浅谈家用反渗透净水机滤芯寿命的影响因素

文/李志丰 熊 治 潘 盼（安徽智泓净化科技股份有限公司）

随着人民生活水平的提高及健康意识的增强，饮水安全与健康越来越受到关注，能对水质进行过滤净化的净水机逐渐成为日常家电的一种。净水机核心装置为各级不同作用的滤芯，各级滤芯的额定总净水量差异较大，不及时更换滤芯会导致二次污染或资源浪费。

我国的净水机市场从20 世纪90 年代发展至今，由最初单一的活性炭净水机发展到微滤、超滤、反渗透、KDF 等单一工艺或组合工艺的净水机。其中反渗透净水机由于过滤效果好、工艺简单，现已成为市场上主流产品。本文以市场上常见的5 级反渗透净水机为例探讨各级滤芯的作用及影响其寿命的因素。

一、家用净水机滤芯类型及作用

市场上常见的5 级反渗透净水机滤芯分别为5μmPP棉、前置颗粒活性炭、1μmPP 棉、RO膜、后置活性炭。图1为反渗透净水机工艺图。

图1 反渗透净水机工艺图

PP 棉：又称聚丙烯熔喷滤芯，采用无色无味的聚丙烯颗粒，经加热、喷丝、牵引、接收形成圆柱管状纤维滤芯。熔融纤维在旋转过程中形成致密的微孔，根据孔径不同可分为1μm、5μm、10μm等多种型号的滤芯。微孔内层致密、外层疏松，纳污量大。家用净水机行业中最常见的PP 棉有1 μm 和5μm两种精度，第一级为5μm精度，第三级为1μm精度。用于去除自来水或者管道中的胶体、肉眼可见的颗粒污染物、铁锈等，进一步降低水的浊度，其颗粒去除率大于99%。

前置活性炭：活性炭滤芯主要成分为颗粒活性炭和烧结活性炭，以天然活性炭为原料加工制成，具有多孔结构，比表面积大。经过改性后具有多种官能团和杂环结构，形成强大的分子场，吸附容量大，应用广泛。在净水机中主要用于吸附自来水预处理残留的余氯和有机污染物等。具有抑菌和阻垢等复合功能的活性炭比较受欢迎。

反渗透膜滤芯：简称RO 滤芯，是反渗透净水机中的核心部件，由RO 膜片、纯水导流网、原水导流网绕集水管卷制而成，外围缠防水胶带固定，形成一个圆柱状的滤芯。集水管上面设置小孔，收集纯水并排出。运行时滤芯安装在压力容器内，在进水侧施加高于原水渗透压的外界压力，只允许水分子和某些组分选择性透过，其他物质不能透过而被截留在膜表面排出系统外。过滤效果主要取决于RO 反渗透膜片的性能，还与原水水质、机器净水回收率、运行压力等相关。主要用来去除水中溶解盐类、重金属离子、病毒、细菌、消毒副产物等对人体有害的杂质[1]。

后置活性炭：后置炭为高质量的椰壳活性炭，在净水机中主要是起到抑菌与改善口感的作用。

二、影响家用反渗透净水机滤芯性能的因素

国家标准《家用和类似用途饮用水处理内芯》（GB/T 30306—2013）中，对净水机各种内芯及性能要求、测试方法做了规定。各级滤芯的额定总净水量由厂家自行标注，要求出水水质应符合国家卫生管理部门相关法规及《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2006）的要求。若反渗透净水机出水流量低于标称值或者脱盐率低于90%，滤芯就需要进行更换。若不及时更换滤芯，会导致出水水质不合格、出水流量小、能量消耗大、二次污染等现象发生。

1.PP 棉性能影响因素

常见的五级净水机中，第一级PP 棉的寿命与原水水质关系密切。进行了如下测试。

（1）以合肥高新区自来水[总溶解固体（TDS）≤100 mg/L]为原水在0.2 MPa的压力下连续通过PP 棉滤芯，直到出水压力压降大于进水压力的15%时停止测试，总过滤水量达到4800 L。

（2）根据《反渗透净水机水效限定值及水效等级》（GB34914—2017）要求配制试验用水（TDS 为500 mg/L±50 mg/L）[2]，在0.2 MPa 的压力下连续通过PP 棉滤芯，直到出水压力压降大于进水压力的15%时停止测试，总过滤水量为2 600 L。

（3）用氯化钠与氯化钙配制TDS 为1000 mg/L±100 mg/L，硬度为500 mg/L 的测试液进行第三组测试。在0.2 MPa 的压力下连续通过PP 棉滤芯，直到出水压力压降大于进水压力的15%时停止测试，总过滤水量为1100L。

2.RO 反渗透膜性能影响因素

在规定的运行条件下，净水机的出水水质符合要求且净水流量不少于标称净水流量时，滤芯进行更换时累计产水量，称为总净水量。滤芯在出厂前厂家已根据标准条件进行测试，并标称了额定总净水量，要求用户在使用时达到额定总净水量时即更换滤芯。但总净水量跟实际使用条件密切相关，通常情况下通量与脱盐率任一指标不合格，即使没有达到额定总净水量也代表滤芯已经污堵，需要及时更换。

针对回收率和原水水质对纯水流量的影响进行了测试。图2、图3 是3012-400G 膜元件在不同条件下回收率与不同原水浓度下的连续运行纯水流量变化曲线，可以看出，水质越差，污堵越快；回收率越高，污堵越快。

图2 不同回收率下3012-400G 膜元件纯水流量变化趋势对比

图3 不同原水浓度下3012-400G 膜元件净水流量变化趋势对比

此外，污堵速度与净水机结构、RO 泵是否匹配、废水比大小都存在一定关系[3]。反渗透膜滤芯被堵塞后，膜表面存在结晶物颗粒附着，颗粒会作为晶种进一步长大，导致后续膜堵塞速度加快，膜前压力不断增加，能量损耗大，出水不合格，影响净水机整体运行[3]，所以应及时更换滤芯。

3.活性炭滤芯性能影响因素

活性炭和污染物分子存在“范德华力”，活性炭吸附污染物是一种物理吸附过程，这是一个可逆过程，吸附与解吸同时进行，吸附能力与活性炭的表面积与结构分布关系密切。研究表明活性炭对自来水中消毒副产物、总有机碳、挥发性有机物具有吸附作用。当活性炭吸附过量有机物达到饱和时，水中微生物会以这些有机物作为营养物质在微孔中大量繁殖，导致出水不合格，所以需要及时更换活性炭。厂商建议前置活性炭滤芯12～18 个月更换一次[4]。

三、结语

相同质量的滤芯，水质情况的好坏直接决定了其使用寿命；净水机的使用强度和用水量的大小，也是决定滤芯更换频率的重要因素。滤芯的更换目前没有统一和准确的标准，需要根据生活常识与经验进行判断。

在现有技术条件下，净水机厂家普遍采用滤芯寿命显示预警装置来提醒用户更换滤芯的时间。预警依据有时间型、流量型、时间与流量结合型、出水水质型等，但是不能做到特别精准[5]，还需要结合净水机各级滤芯的作用原理、使用环境的差异，来把握最佳的更换滤芯时机，节约售后成本，避免二次污染。[本文为安徽省科技重大专项“高通量强抗污抗菌型RO 反渗透膜生产关键技术研发”(项目编号：202003a05020045)的研究成果。 ]