目前 , 市面上的饮用水净水产品主要有超滤 (即传统过滤技术 , 一般以单支滤芯为主)和反渗透 (RO)技术两大类 。而家用纯水机的处理工艺多采用反渗透工艺 , 由于 RO 处理工艺的特点 , 在家庭对纯水机的使用过程中 , 水资源的浪费现象十分严重 , 成为不得不重视的一个问题 。

1 纯水机应用现状

在厂家的强力宣传下 , 纯水机在日常生活中越来越受到关注 。我们对目前成都地区国美 、 苏宁等几家大型电器公司的五类饮水机 纯水机的销售情况做了调查 。据统计 , A 品牌纯水机的销量占饮 纯水机总销量的3.7 %, B 品牌纯水机的销量占饮 纯水机总销量的9.5%, 而 C 、 D、 E 品牌的纯水机销量都为 0 。调查可见 , 目前纯水机的销售在饮水机市场所占比重还十分小 , 表明民众对纯水机认识还不够 , 对该工艺不够了解 , 还处于观望阶段 。 另外 , 亦可能与纯水机昂贵的价格有很大的关系 ;可是 , 我们对家具 装饰城的调查情况却相反 ———纯水机占据主要市场并且以进口产品居于主导 。说明纯水机在饮水机市场处于高端市场的位置 , 反映了饮水机行业的未来发展方向 。

国内知名的纯水机销售网亿家净水和慧聪网等都对净水机 纯水机的销售以及群众的关注情况作了调查(博锐管理在线 , 2008)。2005 年的调查显示 , 中国纯水机年销售量估计在 3 000 ～ 4 000 台〔1〕。2004 年 , 全国纯水机销售总量在 20.1 万台 , 而到 2006 年全国纯水机销量达到 42.8 万台 。 这说明纯水机的使用普及率在中国还是一个很低的水平 。但慧聪网和多家专业网站的调查结果都显示 , 纯水机越来越受大众喜爱 , 在同类产品始终是热门搜索的关键词〔2〕, 这反映了纯水机普及率的日益提高是纯水机的发展趋势 。亿家净水对主要销售渠道和媒体广告进行监测 、消费者随机调查 、 网站访问热点及搜索关键词热点 ,并对一定时间段内对净水行业 (整体 、 分类 、 品牌 、产品 、 城市 、 价格等)整体情况进行评价 , 通过专业人员对排行榜的主要数据进行分析整理而得到 2007 年月度销量排名前 5 的净水机 纯水机品牌 , 依此为 :A品牌饮水机 (超滤), B 品牌纯水机 (RO), C 品牌饮水机 (KDF 滤料), D品牌饮水机 (KDF 滤料), E 品牌纯水机 (RO) (以上排名只是对大类的比较)。其中第 2位和第 5 位的都是纯水机 , 经过调查 , 市面上销售的纯水机 100 %采用 RO 工艺 。国内有资料显示 , 消费者 2005 年在对直饮机认知度的调查中 , 知道直饮机的消费者已经有 75 %, 其中有购买欲望的消费者占 30 %〔3〕, 这些数据都表明直饮机 在 国 内 市 场 呈 快 速 上 升 趋 势 。 对 2007 年 1 -6 月的饮净水器市场做的调查也显示纯水机占据很大的比重〔4〕。

2 反渗透纯水机原理及存在的问题

2.1 反渗透机净水原理

反渗透技术的基本原理是在高于溶液渗透压的作用下 , 使其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来 , 有效地去除水中的溶解盐类 、 胶体 、 微生物 、 热源 、 有机物等 。即反渗透除盐原理 , 就是在有盐分的水中 (如原水), 施以比自然渗透压力更大的压力 , 使渗透向相反方向进行 , 把原水中的水分子压到膜的另一边 , 变成洁净的水 , 从而达到除去水中盐分的目的 。反渗透过程是一个与自然渗透现象相反的渗透过程 , 是以压力差为推动力的膜分离技术 , 也是目前最先进的膜分离技术之一〔5〕。

利用高压泵将待处理水增压后 , 借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子 , 由于反渗透膜在高压情况下 , 只允许水分子通过 , 而不允许钾 、 钠 、钙 、 锌 、 病毒 、 细菌通过 , 最终获得高质量的纯水 。由于纯净水没有细菌 、 病毒 , 干净 、 卫生 , 是软水 , 口感好 , 而且是小分子团水 , 易于被人体吸收 电导率 ≤20Ψ, 因此纯水机在人们选购净水器时成为一大卖点 。

目前 , 市面上出售的纯水机的处理流程如图 1 所示 。

图 1 反渗透纯水机处理工艺

为了防止反渗透膜发生污堵 , 保证水质和延长反渗透膜的使用寿命 , 原水在经过反渗透膜时必须先预处理 , 第一级 、 第二级 、 第三级均为预处理阶段 。 第一级多采用 PP 滤芯 , 作为初级过滤使用 , 用来去除水中泥沙、 铁锈等较粗颗粒 。第二级多采用颗粒活性炭滤芯 , 针对水中异色 、 异味 、 有机物质等进行吸附 。第三级多采用固体活性炭滤芯 , 去除余氯 、 有机化学物质等 。第四级为 RO 反渗透膜 , 去除水中所有无机杂质 、细菌 、 病毒 、 重金属等污染物 。第五级为后置的活性炭滤芯 , 改善水质口感 。

2.2 反渗透纯水机存在的问题

为了避免膜的淤塞 , 必须经常冲洗盐水侧 。当水渗透通过膜后 , 大部分的盐被留在盐水侧 , 因此盐水侧的溶液浓度变得越来越高 。如果不把废弃溶液排掉 ,盐水侧的矿物质浓度最终会超出溶质的溶解度范围 ,会析出而在膜上形成水垢〔6〕;由于 RO 膜孔隙极小 , 正常自来水水压几乎不能透过 , 需借助水泵的压力将水挤压过去 , 但是 , 如果渗透压过大 , 使透过反渗透膜的水量增大来减小浓水的水量时 , 会造成反渗透膜的老化及使用寿命的降低 。为了延长反渗透膜的使用寿命 , 使反渗透膜正常运行 , 不可避免地会形成浓排水 。据调查统计 , 家用纯水机在生产 1 杯纯水的同时 , 会产生 3～ 4 杯的浓水 , 但是, 用户在使用过程中 , 只知道纯水机会产生废水 , 却对产生如此多的废水的情况并不知情 , 而纯水机的安装人员往往都是将浓排水的管道接入下水道 , 这种浪费是惊人的 。

纯水机的纯水和浓水的比例可由废水比器件调节 ,国内品牌的纯水机通常是在安装使用过程中由安装人员人为调节的 , 但是为了延长 RO 膜的使用寿命并达到良好的处理效果 , 纯水机的安装人员通常把纯水与浓水的比例调至 1 :3 ～ 1 :4, 大量的浓水直接排入了下水道 , 这必将造成惊人的浪费 。 然而 , 在所有采用反渗透工艺的纯水机的国内品牌生产商 , 均未在说明书中注明纯水机浓水的产生比例 , 用户并不知道纯水机会产生如此巨量的弃水 , 以致于这些超过纯水水量 3 ～4 倍的弃水没有得到有效的利用而白白流失 。针对北京市的情况 , 人均水资源占有量约 300m3,是全国平均水平的 1 8 , 是世界人均水平的 1 30 , 远远低于国际公认的人均 1 000m3的下限 。随着北京经济和社会的飞速发展 , 水资源不足的问题日益严重 , 并且伴随着比较严重的污染现象 , 已经对社会可持续发展造成不可忽视的影响〔7〕。 目前 , 北京市纯水机的普及率 为 4%, 而 发 达 国 家 纯 水 机 的 普 及 率 已 达到70 %〔1〕, 随着国民经济的发展 , 这必定也成为中国纯水机的发展方向 。按照每人每天饮用 3L 水 , 每人每日的弃水达到 9 ～ 12 升 , 就北京一个城市而言 , 按人口1700 万计算 , 现有普及率水平下 (4 %)产生的弃水量为 6 120 ～ 8 160m3d , 弃水量巨大 , 但是随着人口的不断增加和纯水机的日益普及 , 弃水量的增加是惊人的 ,如表所示 , 如果普及率达到发达国家的 70 %〔1〕, 就北京一个城市弃水量约为 107 100 ～ 142 800m3d 。在水资源日益短缺的今天 , 这个问题必须十分重视并加以解决 。如在此基础上加大对反渗透纯水机的普及力度无疑使北京市的水资源危机更为严重 。而全国的情况更不容乐观 , 尤其是那些缺水严重的地区 。因此 , 在纯水机越来越受关注的情况下 , 探索行之有效的方法显得尤为必要 。

3 RO 饮水机弃水的减少及利用措施

政府有关部门应强制要求纯水机的生产厂商在产品说明书中标明针对各地饮用水水质 , 该设备在某年限的使用过程中产生浓水的比例 , 以便用户在使用价值和节能经济方面作出权衡 。

有关部门需制定强制标准 , 控制 RO 工艺饮水机的弃水排放率 , 并从生产工艺上加以限制 , 使弃水率不能在产品安装阶段人为调节 , 以减少对水资源的浪费 。大力支持和推广 RO 纯水机浓排水回收利用技术的研究 , 寻求最经济最有效的浓排水回用措施 。 目前 ,已有很多关于纯水机浓排水利用的专利 , 如专利 “一种节水型反渗透纯水机” (专利号 :200610053420.1)〔8〕,“节水型家用纯水机” (专利号 :200420077870.0)〔9〕“纯水机 浓 水 回 收 再 利 用 装 置 ” (专 利 号 :200520027397.X)〔10〕等 , 或是利用方法 , 但是基本没有得到实施 , 很多家庭都是将浓水直接排放 。 因此 , 浓排水的利用必须得到有效的落实 。建议纯水机的生产厂家针对用户的具体情况 , 提出切实可行的浓水利用措施 , 例如 , 可用浓水冲厕 , 绿化等 , 但是要有统一规范的实施章程 , 在纯水机的安装过程中同时实现浓水回用装置的安装 。

加强替代工艺的技术研究 , 在相同和相等的水质条件下 , 尽力采用节水工艺的方式 , 在安全的前提下 ,尽可能不采用反渗透纯水机 。这就要求城市的供水单位和监督单位做好相关工作 , 确实保证供水单位提供的水质能够完全保证人们生产生活的需要 。 另外 , 小区域的直饮水工程在当前是一个可考虑的措施 。各级政府应该及时制定相关的政策 , 支持纯水技术和设备的研发 , 用行政手段 、 法律手段切实的保证水质 , 有效地节约用水 。

对于现有 RO 工艺饮水机的问题, 可采用政策和经济措施来减少浪费 :制定市场准入标准 ———对弃水超过某种标准的产品施行市场限入 ;征收水资源浪费特别税 , 用经济手段限制其发展 ;强制实施弃水利用装置的配套销售 、 配套安装和使用的法规 。

4 结论

通过对纯水机原理及其应用的研究 , 可以得到以下重要结论 :

目前纯水机在国内的普及率不高 , 但是发展趋势是不可小觑的 。和国外的 70 %的普及率还相差甚远 ,纯水机的空间还很大 。随着纯水机将日益普及 , 纯水机的弃水量惊人 ,尤其是在当今水危机极为严重的情况下 , 这种浪费无疑将会带来严重的后果 。在此情况下 , 政府应该采取强有力的法律 、 行政 、经济措施 , 严格控制纯水机生产 、 销售 、 应用等环节 ,未雨绸缪 , 在满足公众安全用水的条件下 , 有效地节约水资源 。大力发展节水性的纯水机工艺技术和应用研究 ,或寻找可替代的新工艺 。有效地降低纯水机的弃水量，节约水资源 。

目前 , 市面上的饮用水净水产品主要有超滤 (即传统过滤技术 , 一般以单支滤芯为主)和反渗透 (RO)技术两大类 。而家用纯水机的处理工艺多采用反渗透工艺 , 由于 RO 处理工艺的特点 , 在家庭对纯水机的使用过程中 , 水资源的浪费现象十分严重 , 成为不得不重视的一个问题 。

1 纯水机应用现状

在厂家的强力宣传下 , 纯水机在日常生活中越来越受到关注 。我们对目前成都地区国美 、 苏宁等几家大型电器公司的五类饮水机 纯水机的销售情况做了调查 。据统计 , A 品牌纯水机的销量占饮 纯水机总销量的3.7 %, B 品牌纯水机的销量占饮 纯水机总销量的9.5%, 而 C 、 D、 E 品牌的纯水机销量都为 0 。调查可见 , 目前纯水机的销售在饮水机市场所占比重还十分小 , 表明民众对纯水机认识还不够 , 对该工艺不够了解 , 还处于观望阶段 。 另外 , 亦可能与纯水机昂贵的价格有很大的关系 ;可是 , 我们对家具 装饰城的调查情况却相反 ———纯水机占据主要市场并且以进口产品居于主导 。说明纯水机在饮水机市场处于高端市场的位置 , 反映了饮水机行业的未来发展方向 。

国内知名的纯水机销售网亿家净水和慧聪网等都对净水机 纯水机的销售以及群众的关注情况作了调查(博锐管理在线 , 2008)。2005 年的调查显示 , 中国纯水机年销售量估计在 3 000 ～ 4 000 台〔1〕。2004 年 , 全国纯水机销售总量在 20.1 万台 , 而到 2006 年全国纯水机销量达到 42.8 万台 。 这说明纯水机的使用普及率在中国还是一个很低的水平 。但慧聪网和多家专业网站的调查结果都显示 , 纯水机越来越受大众喜爱 , 在同类产品始终是热门搜索的关键词〔2〕, 这反映了纯水机普及率的日益提高是纯水机的发展趋势 。亿家净水对主要销售渠道和媒体广告进行监测 、消费者随机调查 、 网站访问热点及搜索关键词热点 ,并对一定时间段内对净水行业 (整体 、 分类 、 品牌 、产品 、 城市 、 价格等)整体情况进行评价 , 通过专业人员对排行榜的主要数据进行分析整理而得到 2007 年月度销量排名前 5 的净水机 纯水机品牌 , 依此为 :A品牌饮水机 (超滤), B 品牌纯水机 (RO), C 品牌饮水机 (KDF 滤料), D品牌饮水机 (KDF 滤料), E 品牌纯水机 (RO) (以上排名只是对大类的比较)。其中第 2位和第 5 位的都是纯水机 , 经过调查 , 市面上销售的纯水机 100 %采用 RO 工艺 。国内有资料显示 , 消费者 2005 年在对直饮机认知度的调查中 , 知道直饮机的消费者已经有 75 %, 其中有购买欲望的消费者占 30 %〔3〕, 这些数据都表明直饮机 在 国 内 市 场 呈 快 速 上 升 趋 势 。 对 2007 年 1 -6 月的饮净水器市场做的调查也显示纯水机占据很大的比重〔4〕。

2 反渗透纯水机原理及存在的问题

2.1 反渗透机净水原理

反渗透技术的基本原理是在高于溶液渗透压的作用下 , 使其他物质不能透过半透膜而将这些物质和水分离开来 , 有效地去除水中的溶解盐类 、 胶体 、 微生物 、 热源 、 有机物等 。即反渗透除盐原理 , 就是在有盐分的水中 (如原水), 施以比自然渗透压力更大的压力 , 使渗透向相反方向进行 , 把原水中的水分子压到膜的另一边 , 变成洁净的水 , 从而达到除去水中盐分的目的 。反渗透过程是一个与自然渗透现象相反的渗透过程 , 是以压力差为推动力的膜分离技术 , 也是目前最先进的膜分离技术之一〔5〕。

利用高压泵将待处理水增压后 , 借助半透膜的选择截留作用来除去水中的无机离子 , 由于反渗透膜在高压情况下 , 只允许水分子通过 , 而不允许钾 、 钠 、钙 、 锌 、 病毒 、 细菌通过 , 最终获得高质量的纯水 。由于纯净水没有细菌 、 病毒 , 干净 、 卫生 , 是软水 , 口感好 , 而且是小分子团水 , 易于被人体吸收 电导率 ≤20Ψ, 因此纯水机在人们选购净水器时成为一大卖点 。

目前 , 市面上出售的纯水机的处理流程如图 1 所示 。

图 1 反渗透纯水机处理工艺

为了防止反渗透膜发生污堵 , 保证水质和延长反渗透膜的使用寿命 , 原水在经过反渗透膜时必须先预处理 , 第一级 、 第二级 、 第三级均为预处理阶段 。 第一级多采用 PP 滤芯 , 作为初级过滤使用 , 用来去除水中泥沙、 铁锈等较粗颗粒 。第二级多采用颗粒活性炭滤芯 , 针对水中异色 、 异味 、 有机物质等进行吸附 。第三级多采用固体活性炭滤芯 , 去除余氯 、 有机化学物质等 。第四级为 RO 反渗透膜 , 去除水中所有无机杂质 、细菌 、 病毒 、 重金属等污染物 。第五级为后置的活性炭滤芯 , 改善水质口感 。

2.2 反渗透纯水机存在的问题

为了避免膜的淤塞 , 必须经常冲洗盐水侧 。当水渗透通过膜后 , 大部分的盐被留在盐水侧 , 因此盐水侧的溶液浓度变得越来越高 。如果不把废弃溶液排掉 ,盐水侧的矿物质浓度最终会超出溶质的溶解度范围 ,会析出而在膜上形成水垢〔6〕;由于 RO 膜孔隙极小 , 正常自来水水压几乎不能透过 , 需借助水泵的压力将水挤压过去 , 但是 , 如果渗透压过大 , 使透过反渗透膜的水量增大来减小浓水的水量时 , 会造成反渗透膜的老化及使用寿命的降低 。为了延长反渗透膜的使用寿命 , 使反渗透膜正常运行 , 不可避免地会形成浓排水 。据调查统计 , 家用纯水机在生产 1 杯纯水的同时 , 会产生 3～ 4 杯的浓水 , 但是, 用户在使用过程中 , 只知道纯水机会产生废水 , 却对产生如此多的废水的情况并不知情 , 而纯水机的安装人员往往都是将浓排水的管道接入下水道 , 这种浪费是惊人的 。

纯水机的纯水和浓水的比例可由废水比器件调节 ,国内品牌的纯水机通常是在安装使用过程中由安装人员人为调节的 , 但是为了延长 RO 膜的使用寿命并达到良好的处理效果 , 纯水机的安装人员通常把纯水与浓水的比例调至 1 :3 ～ 1 :4, 大量的浓水直接排入了下水道 , 这必将造成惊人的浪费 。 然而 , 在所有采用反渗透工艺的纯水机的国内品牌生产商 , 均未在说明书中注明纯水机浓水的产生比例 , 用户并不知道纯水机会产生如此巨量的弃水 , 以致于这些超过纯水水量 3 ～4 倍的弃水没有得到有效的利用而白白流失 。针对北京市的情况 , 人均水资源占有量约 300m3,是全国平均水平的 1 8 , 是世界人均水平的 1 30 , 远远低于国际公认的人均 1 000m3的下限 。随着北京经济和社会的飞速发展 , 水资源不足的问题日益严重 , 并且伴随着比较严重的污染现象 , 已经对社会可持续发展造成不可忽视的影响〔7〕。 目前 , 北京市纯水机的普及率 为 4%, 而 发 达 国 家 纯 水 机 的 普 及 率 已 达到70 %〔1〕, 随着国民经济的发展 , 这必定也成为中国纯水机的发展方向 。按照每人每天饮用 3L 水 , 每人每日的弃水达到 9 ～ 12 升 , 就北京一个城市而言 , 按人口1700 万计算 , 现有普及率水平下 (4 %)产生的弃水量为 6 120 ～ 8 160m3d , 弃水量巨大 , 但是随着人口的不断增加和纯水机的日益普及 , 弃水量的增加是惊人的 ,如表所示 , 如果普及率达到发达国家的 70 %〔1〕, 就北京一个城市弃水量约为 107 100 ～ 142 800m3d 。在水资源日益短缺的今天 , 这个问题必须十分重视并加以解决 。如在此基础上加大对反渗透纯水机的普及力度无疑使北京市的水资源危机更为严重 。而全国的情况更不容乐观 , 尤其是那些缺水严重的地区 。因此 , 在纯水机越来越受关注的情况下 , 探索行之有效的方法显得尤为必要 。

3 RO 饮水机弃水的减少及利用措施

政府有关部门应强制要求纯水机的生产厂商在产品说明书中标明针对各地饮用水水质 , 该设备在某年限的使用过程中产生浓水的比例 , 以便用户在使用价值和节能经济方面作出权衡 。

有关部门需制定强制标准 , 控制 RO 工艺饮水机的弃水排放率 , 并从生产工艺上加以限制 , 使弃水率不能在产品安装阶段人为调节 , 以减少对水资源的浪费 。大力支持和推广 RO 纯水机浓排水回收利用技术的研究 , 寻求最经济最有效的浓排水回用措施 。 目前 ,已有很多关于纯水机浓排水利用的专利 , 如专利 “一种节水型反渗透纯水机” (专利号 :200610053420.1)〔8〕,“节水型家用纯水机” (专利号 :200420077870.0)〔9〕“纯水机 浓 水 回 收 再 利 用 装 置 ” (专 利 号 :200520027397.X)〔10〕等 , 或是利用方法 , 但是基本没有得到实施 , 很多家庭都是将浓水直接排放 。 因此 , 浓排水的利用必须得到有效的落实 。建议纯水机的生产厂家针对用户的具体情况 , 提出切实可行的浓水利用措施 , 例如 , 可用浓水冲厕 , 绿化等 , 但是要有统一规范的实施章程 , 在纯水机的安装过程中同时实现浓水回用装置的安装 。

加强替代工艺的技术研究 , 在相同和相等的水质条件下 , 尽力采用节水工艺的方式 , 在安全的前提下 ,尽可能不采用反渗透纯水机 。这就要求城市的供水单位和监督单位做好相关工作 , 确实保证供水单位提供的水质能够完全保证人们生产生活的需要 。 另外 , 小区域的直饮水工程在当前是一个可考虑的措施 。各级政府应该及时制定相关的政策 , 支持纯水技术和设备的研发 , 用行政手段 、 法律手段切实的保证水质 , 有效地节约用水 。

对于现有 RO 工艺饮水机的问题, 可采用政策和经济措施来减少浪费 :制定市场准入标准 ———对弃水超过某种标准的产品施行市场限入 ;征收水资源浪费特别税 , 用经济手段限制其发展 ;强制实施弃水利用装置的配套销售 、 配套安装和使用的法规 。

4 结论

通过对纯水机原理及其应用的研究 , 可以得到以下重要结论 :

目前纯水机在国内的普及率不高 , 但是发展趋势是不可小觑的 。和国外的 70 %的普及率还相差甚远 ,纯水机的空间还很大 。随着纯水机将日益普及 , 纯水机的弃水量惊人 ,尤其是在当今水危机极为严重的情况下 , 这种浪费无疑将会带来严重的后果 。在此情况下 , 政府应该采取强有力的法律 、 行政 、经济措施 , 严格控制纯水机生产 、 销售 、 应用等环节 ,未雨绸缪 , 在满足公众安全用水的条件下 , 有效地节约水资源 。大力发展节水性的纯水机工艺技术和应用研究 ,或寻找可替代的新工艺 。有效地降低纯水机的弃水量，节约水资源 。