家用凈水器精準(zhǔn)凈化性能評(píng)價(jià)技術(shù)研究

摘 要：我國幅員遼闊，受區(qū)域環(huán)境季節(jié)等因素影響，各地區(qū)水質(zhì)差異明顯，近年來，研究不斷發(fā)現(xiàn)水體中內(nèi)分泌干擾物、抗生素等新型污染物，水污染形勢愈發(fā)嚴(yán)峻。現(xiàn)有的飲用水處理系統(tǒng)對(duì)這些新型污染物的控制能力有限，家用凈水器作為飲用水的最末端處理設(shè)施，近年來在居民家中占有率逐年上升。因產(chǎn)品材料結(jié)構(gòu)組成多樣、生產(chǎn)工藝復(fù)雜，潛在有害物質(zhì)的種類和遷移不明，隨著水污染時(shí)間不斷增多，現(xiàn)有的檢測技術(shù)無法精確量化產(chǎn)品品質(zhì)，質(zhì)量監(jiān)管受到約束，因此對(duì)市面所售凈水器精準(zhǔn)凈化能力提出了要求。本文以市售凈水器為研究對(duì)象，建立了飲用水處理裝置精準(zhǔn)凈化檢測方法，對(duì)凈水器中具體物質(zhì)（如鉛、砷等）的去除或凈化能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立家用凈水器對(duì)農(nóng)藥去除率測試方法、對(duì)抗生素去除率測試方法，通過對(duì)去除效果進(jìn)行分級(jí)，指導(dǎo)消費(fèi)者進(jìn)行選購以及制造商技術(shù)升級(jí)。

關(guān)鍵詞：家用凈水器，精準(zhǔn)凈化，性能評(píng)價(jià)

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.015.038

0 引 言

近年來，研究不斷發(fā)現(xiàn)水體中的新型污染物：內(nèi)分泌干擾物、抗生素、亞硝胺類消毒副產(chǎn)物。世界各地自來水含大量塑料微粒[1-3]，現(xiàn)有的飲用水處理系統(tǒng)對(duì)這些新型污染物的控制能力有限。

飲用水安全性與人類健康息息相關(guān)，近年來公眾對(duì)此的關(guān)注越來越高，不少家庭會(huì)選擇安裝凈水器進(jìn)一步去除飲用水中的污染物[4]，家用凈水機(jī)作為飲用水的最末端處理設(shè)施，近年來在居民家中占有率逐年上升，其目的是去除水中的雜質(zhì)成份，為居民飲用健康的水起到保護(hù)作用。由于我國幅員遼闊，受區(qū)域環(huán)境、季節(jié)等因素的影響，各地區(qū)水質(zhì)差異明顯，因此對(duì)市面所售凈水機(jī)精準(zhǔn)凈化能力提出了要求。

1 我國家用凈水器質(zhì)量現(xiàn)狀

目前主流家用凈水器的凈化方式主要包括過濾、吸附、膜過濾等[5]，在當(dāng)前市場環(huán)境下，反滲透工藝是分離效果最好、能耗最小的技術(shù)[6]，反滲透凈水器成為市場主流。消費(fèi)者不僅關(guān)注外觀、通量、水效等方面，對(duì)實(shí)際的凈化效果和凈化后的水質(zhì)也很關(guān)注。

隨著凈水器市場的不斷擴(kuò)大，各大媒體不斷曝出凈水器產(chǎn)品的質(zhì)量問題，劣質(zhì)凈水器濾芯更換代價(jià)高昂、售后配套服務(wù)跟不上、產(chǎn)品廢水率高等諸多負(fù)面問題頻現(xiàn)[7]。由于家用凈水器中使用由形式各異的凈水材料組成的凈水部件，且這些凈水部件中的不同材料在原料、制作工藝等方面均存在差異，加之凈水部件加工制作的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全，導(dǎo)致市場上凈水部件存在質(zhì)量良莠不齊的情況。在與飲用水長期接觸的過程中，凈水部件材料中的部分物質(zhì)和加工制作過程中添加的助劑成分在一定的條件下可能會(huì)析出到水中，人們經(jīng)飲用后可能會(huì)損害健康。因此，凈水部件及凈水器的衛(wèi)生安全性及可靠性越來越受到人們的高度重視。

2 凈水器精準(zhǔn)凈化評(píng)價(jià)技術(shù)研究

2.1 研究的總體思路

基于我國飲用水安全及水處理裝置存在中途換芯的使用特點(diǎn)，本文提出了飲用水處理裝置全生命周期精準(zhǔn)凈化測試評(píng)價(jià)技術(shù)。建立了飲用水處理裝置精準(zhǔn)凈化檢測方法，建立家用凈水器對(duì)農(nóng)藥去除率測試方法、對(duì)抗生素去除率測試方法，建立產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)，對(duì)凈水器的精準(zhǔn)凈化功能進(jìn)行了評(píng)價(jià)，解決消費(fèi)者十分關(guān)注的家用凈化產(chǎn)品的實(shí)際凈化能力問題，并對(duì)企業(yè)自我聲稱的功能指標(biāo)評(píng)價(jià)提供技術(shù)支持。

2.2 精準(zhǔn)凈化指標(biāo)的選擇

2.2.1 毒理指標(biāo)

在毒理指標(biāo)方面，主要包括金屬、無機(jī)物和有機(jī)物凈化指標(biāo)。除地質(zhì)因素外，水中重金屬主要來自工業(yè)廢水的污染。金屬離子對(duì)人體的毒性危害主要有人體肌肉骨骼、神經(jīng)系統(tǒng)以及致癌風(fēng)險(xiǎn)，例如長期飲用含砷高的水，可使皮膚癌發(fā)病率增高、鎘中毒引發(fā)的“痛痛病”等。在精準(zhǔn)凈化方面，相關(guān)的金屬指標(biāo)不可或缺。

2.2.2 感官性狀及一般化學(xué)指標(biāo)

生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)中感官性狀及一般化學(xué)指標(biāo)[8]是我國飲用水水質(zhì)安全的首要檢測指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要依據(jù)。如水中氯離子和硫酸鹽濃度過高往往影響水質(zhì)口感；氟離子對(duì)人體肌肉及骨骼系統(tǒng)有潛在不利影響（氟骨病）；硝酸鹽有可能經(jīng)硝酸鹽還原菌作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，形成致癌物質(zhì)亞硝基胺，對(duì)人體健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.3 微生物指標(biāo)

我國水質(zhì)在微生物方面的污染主要來自于人和溫血?jiǎng)游锛S便及植物和土壤，大腸桿菌是評(píng)價(jià)生活飲用水水質(zhì)的重要衛(wèi)生指標(biāo)，故精準(zhǔn)凈化中細(xì)菌指標(biāo)是基本指標(biāo)。同時(shí)，水中的一些動(dòng)物性病毒（主要是腸道病毒）比大腸桿菌具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，僅以大腸桿菌作為水質(zhì)安全性指標(biāo)不能很好地評(píng)價(jià)水的病毒學(xué)安全性。噬菌體作為細(xì)菌病毒，尺寸更小，在污水中普遍存在，其數(shù)量高于腸道病毒，對(duì)自然條件及水處理過程的抗性高于細(xì)菌，噬菌體對(duì)人沒有致病性，可以進(jìn)行高濃度接種和現(xiàn)場試驗(yàn)；檢測噬菌體的操作具有簡便快速、安全、設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)。采用噬菌體進(jìn)行除病毒性能的測試是更加嚴(yán)苛的測試條件，能充分體現(xiàn)設(shè)備的除病毒性能。

2.2.4 水中抗生素和農(nóng)藥

水體是環(huán)境中抗生素、農(nóng)藥歸宿地之一，近年來，隨著檢測分析技術(shù)的不斷發(fā)展，各類水體中的抗生素、農(nóng)藥殘留檢測報(bào)道日益趨多，目前在地表水、地下水甚至是飲用水中檢測到抗生素和農(nóng)藥的存在[9]，暴露出水環(huán)境中抗生素殘留問題的風(fēng)險(xiǎn)。

國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)、院校、實(shí)驗(yàn)室等對(duì)中國地表水環(huán)境中存在的抗生素做過許多研究，查閱眾多文獻(xiàn)可以看出迄今已有約68種抗生素在中國地表水環(huán)境中被檢出， 包括磺胺類、喹諾酮類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類、β-內(nèi)酰胺類和其他六大類。被報(bào)道次數(shù)最多的前10種抗生素中，磺胺類抗生素磺胺甲噁唑和磺胺甲嘧啶被報(bào)道次數(shù)最多。

2.3 精準(zhǔn)凈化檢測方法研究

2.3.1 污染物檢測方法

目前抗生素的檢測方法多為食品中的獸藥殘留檢測，生活飲用水中的檢測方法則較為少見。液相色譜法適合于含量比較高的抗生素的測定，液相色譜-高分辨質(zhì)譜法雖定性功能強(qiáng)大，但定量準(zhǔn)確度上稍差些，因此本研究采用超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC/MS/MS）法，其檢測限度相對(duì)較低，定量準(zhǔn)確，經(jīng)前處理進(jìn)化濃縮后，可達(dá)到ng/L（ppt級(jí)別）的檢測水平，能準(zhǔn)確有效地檢測出低含量的抗生素。

2.3.2 凈水器凈化效率測試方法測試方法

在現(xiàn)有國標(biāo)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了更為嚴(yán)苛的條件，采用全程序加標(biāo)液的方法對(duì)濾芯進(jìn)行了考量。通入加標(biāo)液，污染物的加標(biāo)濃度見表1。按照制造商的規(guī)定要求，在進(jìn)水壓力為（0. 2 4±0.0 2）M Pa的條件下通入加標(biāo)液進(jìn)行測試。在達(dá)到凈水裝置標(biāo)稱額定總凈水量的0%、25%、50%、75%、10 0%時(shí)，分別在流入樣本取樣點(diǎn)和流出樣本取樣點(diǎn)進(jìn)行取樣。每次取樣量應(yīng)不超過1 L或分析所需量的4倍，以較大者為準(zhǔn)。樣品的采集、保存和測試按GB/ T 5750（所有部分）規(guī)定的方法進(jìn)行，GB/T 5750中未做規(guī)定的參照國內(nèi)外其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。在額定總凈水量范圍內(nèi)，在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，全程通入一定濃度的污染液（制造商標(biāo)稱的能凈化水中某一種具體的物質(zhì)），進(jìn)行凈化效率的測試。