飲用水處理裝置性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的比較

陳杰明 朱吉興 皮小春 王利仁

佛山市順德區(qū)阿波羅環(huán)保器材有限公司 廣東佛山 528300

1 引言

飲用水處理裝置是以符合GB 5749-2006要求的市政自來(lái)水或其他集中式供水為原水，由一個(gè)或若干個(gè)飲用水處理內(nèi)芯組成的能改善水質(zhì)的系統(tǒng)。中國(guó)和美國(guó)對(duì)于市政飲用水都有強(qiáng)制執(zhí)行的法規(guī)，中國(guó)由GB 5749-2006生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，美國(guó)由National Primary Drinking Water Regulations和National Secondary Drinking Water Regulations進(jìn)行規(guī)范。但以上法規(guī)是針對(duì)市政飲用水生產(chǎn)廠家的出水水質(zhì)和管網(wǎng)末梢進(jìn)行要求，而人們?cè)谌粘Ｊ褂眠^(guò)程中，飲用水經(jīng)過(guò)管道運(yùn)輸至千萬(wàn)家庭，再到人們飲用，這個(gè)過(guò)程的水質(zhì)很難實(shí)行監(jiān)控，從而使家用飲用水處理裝置進(jìn)入尋常百姓家，以保證人們的飲水更加安全、健康。本文清楚闡明了中美標(biāo)準(zhǔn)差異，明確產(chǎn)品適用市場(chǎng)的不同要求，以提升凈水市場(chǎng)產(chǎn)品的軟實(shí)力。

2 飲用水處理裝置的規(guī)范

美國(guó)在1973年制定第一份飲用水處理裝置標(biāo)準(zhǔn)，比中國(guó)早25年，并且持續(xù)完善標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雖然起步較晚，但是對(duì)于指標(biāo)要求的設(shè)計(jì)很全面，兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均涉及到飲用水處理裝置從生產(chǎn)到用戶使用的整個(gè)流程，標(biāo)準(zhǔn)都明確規(guī)定了設(shè)備材料、設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行方面的最低要求，實(shí)現(xiàn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化，保障用戶安全。NSF/ANSI 42-2018 Drinking Water Treatment Units - Aesthetic Effects是美國(guó)飲用水處理裝置的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，作為代表與中國(guó)的GB/T 30307-2013《家用和類似用途飲用水處理裝置》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，表1中列明中國(guó)和美國(guó)對(duì)飲用水處理裝置的技術(shù)要求比對(duì)，本文進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能、衛(wèi)生安全、一般使用性能要求測(cè)試比對(duì)。

表1 中國(guó)和美國(guó)對(duì)飲用水處理裝置技術(shù)要求比對(duì)

3 結(jié)構(gòu)性能比對(duì)

在中美兩國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中，濾芯均要求便于更換及維護(hù)，且管道牢固。美國(guó)提出凈水口呈向下方向安裝，凈水出口底部邊緣應(yīng)高于廢水容器溢流邊緣51 mm，需要做好防護(hù)裝置并且凈水口與防護(hù)裝置之間縫隙要便于清潔，防止使用人員直接接觸或者雜質(zhì)進(jìn)入凈水口，從而污染飲用水。

中國(guó)將飲用水處理裝置分成4類，分別是整機(jī)、敞開(kāi)式飲用水處理裝置、金屬承壓容器和非金屬承壓容器，實(shí)際生活中供水管道壓力會(huì)因樓層、時(shí)段等因素產(chǎn)生變化，對(duì)飲用水處理裝置結(jié)構(gòu)安全的評(píng)價(jià)，實(shí)質(zhì)上是對(duì)飲水用處理裝置所用材料及部件質(zhì)量（力學(xué)方面）的綜合評(píng)價(jià)，主要體現(xiàn)在靜水壓力、循環(huán)壓力、破裂壓力試驗(yàn)[1]。美國(guó)根據(jù)飲用水處理裝置的大小、類型等進(jìn)行細(xì)化分為10類，測(cè)試包括靜水壓力和循環(huán)壓力試驗(yàn)，無(wú)需測(cè)試破裂壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后檢查產(chǎn)品是否發(fā)生形變或漏水。圖1為結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的測(cè)試裝置示意圖。

圖1 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)裝置

3.1 靜水壓力試驗(yàn)

靜水壓力試驗(yàn)方法為通入13℃～24℃溫度下的水，將待測(cè)設(shè)備的空氣全部沖出來(lái)，壓力以一定的速度進(jìn)行提升，升到表2指定的試驗(yàn)壓力，保持15 min。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的靜水壓力試驗(yàn)指標(biāo)嚴(yán)格于中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求，表2中列出中國(guó)和美國(guó)靜水壓力試驗(yàn)方法要求，應(yīng)選擇表格中所提供的較大的壓力值進(jìn)行測(cè)試。

表2 靜水壓力試驗(yàn)方法比對(duì)

3.2 循環(huán)壓力試驗(yàn)

中國(guó)對(duì)敞開(kāi)式飲用水處理裝置的要求會(huì)高于美國(guó)，其他類型飲用水處理裝置是一樣的測(cè)試條件。通入（20±3）℃溫度下的水，將待測(cè)裝置的空氣全部沖出來(lái)，壓力在一定時(shí)間內(nèi)升到表3指定的試驗(yàn)壓力，在進(jìn)行下一次壓力循環(huán)之前，待測(cè)試系統(tǒng)的壓力回歸到＜0.014 MPa，在試驗(yàn)周期期間內(nèi)定期檢查系統(tǒng)的密封性。表3中列出了中國(guó)和美國(guó)循環(huán)壓力試驗(yàn)方法比對(duì)，表格中提供選項(xiàng)應(yīng)選擇較大的壓力進(jìn)行測(cè)試。

表3 循環(huán)壓力試驗(yàn)方法比對(duì)

3.3 破裂壓力試驗(yàn)

中國(guó)對(duì)非金屬承壓容器需要進(jìn)行破裂壓力測(cè)試做了明確要求，測(cè)試方法為通入13℃～24℃溫度下的水，將待測(cè)設(shè)備的空氣全部沖出來(lái)，壓力以≤0.4 MPa/s的速度進(jìn)行提升，在70 s內(nèi)達(dá)到最高工作壓力的4倍或2.76 MPa，兩者選擇較大的壓力為破裂壓力值，壓力保持5 s后再進(jìn)行泄壓。檢查待測(cè)設(shè)備是否出現(xiàn)破裂、漏水、形變等現(xiàn)象，其他飲用水處理裝置不作要求。美國(guó)對(duì)破裂壓力試驗(yàn)不作要求。

4 衛(wèi)生安全

中國(guó)法規(guī)要求家用和類似用途飲用水處理處置中與水接觸材料及部件需要符合《生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)規(guī)范》，整機(jī)需要符合《生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評(píng)價(jià)規(guī)范》，飲用水處理劑需要符合GB/T 17218《飲用水化學(xué)處理劑衛(wèi)生安全性評(píng)價(jià)》，中國(guó)的涉水產(chǎn)品衛(wèi)生許可制度為行業(yè)設(shè)立了準(zhǔn)入門(mén)檻，確保了產(chǎn)品的安全及基本功能[2]。美國(guó)同樣有萃取試驗(yàn)，針對(duì)金屬元素、靶向有機(jī)化合物、非靶向的有機(jī)化合物進(jìn)行評(píng)價(jià)，在認(rèn)證之前都需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行萃取試驗(yàn)，符合要求后才能開(kāi)始進(jìn)行認(rèn)證項(xiàng)目的開(kāi)展。

4.1 中國(guó)衛(wèi)生安全要求

浸泡水需要采用蒸餾水或去離子水，電導(dǎo)率要求＜2 μS/cm，通過(guò)調(diào)試，浸泡水符合pH：8；硬度：100 mg/L；有效氯：2 mg/L的指標(biāo)。檢測(cè)依據(jù)是GB/T 5750《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》。

4.1.1 飲用水處理裝置

使用市政自來(lái)水連續(xù)沖洗產(chǎn)品30 min，然后用浸泡水立即進(jìn)行浸泡，兩端用包有聚四氟乙烯薄膜的干凈木塞或橡膠塞緊，在25℃±5℃避光的條件下浸泡24 h±1 h，對(duì)空白浸泡水及產(chǎn)品浸泡水進(jìn)行檢測(cè)。表4中列出浸泡試驗(yàn)基本和增測(cè)項(xiàng)目的衛(wèi)生要求，1～16項(xiàng)為基本項(xiàng)目需要全檢，17～36項(xiàng)為增測(cè)項(xiàng)目可以根據(jù)裝置的材質(zhì)及材料進(jìn)行選擇。

表4 浸泡試驗(yàn)基本和增測(cè)項(xiàng)目的衛(wèi)生要求

4.1.2 與飲用水接觸的防護(hù)材料

用自來(lái)水沖洗干凈試樣涂層片，立即在密閉、避光25℃±5℃溫度下進(jìn)行浸泡，于浸泡后1、3、5、10、20和30天收集全部的浸泡水，用于檢測(cè)分析空白浸泡水及產(chǎn)品浸泡水溶出污染物濃度的衰減情況，第30天的浸泡水中污染物濃度用于評(píng)價(jià)是否符合衛(wèi)生要求。如表4中列出的衛(wèi)生要求。

4.1.3 生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料的衛(wèi)生毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序及方法

根據(jù)在水中溶出物質(zhì)的不同濃度，分為四個(gè)水平并對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行毒理學(xué)評(píng)價(jià)，表5中列出毒理學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目及結(jié)果評(píng)價(jià)。

表5 毒理學(xué)試驗(yàn)項(xiàng)目及結(jié)果評(píng)價(jià)

4.2 美國(guó)萃取試驗(yàn)

測(cè)試用水需要采用當(dāng)?shù)刈詠?lái)水，通過(guò)調(diào)試測(cè)試用水符合pH：6.75±0.25；總?cè)芙夤腆w：（50±5）mg/L；有效游離氯：（0.5±0.05）mg/L；溫度：（23±2）℃的指標(biāo)。在0.34 MPa壓力下通水，按照制造商要求進(jìn)行沖洗，通入測(cè)試用水在（23±2）℃溫度下，浸泡24 h。需要重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)3次，得到3份2 L水樣，混合后進(jìn)行金屬元素、靶向化合物、非靶向化合物檢測(cè)，需要用測(cè)試用水作為空白，如有檢出有目標(biāo)物濃度，需要扣除空白濃度。

4.2.1 金屬元素測(cè)試要求

檢測(cè)依據(jù)是采用EPA 200.8電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定水體與廢物中的微量元素能滿足14種金屬元素測(cè)定，也可以采用EPA 200.7電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定水和廢物中的金屬和微量元素標(biāo)準(zhǔn)，或者采用EPA 200.9恒溫石墨爐原子吸收法測(cè)定金屬和微量元素標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室情況進(jìn)行選擇測(cè)試方法，表6中列出金屬元素的指標(biāo)要求。

表6 金屬元素指標(biāo)要求

4.2.2 靶向化合物測(cè)試要求

半揮發(fā)性有機(jī)物（SVOC）的檢測(cè)依據(jù)是采用EPA 525.2飲用水中的有機(jī)化合物測(cè)定液-固萃取毛細(xì)管氣相色譜法質(zhì)譜分析標(biāo)準(zhǔn)能滿足36種SVOC測(cè)定，也可以選擇EPA 528固相萃取和毛細(xì)管柱氣相色譜/質(zhì)譜測(cè)定飲用水中的酚類、EPA 625用氣相色譜/質(zhì)譜法分析在特制罐中收集的空氣中揮發(fā)性有機(jī)化合物的測(cè)定、EPA 521固相萃取-毛細(xì)管柱氣相色譜-大容量進(jìn)樣-化學(xué)電離串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中亞硝胺標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的條件選擇測(cè)試方法。

揮發(fā)性有機(jī)物（VOC）檢測(cè)依據(jù)是采用EPA 524.2毛細(xì)管柱氣相色譜/質(zhì)譜法測(cè)定水中可吹掃的有機(jī)化合物標(biāo)準(zhǔn)能夠滿足63種VOC測(cè)定，除了丙烯腈以外，其他也可以選用EPA 524.3毛細(xì)管柱氣相色譜/質(zhì)譜法測(cè)定水中可吹掃的有機(jī)化合物標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的條件選擇測(cè)試方法。表7中列出靶向化合物指標(biāo)要求，1～36項(xiàng)為SVOC限值要求，37～99項(xiàng)為VOC限值要求。

4.2.3 非靶向化合物測(cè)試要求

通過(guò)特定配方審查之后確定有需要的，對(duì)產(chǎn)品部件進(jìn)行VOC、SVOC分析，包括全范圍質(zhì)譜庫(kù)，以監(jiān)測(cè)非靶向化合物。利用譜庫(kù)檢索“匹配度”對(duì)未知物進(jìn)行最佳匹配度定性，可以使用總離子峰面積與相近的已知濃度的物質(zhì)進(jìn)行濃度估算（半定量），應(yīng)報(bào)告≥3.0 ppb濃度所檢測(cè)到所有TIC，采用NIST 2007或最新的譜庫(kù)進(jìn)行檢索。針對(duì)未知的化合物進(jìn)行排查，經(jīng)過(guò)一系列排查重復(fù)檢查譜庫(kù)、反饋給制造商提供更多信息、配方復(fù)查成分及副產(chǎn)物等，仍無(wú)法識(shí)別的，產(chǎn)品符合標(biāo)準(zhǔn)要求可以不予考慮。

美國(guó)通過(guò)GC/MS可以直接監(jiān)測(cè)產(chǎn)品中非靶向化合物，這樣能夠更加全面的監(jiān)控樣品的安全性，比中國(guó)更加完善。

5 一般使用性能要求

一般使用性能要求中，中國(guó)僅對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行最低要求，其他都不作限制，美國(guó)對(duì)于飲用水處理裝置的設(shè)計(jì)提出更多的硬性指標(biāo)，也可更好服務(wù)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

兩國(guó)測(cè)試試驗(yàn)裝置原理相同，通過(guò)攪拌添加污染物得到測(cè)試用水，在一定壓力下輸送至待測(cè)裝置，測(cè)試進(jìn)水污染物濃度和出水污染物濃度，通過(guò)計(jì)算得到凈化效率。圖2為試驗(yàn)裝置示意圖。

表7 靶向化合物指標(biāo)要求

圖2 試驗(yàn)裝置

5.1 凈水流量試驗(yàn)

凈水流量是指在整個(gè)額定總凈水量過(guò)程中都能達(dá)到的標(biāo)稱流量，在符合試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)要求下進(jìn)行凈水流量試驗(yàn)。表8中列出了中國(guó)和美國(guó)測(cè)試凈水流量試驗(yàn)的方法要求。

5.2 額定總凈水量試驗(yàn)

美國(guó)額定總凈水量是由制造商進(jìn)行規(guī)定，在功能測(cè)試上進(jìn)行驗(yàn)證，不單獨(dú)進(jìn)行測(cè)試。中國(guó)對(duì)額定總凈水量試驗(yàn)進(jìn)行了明確規(guī)定。

其測(cè)試方法為按照制造商說(shuō)明對(duì)飲用水處理裝置進(jìn)行沖洗，完成后通入市政自來(lái)水，在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)額定總凈水量的0%、25%、50%、75%、100%時(shí)，進(jìn)行化合物的加標(biāo)試驗(yàn)。一般分為純凈水處理器（包括：反滲透凈水器、納濾凈水器、電滲析凈水器、蒸餾凈水器）和一般水質(zhì)處理器（包括：活性炭、膜過(guò)濾、另加消毒組件），根據(jù)具體條件和需求進(jìn)行確認(rèn)化合物的加標(biāo)項(xiàng)目，并且在額定總凈水量下去除率均達(dá)到要求，表9中列出不同飲用水處理裝置針對(duì)不同的化合物進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)。

表8 凈水流量試驗(yàn)方法要求比對(duì)

表9 中國(guó)額定總凈水量試驗(yàn)方法

5.3 其他

（1）中國(guó)規(guī)定凈水水質(zhì)符合GB 5749標(biāo)準(zhǔn)要求，在運(yùn)行中噪聲≤65 dB（A），控制裝置靈敏可靠具有自動(dòng)保護(hù)和控制功能。

（2）美國(guó)針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行了規(guī)定，表10為美國(guó)最低使用要求。

表10 美國(guó)最低使用要求

6 討論

（1）在結(jié)構(gòu)性能測(cè)試方法上，美國(guó)根據(jù)飲用水處理裝置的類型和大小來(lái)制定承壓能力，裝置越大承壓能力也相應(yīng)提高。中國(guó)可以借鑒這種承壓能力評(píng)估方法，拓展現(xiàn)有承壓測(cè)試方法，并且對(duì)大型飲用水處理裝置加嚴(yán)要求。

（2）在衛(wèi)生安全測(cè)試上，中國(guó)覆蓋污染物種類比較全面，而美國(guó)針對(duì)金屬和有機(jī)物，特別是有機(jī)物數(shù)量非常多，并且對(duì)污染物做了深度研究，不斷調(diào)整指標(biāo)。如：鋁元素、銅元素、鋇元素等，在微量攝入的條件下對(duì)人體是有益的，中國(guó)可以考慮適當(dāng)放寬指標(biāo)。

（3）在一般使用性能要求上，中國(guó)對(duì)使用性能要求進(jìn)行詳盡的說(shuō)明，從側(cè)面上看，各類型的飲用水處理裝置都有污染物去除功能，保證產(chǎn)品的安全和基本功能。在這基礎(chǔ)上可以借鑒美國(guó)，考慮增加對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，從而使流向市場(chǎng)的產(chǎn)品更加規(guī)范化。

（4）本文沒(méi)有對(duì)特殊使用性能要求展開(kāi)討論，目前美國(guó)在有性能指示（PID）的情況下要求達(dá)到額定總凈水量的120%，在沒(méi)有性能指示（PID）的情況下要求達(dá)到額定總凈水量的200%。中國(guó)對(duì)于特殊使用性能按照額定總凈水量100%進(jìn)行測(cè)試，后續(xù)仍有理念創(chuàng)新的空間。

目前生活飲用水輸配水設(shè)備及防護(hù)材料衛(wèi)生安全評(píng)價(jià)、生活飲用水水質(zhì)處理器衛(wèi)生安全與功能評(píng)價(jià)等標(biāo)準(zhǔn)已提交報(bào)批稿，在此版標(biāo)準(zhǔn)中增加了有機(jī)污染物、激素等監(jiān)控，刪除色度、pH、COD、顆粒物析出等指標(biāo)，但是出水水質(zhì)也應(yīng)該符合GB 5749標(biāo)準(zhǔn)要求。隨著我國(guó)科學(xué)的進(jìn)步，技術(shù)迭代，很多技術(shù)指標(biāo)都可以得到控制，逐步收窄監(jiān)控的種類，并進(jìn)行更深入的研究。近期GB/T 30306和GB/T 30307、GB 34914的標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)進(jìn)行修訂，筆者將繼續(xù)研究探討。