凈水機產水量異常的原因分析及解決方法

陳黃錳 詹 婷 周平發(fā) 呂劍明 陳 靜

（珠海格力電器股份有限公司 珠海 519060）

引言

隨著水污染形勢的日益嚴峻，凈水機已經成為人們必不可少的一種家用電器。根據奧維云網數據顯示，2021年上半年凈水機銷售規(guī)模達101.7 億元[1]。隨著凈水機的用量逐年增加，各種各樣的售后問題也日益凸顯出來。而在眾多的售后問題中，流量小、噪音大、壽命低等普遍存在，尤其是壽命期內產水量異常的問題尤為突出。本文針對凈水機使用過程中產水量異常的問題進行原因分析，根據具體的原因采取針對性的解決方案，以期便于后續(xù)的凈水機開發(fā)減少類似的售后問題。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料與藥品

卷式反滲透膜濾芯，膜面積2.0～3.5 m2；

外壓式PVDF空纖維超濾膜，膜面積約2.0 m2；

冰乙酸，分析純，天津大茂化學試劑廠。

1.2 實驗儀器

SDI測試儀，上海華膜；

SDI膜片， 0.45 μm ，上海華膜；

壓力表， 0～1.6 MPa，北崎；

水質測試筆；HM；

掃描電鏡 QUANTA FEG250，美國FEI公司。

1.3 測試方法

常見的凈水系統(tǒng)主要元器件包括：預處理濾芯、穩(wěn)壓泵、反滲透濾芯、后處理濾芯（活性炭、超濾膜等）、廢水電磁閥、進水電磁閥、龍頭等。本文主要采用圖1所示凈水系統(tǒng)進行測試及分析。

圖1 常見凈水機系統(tǒng)圖

2 凈水機產水量異常及解決方法

凈水機產水量異常可能是預處理濾芯污堵、廢水閥堵或者RO膜堵、泵性能異常等原因導致的，下面進行具體分析及討論。

2.1 預處理濾芯污堵導致產水量異常

2.1.1 原因分析

作為凈水機的第一道防線，預處理濾芯需要攔截懸浮物、泥沙、大分子顆粒物等雜質，當水中雜質含量較高時，預處理濾芯容易污堵，導致凈水流量快速下降。圖2顯示水中雜質較多時，預處理濾芯（PP棉）污堵較為嚴重的情況。

圖2 普通預處理濾芯污堵情況

目前市場上主要以大流量反滲透凈水機（400 G及以上），進泵流量要求較高（通常需要大于1.5 L/min），當預處理濾芯凈水流量低于進泵流量需求時，凈水系統(tǒng)則表現出泵前壓力、反滲透膜前壓力或反滲透膜產水流量偏低甚至不出水的異常現象。圖3結果顯示，凈水量約2 500 L時，預處理濾芯污堵嚴重，此時凈水系統(tǒng)性能明顯下降，產水量已偏低。表1數據可以看出，濾芯污堵后，泵前壓力降至0 psi，此時穩(wěn)壓泵供水不足，膜前壓力和產水量均明顯下降。從圖4也可以看出，當泵前壓力降低時，泵出水流量明顯下降。

圖3 普通預處理產水量曲線

圖4 穩(wěn)壓泵不同進水壓力流量曲線

表1 預處理污堵時系統(tǒng)性能數據

2.1.2 解決方法

1）更換預處理濾芯。

2）使用抗污染的預處理濾芯或者可清洗重復利用的濾芯，如可清洗PVDF超濾膜濾芯。圖5顯示，超濾膜過濾孔徑范圍為1～100 nm，過濾精度高，不僅可以去除懸浮物、泥沙等大顆粒物，還可以去除膠體、細菌等小尺寸雜質，從而更好的保護和延長濾芯和凈水機壽命[2]。

圖5 超濾膜表皮SEM圖

通過圖3、圖6流量曲線對比可知，使用超濾膜后，凈水機產水量衰減變慢，濾芯壽命延長。圖7還可以看出，超濾膜污堵后，可通過清洗去除膜表面的污染物，濾芯過濾性能恢復、壽命延長，從而使凈水機產水量不受預處理污堵的影響。

圖6 超濾膜預處理流量曲線

圖7 超濾膜清洗前后對比圖

2.2 RO膜堵或廢水閥堵導致產水量異常

2.2.1 原因分析

作為凈水機的重要核心部件，RO膜濾芯、廢水閥受到水質的影響較大，水質越差，濾芯、閥越容易污堵。全國水質差異大，且存在許多水質的地方，表水質數據遠高于標準水質指標要求，可見這些地方結垢傾向嚴重，對濾芯壽命影響較大[3]。

在這類惡劣水質下，RO膜原水側、廢水閥接觸的是高濃縮的濃水，離子濃度高、容易產生晶核，從而導致RO膜堵、廢水閥堵，影響凈水機正常使用，如圖8所示。表3為閥堵、膜堵前后的性能數據對比，可以看出，閥堵后濃水量明顯降低，回收率逐漸升高，濃水不斷濃縮，最后導致膜堵，產水量持續(xù)下降。

表2 不同地區(qū)與水效水水質數據對比表

圖8 廢水閥堵、RO膜堵示意圖

表3 閥堵、膜堵前后性能數據對比

2.2.2 解決方法

1）降低回收率。這是比較有效的解決方法，是針對惡劣水質的常用售后方案。回收率降低，濃水濃縮倍數降低，膜表面的濃差極化減緩，從而減少結垢傾向，延長凈水機壽命。但從節(jié)能角度考慮，高節(jié)水是凈水機的發(fā)展趨勢，表4是凈水機的節(jié)水要求[4]，可以看出該方法使用范圍有限。

表4 凈水機節(jié)水要求

2）對閥、膜進行酸洗。水垢通常為碳酸鹽類，通過酸液使水垢軟化、溶解，使閥、膜恢復性能。

3）使用測流式RO膜。通過結構改進進水方式，提高膜表面流速，降低結垢的風險。

4）使用抗堵閥。通過在小孔設置鋼針，廢水閥啟動、斷電時，鋼針的往復運動阻止水垢形成，達到抗堵的目的。

5）使用阻垢濾芯。通過抑制晶體的形成達到阻垢抗堵的目的。

2.3 其它原因導致產水量異常

1） 穩(wěn)壓泵性能異常。通過穩(wěn)壓泵對系統(tǒng)進行增壓、穩(wěn)定，使RO膜發(fā)揮強大的凈化作用。表5數據可以看出，若泵增壓功能異常時，泵增壓功能變弱或喪失，出水壓力會降低，從而導致流量降低。這種情況只能通過換泵解決。

表5 泵性能異常時系統(tǒng)性能數據

2）后處理濾芯氣堵。凈水機使用過程中，可能會由于停水導致泵空抽，此時系統(tǒng)中可能會存在大量氣體導致憋壓，使凈水機產水量明顯降低甚至不出水，此時需要給系統(tǒng)排氣，使系統(tǒng)運行恢復正常。

3 小結

1）預處理濾芯易堵導致的產水量偏低，采用可清洗預處理濾芯的方法可以解決。

2）RO膜堵導致的產水量偏低，可以采用側流式結構、降低回收率、增加阻垢濾芯等方法解決；廢水閥堵導致的原因采用的是降低回收率、廢水閥抗堵結構設計、增加阻垢濾芯等方法解決。

3）濾芯氣堵需排氣解決，泵異常則需要換泵。