家用紫外線凈水瓶

鄭中行

水是生命之源，如今，大家對飲用水的質量越來越重視。近年來，水源污染嚴重，而自來水在輸送過程中易受管道等設施的二次污染。為提高飲用水的質量，越來越多的家庭選擇使用凈水設備。

市面上常見的凈水設備采用膜過濾技術對水進行凈化，過濾膜的孔徑范圍為0.001um至0.002um，雖然它能有效攔截細菌，但無法有效濾去病毒。另外，由于過濾膜的孔徑大小不均且會在一定條件下發生形變，所以很難保證過濾膜的攔截效果。

如何濾除或殺滅細菌和病毒而不引入新的污染物，是當前凈水設備的一個基本要求，而紫外線消毒技術恰恰能滿足這一要求。

因此，本文采用紫外線消毒技術，同時考慮到紫外線不能實時消毒的特點，提出了一種家用紫外線凈水瓶的設計方案，這種凈水瓶可在10分鐘內將自來水凈化為可直接飲用的水。

一、紫外線凈水原理

紫外線消毒是國際公認的有效消毒技術之一，對細菌和病毒的殺滅率高達99.99%。紫外線消毒歷史悠久，在水處理領域已有100多年的應用歷史。

紫外線是一種波長在100nm至380nm的電磁波，屬廣譜殺菌射線，用于消毒的紫外線波長范圍為200nm至280nm。在各種波長的電磁波中，紫外線最容易被微生物吸收。

紫外線的消毒原理是，微生物在吸收紫外線后，體內的核酸結構被破壞，導致無法繼續分裂繁殖。由于微生物的生命周期較短，在不能繁殖新細菌和病毒的情況下會迅速死亡。

紫外線消毒屬于物理方法，不需要添加任何化學試劑，不會產生有害副產物。

二、結構設計

我設計的紫外線凈水瓶容量為5L，基本可以滿足一個家庭一天的飲水需求。紫外線燈安裝在凈水瓶底部；瓶體側面設有水位刻度表，方便及時續水；出水口設置在瓶體上部側面；瓶體頂部設置操作面板，面板上的LCD液晶顯示屏能實時顯示凈水瓶的工作狀態和紫外燈的剩余壽命等信息。紫外線凈水瓶總體結構如圖1所示。

三、紫外燈的選擇

紫外燈是家用凈水瓶的核心部分。它的輻射照度會影響凈水所需的時間，本裝置的凈水時間不超過10分鐘。

為有效殺滅微生物，要求紫外線照射劑量為30000um·s/cm，另外紫外線在水中隨著照射距離的增加，穿透力降低，所以將紫外燈安裝在凈水瓶的中心位置，根據凈水瓶的設計尺寸可知紫外燈與瓶壁的最大距離約為10cm，此時紫外線的穿透率約為85%。紫外燈的輻射照度可通過下式計算。

根據上式的計算結果可選輻射照度為60uW/cm2的紫外燈，另外凈水瓶的腔內高度為30cm，所以紫外燈的長度在20cm左右為宜。

四、不足和改進

紫外線凈水瓶采用紫外線進行殺菌消毒，能有效去除自來水中的微生物，保證家庭飲水安全；紫外燈的功率僅為20W左右，使用壽命在10000小時以上，所以紫外線凈水瓶還具有耗電低、使用壽命長的優點。

由于紫外線殺菌技術不能去除鐵銹、顆粒物等雜質，所以可在凈水瓶出水口前加裝由PP棉和活性炭組成的濾芯。