海淡兩用凈水車設(shè)計(jì)

方鵬程

（上海航天動(dòng)力科技工程有限公司，上海 200233）

移動(dòng)凈水車即車載式（移動(dòng)）水處理設(shè)備由汽車載體和水處理設(shè)備組成，是一種移動(dòng)方便、靈活、獨(dú)立的凈水系統(tǒng)。能夠?qū)?、河、湖、塘等地面水，地下水和海水，苦咸水進(jìn)行處理，達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

移動(dòng)凈水車適用范圍包括：①軍隊(duì)作戰(zhàn)，部隊(duì)野外作業(yè)、部隊(duì)?wèi)?zhàn)地演習(xí)、戰(zhàn)地醫(yī)院；②地震、洪災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)應(yīng)急供水；③其他突發(fā)情況的應(yīng)急供水[1-2]。

目前，應(yīng)急供水技術(shù)主要為膜處理集成技術(shù)工藝[3]，并根據(jù)不同水體進(jìn)行模塊化組合，以適應(yīng)各種水體進(jìn)行凈化處理[4-5]。

本文從工藝流程、性能指標(biāo)、工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)行測(cè)試等方面，介紹了以“石英砂過(guò)濾+活性炭吸附+反滲透”為核心技術(shù)的海淡兩用凈水車。該凈水車具備較強(qiáng)的原水水質(zhì)適應(yīng)性，出水滿足GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，可供直接飲用。

1 海淡兩用凈水車工藝流程

本項(xiàng)目海淡兩用凈水車設(shè)計(jì)為兩個(gè)模塊（Module Ⅰ和Module Ⅱ）。Module Ⅰ單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，適用于處理TDS＜1 000mg/L的地表水及地下水（Ⅲ類水以上水質(zhì)），工藝流程如圖1（a）所示；Module Ⅰ與Module Ⅱ聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，適用于處理苦咸水及海水，工藝流程如圖1（b）所示。

1）Module Ⅰ單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，采用“兩級(jí)水力旋流器+石英砂過(guò)濾器+活性炭過(guò)濾器+UV殺菌器”工藝，在水力旋流器入口投加絮凝劑，能有效去除水中的懸浮物、膠體微粒、重金屬和細(xì)菌等雜質(zhì)。

2）Module Ⅰ與Module Ⅱ聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，采用快速接頭（camlock-D/E）及食品級(jí)PVC鋼絲管連接。Module Ⅰ的“兩級(jí)水力旋流器+石英砂過(guò)濾器+活性炭過(guò)濾器”工藝作為Module Ⅱ反滲透工藝的預(yù)處理，Module Ⅰ的UV殺菌器作為Module Ⅱ反滲透工藝的后處理；Module Ⅱ采用“反滲透+礦化”工藝，對(duì)預(yù)處理出水進(jìn)行進(jìn)一步的深度脫鹽處理，并經(jīng)礦化處理提高礦物質(zhì)和堿度含量，使其水質(zhì)穩(wěn)定。

3）最終產(chǎn)水為避免長(zhǎng)期儲(chǔ)存帶來(lái)的微生物污染問(wèn)題，投加二氧化氯消毒劑。

2 海淡兩用凈水車性能指標(biāo)

海淡兩用凈水車性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

3 海淡兩用凈水車工藝設(shè)計(jì)

3.1 Module Ⅰ單元

Module Ⅰ包括潛水泵、兩級(jí)水力旋流器、石英砂過(guò)濾器、活性炭過(guò)濾器、UV殺菌器、絮凝劑加藥裝置及殺菌劑加藥裝置等。

3.1.1 潛水泵

采用潛水泵從水源直接抽水并作為入水增壓。

設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；流量10m3/h，揚(yáng)程53m，功率3kW；材質(zhì)為316L不銹鋼。

3.1.2 兩級(jí)水力旋流器

水力旋流器是利用離心力來(lái)加速顆粒沉降的分級(jí)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)固液分離。將泥沙及大顆粒物質(zhì)分離出來(lái)。本單元設(shè)置兩級(jí)水力旋流器，以應(yīng)對(duì)濁度不同的水源情況。

設(shè)計(jì)參數(shù)：2臺(tái)；設(shè)計(jì)處理流量5m3/h，設(shè)計(jì)壓力1.0MPa；材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯食品級(jí)防腐；對(duì)于高濁度原水，其出水濁度＜ 50NTU。

3.1.3 石英砂過(guò)濾器

石英砂濾器作用是濾除原水中細(xì)小顆粒、懸浮物、膠體等雜質(zhì)。

設(shè)計(jì)參數(shù)：3臺(tái)；直徑為Φ450mm；設(shè)計(jì)處理流量1.67m3/h/臺(tái)，設(shè)計(jì)流速：10.5m/h，設(shè)計(jì)壓力1.0MPa；材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯食品級(jí)防腐。

3.1.4 活性炭過(guò)濾器

活性炭過(guò)濾器作用是吸附余氯、膠體、有機(jī)物及重金屬離子等。

設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；直徑為Φ630mm；設(shè)計(jì)處理流量5m3/h，設(shè)計(jì)流速16m/h，設(shè)計(jì)壓力1.0MPa；材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯食品級(jí)防腐。

3.1.5 UV殺菌器

紫外線殺菌器可以抑制細(xì)菌的繁殖并可殺死細(xì)菌，具有殺菌能力強(qiáng)、速度快、無(wú)二次污染、對(duì)所有菌種均有效等優(yōu)點(diǎn)。其作用機(jī)理為通過(guò)分解DNA、RNA，組織微生物（細(xì)菌和病毒）的復(fù)制。

設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；設(shè)計(jì)處理流量5m3/h，設(shè)計(jì)UV劑量30mJ/cm2，設(shè)計(jì)壓力0.6MPa；材質(zhì)為316不銹鋼。

3.1.6 絮凝劑加藥裝置

在水力旋流器入水口加入絮凝劑，配合水力旋流器及砂濾器更有效地截留懸浮物和膠體。采用MPT150絮凝劑，該絮凝劑通過(guò)NSF/ANSI 60認(rèn)證。絮凝劑加藥裝置包含加藥泵及加藥計(jì)量箱等。

計(jì)量泵設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；加藥量（5-20）×10-6；

計(jì)量箱設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；容積40L；材質(zhì)為PE。

3.1.7 殺菌劑加藥裝置

對(duì)最終產(chǎn)水投加氯殺菌消毒劑，以確保產(chǎn)水箱內(nèi)存儲(chǔ)水水質(zhì)穩(wěn)定。采用具有涉水衛(wèi)生批件的二氧化氯消毒粉或消毒片。

圖4為左線道床的累計(jì)沉降量統(tǒng)計(jì)情況。自2015年9月在道床上布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以來(lái)共進(jìn)行了6次監(jiān)測(cè)，其中道床初始高程取初次測(cè)量值。從圖4中可以看出：道床縱向沉降量呈波動(dòng)不均勻分布，沉降量均未超過(guò)豎向位移預(yù)警值10 mm[11]，其中，8號(hào)線右線下穿部位道床附近累計(jì)沉降量最大，相對(duì)初始值累計(jì)沉降在5 mm左右；左線ZDK29+260—ZDK29+350區(qū)段由于結(jié)構(gòu)下臥軟土層相對(duì)較厚，且厚度均大于10 m，累計(jì)沉降量在3 mm左右；3號(hào)聯(lián)絡(luò)通道處累計(jì)沉降量在2 mm左右。

殺菌劑加藥裝置包含加藥泵及加藥計(jì)量箱等。

計(jì)量泵設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)，加藥量（0.2-0.5）×10-6；

計(jì)量箱設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)，容積40L；材質(zhì)為PE。

3.2 Module Ⅱ單元

Module Ⅱ包括兩級(jí)精密過(guò)濾器、高壓泵、反滲透模組、礦化罐、化學(xué)清洗裝置及阻垢劑加藥裝置等。

3.2.1 兩級(jí)精密過(guò)濾器

采用兩級(jí)不同過(guò)濾精度的精密過(guò)濾器去除水中的微濾，保護(hù)后續(xù)高壓泵及反滲透膜。

設(shè)計(jì)參數(shù)：2臺(tái)；設(shè)計(jì)處理流量5m3/h；采用大通量折疊濾芯，一級(jí)濾芯過(guò)濾精度為5μm，二級(jí)濾芯過(guò)濾精度為1μm。

3.2.2 高壓泵

設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；流量5m3/h，運(yùn)行壓力6MPa，功率11kW； 材質(zhì)為鎳鋁青銅（NAB）。

3.2.3 反滲透膜組

反滲透裝置是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，經(jīng)反滲透處理后的水，能去除極大部分無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物、微生物及細(xì)菌。本次設(shè)計(jì)需考慮高含鹽量地表水、地下水及海水的處理，故反滲透膜組為海水淡化系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)參數(shù)：設(shè)計(jì)處理流量5m3/h，脫鹽率＞99%，回收率為50%；反滲透膜采用DOW SW30HRLE-400 反滲透膜3支，設(shè)計(jì)通量為22.4LMH；反滲透壓力容器采用 ROPV R8040B1200S-1W 單芯壓力容器3支，設(shè)計(jì)壓力1 200psi。

3.2.4 礦化罐

礦化罐用于在淡化后的水中添加人體所需的礦物質(zhì)。

設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；直徑為Φ420mm；設(shè)計(jì)處理流量2.5m3/h，設(shè)計(jì)壓力1.0MPa；材質(zhì)為碳鋼內(nèi)襯食品級(jí)防腐。

3.2.5 化學(xué)清洗裝置

化學(xué)清洗裝置用于清洗膜表面的無(wú)機(jī)鹽垢、微生物、膠體顆粒和不溶性的有機(jī)物質(zhì)的污染，恢復(fù)膜性能?；瘜W(xué)清洗裝置包含清洗水泵及清洗水箱等。

化學(xué)清洗水泵設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；流量7.5m3/h，揚(yáng)程40m，功率2.2kW；材質(zhì)為316L不銹鋼。

化學(xué)清洗水箱設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)，容積200L；材質(zhì)為PE。

3.2.6 阻垢劑加藥裝置

阻垢劑加藥裝置用于向反滲透入水投加一定量的反滲透膜阻垢劑，防止膜表面結(jié)垢。采用MDC220阻垢劑，該阻垢劑通過(guò)ANSI/NSF60認(rèn)證。阻垢劑加藥裝置包含加藥泵及加藥計(jì)量箱等。

計(jì)量泵設(shè)計(jì)參數(shù)：1臺(tái)；加藥量（2-3）×10-6；

計(jì)量箱設(shè)計(jì)參數(shù)：與化學(xué)清洗水箱共用。

4 海淡兩用凈水車運(yùn)行測(cè)試

4.1 測(cè)試數(shù)據(jù)

4.1.1 Module Ⅰ試驗(yàn)測(cè)試

選取天然河水對(duì)Module Ⅰ進(jìn)行連續(xù)3d測(cè)試，每隔6h記錄Module Ⅰ運(yùn)行數(shù)據(jù)并取水樣送至第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2所示，產(chǎn)水水質(zhì)如表3所示。測(cè)試期間，產(chǎn)水水質(zhì)滿足GB 5749—2006 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求且運(yùn)行穩(wěn)定。石英砂過(guò)濾器及活性炭過(guò)濾器更具設(shè)定時(shí)間或設(shè)定累計(jì)產(chǎn)水量，自動(dòng)進(jìn)行反沖洗操作。

表3 Module Ⅰ運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)

4.1.2 Module Ⅱ測(cè)試

采用模擬海水對(duì)Module Ⅱ進(jìn)行連續(xù)1d測(cè)試，每隔4h記錄Module Ⅱ運(yùn)行數(shù)據(jù)及產(chǎn)水電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。模擬海水含鹽量調(diào)節(jié)為35 000mg/L。運(yùn)行及產(chǎn)水電導(dǎo)率數(shù)據(jù)如表4所示。測(cè)試期間，產(chǎn)水量及產(chǎn)水TDS保持穩(wěn)定，系統(tǒng)脫鹽率＞99%。

表4 Module Ⅱ運(yùn)行數(shù)據(jù)及產(chǎn)水電導(dǎo)率

4.2 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

目前，海淡兩用凈水車已交付客戶，以東南沿海地區(qū)的海水淡化處理應(yīng)用為例。凈水車連續(xù)運(yùn)行1d，運(yùn)行穩(wěn)定且產(chǎn)水滿足GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》要求。運(yùn)行數(shù)據(jù)如表5所示，產(chǎn)水水質(zhì)如表6所示。

表5 東南沿海低區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)

表6 東南沿海低區(qū)運(yùn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

1）海淡兩用凈水車采用多種凈水工藝組合而成，能應(yīng)對(duì)地表水、地下水、海水等不同水源。

2）根據(jù)不同原水水質(zhì)合理選擇運(yùn)行模塊及運(yùn)行方式，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定且出水水質(zhì)滿足GB 5749—2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。

3）Module Ⅰ單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)水流量≥5m3/h；Module Ⅰ與Module Ⅱ聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)水流量≥2.5m3/h；連續(xù)工作時(shí)間≥ 24h，無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間≥200h。

4）海淡兩用凈水車適用范圍廣泛，隨時(shí)移動(dòng)、即插即用。能有效應(yīng)對(duì)重大自然災(zāi)害及突發(fā)性水源污染事故等造成生活飲用水問(wèn)題。