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家庭基礎凈水設備選購核心分析

以下幾個問題解釋與內容,來自於日常用水凈化中常見的幾個問題:


一、余氯


1.余氯:是指水經過加氯消毒,接觸一定時間後,水中所余留的有效氯。水中的余氯包含(採用氯氣或游離氯消毒):氯,次氯酸,次氯酸根離子;(水中採用一氯胺消毒)一氯胺,二氯胺,三氯胺。

2.我國飲用水標準GB5749-2006中對消毒劑的要求為:



家庭基礎凈水設備選購核心分析



以上可知,國內對管網末梢(也就是水龍頭出水)的消毒劑要求還是比較高的,但是沒有要求最高上限,就導致有可能末梢消毒劑濃度過高。

3.危害:氯氣在供水的時候,可以與水中的天然化合物反應,產生消毒副產物。最常見的消毒副產物是三氯甲烷和氯乙酸。三氯甲烷是消毒副產物的主要產物,主要有兩種類型:三溴甲烷(氯仿)和二溴,其影響也取決於攝入體內的時間,以及暴露在化學品中的時間(拋開劑量談毒性就是耍流氓),在高劑量下,三溴甲烷(氯仿)主要鍵盤常規大腦活動,主要癥狀為嗜睡或鎮靜。長期接觸三溴甲烷(氯仿)和二溴氯甲烷可引起肝、腎癌以及心臟病、昏迷,甚至死亡。由於這些化合物潛在的致癌性,發達國家飲用水條例中要求市政供水定期監測其濃度。世界衛生組織指出,與不消毒產生的風險相比,這些副產物對健康的風險非常小。但余氯會導致三氯甲烷生成的概率升高。——以上出自維基百科(Water Chlorine)。


4.預防與改善:


a.臭氧消毒


b.使用氯胺消毒


c.家庭凈化水:家庭過濾水之後必須儘快使用,並且過濾器需要定期更換,否則細菌會在過濾器單元內生長。

d.紫外線


e.輻射:α β γ射線


5.消除方式:活性炭。使用前白色,10天後一般黃色,50天以後棕色,最後黑色。


6.沒有任何證據表明,水中的余氯會對人體產生危害,即便是長期接觸氯仿或者二溴氯甲烷,也僅僅會有潛在致癌性(夏天去游泳池游泳的,那裡面的氯化物,不知道比家裡的水裡的氯化物高多少倍,在那麼長時間的氯水中暴露都沒有問題),並且這一說法,針對的是氯仿以及二氯溴甲烷(並非水中濃度很低的余氯的副產物)。


額外參考

另外,可參考維基百科中,余氯的詞條。


二、軟水


1.軟水機:主要是通過離子交換樹脂去除水中的鈣、鎂離子,降低水質硬度。另一種技術是區別於化學離子交換法的物理軟水方法,是通過高能聚合球將水中的鈣鎂離子打包成結晶體存在於水中,使其在水中不結垢。主要技術有納米晶技術。軟水與自來水相比,有極明顯的口感和手感。


2.軟水的過程:主要是用離子交換技術,通過樹脂上的功能離子,用鈉離子與水中的鈣、鎂離子交換,吸附水中多餘的鈣和鎂離子,去除水垢(碳酸鈣和碳酸鎂)。

3.軟水是否可以直飲:目前並無任何證據指出軟水不可飲用,同時,軟水相對硬水來說,僅僅是鈉離子相對偏高,而身體的機制可以讓多餘的鈉離子直接排走,這也是為什麼你抓一把鹽吃了不會進醫院的原因。另一方面,雖然軟水裡少了鈣和鎂離子,但是……你真的不吃飯不吃水果,就靠水裡的那些鈉和鈣嗎?「Calcium and magnesium ions are required for normal metabolism in many organisms including mammals. The lack of these ions in soft water have given rise to concerns about the possible health impacts of drinking soft water.」包括哺乳動物在內,鈣和鎂都是正常代謝中需要的的東西,喝軟水缺乏這些離子可能會導致對影響健康的擔憂——出自維基百科(soft water)。


最終意見就是,想喝你就喝,你也不會每天就在家喝軟水,缺少的那點鈣和鎂,吃個紫菜湯湯,喝一杯牛奶就足夠了,何況還有其他蔬菜水果里有,如果對擔心會有什麼問題,也可以不喝軟水,但是說軟水損害健康,這個理論是站不住腳的。


補充一張類似意思的圖:



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下面再放一段出自維基百科Water purification詞條中的關於不含礦物質水和軟化水的爭議、調查與實驗:


大概意思是說:因為07年美國一個州(省)的供水設備出現故障,而他們許多城市的消毒劑已經由游離氯改為了氯胺,而氯胺似乎在水中具有腐蝕管齡較大的管道,能溶解其具有「保護性」的內膜,導致管道內鉛含量升高,可能導致血鉛升高。


在這個前提下,產生了關於無礦物質水和軟化水是否應該引用的….話題?


通過蒸餾、反滲透、各種膜的方式得到的去除了大多數礦物質的水,並非是理想的飲用水。同時,自1980年以來,世界衛生組織對軟化水對人類健康影響的調查中發現,軟化水利尿(多去廁所),並且減少了電解質(別捉急,往下看。),並且降低了血清中的鉀濃度,而鈣和鎂等礦物質有助於防止營養缺乏症。同時,軟化水也可能增加有毒金屬,因為包括鈣和鎂離子在內,可以防止鉛和鎘從管道中浸出(管道里要是沒有,那就不會增加有毒金屬咯,一般家庭里的是PPR管,由碳和氫組成,木有鉛,但是如果你家管道是比較老的金屬的,並且軟水機或者其他什麼機過濾出來的沒有礦物質的水要經過這類金屬管道,就要注意了)。中間有一段我不搬運翻譯了,以免百度谷歌不準,導致傳遞錯誤的信號。然後就是鎂和鈣的每升水的含量建議blabla我覺得沒啥用的東西……


而凈水器廠商說水裡的礦物質水導致許多疾病的原因,而大多數有益礦物質來自於食物。(關於水裡的礦物質能導致疾病而食物里的不能這一點,我有些呵呵。)而身體所需礦物質通過食物就基本可以滿足,這一點是引用美國醫學會的。世界衛生組織的報告也認為,除了一些特殊情況外,水不是人類基本要素的主要來源,並且,不是鈣和鎂的主要來源。這一點是指出軟化水有害的反證。


同時,還有些其他國家的動物實驗和臨床觀察:給同樣含量的鎂和鋅在水裡的動物血清中這些元素的含量要低於給同樣鎂和鋅在食物里而對飲的水是低礦物質的。


原文如下:


Distillation removes all minerals from water, and the membrane methods of reverse osmosis and nanofiltration remove most to all minerals. This results in demineralized water which is not considered ideal drinking water. The World Health Organization has investigated the health effects of demineralized water since 1980.[24] Experiments in humans found that demineralized water increased diuresis and the elimination of electrolytes, with decreased blood serum potassium concentration. Magnesium, calcium, and other minerals in water can help to protect against nutritional deficiency. Demineralized water may also increase the risk from toxic metals because it more readily leaches materials from piping like lead and cadmium, which is prevented by dissolved minerals such as calcium and magnesium. Low-mineral water has been implicated in specific cases of lead poisoning in infants, when lead from pipes leached at especially high rates into the water. Recommendations for magnesium have been put at a minimum of 10 mg/L with 20–30 mg/L optimum; for calcium a 20 mg/L minimum and a 40–80 mg/L optimum, and a total water hardness (adding magnesium and calcium) of 2 to 4 mmol/L. At water hardness above 5 mmol/L, higher incidence of gallstones, kidney stones, urinary stones, arthrosis, and arthropathies have been observed.[25] Additionally, desalination processes can increase the risk of bacterial contamination.[25]


Manufacturers of home water distillers claim the opposite—that minerals in water are the cause of many diseases, and that most beneficial minerals come from food, not water.[26][27] They quote the American Medical Association as saying "The body"s need for minerals is largely met through foods, not drinking water." The WHO report agrees that "drinking water, with some rare exceptions, is not the major source of essential elements for humans" and is "not the major source of our calcium and magnesium intake", yet states that demineralized water is harmful anyway. "Additional evidence comes from animal experiments and clinical observations in several countries. Animals given zinc or magnesium dosed in their drinking water had a significantly higher concentration of these elements in the serum than animals given the same elements in much higher amounts with food and provided with low-mineral water to drink."


4.是否有必要給家用電器裝軟水機:對於非封閉迴路且造成液體較高溫度的電器(熱水器,熱水壺,就是可以讓迴路里的水流走的。洗碗機需要確認是否自帶軟水功能,以及工作水溫。),如果用軟水機是好的(硬水地區不用看這一條,直接上),而封閉迴路的電器(比如地暖),沒必要使用軟水機。因為裝軟水機,對電器而言,主要擔心水垢對電器的影響,而水垢主要產生的必要條件,就是水中的鈣離子結晶,必須要其濃度超過溶液的飽和濃度。在非封閉的環境下(比如熱水器和熱水壺),隨著溫度升高,水中的水以水汽的形式離開,而水中的離子濃度逐漸升高,待液體冷卻後,就會有離子結晶。而封閉環境下水不會排走(也因此,把水不會加熱到氣態的溫度,不然就炸了),即便是反覆加熱,液體中的離子濃度並未升高,故不會有結晶,也就是說,不會有水垢(對,我這裡指的就是燃氣熱水地暖)。當然,除了電器意外,可能洗衣機與家裡淋雨的冷水口,以及衛生間洗臉池的介面,為了您和您家人生活的更好,可以選擇用接軟水機。由於軟水機價格還是有點呵呵,可以暫時預留管道、插座、放置位置,後續再加(可能你就不會加了,哈哈哈)。


5.軟水機之前是否需要輔助凈化設備?沒有任何證據表明,氯化物會與軟水機中的離子交換樹脂反應或者吸附,同時,在給軟水機加鹽的時候,本身就會有氯化物產生,而果殼的文章也說明了水中的余氯,並不會對人體產生什麼影響。但是可能會有其他物質吸附在染離子交換樹脂上(導致離子交換樹脂效率降低而已),但是無論是否需要用在離子交換樹脂之前用其他東西過濾(如PP棉,活性炭),軟水機中的離子交換樹脂本身就要定期更換,在軟水的過程中,被置換出來的離子不斷累積在樹脂中,就會影響其交換功能,而且水壓也會對其有磨損。


三、前置過濾器


1.前置過濾器:前置過濾器是對全屋用水的第一道粗過濾設備,可以過濾自來水中的泥沙(注意,泥沙有大小,小的小於1微米μm,大的泥沙顆粒就不好說了)、鐵鏽等大顆粒物質。市面上常見的濾網的精度範圍根據不同品牌和型號從5-300微米不等,一般而言,這個精度是攔不住細菌的(97.4.16科學雜誌上報導最大的細菌直徑0.75毫米,但是這個應該不會出現在你家管道里,最小的比病毒還小),病毒就更不可能了,鐵鏽倒是能攔住一部分。常見的過濾器,有吸虹式與反衝洗式。


同時,部分前置過濾器具有穩壓作用,可以減少管道水錘對設備的影響。


2.前置過濾器對水壓的影響:城鎮供水廠運行維護技術規程(國標)中,供水水壓應符合CJJ58-2007中第3.1.3條要求,供水管網末梢壓力不應低於0.14 MPa,管網壓力合格率不應低於97%,0.14Mpa=1.4KG。


選幾個有代表的,BTW的一般工作水壓0.2-1.6Mpa(數值取自其國內官網)/0.2-1Mpa(數值取自狗東),山寨希爾0.2-1.6Mpa(數值取自狗東),沁園企鵝0.1-0.5Mpa(數值取自狗東)。


注意,沁園的上限貌似不高,而家庭管網壓力,高於國標的0.14Mpa。


OK,以上偏題了,我查不到前置過濾器的壓損,網上看到狗東客服說山寨希爾的壓損是0.5Bar=0.05Mpa,但是上面三個產品都沒有官方說明,有確切信息的值友補答一下么?


網上找到一張BWT的反衝洗過濾參數圖,裡面標明了壓損是0.2KG,頁就是0.02Mpa,注意過濾精度是90-110μm,如果更小的話,可能會更加有壓損,家裡水壓小的值友要注意了



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自家最小水壓計算(標準狀況下):首先,1Mpa對應的水壓是10KG,能夠把水壓到100米高,按照國標,末端水管最小0.14Mpa,假設你家樓房是23層,每層3米,二次供水的水箱就在小區裡面,你家樓層是15米。


提升至最高層,並且保持0.14Mpa需要的最小水壓是:23*3/100+0.14=0.83Mpa


提升至你家,需要的水壓是:15*3/100=0.45Mpa


所以你家水管里的水壓是(0.83-0.45)100=0.38Mpa,也就是3.8KG


這個計算方式有問題的話,請幫忙指出,我也是問物業水管工的。


3.前置過濾器對流量的影響:一般而言,家庭入戶水管都是6分管(DN25,塑料管外徑,鐵管為DN20內徑)


額定用水普通家庭現在最高是每人每小時130-300L(無地暖)——每人每小時200-320L(有地暖)。


小時變化係數可以百度下,我就不說了。


算起來,日常用水每人每小時46-130L(無地暖)/72-160L(有地暖),三口之家,每天每人用水3小時,取中間值計算


無地暖:88*3*3/1000≈0.8T,算下來每月24噸水(實際北方應該達不到,南方這個數值也不低)


有地暖:116*3*3/1000≈1T,算下來每月30噸水(實際北方應該達不到,南方這個數值也不低)


以上演算法有誤的話,請值友幫忙指出。


國產沁園企鵝的前置,日處理量60T


山寨漢斯的前置,日處理量55T


BWT的前置,日處理量40T


其他不想看了,總之遠遠高於日常用水,所以流量上不會有影響。


家庭最高用水日的用水定額(GB50015-2010)



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4.不少人使用PP棉+活性炭替代前置過濾器,個人覺得功能與精度不一樣,不應該被替代,對PP棉和活性炭而言,不需要更換內芯(至少十年這個短期而言)的前置過濾器,可以過濾一部分雜質,減少後面凈化設備的更換頻率(懶人福利的意思)。


四、PP棉濾芯、活性炭濾芯


1膠體:又稱膠狀分散體(colloidal dispersion)是一種較均勻混合物,在膠體中含有兩種不同狀態的物質,一種分散相,另一種連續相。分散質的一部分是由微小的粒子或液滴所組成,分散質粒子直徑在1~100nm(納米,也就是0.1-0.001微米)之間的分散系是膠體。


2.PP棉濾芯(PPF濾芯):又名熔噴式pp濾芯,採用無毒無味的聚酯纖維粒子,經過加熱熔融、噴絲、牽引、接受成形而製成的管狀濾芯。


一般最大壓差是0.4Mpa,也就是4KG;進水壓在0.1-0.5Mpa(1-5KG),太低了過濾不了,太高了衝散了;壓損≤0.05Mpa;過濾精度1μm-5μm(微米)——百度(PP棉濾芯)


可見,水裡的膠體,靠PP棉是過濾不了的(也沒必要,看下文),但是可以過濾前置過濾不了的泥沙、絮狀物、沉澱物等。


由此可見,PP棉是過濾不了水裡的膠體的,並且,膠體不光是水裡有,空氣中也是有的,你還要上空氣凈化器(抱歉,室外的你凈化不了),即便你家裡和單位里空氣都凈化了,你去單位的路上,也會呼吸到無數膠體。


3.活性炭


活性炭的主要原料幾乎可以是所有富含碳的有機材料,如煤、木材、果殼、椰殼、核桃殼、杏殼、棗殼等。這些含碳材料在活化爐中,在高溫和一定壓力下通過熱解作用被轉換成活性炭。在此活化過程中,巨大的表面積和複雜的孔隙結構逐漸形成, 而所謂的吸附過程正是在這些孔隙中和表面上進行的,活性炭中孔隙的大小對吸附質有選擇吸附的作用,這是由於大分子不能進入比它孔隙小的活性炭孔徑內的緣故.


活性炭是由含炭為主的物質作原料,經高溫炭化和活化製得的疏水性吸附劑。活性炭含有大量微孔, 具有巨大無比的表面積,能有效地去除色度、臭味,可去除二級出水中大多數有機污染物和某些無機物,包含某些有毒的重金屬。影響活性炭吸附的因素有:活性炭的特性;被吸附物的特性和濃度;廢水的PH值;懸浮固體含量等特性;接觸系統及運行方式等。活性炭能有效吸附氯代烴、有機磷和氨基甲酸酯類殺蟲劑,還能吸附苯醚、正硝基氯苯、萘、乙烯、二甲苯酚、苯酚、DDT、艾氏劑、烷基苯磺酸及許多酯類和芳烴化合物。


椰殼活性炭其孔徑從2納米到50納米都有,出了上面提到的有機物,還可以過濾重金屬,鐵鏽,部分細菌等。


題外話:為什麼外國人不把水煮沸了就喝?(媽個雞,其實以下內容我只是去維基百科查PP棉過過濾孔徑的時候不小心看到的)


Bringing it to its boiling point at 100 °C (212 °F), is the oldest and most effective way since it eliminates most microbes causing intestine related diseases,[17] but it cannot remove chemical toxins or impurities.[18] For human health, complete sterilization of water is not required, since the heat resistant microbes are not intestine affecting.[17] The traditional advice of boiling water for ten minutes is mainly for additional safety, since microbes start getting eliminated at temperatures greater than 60 °C (140 °F). Though the boiling point decreases with increasing altitude, it is not enough to affect the disinfecting process.[17][19] In areas where the water is "hard" (that is, containing significant dissolved calcium salts), boiling decomposes the bicarbonate ions, resulting in partial precipitation as calcium carbonate. This is the "fur" that builds up on kettle elements, etc., in hard water areas. With the exception of calcium, boiling does not remove solutes of higher boiling point than water and in fact increases their concentration (due to some water being lost as vapour). Boiling does not leave a residual disinfectant in the water. Therefore, water that is boiled and then stored for any length of time may acquire new pathogens. ——出自維基百科(Water purification)裡面有進一步引用,想了解的可以去看下。


把水加熱到100度燒開是最古老有效的辦法,因為它消除了大部分會引起腸道有關疾病的微生物,但它不能去除化學毒素或雜質。對人類健康而言,不要求水完全消毒,而耐熱微生物對腸道沒有影響。把水煮沸是為了額外的安全,而微生物在60度就被消除了,水的沸點隨著海拔上升而下降並不影響煮沸後的殺毒效果,blablabla….把水燒開不能減少沸點高於水的溶質,反而會增加其濃度(水蒸氣的減少導致水減少),把水燒開並不能去除水裡的消毒劑(如次氯酸XX,氯酸XX)而且,煮沸後儲存的過程會增加新的……細菌。


大意就是,要麼就加熱到60度,要麼就燒開滾個10分鐘,水放涼的過程中也會有新的細菌產生(別怕,你家空氣不死人)。上文說道,加熱主要是為了去除引起腸道疾病的微生物,所以如果你腸道足夠好,或者人家的消毒措施做得確實好,那是可以不用燒開了就喝。谷歌翻譯的稍微加工了一下,輕噴。


五、微濾(MF)


1.微濾:又稱微孔過濾,屬於精密過濾。微濾能夠過濾掉溶液中的微米級或納米級的微粒和細菌,是以多孔膜(微孔濾膜)為過濾介質,在0.1~0.3MPa的壓力推動下,截留溶液中的砂礫、淤泥、黏土等顆粒和賈第蟲、隱抱子蟲、藻類和一些細菌等,而大量溶劑、小分子及少量大分子溶質都能透過膜的分離過程


更微觀的,原子或離子材料,例如水,一價物(納或者氯)的離子,天然有機物,小膠體和病毒仍然可以通過(有效分離範圍是0.1-10)


六、超濾(UF)


1.超濾,是以壓力為推動力的膜分離技術之一。以大分子與小分子分離為目的,膜孔徑在20-1000A°(2納米-100納米)之間。中空纖維超濾器(膜)具有單位容器內充填密度高,佔地面積小等優點。在超濾過程中,由於被截留的雜質在膜表面上不斷積累,會產生濃差極化現象,當膜面溶質濃度達到某一極限時即生成凝膠層,使膜的透水量急劇下降,這使得超濾的應用受到一定程度的限制。主要用於截留去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌和病毒等大分子物質。超濾過程由於膜污染和更換產生的成本很高,所以需要給預處理,而超濾又是用來保護RO膜的預處理過程。


2.保護超濾的方式之一是更高的水流流速,可以防止膜表面大分子和膠裝物質的沉積,然而達到這個的條件是昂貴的泵(加壓提高流速)。


定期的反清洗,能防止污物積聚和反向結垢滲透(沒有反衝洗的還是算了吧)


3.如果超濾有好幾層,包含PP棉和活性炭,則可以直接用超濾,前面不在用這兩層東西,如果沒有,僅僅是超濾膜,最好用PP棉+活性炭預處理保護。


上一張源自維基百科中Membrane technology詞條里的圖(注意,本詞條維基百科提出本文包括引用的列表,但其來源仍不清楚,因為它具有內嵌引文不夠,大概是證據不足)


首先上圖:



家庭基礎凈水設備選購核心分析



上圖中的kD應該是分子量


根據上文以及圖上可以知道,如果你家要直引,那就過濾到超濾就可以了,如果你家水要燒開,那到微粒過濾(Particle filtration)就可以了,細菌病毒你燒水到60度就殺完了(外國人還不燒水,反正放涼的過程會有新的,對了,你家杯子沒消毒的話杯子裡面也有細菌病毒)。再額外的過濾,怎麼說呢,我用傳奇來舉個例子吧:0-30攻擊的裁決2000W,你為了買個0-31攻擊的裁決,花了6000W。


七、納濾-反滲透


到這裡其實已經沒必要寫下去了,我覺得一般家庭實在沒必要,當然信仰歸信仰。


結論:水中的余氯必須要活性炭或者超濾才可以過濾,並且沒有證據表明城市管網供水中的余氯會對人體產生傷害;軟水機前沒必要加裝除余氯的裝置,並且軟水機出來的水可以引用,即便是世衛組織也沒有任何證據表明軟水會對人體有傷害;PP棉過濾不了水中的膠體,膠體的組成成分有無機物也有微生物,無機物和有機物在水燒開以後該沉澱的沉澱,該消除的消除,外國人還不燒開喝水呢;自來水不一定要完全燒開,60度以上就可以;家用過濾,一般到活性炭,也就是微濾就可以了,後面的都沒有必要了,效果我已經用上文中的裁決舉例了。


上述內容中,圖表,數據大部分取自維基百科英文版內容,小部分數據出自《GB50015-2010建築給排水設計規範》,極少部分出自百度百科。


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