節(jié)能殺菌水龍頭的實驗研究

　　摘要：為了充分利用水龍頭內(nèi)水的壓能，并對流過的水進行殺菌消毒，設(shè)計了一種新型的節(jié)能殺菌水龍頭，該殺菌水龍頭可以采用紫外線殺菌和臭氧殺菌兩種方式殺菌。與傳統(tǒng)的水龍頭相比，本研究課題的創(chuàng)新之處在與既充分利用了水的流動能量，又可以對水源消毒殺茵，有助于提高居民的生活用水質(zhì)量，進而提高居民的生活質(zhì)量。
　　關(guān)鍵詞：水龍頭　殺茵　節(jié)能　壓力
　　中圖分類號：TU821　文獻標識碼：A　文章編號：1672-3791(2012)01(b)-0218-01
　　水龍頭是用來控制水流的大小開關(guān)，有節(jié)水的功效。水龍頭的種類有很多種，按材料來分，可分為SUS304不銹鋼、鑄鐵、全塑、黃銅、鋅合金材料水龍頭，高分子復(fù)合材料水龍頭等類別。按功能來分，可分為面盆、浴缸、淋浴、廚房水槽水龍頭。按結(jié)構(gòu)來分，又可分為單聯(lián)式、雙聯(lián)式和三聯(lián)式等幾種水龍頭。另外，還有單手柄和雙手柄之分。單聯(lián)式可接冷水管或熱水管；雙聯(lián)式可同時接冷熱兩根管道，多用于浴室面盆以及有熱水供應(yīng)的廚房洗菜盆的水龍頭；三聯(lián)式除接冷熱水兩根管道外，還可以接淋浴噴頭，主要用于浴缸的水龍頭。單手柄水龍頭通過一個手柄即可調(diào)節(jié)冷熱水的溫度，雙手柄則需分別調(diào)節(jié)冷水管和熱水管來調(diào)節(jié)水溫。
　　水龍頭凈水器的凈水技術(shù)有以下幾種：(1)活性炭技術(shù)。福建的天兵凈水寶貝均是以為活性炭為龍頭凈水器的主要凈水材料，納米活性濾芯吸附能力比較好，在吸附飽和前對水中的氯、重金屬、和農(nóng)藥都有比較好的過濾效果。(2)中空纖維技術(shù)。日本的Toray及Mitsubishi Rayon、國產(chǎn)家優(yōu)水等采用的是以中空纖維膜為主的凈水技術(shù)，可以過濾掉水中絕大多數(shù)污染物，需定期更換濾芯。(3)陶瓷和納米KDF技術(shù)。國內(nèi)大部產(chǎn)品采用的是以微孔陶瓷濾芯和納米一KDF濾料、去氯球、堿性球為主的凈水技術(shù)，出水流量大于采用中空纖維技術(shù)的凈水器，此外陶瓷濾芯可以反復(fù)清刷使用，到一定使用壽命后，需定期更換濾芯。
　　1　實驗方案
　　課題研究是的一種新型的水龍頭，即節(jié)能殺菌水龍頭。該水龍頭既可以充分利用了水的流動能量，又可以對水源消毒殺菌。其原理是利用水管中水的壓力變化使薄膜產(chǎn)生形變，帶動線圈切割磁感線，產(chǎn)生電能。然后將電能儲存。隨后將不穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的交流電，在外界開關(guān)打開的同時，作用于臭氧殺菌器，對流過的水進行殺菌。見圖1其中臭氧與水的混合采用文丘里管的方式。產(chǎn)生的臭氧先進入一水射器(文丘里管)，然后在一固定螺旋混合器中與水在湍流下充分混合。該方法具有傳質(zhì)系數(shù)高，水中臭氧濃度高，占地面積小等優(yōu)點，比較適合于以氧氣作氣源的設(shè)備。
　　
　　電能的產(chǎn)生：由于自來水管內(nèi)水壓力的變化，導(dǎo)致薄膜會產(chǎn)生微量的形變，利用杠桿原理對薄膜的微小形變進行放大，杠桿的另一端為線圈，杠桿的運動帶動線圈切割磁塊產(chǎn)生的磁感線，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線的運動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流。
　　管內(nèi)壓力的變化：(1)從自來水廠出來的水經(jīng)過水泵升壓后維持在一定的壓力范圍內(nèi)波動，從而引發(fā)了水對管壁壓力的變化。(2)水管中的水壓是在一定的范圍內(nèi)波動的，當(dāng)有用戶用水時，管內(nèi)的水壓波動會由于使用水量的不同波動會更大，進而影響水對管壁的壓力變化。(3)用戶自身用水時，水管內(nèi)水對管壁壓力的變化。(4)管內(nèi)可能進入一些氣體，如空氣，以及在自來水廠消毒使用的氯氣，有部分剩余在水中，隨后又溢出。由于氣體的壓縮性相對液體較好，進而影響水對管壁的壓力變化。
　　2　實驗過程
　　(1)將本實驗裝置與自來水管連接，使得裝置內(nèi)的壓力與自來水管中的壓力一致。分別在裝置關(guān)閉時(無其他用戶用水)、關(guān)閉時(有其他用戶用水)、啟動時(無其他用戶用水)和啟動時(有其他用戶用水)，使用萬用表檢測線圈的兩端，是否有電流產(chǎn)生，同時記錄在不同情況下的電流大小。
　　(2)將從同一自來水管流出的水流經(jīng)過分流分成兩條路徑。路徑A流出的自來水收集于試管中，標記A管。路徑B流出的自來水經(jīng)過本實驗裝置進行殺菌后，收集于另一空試管中標記B管。將試管A的水樣吸取10mL，注入盛有90mL無菌水或生理鹽水于三角瓶中，并標記A，混勻成的稀釋液，B試管中的水樣做與A試管中的水樣相同的處理。然后將三角瓶A中的稀釋液注入兩個培養(yǎng)皿中，每天1mL，并標記1、2。三角瓶B做同樣的處理，標記3、4。接下來在4個培養(yǎng)皿中分別倒入已融化并冷卻至45℃～50℃的細菌培養(yǎng)基，輕輕轉(zhuǎn)動平板，使稀溶液與培養(yǎng)基混合均勻，冷凝后倒置，適溫培養(yǎng)，至長出菌落即可計數(shù)。達到規(guī)定培養(yǎng)時間，應(yīng)立即計數(shù)，應(yīng)將培養(yǎng)皿放置于0～4℃，但不得超過24h，培養(yǎng)皿1、2與3、4中的菌落數(shù)分別求其平均數(shù)，將兩組進行對比，得出結(jié)論。
　　3　實驗結(jié)果分析
　　實驗觀測與測量得到以下結(jié)果。
　　實驗結(jié)果1：在裝置關(guān)閉時(無其他用戶用水)、關(guān)閉時(有其他用戶用水)、啟動時(無其他用戶用水)和啟動時(有其他用戶用水)的四種情況下，使用萬用表檢測均有電流產(chǎn)生。
　　實驗結(jié)果2：水樣中細菌數(shù)量的測定結(jié)果顯示，培養(yǎng)皿3、4中菌落數(shù)的平均數(shù)明顯低于培養(yǎng)皿1、2中菌落的平均數(shù)。
　　結(jié)果分析：實驗結(jié)果1說明本實驗裝置安裝于供水管路中可以有效的產(chǎn)生電能，并且電能的產(chǎn)生可以視為連續(xù)的。實驗結(jié)果2說明從本實驗裝置流出的水與普通水龍頭中流出的自來水所含細菌量明顯減少。綜上所述，達到預(yù)期實驗?zāi)康摹?br/>　　4　結(jié)語
　　安裝了本實驗裝置的水龍頭對自來水可以起到很好的殺菌效果，而且其能量來源于水對自來水管及水龍頭的壓力變化而進行發(fā)電，既充分利用了水的壓能，又達到了殺菌的需求。在本實驗裝置的基礎(chǔ)上仍可根據(jù)需要，對實驗裝置進行部分功能的提升，如在水龍頭的出口處安裝活性炭，從而可吸收自來水中的氯、重金屬、和農(nóng)藥等物質(zhì)，使水的潔凈程度更高。本實驗裝置簡單，可以用于家庭廚房和衛(wèi)浴場所、醫(yī)院、公共衛(wèi)生工程等公共場所、臭氧沐浴機和水療機等美容保健行業(yè)配套使用、學(xué)校等場