野外移動凈水設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用研究

吳 凡

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

野外移動凈水設(shè)備主要適用于軍隊訓(xùn)練、作戰(zhàn)、森林救火、旅游、野外作業(yè)、自然災(zāi)害應(yīng)急等情況下的生活用水需要，尤其是飲水安全需要。常規(guī)的大中型凈水設(shè)備系統(tǒng)體積大、耗能高、維護(hù)程序復(fù)雜，而便于單兵作戰(zhàn)的微型手動凈水器出水水量及水質(zhì)又難以滿足日常用水需求。

1 研究背景

1.1 研究基礎(chǔ)

1.1.1 進(jìn)水水質(zhì)

野外移動凈水設(shè)備通常以江河、湖泊、地下水作為水源，為提高設(shè)備壽命及用水安全性，原水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中規(guī)定的Ⅳ類以上。

1.1.2 出水水質(zhì)

出水水質(zhì)需達(dá)到生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《GB 5749—2006》理化指標(biāo)，可以滿足日常生活用水，尤其是飲用水需求。

1.2 設(shè)備需解決的主要問題

（1）去除懸浮物、鐵銹、泥沙及其他雜質(zhì)。

（2）降低硬度及去除有害重金屬。

（3）去除有機化合物、農(nóng)藥、殺蟲劑、工業(yè)溶劑等有害物質(zhì)。

（4）去除有害細(xì)菌病毒：野外水源存在著大量細(xì)菌、病毒、阿米巴孢囊等[1]。

（5）去除異臭、異味。

（6）降低能耗：野外環(huán)境通常依賴發(fā)電機提供電源，應(yīng)盡可能節(jié)約能耗。

（7）應(yīng)盡可能減小處理設(shè)備體積及重量以便于運輸移動。

（8）便于操作及維護(hù)。

1.3 目前主流工藝存在問題

1.3.1 大中型凈水設(shè)備主流工藝存在問題

常規(guī)的大中型凈水設(shè)備主要采用“多介質(zhì)過濾器+活性炭過濾器+反滲透膜系統(tǒng)/超濾膜系統(tǒng)”的工藝流程。

存在問題：

（1）原水箱及產(chǎn)水箱主要采用不銹鋼、碳鋼、PE等材質(zhì)的固定容器，占地面積大、質(zhì)量大，不便移動及運輸。

（2）傳統(tǒng)多介質(zhì)過濾器及活性炭過濾器往往裝置在碳鋼或玻璃鋼容器中，占地面積大、質(zhì)量大；且需要定期進(jìn)行反洗，耗能高；需定期更換濾料，維護(hù)不便。

（3）殺菌劑、阻垢劑等加藥裝置需定期裝配藥品，且具有一定安全隱患。

（4）反滲透系統(tǒng)所需操作壓力在1.5 MPa 左右，耗能高，系統(tǒng)回收率低；而超濾系統(tǒng)無法去除水中有害重金屬離子及降低硬度，無法滿足直飲水安全需要[2]。

（5）部分消毒系統(tǒng)采用加氯或臭氧裝置，有安全隱患，占地面積大。

綜上，常規(guī)的大中型凈水設(shè)備系統(tǒng)體積大、耗能高、維護(hù)程序復(fù)雜，不利用在野外環(huán)境下的靈活使用。

1.3.2 微型手動凈水器主流工藝存在問題

微型手動凈水器往往采用手動加壓的方式，通過聚丙烯噴熔濾芯、活性炭濾芯等對水源進(jìn)行過濾。只能過濾掉一部分懸浮物雜質(zhì)，無法去除水中有害重金屬離子及病毒，水質(zhì)難以達(dá)到直飲水的要求，出水水量也難以滿足長期需求，僅僅適用于個體的臨時救急使用。

2 工藝比選及設(shè)計要點

2.1 工藝簡介及比選

2.1.1 預(yù)處理工藝簡介及比選（見第326 頁表1）

表1 可知，多介質(zhì)過濾器與活性炭過濾器雖處理效果較好，但體積較大、運行耗能高、維護(hù)繁瑣。Y 型過濾器及袋式過濾器更具有便攜性，適合野外的操作環(huán)境。

表1 預(yù)處理工藝對比表

2.1.2 分離膜工藝簡介及比選（見表2）

表2 分離膜工藝對比表

表2 可知，納濾及反滲透比超濾及微濾更能滿足用水的水質(zhì)要求，而納濾相較反滲透系統(tǒng)操作壓力要低50%左右，耗能低，是更適合野外環(huán)境的凈水工藝。

2.1.3 消毒工藝簡介及比選（見表3）

表3 消毒工藝對比表

表3 可知，紫外線燈管水消毒技術(shù)具有殺菌高效性和廣譜性，無二次污染，運行安全可靠，維護(hù)簡單、自動化程度高、運行成本低、占地面積小，且可連續(xù)消毒，是最適用于野外環(huán)境下的消毒技術(shù)。

2.2 工藝流程設(shè)計（見圖1）

圖1 推薦工藝流程圖

工藝流程說明：

利用潛水泵從水源中取水儲存至原水袋，原水通過原水泵經(jīng)過Y 型過濾器過濾掉較大雜質(zhì)，之后進(jìn)入袋式過濾器，過濾精度20 μm，過濾出大顆粒雜質(zhì)、泥砂、懸浮物；再輸送到微濾過濾器，過濾精度10 μm，過濾出小顆粒雜質(zhì)、膠體、病菌及大分子有機物等物質(zhì)。

納濾膜系統(tǒng)前還需再設(shè)置一道過濾精度為5 μm的保安過濾器，以進(jìn)一步濾除雜質(zhì)保護(hù)納濾膜，經(jīng)過預(yù)處理的水通過高壓泵進(jìn)入納濾系統(tǒng)進(jìn)行脫鹽，產(chǎn)水通過紫外線殺菌器進(jìn)行殺菌，壓縮活性炭去除異味，即可生產(chǎn)出可直接飲用的凈水。

生產(chǎn)出的凈水可儲存在產(chǎn)水袋中，也可直接取用。

2.3 設(shè)計要點及優(yōu)勢

1）利用壓縮式水袋取代傳統(tǒng)水箱，有效減小體積，降低運輸成本，靈活方便。

2）采用“Y 型過濾器→袋式過濾器→微濾過濾器”取代傳統(tǒng)“多介質(zhì)過濾器→活性炭過濾器”，有效減小系統(tǒng)體積。Y 型過濾器可定期沖洗重復(fù)使用，袋式過濾器及微濾過濾器只需2 個月～3 個月更換一次濾袋濾芯，且配件便于攜帶儲存，無需自動反洗，方便節(jié)能。微濾過濾器均選用大通量濾芯，過濾效率高，減小體積。

3）用納濾膜取代傳統(tǒng)反滲透膜，既能有效去除有害重金屬離子，降低硬度，同時還能保留一定無害的離子，滿足人體對電解質(zhì)的需求。

納濾系統(tǒng)操作壓力低，只需0.5 MPa～0.8 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于反滲透系統(tǒng)的1.5 MPa,有效降低能耗。納濾系統(tǒng)產(chǎn)水回收率也高于反滲透系統(tǒng)。

4）采用紫外消毒器進(jìn)行消毒，殺毒廣譜性高效率高，無任何有害副產(chǎn)物，占地小，自動化程度高，操作及維護(hù)簡便。

5）最后增加壓縮活性炭濾芯過濾，進(jìn)一步濾除管道可能殘留的雜質(zhì)，去除異味，提高飲水安全度及舒適度。

3 結(jié)論

本文中設(shè)計的野外小型移動凈水設(shè)備采用“Y型過濾器+袋式過濾器+微濾膜+納濾膜系統(tǒng)+紫外線殺菌器+壓縮活性炭濾芯”的新型工藝流程，系統(tǒng)出水水質(zhì)可達(dá)到國家生活用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《GB 5749—2006》，設(shè)備具有體積小、出水水質(zhì)高、運行成本低、適應(yīng)性強、操作簡便、維護(hù)費用低等優(yōu)點。