设计案例 以超滤与反渗透为主体工艺的应急净水车设计的具体方案

  我国现有的城市自来水厂，无论是采用砂滤的传统工艺还是膜分离技术的深度处理，都是基于合格的水源或者轻微污染的水源进行的设计与建设，对于水源地突发污染情况一般未做考虑，因此，应急供水是我国供水领域亟待解决的明显问题。为此，住房和城乡建设部启动“国家供水应急救援能力建设”项目，制定《国家供水应急救援能力配套设施建设要求》，对应急净水车的分区、布局、设计等都提出了具体的要求。统筹规划国家层面的应急救援供水中心布局，填补我国供水应急救援能力的空白。

  本文从工艺流程、适用条件、工艺设计、车辆布局和运行数据等方面，介绍了一款以超滤反渗透为核心技术的应急净水车。该净水车系统采用“预处理+超滤+反渗透”的水处理工艺和“紫外线消毒+氯消毒”的消毒工艺，具备较强的原水水质适应性，出水满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），可供直接饮用。

  本工程水处理系统基本工艺采用“预处理+超滤+反渗透”，消毒工艺采用“紫外线消毒+氯消毒”，工艺流程如图1所示。

  原水经应急净水装置预处理可降低原水浊度、去除部分悬浮物以及除砂，减轻后续处理工艺的负担。本项目预处理部分采用“加药絮凝（管式混合器）+二级旋流除砂器+自清洗过滤器”工艺。经预处理的水进入超滤部分，能够有效去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质，是反渗透工艺的前处理工艺。反渗透组器是应急净水装置的核心，对超滤产水进行进一步的深度脱盐处理。产水采用“紫外线消毒+氯消毒”工艺，紫外线消毒时间短暂，产水可能有微生物的再次污染，不利于水的储存。因此，产水还有必要进行氯消毒。

  灾后水源具有很大的不确定性，应急净水装置具备较强的原水水质适应性，不限于地表水或者地下水，可处理高浊度、微污染水、苦咸水、低温低浊水、高藻水等原水。适应原水的具体水质要求如下（不同水源对应的项目业主要求）。

  产水水质：满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），可供直接饮用；产水能力：净水车具备足够的应急供水能力，每台装置产水规模≥5m3/h（水温≥4 ℃）。

  预处理部分最重要的包含原水箱、加压泵、药剂投加系统、管式混合器、二级旋流除砂器、自清洗过滤器，主要设计参数如下。

  基本功能：作为处理高浊度原水的预处理部分，二级旋流除砂由2个旋流除砂器串联而成，通过二级旋流，除砂率可达到80%。

  设计参数：设计处理量为15.4m3/h；进水压力为220 kPa；单级压损为10 kPa；回收率为90%；对于高浊原水，保证出水

  主要功能：截留原水中的细小颗粒，以保证后续超滤膜不被大颗粒的悬浮物划伤。

  设计参数：设计处理量为13.86m3/h；过滤精度为200 μm；进水压力为200 kPa；压损为50 KPa；浊度去除率为80%；回收率为99%；滤网材质为不锈钢。

  主要功能：反渗透工艺的前处理工艺，有效去除水中的悬浮物、胶体微粒和细菌等杂质。

  设计参数：膜柱数量为3支；设计产水量为11.09m3/h；设计膜通量为52.91 L/（m2∙h）；膜材质为PVDF；平均膜孔径为0.02 μm.；膜形式为中空纤维膜；设计吹扫风量为12m3/（支∙h）；耐受pH值为2~12；适用水温为4~40℃；过滤方式为错流过滤；出水浊度为0.1 NTU；回收率≥90%。

  主要功能：高压泵的主要功能是将中间水箱中的水加压到反渗透工艺需要的压力，并送入后续处理工艺。

  主要功能：该部分对超滤产水进行脱盐处理，使水质洁净，达到饮用水水质标准。反渗透装置如图2所示。

  设计参数：设计产水量为5m3/h；脱盐率为＞99%；回收率为45~75%；设计通量为18.38 L/(m2∙h)；反渗透级别为一级反渗透；配有维护性清洗系统；水温为4℃~40℃；膜形式为卷式膜；耐受pH值为2~12；能承受压力的容器数量为4支；每容器元件数量为2支。

  净水车整车尺寸为：10 000 mm×2 500mm×3 980 mm（L×W×H），厢体内部最大尺寸为：7 590 mm×2 390 mm×2 400 mm（设备区内部高2 300 mm）。车厢空间设计功能区（图3）为：驾驶舱、发电机舱、控制设备舱、净水设备舱、便携设备放置舱、备件存放区、车顶平台区。

  选取不同代表性水源（高浊度、微污染水、苦咸水、低温低浊水、高藻水等原水）对净水车产水进行连续7 d的测试，出水均能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），且运行稳定可靠。说明应急净水装置具备较强的原水水质适应性，可作为灾后及突发性水源污染事故之后的应急给水装置。连续7 d 测试结果的平均值如表1、表2所示。

  目前，净水车已有部分地区供货到位。以东北某地区的应用为例，该地区水源属于微污染地表水源。净水车连续供水3 d。期间，产水量维持在6 m3/h左右。产水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），运行结果如表3、表4所示。

  （1）以超滤、反渗透为核心的组合工艺具备比较好的净水效能，出水水质好，能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）。运行压力从始至终维持在低压水平。

  （2）净水车具备足够的应急供水能力，每台装置产水规模≥5m3/h（水温≥4 ℃条件下）。运行稳定，单台装置满足连续上班时间≥30 d，装置连续无故障运行时间≥200 h。

  （3）与传统给水厂处理工艺相比，超滤、反渗透组合工艺装置占地面积小、管理简便、出水水质好且稳定，能有效应对重大自然灾害及突发性水源污染事故等造成区域城镇供水困难问题。

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