野外移动净水设备的设计与应用研究

吴 凡

（北京碧水源科技股份有限公司，北京 102206）

野外移动净水设备主要适用于军队训练、作战、森林救火、旅游、野外作业、自然灾害应急等情况下的生活用水需要，尤其是饮水安全需要。常规的大中型净水设备系统体积大、耗能高、维护程序复杂，而便于单兵作战的微型手动净水器出水水量及水质又难以满足日常用水需求。

1 研究背景

1.1 研究基础

1.1.1 进水水质

野外移动净水设备通常以江河、湖泊、地下水作为水源，为提高设备寿命及用水安全性，原水水质应达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中规定的Ⅳ类以上。

1.1.2 出水水质

出水水质需达到生活用水卫生标准《GB 5749—2006》理化指标，可以满足日常生活用水，尤其是饮用水需求。

1.2 设备需解决的主要问题

（1）去除悬浮物、铁锈、泥沙及其他杂质。

（2）降低硬度及去除有害重金属。

（3）去除有机化合物、农药、杀虫剂、工业溶剂等有害物质。

（4）去除有害细菌病毒：野外水源存在着大量细菌、病毒、阿米巴孢囊等[1]。

（5）去除异臭、异味。

（6）降低能耗：野外环境通常依赖发电机提供电源，应尽可能节约能耗。

（7）应尽可能减小处理设备体积及重量以便于运输移动。

（8）便于操作及维护。

1.3 目前主流工艺存在问题

1.3.1 大中型净水设备主流工艺存在问题

常规的大中型净水设备主要采用“多介质过滤器+活性炭过滤器+反渗透膜系统/超滤膜系统”的工艺流程。

存在问题：

（1）原水箱及产水箱主要采用不锈钢、碳钢、PE等材质的固定容器，占地面积大、质量大，不便移动及运输。

（2）传统多介质过滤器及活性炭过滤器往往装置在碳钢或玻璃钢容器中，占地面积大、质量大；且需要定期进行反洗，耗能高；需定期更换滤料，维护不便。

（3）杀菌剂、阻垢剂等加药装置需定期装配药品，且具有一定安全隐患。

（4）反渗透系统所需操作压力在1.5 MPa 左右，耗能高，系统回收率低；而超滤系统无法去除水中有害重金属离子及降低硬度，无法满足直饮水安全需要[2]。

（5）部分消毒系统采用加氯或臭氧装置，有安全隐患，占地面积大。

综上，常规的大中型净水设备系统体积大、耗能高、维护程序复杂，不利用在野外环境下的灵活使用。

1.3.2 微型手动净水器主流工艺存在问题

微型手动净水器往往采用手动加压的方式，通过聚丙烯喷熔滤芯、活性炭滤芯等对水源进行过滤。只能过滤掉一部分悬浮物杂质，无法去除水中有害重金属离子及病毒，水质难以达到直饮水的要求，出水水量也难以满足长期需求，仅仅适用于个体的临时救急使用。

2 工艺比选及设计要点

2.1 工艺简介及比选

2.1.1 预处理工艺简介及比选（见第326 页表1）

表1 可知，多介质过滤器与活性炭过滤器虽处理效果较好，但体积较大、运行耗能高、维护繁琐。Y 型过滤器及袋式过滤器更具有便携性，适合野外的操作环境。

表1 预处理工艺对比表

2.1.2 分离膜工艺简介及比选（见表2）

表2 分离膜工艺对比表

表2 可知，纳滤及反渗透比超滤及微滤更能满足用水的水质要求，而纳滤相较反渗透系统操作压力要低50%左右，耗能低，是更适合野外环境的净水工艺。

2.1.3 消毒工艺简介及比选（见表3）

表3 消毒工艺对比表

表3 可知，紫外线灯管水消毒技术具有杀菌高效性和广谱性，无二次污染，运行安全可靠，维护简单、自动化程度高、运行成本低、占地面积小，且可连续消毒，是最适用于野外环境下的消毒技术。

2.2 工艺流程设计（见图1）

图1 推荐工艺流程图

工艺流程说明：

利用潜水泵从水源中取水储存至原水袋，原水通过原水泵经过Y 型过滤器过滤掉较大杂质，之后进入袋式过滤器，过滤精度20 μm，过滤出大颗粒杂质、泥砂、悬浮物；再输送到微滤过滤器，过滤精度10 μm，过滤出小颗粒杂质、胶体、病菌及大分子有机物等物质。

纳滤膜系统前还需再设置一道过滤精度为5 μm的保安过滤器，以进一步滤除杂质保护纳滤膜，经过预处理的水通过高压泵进入纳滤系统进行脱盐，产水通过紫外线杀菌器进行杀菌，压缩活性炭去除异味，即可生产出可直接饮用的净水。

生产出的净水可储存在产水袋中，也可直接取用。

2.3 设计要点及优势

1）利用压缩式水袋取代传统水箱，有效减小体积，降低运输成本，灵活方便。

2）采用“Y 型过滤器→袋式过滤器→微滤过滤器”取代传统“多介质过滤器→活性炭过滤器”，有效减小系统体积。Y 型过滤器可定期冲洗重复使用，袋式过滤器及微滤过滤器只需2 个月～3 个月更换一次滤袋滤芯，且配件便于携带储存，无需自动反洗，方便节能。微滤过滤器均选用大通量滤芯，过滤效率高，减小体积。

3）用纳滤膜取代传统反渗透膜，既能有效去除有害重金属离子，降低硬度，同时还能保留一定无害的离子，满足人体对电解质的需求。

纳滤系统操作压力低，只需0.5 MPa～0.8 MPa，远远低于反渗透系统的1.5 MPa,有效降低能耗。纳滤系统产水回收率也高于反渗透系统。

4）采用紫外消毒器进行消毒，杀毒广谱性高效率高，无任何有害副产物，占地小，自动化程度高，操作及维护简便。

5）最后增加压缩活性炭滤芯过滤，进一步滤除管道可能残留的杂质，去除异味，提高饮水安全度及舒适度。

3 结论

本文中设计的野外小型移动净水设备采用“Y型过滤器+袋式过滤器+微滤膜+纳滤膜系统+紫外线杀菌器+压缩活性炭滤芯”的新型工艺流程，系统出水水质可达到国家生活用水卫生标准《GB 5749—2006》，设备具有体积小、出水水质高、运行成本低、适应性强、操作简便、维护费用低等优点。