，自来水已经流向千家万户。四、家庭净水器的设想我想就我了解到的知识，来谈谈对于净水器的小设计。4.1 对于家庭可用水、可饮用水水质常规指标的探究4.1.1、 微 生 物 指 标总 大 肠 菌 群 （ MPN/100mL 或 CFU/100mL） 不 得 检 出 耐 热 大 肠 菌 群 （ MPN/100mL 或 CFU/100mL） 不 得 检 出 大 肠 埃 希 氏 菌 （ MPN/100
11、mL 或 CFU/100mL） 不 得 检 出 菌 落 总 数 （ CFU/mL） 100 4.1.2、 毒 理 指 标砷 （ mg/L） 0.01 镉 （ mg/L） 0.005 铬 （ 六 价 ， mg/L） 0.05 铅 （ mg/L） 0.01 汞 （ mg/L） 0.001 硒 （ mg/L） 0.01 氰 化 物 （ mg/L） 0.05 氟 化 物 （ mg/L） 1.0 硝 酸 盐 （ 以 N 计 ， mg/L） 10 三 氯 甲 烷 （ mg/L） 0.06 四 氯 化 碳 （ mg/L） 0.002 溴 酸 盐 （ 使 用 臭 氧 时 ， mg/L） 0.01 甲 醛 （
12、使 用 臭 氧 时 ， mg/L） 0.9 亚 氯 酸 盐 （ 使 用 二 氧 化 氯 消 毒 时 ， mg/L） 0.7 氯 酸 盐 （ 使 用 复 合 二 氧 化 氯 消 毒 时 ， mg/L） 0.7 4.1.3、 感 官 性 状 和 一 般 化 学 指 标色 度 （ 铂 钴 色 度 单 位 ） 15 浑 浊 度 （ NTU-散 射 浊 度 单 位 ） 1 水 源 与 净 水 技 术 条 件 限 制 时 为 3 臭 和 味 无 异 臭 、 异 味 肉 眼 可 见 物 无 pH （ pH 单 位 ） 不 小 于 6.5 且 不 大 于 8.5 铝 （ mg/L） 0.2 铁 （ mg/L）
13、 0.3 锰 （ mg/L） 0.1 铜 （ mg/L） 1.0 锌 （ mg/L） 1.0 氯 化 物 （ mg/L） 250 硫 酸 盐 （ mg/L） 250 阴 离 子 合 成 洗 涤 剂 （ mg/L） 0.3 4.1.5 小 结对 于 家 庭 用 水 而 言 ， 我 们 所 要 使 用 、 引 用 的 是 少 细 菌 、 少 微 生 物 、 少 有害 有 机 物 质 、 少 有 害 金 属 物 质 的 安 全 水 ， 所 以 对 于 家 庭 净 水 来 说 ， 目 标 就 是要 以 比 较 低 的 成 本 消 除 尽 可 能 多 的 此 类 物 质 。4.2 自制简易净水器4.2.
14、1 背景在小学、初中等初等教育中，我们就接触过净水装置，比如利用木炭、棉花等最基本的物质，用其吸附性来净水。自制简易净水器示意图 图 2微型净水器实物照片图 34.2.2 净水步骤 1)在注射器的最底层铺棉花，铺至 3 毫升刻度处，用玻璃棒把下层的棉花按压紧：2)向棉花上层加入约 3 药匙活性炭；3)向活性炭上层再塞一层棉花(整个过滤器制作后，内填物不易超过 10 毫升刻度)；4)向制作好的过滤器约 10 毫升红墨水，把注射器的活塞塞上，并向下挤压。4.2.3 净水结果如图所示，上层的墨水通过活性炭层，可以明显地到：上层的棉花为红色，下层的棉为白色；若在注射器针孔处放置一小试管，可发现注射器内
15、的水为色，小试管中的水变成无色4.2.4 小节如此简单的想法便是净水器最基本的原理了-利用物质的吸附性层层过滤，消除有害物质来达到可使用的标准。4.3水处理的几种常用方法目前常用的水处理方法有：沉淀物过滤法、硬水软化法、活性炭吸附法、去离子法，逆渗透法、超过滤法、蒸馏法、紫外线消毒法、臭氧杀菌等。沉淀物过滤法、硬水软化法、都适用于自来水厂对水的处理系统中,家庭用的饮水机一般用的都是活性炭吸附法，去离子法，逆渗透法，超过滤法，蒸馏法，紫外线消毒法，臭氧杀菌等等。4.3.1 饮水机常用方法比较下面对饮水机常用方法做一比较 ：饮水机常用方法比较表 14.3.2 家用净水器滤材试验比较 (10)家用净
16、水器滤材试验比较表 24.3.3 小结从以上净水器的净水方法中不难看出，家用净水器实质上是给水深度处理的小型化，其主要处理对象是自来水中的浊度、色度、异嗅和有机物等。它一般由预过滤（粗滤）、吸附、精滤（微过滤、超过滤、反渗透）等三部分组成(11)。4.4我对于家用净水器的设想基于家庭净水的经济性、高效性、普遍性，我想用活性炭吸附法、臭氧杀菌法、超过滤法，三种方式来进行家庭对于水的净化。4.4.1净水过程原理活性炭吸附法：多用木质、媒质、果壳（核）等含碳物质通过化学法或物理活化法制成。它有非常多的微孔和比表面积，因而具有很强的吸附能力，能有效地吸附水中的有机污染物。此外在活化过程中，活性炭表面的
17、非结晶部位上形成一些含氧官能团，这些基团使活性炭具有化学吸附和催化氧化、还原性能，能有效去除水中一些金属离子。臭氧杀菌法：能杀菌，去除不掉水中的重金属和化学物质。超过滤法：用纤维素或高分子材料制成的微孔滤膜，利用其均一孔径来截留水中的杂质。这种微孔膜过滤技术又称粒密过滤技术，能够过滤微米或纳米级的微粒和细菌。微滤一般可截留0.0210um的粒子，超滤一般可截留 120nm的粒子。超过滤的工作压力一般以0.3兆帕左右，可除去水中大分子物质、细菌、病毒等。4.4.2净水过程设计顺序设计：原始水依次通过活性炭吸附器、臭氧发生装置、超渗透器，依次去除水中有机污染物、颜色；杀死细菌；过滤大部分物质，细菌
18、尸体、病毒尸体，以此确保最终家庭使用水的“最终态”可用。4.4.3净水方法缺点活性炭吸附虽然能很有效的去除大部分水中污染物质，但是由于其高效率导致表面过多聚集污染物，会出现细菌、净化效率低下等情况，影响整个净水环节的效率和结果，所以需要经常替换活性炭原料，增添使用者很多麻烦。臭氧杀菌不能去掉水中的重金属和化学物质，经杀死的细菌尸体仍残留在水中，增加超渗透层的“工作量”。超渗透器虽可可除去水中大分子物质、细菌、病毒等，但通量较低，降低净水效率。所以我设计的净水器理论上在得到的“终态水”的质量肯定很好，但是工作效率低，无法快速获得使用水。五、总结经过对于净水的了解、净水器工作的原理、家庭净水器、饮
19、水机的比较，在本文做出了详细的分析和小节，并且在此基础上有了自己的一点想法，做出了自己对于家庭净水的小设计。希望可以为今后的净水发展能有那么一丝一毫的小推动，也为我自己今后的工科研究性学习做一个良好的铺垫。因为缺乏较深的专业知识，较扎实的基础理论，在论文的构思上还不够详细，并没有得到当初在提笔之前的效果。然而大学的第一份正式小论文也给了我一点启示，在收集资料，寻找相关论文，整合收集到的资源上都得到了充分的锻炼。经过这一次的论文学习得到锻炼的同时，愿我国家庭净水、居民用水净水方面有更加光明的前程！参考文献： 黄雅曦 李季 李国学.污泥处理与资源化利用现状分析 2003 叶卓明 吕志荣 史龙.有关
20、水污染现状与纯净水对机体健康影响的探讨 2001 袁志彬 王占生 博文华.校区全面提高生活饮用水水质的建议 2003 周速华.现代家电 2008 岳舜琳.家庭净水器的选择 2007 时晓慧 马红霞.谈健康饮水面临的问题与解决途径 2004 刘海云.从一个家庭化学小实验组织初中学生开展研究性学习 2002 王菁 陈凯.基于演示和体验功能的微型净水器设计 2010 李智祥 冯伟 洪涛 李明 张茜.多功能水净化器的研制 2007-10 赵飞虹.净水器滤材的选择和应用试验 2005(11)刘钢潮.浅谈小型饮用水深度处理装置 2005-8提出问题：在本专业（过程装备与技术工程）的研究中，我们对于一个问题现象的分析、探究的角度、挖掘的深度应该进行到一个怎么样的程度才算是一份合格或者优秀的作品？提出问题原因：在本次学习写专业小论文的时候，我发现自己在寻找素材、寻找相关文摘等环节上还是有很大的问题，比如在各个网站上找到的文章内容有不同，加上自己专业知识不足，导致不能分辨如何取舍，更不能很好的研究问题、分析问题。其次，一开始未起笔之时对于论文的结果的期盼相当之好，然而在制作论文期间无法整合大部分知识，因此所带来的思考混乱，没有办法找到能够体现自己想法最明了、最简洁、最有效的方式，所以得到最后的结果并不如意。希望老师能在今后给出更加明确的探究问题的方式，以及做学术性研究更好的方法。
