反渗透净水机标准与技术创新 杜弘道.doc

反渗透净水机标准与技术创新（1） 作者 杜弘道2011年4月QB/T4144-2010家用及类似用途反渗透净水机行业标准（以下简称QB/T4144标准）发布实施，多年来净水机行业由于标准缺失无章可循，乱象丛生的局面可望得到一定程度的规范。该标准最大的贡献是为家用反渗透净水机正名。家用净水机行业起步晚发展快，全国现有各类生产企业约3000家，多数为组装加工企业。纵观行业现状，综合实力强、技术先进、具有开发能力的大中型企业少，生产条件差、技术落后、管理水平低、产品质量差的小型、微型企业居多，鱼龙混杂、良莠不齐的情况十分突出。家用净水机是供家庭或类似场所自产自用的净水设备，使用分散，水质和供水条件差异大，使用对象基本上为非专业人士，缺乏技术、不善维护、对产品的可靠性、安全性、适用性要求高，其产品标准不仅具有日用家电特点还应符合食品安全要求。通过学习发现QB/T4144标准与相关标准比较在安全性、耐久性等方面虽然有所充实，但在实用性方面仍须进一步提高。 为了提高产品质量、促进技术创新，我们在执行引用国家标准、行业标准的同时，还应遵循标准化法“国家鼓励企业制定严于国家标准或行业标准的企业标准在企业内部适用”所赋予的责权，制定出水平更高、要求更严、实用性更强的企业标准。现就反渗透净水机标准与技术创新问题谈点个人意见，不当之处敬请指正。(一)、家用反渗透净水机标准的术语定义 产品用途、工作原理、产品结构、技术性能、质量要求等术语和定义的准确性是制定产品标准的基本原则。 自上世纪70年代后期反渗透净水机进入中国以来，至今没有一个准确、统一的产品命名，其称谓有“反渗透净水机”、“纯水机”、“超纯水机”、“纯净水机”、“小分子团纯水机”等等五花八门。官方发布的规范、标准也不统一，例如卫生行政部门审批的涉水产品卫生许可批件上同一种产品有的称为“反渗透净水器”，有的称为“纯水机”。有的没有参照GB/T20103膜分离技术 术语的规定，对反渗透原理各自表述，例如：“原水通过半透膜时只允许水透过，其他物质不能透过.”这种表述容易造成误解。中外权威文献对反渗透原理的表述是：“原水通过理想半透膜时只允许水透过其它物质不能透过.”。这里的“理想半透膜”只是科学实验中的一种假定，与实际情况是两码事，迄今为止只允许水透过，其他物质不能透过的反渗透膜还没有问世。产品定义不当会带来相当大的负面影响，近年来任意夸大产品功能、概念炒作之风盛行，违背科学原理的虚假宣传、盲目追凤、标新立异，给生产企业和消费者造成的损失屡见不鲜。 反渗透是现代饮用水膜分离技术中截留精度等级最高的，与其他膜法技术相比按精度等级由高到低排列于下：反渗透（RO）属离子与小分子级，可去除0.0001微米（m）的颗粒杂质、相对分子量大于150-200道尔顿（MWCO）的有机物；纳滤（NF）介于离子与分子级之间，可去除大小0.001m的颗粒杂质、相对分子量大于200-400 MWCO的有机物；超滤(UF)属分子级，可去除大小0.002-0.1m的颗粒杂质，相对分子量1000-100000 MWCO的有机物；微滤（MF）属大分子级，可除去粒径0.1- 1m的杂质。反渗透具有广谱性，对于物理性、化学性和生物性污染均有很好的去除效果。 反渗透不仅具有高效去除有害成分功能，而且具有脱盐（指水中溶解性盐及各种导电介质）的特殊功能，脱盐率高达95%-99.5%，在净化高硬水、苦咸水等特种水方面具有不可替代的优势，是超滤、微滤、活性炭等水处理方法所不具备的。水质纯度常以溶解性总固体（TDS）来衡量，或用电导率表征，电导率越低水质越纯。水处理专业常将水质划分为软化水、脱盐水、纯水和高纯水（超纯水）四类：软化水 指将水中的硬度（钙、镁离子）降低或去除到一定程度的水，含盐量不变或有一定程度的减少；脱盐水 是指将水中容易去除的强电解质（在水溶液中全部电离成离子的电解质，强酸、强碱部分碱性氧化物等）去除到一定程度的水，剩余盐1-5mg/L、电导率110s/cm ；纯水 是指不仅将水中的强电解质去除到很低程度，又将难以去除的硅酸、二氧化碳等不易去除的弱电解质去除到一定程度的水，剩余盐1mg/L以下、电导率0.11s/mc ；高纯水 是指既将水中电解质几乎全部去除，又将不离解的胶体物质、气体、有机物去除至很低程度的水，剩余盐0.1mg/L以下、电导率0.1s/cm以下。反渗透是制备纯水重要工艺之一，通常一级反渗透脱盐率只能达到制备脱盐水的水平，纯度高的水需用二级或三级反渗透再加上脱气、调整PH值、离子交换、电除盐（EDI）等组合工艺才可以制备出纯水、高纯水。纯净水含盐量约5mg/L，相当于脱盐水。不言而喻，只有一级反渗透+活性炭的家用净水机无论如何也造不出真正意义上的纯水。为了将反渗透技术进一步发扬光大，充分发挥它在饮用水深度净化领域的优势，必须对家用反渗透净水机作出准确的定义。笔者摘录两个行业标准版本及本人意见于下，供斟酌，请指教：1、建设部CJ/T168-2002纯水机标准：“以反渗透膜等元件组装而成，以符合生活饮用水卫生标准的水为原水，生产纯水的日产水量400L以下的装置、可直接饮用的水”；2、发改委QB/T41442010家用和类似用途反渗透净水机标准：“以符合市政自来水或其他集中式供水为原水，以反渗透膜为主要元件与相关辅助装置组成，用于改善水质、供家庭或类似场所使用的净水机”；3、笔者个人意见。家用和类似用途反渗透净水机：“以符合GB5749生活饮用水卫生标准的水为原水，由反渗透膜等净化单元组成，用于去除有害成分的同时将水中盐类适度去除，净化水质，改善水的舒适性，供家庭或类似场所使用的净水机”。（二）、家用反渗透净水机的用途、使用性能综上所述，家用反渗透净水机从理论到实践都不具有制备纯水功能，将其称为“纯水机”是名不副其实，有的企业标准将其命名为纯净水机也不一定恰当。众所周知GB 17323饮用纯净水标准电导率为10s/。换算得知，脱盐率为95-98%的家用反渗透膜只适合用电导率200-500s/、换算成溶解性总固体约为120-350/L的原水才能制备出纯净水。然而卫生部涉水卫生许可规定家用反渗透净水机“使用范围：以市政自来水为水源”，自来水标准的溶解性总固体（TDS）指标为1000/L,而你的纯净水机只能适合TDS小于350/L的自来水使用，等于是缩小了产品市场覆盖面，自己给自己戴上了紧箍帽。过分追求水质纯度不仅限制了反渗透净水机的使用范围，而且对节水降耗、产品更新十分不利。回收率低，浪费水资源是家用反渗透净水机最突出的问题之一，如何将目前25%（QB/T4144标准规定不小于30%）的回收率提高一点，存在着许多制约因素，其中与盲目追求水质纯度有关。按照反渗透系统水流量和物料平衡原理：进水流量=成品水流量+浓水流量；进水溶质（TDS）含量=成品水溶质含量+浓水溶质含量。在进水流量和溶质含量不变的情况下，如果提高回收率、浓水流量随着减小浓缩度增高，成品水流量随着增大纯度（TDS）降低。因此在保证设备正常运行的前提下，应用系统工程适当提高回收率不仅节约用水而且对改善水质有利。 国内外研究成果表明水的矿物盐含量（TDS）与人的味觉有直接关系。自来水国家标准编制说明资料提示：“TDS少于300/L的水口感极好，300-600/L好，600-900/L一般,900-1000/L差、大于1200/L无法饮用，但水质太纯平淡无味反而影响口感”。国际优质饮用水都将TDS作为水质感官舒适性的一项重要指标。例如：国际瓶装水协会（IBWA）推荐的舒适水TDS为170/L，日本快适水TDS为30-100/L。我国自来水标准（GB 5749-2006）TDS为1000/L；饮用净水(CJ94-2006)TDS为500/L。随着人们对饮水舒适性要求的提高膜法脱盐调控技术应运而生。将反渗透净水盐含量控制在理想水平，既满足身体健康对矿物质的需要，又改善水的舒适性，节约水资源，消除水垢危害具有很好的技术经济效果，该技术已在发达国家广泛应用。经过多年实践我们将这这项新技术移植到家用反渗透净水机上，并取得成功。从理论到实践均证明反渗透不仅能生产纯净水，还能生产矿物质含量适中、健康性好，口感好的其它优质饮用水。要提高家用反渗透净水机回收率必须解决好与成品水纯度（TDS）的关系。反渗透=纯净水的观念不转变提高回收率的症结就难以解开。 （三）、关于总净水量和整机终端出水量QB/T41442010标准对“总净水量”（卫生部“水质处理器技术评审指南”规范术语为“额定总净水量”）其表述是：“在规定的运行条件下，净水机的出水水质符合要求且净水流量不少于标称净水流量时，其任一净化单元进行再生或更换时的累积产水量”。众所周知，净水机的净化单元中预处理滤芯的使用寿命短，其中以头道PP滤芯寿命最短，但PP滤芯属于粗级过滤，对水质变化不起主要作用，而真正对水质影响大的是活性炭。活性炭能有效地吸附截留悬浮物、胶体、有机物、化学毒物，余氯、以及致臭物，但活性炭一旦过期失效，其微孔被悬浮物、微生物堵塞成为细菌繁殖的温床，又是产生亚硝酸盐的载体，其使用周期直接影响到产水质量。将活性炭使用周期作为衡量额定总净水量的标尺是比较合理的。如何确定活性炭的使用寿命，参照卫生部涉水产品卫生许可批件，50gpd（7.9L/h）反渗透净水机用400克活性炭滤芯2支时额定总净水量为2000L。按照设计规范1000克一级净水活性炭（碘值1000）当流量1L/min时额定总净水量（透过水总量）4000L，如果回收率为30%则总净水量为1200L。如何确定额定总净水量关系到产水品质。根据卫生部涉及饮用水卫生安全产品检验规定卫生功能性检验（去除有害物质功能）是根据申请书载明的额定总净水量测试的。有的企业标准将每小时9L/h的反渗透净水机额定总净水量定为204m3、，如果真的是这样在样机送检时肯定过不了关，因为超过同种规格产品额定值竟100倍难免不出问题。千万不能将反渗透膜的寿命作为额定总净水量，否则会吃大亏。关于“整机终端出水量”（卫生部“水质处理器技术评审指南”规范术语为“净水流量”），这项指标关系到产品规格、系列型谱的制定。制定标准时应考虑到净水机的配套情况，不能脱离实际。目前净水机的膜和泵覆盖机型净水流量大致在4.8L/h 95L/h 之间。QB/T4144标准将整机终端出水量定为不小于48L/h，可能是笔误；CJ/168纯水机标准规定日产水量为 40L/D- 400L/D 不知这种规格的净水机该如何配套?卫生部规定净水流量180L/h的反渗透净水机为大型水质处理器，笔者理解小于此规格的反渗透净水机都属于家用及类似用途反渗透净水机系列型谱之列。（四）、脱盐率和电导率脱盐功能是反渗透净水机的一大特征，对于改善饮水品质至关重要。在卫生部颁布的生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范-反渗透处理装置（2001）中未将脱盐率纳入指标内容；建设部CJ/168纯水机行业标准中只有“初始脱盐率”而无水质纯度（TDS）要求。QB/T4144标准将“脱盐率”纳入标准内容，但仍无水质纯度要求。改善水质舒适性不在于脱盐率的高低而在于水中盐含量的多少。美国ANSI/NSF国家标准将家用反渗透水质处理器的盐含量降低能力(脱盐率)定为75%,大大低于我国纯净水工艺要求，但更符合国际优质饮用水对TDS的要求。脱盐率95-99.5%的反渗透膜与脱盐率90%以下的纳滤膜（又名松散反渗透 LooseRO）同样能制出优质饮用水。脱盐率指标对于家用反渗透净水机的实际意义在于： 检测膜组件脱盐率； 验证运行参数（例如回收率）是否合理；检测水中盐含量多少，这一条对改善水质尤为重要。检测水中盐含量的方法有两种，一种是重量法，另一种是电导率法，前者精确，后者简便。电导率不仅能表征水的含盐量（换算系数大致为1s/cm电导率=0.50.9 /L TDS，用于测试反渗透膜脱盐率的Nacl标准液换算系数为0.5），还能间接表征水的总硬度（1s/cm电导率=0.5/L硬度，其理论误差值约为20-30/L），对于检测净水机功能状态和水质都十分重要。建议将“电导率”纳入家用反渗透净水机产品水水质指标。（五）、微生物指标 家用反渗透净水机是直饮型净水机，防止微生物污染至关重要。净水机微生物污染有两种含义： 与水接触材料受到污染。检验方法是将整机浸泡于无菌水中，24小时后再检测浸泡水中的菌数，以判定污染程度，称为卫生安全性检验；净水机的除菌（指反渗透）、灭菌（指紫外线、载银炭、碘树脂、KDF等）功能测定。方法是，在水中加入菌数为N102-2103/100ml的大肠菌群制成加标水，经净水机处理后，检测出水菌数以判定除菌、灭菌效果，称为卫生功能性检验。有条件的企业可以做卫生安全性检验，卫生功能性检验规定由卫生部认定的检验机构负责。“菌落总数”主要是指示水的净化消毒效果，并不代表致病菌，还给生产企业增加风险。美国、世界卫生组织（WHO）等以及我国矿泉水（GB 8537-2008）新标准都将此项指标取消，以大肠菌群、大肠埃希菌等更具有意义的指标代之。建议将“大肠菌群计数”替代“菌落总数”作为净水机微生物检验指标，对加工环境和人员污染的考核更具实际意义。“菌落总数”检测浸泡时间为241小时，细菌培养时间48小时。按照规定产品必须经出厂检验合格才允许出厂，也就是说需要等到三天以后，待检测结果出来时产品才能入库，这样会给生产造成困难。不同产品对于微生物指标有不同的要求，比如饮用水标准规定，抽检时一桶水细菌超标,则判定该批产品不合格，并不得复检；而净水机微生物抽检不合格，是属于所检产品或者是部分产品受到污染，除非大面积环境污染，出现大范围产品污染的可能性极小。再则水的微生物污染是不能消除的，而净水机微生物污染是可以采取措施消除的，没有必要将整台产品报废。QB/T4144标准将微生物检验列为出厂检验“致命缺陷”项目，其可行性值得商榷。建议将微生物指标纳入型式检验、生产过程检验项目。例如从库存合格产品中抽检，每月或每季抽检一次，抽检不合格允许加倍抽样复检，复检不合格则判定该批产品不合格，必须消除不合格因素后才准出厂。这样既能达到质量把关目的，又利于生产。采取防检并举以防为主是解决净水机微生物污染的有效办法。例如： 建立符合要求的洁净工作间； 试机时用消毒水（可用无毒、无害、无腐蚀、无刺激的胍类、季铵盐类食品级消毒剂）冲洗； 湿水试机后的反渗透膜用1.5%浓度的亚硫酸氢钠保护液浸泡封存于膜壳中，即使是像干式陶式膜只要浸过水也必须是湿润状态保存； 通水试机后用无油空气吹干； 机头、滤芯、滤筒等用热缩膜封存。流水不腐 户枢不蠹，增加用水频次、减少贮存时间，让水流动起来是防止细菌滋生的最佳方法。较长时间（一个月）不用净水机，反渗透膜可添加保护液，放掉滤筒里的水保存。按时更换滤芯、特别是容易造成二次污染的活性炭滤芯非常重要。使用环节用户除了凭知觉品尝水质好坏外没有别的检测手段。用电导笔（或TDS笔），不仅能检测水中矿物盐含量判断设备产水状况，还可以表征水质清洁度。有资料表明浊度低于0.1 NTU的水细菌、原虫卵含量比原水减少99%以上，电导率小于300S/cm 的反渗透、纳滤水浊度在0.05NTU左右。在反渗透之后增加紫外线消毒是强化灭菌的最佳方案，紫外线具有广谱、瞬时灭菌功能，属高效消毒，无任何毒附作用，比载银活性炭、KDF、碘树脂等中、低效消毒方法更好。辐射计量30000 W.S/cm2的紫外线杀灭细菌病毒的时间为0.1-1 S、霉菌孢子1-8 S、藻类5-40 S，而臭氧需要15-30min。紫外灯管有两种，254nm波长的紫外线不产臭氧，185nm波长的紫外线产臭氧，用不产臭氧的紫外灭菌水中不会产生任何异味，可现产现用。现代UV254C紫外灯管寿命达8000小时。（六）、出厂检验QB/T4144标准规定出厂检验按组批抽检，这种方式是否可行？反渗透净水机由机械、电器、水路、压力容器、自动控制等组成，属于复杂系数较高、安全性要求也高的产品。生产类型大多数为外购零部件组装，不稳定因素多，整机厂缺乏质量控制主动权。目前多数企业虽然对出厂产品实行全检，但检验项目过于简单，质量隐患不能充分暴露，质量问题层出不穷。综上所述，如果出厂产品只实行部分抽检难以保证质量全面合格，建议实行逐台全检。QB/T4144标准规定出厂检验大项目8项，小项目10项，如果包括“菌落总数”在内检验时间需要三天以上，不包括“菌落总数”也要十个小时以上，这样长的时间才能出检测结果生产将如何进行? 出厂检验的特点是要在短时间内全面、准确、可靠地检测判断出产品质量是否合格。对此笔者谈点个人意见。1、关于“菌落总数”，由于检验时间长，又非“致命缺陷”不宜作为出厂检验项目。 2、关于“整机终端出水量”、“净水流量”，按照卫生部“水质处理器技术评审指南”这两项指标属于同一内容可以合并为“净水流量”。其定义是：“额定工作压力下，水温250C时每小时产水量”；测试方法：待净水机排空稳定运行1 min后，用流量计或量筒、秒表测定其水量。而不需要“稳定运行10min后，再停止进水，让整个净水机中充满水，保持2h,再重新进水，稳定运行5 min后.测量其水量”等耗时两个多钟头的繁琐操作；“压力为（0.120.02）Mpa,温度为250。C的试验用水”的测试条件也让人费解，工作压力只有0.12 Mpa,的超低压家用反渗透膜迄今还未发现。3、关于“脱盐率”。测试方法以美国海德能公司75gpd家用反渗透膜为例：“在测试压力 0.41Mpa、测试液温度25、测试液(NaCl)浓度250/L、pH值7.5的测试条件下，平均透过水量（每小时净水流量）11.8L/h，平均脱盐率97.5%单支膜元件回收率15”。海德能公司的测试条件是膜专业生产厂测试条件，并非水处理设备测试条件，水处理设备测试条件是根据原水水质和设计要求确定的。参照膜生产厂测试条件检测反渗透膜是可以的，但如果将此条件用于净水机出厂检验和型式检验显然欠妥，没有哪个设备制造商用标准测试液作为设备验收测试条件的。脱盐率的测定也不需要“连续稳定运行且至少10h后，才能收集净水”，一台50加仑净水机一个工作流程才一个多小时，而做一次脱盐率检测竟需要连续运行十多个小时，显然与净水机的实际运行工况不符。 4、建议采用出厂检验综合试验台以提高检测质量和效率。试验台由多级水泵、循环水桶、充油压力表、转子流量计、温度计、电导仪，消毒水泵及水箱、小型无油空压机，量筒、计时器等组成。5、通过综合试验台对进水压力、净水流量、回收率、脱盐率、电导率、水质感官等功能测定。6、通过综合试验台对水满停机、水源断水或水压不足停机、自动冲洗、故障连锁保护等控制功能测试。7、通过综合试验台进行渗漏测试，测试压力为设计运行压力的1.5倍，稳压5min。 8、运行试验必须装反渗透膜才能采集准确数据，使问题充分暴露，反映产品真实状况。预处理只装1支试验用滤芯。9、将量筒测试流量改为用流量计测试；将重量法测试脱盐率改为用电导仪测试，以提高效率。10、电气安全测试： 对触及带电部分的防护； 泄漏电流和漏电强度； 加塑料机罩，构成带绝缘外壳II类电器，或者用带漏电开关的插头代替接地保护更适用。11、外观目测、性能试验、渗漏试验有的可同步进行以节省时间。上述检测方法有的虽然不够精确，但简单、方便、省时，可靠，足以满足家用净水机的使用要求，为逐台检验创造条件。单台净水机出厂检验加上清点装箱平均15-25分钟可完成。（七）、原辅材料进厂检验、型式检验与生产过程的卫生质量要求。根据卫生部、质检总局关于食品安全相关规定“原辅材料入库应向供货单位索取有效合格证明或经本单位检验部门检验合格后方可入库”的规定，净水机作为与食品安全息息相关的产品，将原辅材料进厂检验和生产过程的卫生质量要求纳入产品标准势在必行。原辅材料进厂检验主要包括两个内容： 向供货单位索取有效合格证明（检测报告、合格证、涉水卫生批件等），这方面问题很大，笔者在向配套件生产厂索要质量证明时很多不能提供，有的代办公司一张质量合格证明复印件竟然开价1200元，让人瞠目结舌； 对于原辅材料，特别是像泵、膜、膜壳、滤瓶、电器等关键件整机厂应具备一定的检测手段，例如压力测试、耐久性测试、电性能测试等，也要进行一定数量的进厂验证抽