海淡两用净水车设计

方鹏程

（上海航天动力科技工程有限公司，上海 200233）

移动净水车即车载式（移动）水处理设备由汽车载体和水处理设备组成，是一种移动方便、灵活、独立的净水系统。能够对江、河、湖、塘等地面水，地下水和海水，苦咸水进行处理，达到生活饮用水标准。

移动净水车适用范围包括：①军队作战，部队野外作业、部队战地演习、战地医院；②地震、洪灾、泥石流等自然灾害发生时应急供水；③其他突发情况的应急供水[1-2]。

目前，应急供水技术主要为膜处理集成技术工艺[3]，并根据不同水体进行模块化组合，以适应各种水体进行净化处理[4-5]。

本文从工艺流程、性能指标、工艺设计、运行测试等方面，介绍了以“石英砂过滤+活性炭吸附+反渗透”为核心技术的海淡两用净水车。该净水车具备较强的原水水质适应性，出水满足GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》，可供直接饮用。

1 海淡两用净水车工艺流程

本项目海淡两用净水车设计为两个模块（Module Ⅰ和Module Ⅱ）。Module Ⅰ单独运行时，适用于处理TDS＜1 000mg/L的地表水及地下水（Ⅲ类水以上水质），工艺流程如图1（a）所示；Module Ⅰ与Module Ⅱ联合运行时，适用于处理苦咸水及海水，工艺流程如图1（b）所示。

1）Module Ⅰ单独运行时，采用“两级水力旋流器+石英砂过滤器+活性炭过滤器+UV杀菌器”工艺，在水力旋流器入口投加絮凝剂，能有效去除水中的悬浮物、胶体微粒、重金属和细菌等杂质。

2）Module Ⅰ与Module Ⅱ联合运行时，采用快速接头（camlock-D/E）及食品级PVC钢丝管连接。Module Ⅰ的“两级水力旋流器+石英砂过滤器+活性炭过滤器”工艺作为Module Ⅱ反渗透工艺的预处理，Module Ⅰ的UV杀菌器作为Module Ⅱ反渗透工艺的后处理；Module Ⅱ采用“反渗透+矿化”工艺，对预处理出水进行进一步的深度脱盐处理，并经矿化处理提高矿物质和碱度含量，使其水质稳定。

3）最终产水为避免长期储存带来的微生物污染问题，投加二氧化氯消毒剂。

2 海淡两用净水车性能指标

海淡两用净水车性能指标见表1。

3 海淡两用净水车工艺设计

3.1 Module Ⅰ单元

Module Ⅰ包括潜水泵、两级水力旋流器、石英砂过滤器、活性炭过滤器、UV杀菌器、絮凝剂加药装置及杀菌剂加药装置等。

3.1.1 潜水泵

采用潜水泵从水源直接抽水并作为入水增压。

设计参数：1台；流量10m3/h，扬程53m，功率3kW；材质为316L不锈钢。

3.1.2 两级水力旋流器

水力旋流器是利用离心力来加速颗粒沉降的分级设备，实现固液分离。将泥沙及大颗粒物质分离出来。本单元设置两级水力旋流器，以应对浊度不同的水源情况。

设计参数：2台；设计处理流量5m3/h，设计压力1.0MPa；材质为碳钢内衬食品级防腐；对于高浊度原水，其出水浊度＜ 50NTU。

3.1.3 石英砂过滤器

石英砂滤器作用是滤除原水中细小颗粒、悬浮物、胶体等杂质。

设计参数：3台；直径为Φ450mm；设计处理流量1.67m3/h/台，设计流速：10.5m/h，设计压力1.0MPa；材质为碳钢内衬食品级防腐。

3.1.4 活性炭过滤器

活性炭过滤器作用是吸附余氯、胶体、有机物及重金属离子等。

设计参数：1台；直径为Φ630mm；设计处理流量5m3/h，设计流速16m/h，设计压力1.0MPa；材质为碳钢内衬食品级防腐。

3.1.5 UV杀菌器

紫外线杀菌器可以抑制细菌的繁殖并可杀死细菌，具有杀菌能力强、速度快、无二次污染、对所有菌种均有效等优点。其作用机理为通过分解DNA、RNA，组织微生物（细菌和病毒）的复制。

设计参数：1台；设计处理流量5m3/h，设计UV剂量30mJ/cm2，设计压力0.6MPa；材质为316不锈钢。

3.1.6 絮凝剂加药装置

在水力旋流器入水口加入絮凝剂，配合水力旋流器及砂滤器更有效地截留悬浮物和胶体。采用MPT150絮凝剂，该絮凝剂通过NSF/ANSI 60认证。絮凝剂加药装置包含加药泵及加药计量箱等。

计量泵设计参数：1台；加药量（5-20）×10-6；

计量箱设计参数：1台；容积40L；材质为PE。

3.1.7 杀菌剂加药装置

对最终产水投加氯杀菌消毒剂，以确保产水箱内存储水水质稳定。采用具有涉水卫生批件的二氧化氯消毒粉或消毒片。

图4为左线道床的累计沉降量统计情况。自2015年9月在道床上布设监测点以来共进行了6次监测，其中道床初始高程取初次测量值。从图4中可以看出：道床纵向沉降量呈波动不均匀分布，沉降量均未超过竖向位移预警值10 mm[11]，其中，8号线右线下穿部位道床附近累计沉降量最大，相对初始值累计沉降在5 mm左右；左线ZDK29+260—ZDK29+350区段由于结构下卧软土层相对较厚，且厚度均大于10 m，累计沉降量在3 mm左右；3号联络通道处累计沉降量在2 mm左右。

杀菌剂加药装置包含加药泵及加药计量箱等。

计量泵设计参数：1台，加药量（0.2-0.5）×10-6；

计量箱设计参数：1台，容积40L；材质为PE。

3.2 Module Ⅱ单元

Module Ⅱ包括两级精密过滤器、高压泵、反渗透模组、矿化罐、化学清洗装置及阻垢剂加药装置等。

3.2.1 两级精密过滤器

采用两级不同过滤精度的精密过滤器去除水中的微滤，保护后续高压泵及反渗透膜。

设计参数：2台；设计处理流量5m3/h；采用大通量折叠滤芯，一级滤芯过滤精度为5μm，二级滤芯过滤精度为1μm。

3.2.2 高压泵

设计参数：1台；流量5m3/h，运行压力6MPa，功率11kW； 材质为镍铝青铜（NAB）。

3.2.3 反渗透膜组

反渗透装置是整个系统的核心部分，经反渗透处理后的水，能去除极大部分无机盐、有机物、微生物及细菌。本次设计需考虑高含盐量地表水、地下水及海水的处理，故反渗透膜组为海水淡化系统。

设计参数：设计处理流量5m3/h，脱盐率＞99%，回收率为50%；反渗透膜采用DOW SW30HRLE-400 反渗透膜3支，设计通量为22.4LMH；反渗透压力容器采用 ROPV R8040B1200S-1W 单芯压力容器3支，设计压力1 200psi。

3.2.4 矿化罐

矿化罐用于在淡化后的水中添加人体所需的矿物质。

设计参数：1台；直径为Φ420mm；设计处理流量2.5m3/h，设计压力1.0MPa；材质为碳钢内衬食品级防腐。

3.2.5 化学清洗装置

化学清洗装置用于清洗膜表面的无机盐垢、微生物、胶体颗粒和不溶性的有机物质的污染，恢复膜性能。化学清洗装置包含清洗水泵及清洗水箱等。

化学清洗水泵设计参数：1台；流量7.5m3/h，扬程40m，功率2.2kW；材质为316L不锈钢。

化学清洗水箱设计参数：1台，容积200L；材质为PE。

3.2.6 阻垢剂加药装置

阻垢剂加药装置用于向反渗透入水投加一定量的反渗透膜阻垢剂，防止膜表面结垢。采用MDC220阻垢剂，该阻垢剂通过ANSI/NSF60认证。阻垢剂加药装置包含加药泵及加药计量箱等。

计量泵设计参数：1台；加药量（2-3）×10-6；

计量箱设计参数：与化学清洗水箱共用。

4 海淡两用净水车运行测试

4.1 测试数据

4.1.1 Module Ⅰ试验测试

选取天然河水对Module Ⅰ进行连续3d测试，每隔6h记录Module Ⅰ运行数据并取水样送至第三方检测机构检测。运行数据如表2所示，产水水质如表3所示。测试期间，产水水质满足GB 5749—2006 《生活饮用水卫生标准》要求且运行稳定。石英砂过滤器及活性炭过滤器更具设定时间或设定累计产水量，自动进行反冲洗操作。

表3 Module Ⅰ运行水质数据

4.1.2 Module Ⅱ测试

采用模拟海水对Module Ⅱ进行连续1d测试，每隔4h记录Module Ⅱ运行数据及产水电导率数据。模拟海水含盐量调节为35 000mg/L。运行及产水电导率数据如表4所示。测试期间，产水量及产水TDS保持稳定，系统脱盐率＞99%。

表4 Module Ⅱ运行数据及产水电导率

4.2 现场运行数据

目前，海淡两用净水车已交付客户，以东南沿海地区的海水淡化处理应用为例。净水车连续运行1d，运行稳定且产水满足GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》要求。运行数据如表5所示，产水水质如表6所示。

表5 东南沿海低区运行数据

表6 东南沿海低区运行水质数据

5 结论

1）海淡两用净水车采用多种净水工艺组合而成，能应对地表水、地下水、海水等不同水源。

2）根据不同原水水质合理选择运行模块及运行方式，设备运行稳定且出水水质满足GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》。

3）Module Ⅰ单独运行时，产水流量≥5m3/h；Module Ⅰ与Module Ⅱ联合运行时，产水流量≥2.5m3/h；连续工作时间≥ 24h，无故障运行时间≥200h。

4）海淡两用净水车适用范围广泛，随时移动、即插即用。能有效应对重大自然灾害及突发性水源污染事故等造成生活饮用水问题。