饮用水处理装置性能测试标准的比较

陈杰明 朱吉兴 皮小春 王利仁

佛山市顺德区阿波罗环保器材有限公司 广东佛山 528300

1 引言

饮用水处理装置是以符合GB 5749-2006要求的市政自来水或其他集中式供水为原水，由一个或若干个饮用水处理内芯组成的能改善水质的系统。中国和美国对于市政饮用水都有强制执行的法规，中国由GB 5749-2006生活饮用水卫生标准进行规范，美国由National Primary Drinking Water Regulations和National Secondary Drinking Water Regulations进行规范。但以上法规是针对市政饮用水生产厂家的出水水质和管网末梢进行要求，而人们在日常使用过程中，饮用水经过管道运输至千万家庭，再到人们饮用，这个过程的水质很难实行监控，从而使家用饮用水处理装置进入寻常百姓家，以保证人们的饮水更加安全、健康。本文清楚阐明了中美标准差异，明确产品适用市场的不同要求，以提升净水市场产品的软实力。

2 饮用水处理装置的规范

美国在1973年制定第一份饮用水处理装置标准，比中国早25年，并且持续完善标准。中国标准虽然起步较晚，但是对于指标要求的设计很全面，两国标准均涉及到饮用水处理装置从生产到用户使用的整个流程，标准都明确规定了设备材料、设计、制造和运行方面的最低要求，实现行业标准化，保障用户安全。NSF/ANSI 42-2018 Drinking Water Treatment Units - Aesthetic Effects是美国饮用水处理装置的基础标准，作为代表与中国的GB/T 30307-2013《家用和类似用途饮用水处理装置》标准进行比对，表1中列明中国和美国对饮用水处理装置的技术要求比对，本文进行结构性能、卫生安全、一般使用性能要求测试比对。

表1 中国和美国对饮用水处理装置技术要求比对

3 结构性能比对

在中美两国标准中，滤芯均要求便于更换及维护，且管道牢固。美国提出净水口呈向下方向安装，净水出口底部边缘应高于废水容器溢流边缘51 mm，需要做好防护装置并且净水口与防护装置之间缝隙要便于清洁，防止使用人员直接接触或者杂质进入净水口，从而污染饮用水。

中国将饮用水处理装置分成4类，分别是整机、敞开式饮用水处理装置、金属承压容器和非金属承压容器，实际生活中供水管道压力会因楼层、时段等因素产生变化，对饮用水处理装置结构安全的评价，实质上是对饮水用处理装置所用材料及部件质量（力学方面）的综合评价，主要体现在静水压力、循环压力、破裂压力试验[1]。美国根据饮用水处理装置的大小、类型等进行细化分为10类，测试包括静水压力和循环压力试验，无需测试破裂压力试验。试验结束后检查产品是否发生形变或漏水。图1为结构试验的测试装置示意图。

图1 结构试验装置

3.1 静水压力试验

静水压力试验方法为通入13℃～24℃温度下的水，将待测设备的空气全部冲出来，压力以一定的速度进行提升，升到表2指定的试验压力，保持15 min。美国标准的静水压力试验指标严格于中国标准要求，表2中列出中国和美国静水压力试验方法要求，应选择表格中所提供的较大的压力值进行测试。

表2 静水压力试验方法比对

3.2 循环压力试验

中国对敞开式饮用水处理装置的要求会高于美国，其他类型饮用水处理装置是一样的测试条件。通入（20±3）℃温度下的水，将待测装置的空气全部冲出来，压力在一定时间内升到表3指定的试验压力，在进行下一次压力循环之前，待测试系统的压力回归到＜0.014 MPa，在试验周期期间内定期检查系统的密封性。表3中列出了中国和美国循环压力试验方法比对，表格中提供选项应选择较大的压力进行测试。

表3 循环压力试验方法比对

3.3 破裂压力试验

中国对非金属承压容器需要进行破裂压力测试做了明确要求，测试方法为通入13℃～24℃温度下的水，将待测设备的空气全部冲出来，压力以≤0.4 MPa/s的速度进行提升，在70 s内达到最高工作压力的4倍或2.76 MPa，两者选择较大的压力为破裂压力值，压力保持5 s后再进行泄压。检查待测设备是否出现破裂、漏水、形变等现象，其他饮用水处理装置不作要求。美国对破裂压力试验不作要求。

4 卫生安全

中国法规要求家用和类似用途饮用水处理处置中与水接触材料及部件需要符合《生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价规范》，整机需要符合《生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价规范》，饮用水处理剂需要符合GB/T 17218《饮用水化学处理剂卫生安全性评价》，中国的涉水产品卫生许可制度为行业设立了准入门槛，确保了产品的安全及基本功能[2]。美国同样有萃取试验，针对金属元素、靶向有机化合物、非靶向的有机化合物进行评价，在认证之前都需要对产品进行萃取试验，符合要求后才能开始进行认证项目的开展。

4.1 中国卫生安全要求

浸泡水需要采用蒸馏水或去离子水，电导率要求＜2 μS/cm，通过调试，浸泡水符合pH：8；硬度：100 mg/L；有效氯：2 mg/L的指标。检测依据是GB/T 5750《生活饮用水标准检验方法》。

4.1.1 饮用水处理装置

使用市政自来水连续冲洗产品30 min，然后用浸泡水立即进行浸泡，两端用包有聚四氟乙烯薄膜的干净木塞或橡胶塞紧，在25℃±5℃避光的条件下浸泡24 h±1 h，对空白浸泡水及产品浸泡水进行检测。表4中列出浸泡试验基本和增测项目的卫生要求，1～16项为基本项目需要全检，17～36项为增测项目可以根据装置的材质及材料进行选择。

表4 浸泡试验基本和增测项目的卫生要求

4.1.2 与饮用水接触的防护材料

用自来水冲洗干净试样涂层片，立即在密闭、避光25℃±5℃温度下进行浸泡，于浸泡后1、3、5、10、20和30天收集全部的浸泡水，用于检测分析空白浸泡水及产品浸泡水溶出污染物浓度的衰减情况，第30天的浸泡水中污染物浓度用于评价是否符合卫生要求。如表4中列出的卫生要求。

4.1.3 生活饮用水输配水设备及防护材料的卫生毒理学评价程序及方法

根据在水中溶出物质的不同浓度，分为四个水平并对应不同的测试项目进行毒理学评价，表5中列出毒理学试验项目及结果评价。

表5 毒理学试验项目及结果评价

4.2 美国萃取试验

测试用水需要采用当地自来水，通过调试测试用水符合pH：6.75±0.25；总溶解固体：（50±5）mg/L；有效游离氯：（0.5±0.05）mg/L；温度：（23±2）℃的指标。在0.34 MPa压力下通水，按照制造商要求进行冲洗，通入测试用水在（23±2）℃温度下，浸泡24 h。需要重复上述实验3次，得到3份2 L水样，混合后进行金属元素、靶向化合物、非靶向化合物检测，需要用测试用水作为空白，如有检出有目标物浓度，需要扣除空白浓度。

4.2.1 金属元素测试要求

检测依据是采用EPA 200.8电感耦合等离子体质谱法测定水体与废物中的微量元素能满足14种金属元素测定，也可以采用EPA 200.7电感耦合等离子体原子发射光谱法测定水和废物中的金属和微量元素标准，或者采用EPA 200.9恒温石墨炉原子吸收法测定金属和微量元素标准进行测试，根据实验室情况进行选择测试方法，表6中列出金属元素的指标要求。

表6 金属元素指标要求

4.2.2 靶向化合物测试要求

半挥发性有机物（SVOC）的检测依据是采用EPA 525.2饮用水中的有机化合物测定液-固萃取毛细管气相色谱法质谱分析标准能满足36种SVOC测定，也可以选择EPA 528固相萃取和毛细管柱气相色谱/质谱测定饮用水中的酚类、EPA 625用气相色谱/质谱法分析在特制罐中收集的空气中挥发性有机化合物的测定、EPA 521固相萃取-毛细管柱气相色谱-大容量进样-化学电离串联质谱法测定饮用水中亚硝胺标准，根据实验室的条件选择测试方法。

挥发性有机物（VOC）检测依据是采用EPA 524.2毛细管柱气相色谱/质谱法测定水中可吹扫的有机化合物标准能够满足63种VOC测定，除了丙烯腈以外，其他也可以选用EPA 524.3毛细管柱气相色谱/质谱法测定水中可吹扫的有机化合物标准，根据实验室的条件选择测试方法。表7中列出靶向化合物指标要求，1～36项为SVOC限值要求，37～99项为VOC限值要求。

4.2.3 非靶向化合物测试要求

通过特定配方审查之后确定有需要的，对产品部件进行VOC、SVOC分析，包括全范围质谱库，以监测非靶向化合物。利用谱库检索“匹配度”对未知物进行最佳匹配度定性，可以使用总离子峰面积与相近的已知浓度的物质进行浓度估算（半定量），应报告≥3.0 ppb浓度所检测到所有TIC，采用NIST 2007或最新的谱库进行检索。针对未知的化合物进行排查，经过一系列排查重复检查谱库、反馈给制造商提供更多信息、配方复查成分及副产物等，仍无法识别的，产品符合标准要求可以不予考虑。

美国通过GC/MS可以直接监测产品中非靶向化合物，这样能够更加全面的监控样品的安全性，比中国更加完善。

5 一般使用性能要求

一般使用性能要求中，中国仅对产品性能进行最低要求，其他都不作限制，美国对于饮用水处理装置的设计提出更多的硬性指标，也可更好服务于产品设计。

两国测试试验装置原理相同，通过搅拌添加污染物得到测试用水，在一定压力下输送至待测装置，测试进水污染物浓度和出水污染物浓度，通过计算得到净化效率。图2为试验装置示意图。

表7 靶向化合物指标要求

图2 试验装置

5.1 净水流量试验

净水流量是指在整个额定总净水量过程中都能达到的标称流量，在符合试验进水水质要求下进行净水流量试验。表8中列出了中国和美国测试净水流量试验的方法要求。

5.2 额定总净水量试验

美国额定总净水量是由制造商进行规定，在功能测试上进行验证，不单独进行测试。中国对额定总净水量试验进行了明确规定。

其测试方法为按照制造商说明对饮用水处理装置进行冲洗，完成后通入市政自来水，在达到标准额定总净水量的0%、25%、50%、75%、100%时，进行化合物的加标试验。一般分为纯净水处理器（包括：反渗透净水器、纳滤净水器、电渗析净水器、蒸馏净水器）和一般水质处理器（包括：活性炭、膜过滤、另加消毒组件），根据具体条件和需求进行确认化合物的加标项目，并且在额定总净水量下去除率均达到要求，表9中列出不同饮用水处理装置针对不同的化合物进行加标试验。

表8 净水流量试验方法要求比对

表9 中国额定总净水量试验方法

5.3 其他

（1）中国规定净水水质符合GB 5749标准要求，在运行中噪声≤65 dB（A），控制装置灵敏可靠具有自动保护和控制功能。

（2）美国针对产品设计进行了规定，表10为美国最低使用要求。

表10 美国最低使用要求

6 讨论

（1）在结构性能测试方法上，美国根据饮用水处理装置的类型和大小来制定承压能力，装置越大承压能力也相应提高。中国可以借鉴这种承压能力评估方法，拓展现有承压测试方法，并且对大型饮用水处理装置加严要求。

（2）在卫生安全测试上，中国覆盖污染物种类比较全面，而美国针对金属和有机物，特别是有机物数量非常多，并且对污染物做了深度研究，不断调整指标。如：铝元素、铜元素、钡元素等，在微量摄入的条件下对人体是有益的，中国可以考虑适当放宽指标。

（3）在一般使用性能要求上，中国对使用性能要求进行详尽的说明，从侧面上看，各类型的饮用水处理装置都有污染物去除功能，保证产品的安全和基本功能。在这基础上可以借鉴美国，考虑增加对产品设计的要求，从而使流向市场的产品更加规范化。

（4）本文没有对特殊使用性能要求展开讨论，目前美国在有性能指示（PID）的情况下要求达到额定总净水量的120%，在没有性能指示（PID）的情况下要求达到额定总净水量的200%。中国对于特殊使用性能按照额定总净水量100%进行测试，后续仍有理念创新的空间。

目前生活饮用水输配水设备及防护材料卫生安全评价、生活饮用水水质处理器卫生安全与功能评价等标准已提交报批稿，在此版标准中增加了有机污染物、激素等监控，删除色度、pH、COD、颗粒物析出等指标，但是出水水质也应该符合GB 5749标准要求。随着我国科学的进步，技术迭代，很多技术指标都可以得到控制，逐步收窄监控的种类，并进行更深入的研究。近期GB/T 30306和GB/T 30307、GB 34914的标准将会进行修订，笔者将继续研究探讨。