随着社会的进步与生活水平的提高．人们开始越来越重视饮用水的质量。随着农药、化肥用量的不断增加。许多农村饮用水源受到污染，农村居民饮水质量和卫生状况难以保障。城镇居民饮用水也存在着由于受到自来水管网的二次污染而微生物指标超标，以及含有自来水生产过程中产生的消毒副产物(如氯仿)等质量问题[1]。
目前国内的水净化设备仅有简单的饮水机、净水桶、净水器等装置，对日常卫生用水(如蔬菜瓜果的洗涤用水)还没有引起足够重视。家庭用的桶装净水设备本身容易产生二次污染．而且桶装水价格较贵，只能部分解决饮用水的需要。也不能提供清洁的可杀菌消毒的洗涤用水。很多饮水机也存在着制造工艺复杂、维护困难、使用不方便等缺点。因此有必要研制出一种新型的生活用水净化设备，使经其处理后的水可用于洗涤,经过深度处理后也可成为家庭所需的饮用水。
l 水净化设备总体方案的确定
在新型家用生活用水净化设备的设计中，要求其出水除了要达到可以饮用外．还有一部分水经过处理后可用于洗涤。这种设备主要是家庭使用，其外形尺寸不能太大。传统的饮水机由活性炭吸附、滤袋、超滤装置与加热装置做成[2]，其水处理工艺流程见图1。
经过传统的饮水机处理后的水实际上难以达到饮用水的标准，它具有以下几个缺点：活性炭3个月后吸附能力明显下降，容易造成堵塞；滤袋需要定时清洗；只能除去水中的悬浮颗粒；容易造成二次污染；热胆需要保温，装置耗电量比较大。
笔者针对传统饮水机的不足,在其基础上设计了一种新型生活用水净化装置，工作流程见图2。
由图2可见．该新型水净化装置中引入了有效的杀菌系统——臭氧消毒杀菌和紫外线杀菌两级系统，能有效杀死各种病毒和细菌等有害微生物。臭氧消毒，关闭紫外线杀菌功能时，出水可以作为家庭洗涤用水,但不能直接饮用。洗涤用水的臭氧最佳质量浓度为0．5～0．7 mg／L,需要放置20 min以上才可以饮用[3],设备中使用加热器让饮用水部分的臭氧迅速分解。设备中采用超滤装置作为过滤装置，其既能除去水中悬浮物,又能滤掉细菌等残留物，而且容易清洗[4]。
2 臭氧水装置
臭氧水系统由臭氧发生器和混合器两个主要的部件组成。
2．1 臭氧发生器的设计
臭氧杀菌效果好,臭氧水可以用来清洗瓜果蔬菜，去除其农药残留物、臭味等。臭氧水由臭氧气体和水混合而成，臭氧在水中的溶解度不大，在水中易挥发和分解。所以产生的臭氧水必须在短时间内使用[5]。
本设备所采用的是技术比较成熟的管式臭氧发生器。管式臭氧发生器由特种玻璃管为介电体和不锈钢管作电极组成放电单元，玻璃管的材料性能和质量直接影响到发生器的臭氧产量和寿命。通常使用硅硼玻璃，管径20~50mm，壁厚1．5～2．5 mm。臭氧发生器的结构型式是将玻璃管内涂上导电层，作为高压电极,在外部同心套一个不锈钢管作为低压电极,两管之间保持2~3mm的放电间隙，使气流透过，产生臭氧。臭氧发生器的结构见图3。
臭氧水中臭氧质量浓度为0．5~0．7 mg/L时对人体有益，而一般混合器的混合效率只有50％，仅有50％的臭氧溶于水中．以设计的水流量为4 L／min计．则所需臭氧产量为4．0～5．6 mg／min。
实验室中用低压电极直径27 mm，高压电极直径23mm的管式臭氧发生管做试验,发现其长度L在600 mm以内时，电压不变的情况下。其生产臭氧的能力与其长度成正比．当长度L为500mm，电压U为2 000 V时，其臭氧生产能力C为2 000 mg/h。本设备采用这种规格的臭氧发生管。要求臭氧生产能力C’达到240 mg/h。所以臭氧发生管的要求长度L’见式(1)：
L’=C’L/C (1)
式中：L——臭氧发生管长度，mm；
C——长度为L时臭氧生产能力，mg/h；
C’——要求臭氧生产能力，mg／h。
按公式(1)计算，本设备的臭氧发生管的长度为60mm。
臭氧发生器中的鼓风膜是为了让空气通过臭氧发生管并产生具有较大压力的臭氧．以便于臭氧与水混合并提高混合效率。防止水倒流到臭氧发生管而导致臭氧管的损坏。
2．2气水混合装置
要产生臭氧水．必须把臭氧与水用混合器有效地混合。常用气水混合器有：微孔扩散器、水射器、填料塔、涡轮注入器和固定螺旋混合器等。考虑到设备的外形尺寸,我们采用水射器作为气水混合装置。水射器的混合效率为50％左右。饮水机为终端用水，水压不能太大，水压太大容易损坏过滤装置，因此不宜在水射器前面安装加压泵。缺少加压泵，水射器的射流速度不会很高，负压不明显，为了使臭氧和水充分混合，吸入室的内径选取直径60 mm。气水混合装置的结构见图4。
3 过滤器的选择
由于常用的水净化装置中的活性炭需要频繁更换，而反渗透技术需要加压装置，都不适宜采用，该设备采用超滤膜系统进行过滤。
该超滤装置采用抗污染的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜。该膜膜孔径0．5um，采用高强度的双皮层结构，过滤通量高，可长期耐受高浓度的氧化剂(如H2O2等)，可充分抑制微生物繁殖，细菌去除率高，全流过滤和错流过滤均可采用。具有不易污堵、截污量高、过滤面积大、易清洗等优点[6]。
4 紫外线杀菌系统
在UVC波段的紫外线照射下,当紫外线超过36 000uW／cm2剂量时，对细菌和病毒的脱氧核糖核酸(DNA)及核糖核酸(RNA)具有强大的破坏力，能使细菌和病毒丧失生存力及繁殖力进而消灭细菌与病毒，达到消毒灭菌的作用[7]。
理论上，照射剂量越高，对细菌杀灭率越高。在水处理中，尤其在废水处理中，应用高强度的紫外线灯是很有必要的。采用紫外线杀菌装置，不论是设备费还是使用费都比较低廉。
传统的紫外线灯．功率一般较小。如果要大量处理生活用水，紫外线灯的数量要用到数十只到上百只，设备庞大，控制线路也很复杂。在本装置中采用了大功率的紫外线灯，单灯功率为100W、紫外线照射剂量为5 000uW／cm2,共安装6只，总紫外线照射剂量达到了30 000uW／cm2。由于灯和镇流器数量大大减少，可简化设备，提高设备安全可靠性，降低了设备的故障发生率。
紫外线灯被置于不锈钢套管内与水流接触．为了保证杀菌效果,采用内径为40mm的钢管。为了减少所占空间，把紫外灯分别从两头套入钢管，两头各焊接一个连接灯座．安装灯的时候只需把灯旋入即可。为了便于清洗。灯座里面有两个垂直贯穿的孔，把灯和塞子取下就可以对管壁进行刷洗。
5 加热器设计
生活用水净化设备采用“快热式”加热器．当冷水流过加热器时能使水的温度在很短的时间内达到出水温度的要求。加热器内置金属加热管，其工作原理是在金属的内壁里采用一根或多根电热束，通过电热束发热实现加热。在加热器的内壁里有12根“平行直棒式”电热束组成的加热装置，水在加热装置内沿着很长的通道迂回加热．加大接触面积，让水充分吸收热量。
快热式加热器最重要的参数是贮水容腔和发热功率，必须满足以下条件：(1)发热功率能够瞬间将其贮水腔内的水温升高到所需的温度；(2)其发热功率在任何情况下，都可以保证其出水量、出水的温度，满足人们使用的温度(即进、出水量和使用温度与发热功率的平衡点)。
6 结论
随着人民生活水平的提高。城乡居民越来越关心自身的饮水安全。由我们设计的集净化饮用和生活用水为一体的新型净水器，作为一种家用水处理设备具有结构紧凑、成本较低、消毒效果明显、无副作用、使用方便的特点。可以用于家用生活用水的深度处理，有很好的推广应用价值。