車載式反滲透凈水機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

苑英海，宿紅波，朱孟府，張 正，田 豐，孫景工

車載式反滲透凈水機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

苑英海，宿紅波，朱孟府，張 正，田 豐，孫景工

目的：設(shè)計(jì)一種車載式反滲透凈水機(jī)，為無(wú)飲用凈水供應(yīng)的群體提供適用人體需要的凈水。方法：采用超濾-反滲透-紫外線消毒集成技術(shù)工藝，主要由動(dòng)力單元、凈化單元、藥洗單元、排水單元和控制單元組成。結(jié)果：產(chǎn)水流量大于300 L/h，產(chǎn)水的基本水質(zhì)指標(biāo)符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 5749—2006）的規(guī)定。結(jié)論：該設(shè)備除具有凈水功能外，還增加了藥洗功能和排水功能，很好地解決了膜組件的自動(dòng)清洗、停用儲(chǔ)存期間水路系統(tǒng)的存水污染以及低溫環(huán)境中的管路防凍和膜組件貯存等問(wèn)題，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

反滲透；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；飲水；車載式

0 引言

膜分離技術(shù)是一種高效節(jié)能的新技術(shù)，具有常溫下操作、無(wú)相態(tài)變化、在生產(chǎn)過(guò)程中不產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，在飲用水凈化[1-2]、海水淡化[3]、工業(yè)用水處理[4-5]、廢水處理[6-7]等各領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

應(yīng)急處理自然災(zāi)害或突發(fā)衛(wèi)生事件需要機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、效率高的凈水設(shè)備[8]。世界各國(guó)十分重視自然災(zāi)害與突發(fā)事件中的安全供水問(wèn)題，支持凈水設(shè)備的研制開發(fā)，如美國(guó)、日本、韓國(guó)等相繼研發(fā)了各種型號(hào)的反滲透凈水設(shè)備。本文采用超濾-反滲透-紫外線消毒技術(shù)工藝，設(shè)計(jì)了一種車載式反滲透凈水機(jī)，為那些無(wú)飲用凈水供應(yīng)的群體（如從事野外工作和訓(xùn)練的人員，遭受自然災(zāi)害、水源被污染及突發(fā)公共事件地區(qū)的人們）提供一種能對(duì)水源進(jìn)行深度凈化處理以適用人體需要的凈水設(shè)備。該設(shè)備主要由動(dòng)力單元、凈化單元、藥洗單元、排水單元和控制單元組成，能對(duì)受污染的江河湖泊水以及自來(lái)水等水源進(jìn)行深度凈化。同時(shí)，該凈水設(shè)備集成了排水功能，解決了設(shè)備停用儲(chǔ)存期間水路系統(tǒng)中的存水污染，以及在低溫環(huán)境中的管路防凍和膜組件貯存等問(wèn)題，可延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 凈水工藝

車載式反滲透凈水機(jī)的凈化工藝由超濾預(yù)處理、反滲透脫鹽及紫外線消毒等3個(gè)部分組成。超濾作為預(yù)處理單元，可以濾除水中的顆粒物、大分子污染物、微生物和膠體等，為反滲透膜提供水質(zhì)保障。反滲透用于去除水中的可溶性鹽類、有機(jī)物、微生物及放射性元素等，是水質(zhì)凈化工藝的關(guān)鍵。最終反滲透產(chǎn)水經(jīng)紫外線消毒器來(lái)殺滅水中殘留的微生物，防止其泄露到產(chǎn)水中，以保證產(chǎn)水的水質(zhì)，工藝流程如圖1所示。

1.2 凈水機(jī)結(jié)構(gòu)

車載式反滲透凈水機(jī)由動(dòng)力單元、凈化單元、藥洗單元、排水單元以及控制單元組成，具有凈水、藥洗和排水功能。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，充分考慮各系統(tǒng)之間元器件和管路的重復(fù)性，使用最少的元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)凈水機(jī)的功能，使其結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)約了整體空間。其結(jié)構(gòu)示意圖和立體模擬示意圖如圖2、3所示。

圖1 工藝流程圖

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 立體模擬示意圖

1.3 動(dòng)力單元

動(dòng)力單元由增壓泵、高壓泵及氣泵組成。增壓泵用于將需要凈化的原水引入裝置內(nèi)，內(nèi)置止回閥和壓力罐，具有干轉(zhuǎn)保護(hù)和電機(jī)熱保護(hù)功能，其電源為220 VAC/50 Hz，功率為0.85 kW。高壓泵主要為反滲透膜組件提供動(dòng)力，其電源為220 VAC/50 Hz，功率為1.1 kW。氣泵主要為管路排水提供動(dòng)力，其電源為220 VAC/50 Hz，功率為0.37 kW。

1.4 凈化單元

凈化單元主要由超濾組件、反滲透膜組件和紫外線消毒器組成。將需要凈化的原水通過(guò)增壓泵引入裝置內(nèi)，以超濾膜分離作為預(yù)處理，超濾產(chǎn)水再通過(guò)高壓泵進(jìn)入反滲透膜組件，最終反滲透產(chǎn)水經(jīng)過(guò)紫外線消毒器。其中，超濾采用4021型號(hào)的超濾膜，數(shù)量為4支，并聯(lián)連接；反滲透選用4021型號(hào)的反滲透膜，膜殼材料選用不銹鋼，采用一級(jí)三段設(shè)計(jì)，提高了水的回收率；紫外線消毒采用RLUV-1型號(hào)的紫外線殺菌器，殺滅水中殘留的微生物，保證產(chǎn)水的水質(zhì)。

1.5 藥洗單元

藥洗單元主要由藥洗閥門和管路組成。根據(jù)反滲透膜的污染情況，配制相應(yīng)的清洗液，將原水進(jìn)水管、濃水排放管及設(shè)備產(chǎn)水管均放入清洗液中。打開藥洗閥，啟動(dòng)增壓泵，對(duì)反滲透膜組件進(jìn)行藥洗。然后按正常步驟運(yùn)行凈水程序30 min進(jìn)行管路沖洗，并測(cè)量產(chǎn)水流量及脫鹽率，確定清洗是否有效。如有必要，可反復(fù)清洗。

1.6 排水單元

排水單元采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和排水方案來(lái)進(jìn)行排水，包括管路排水、超濾組件排水、反滲透膜組件排水以及泵內(nèi)存水的排放。通過(guò)增加氣泵來(lái)提供排水時(shí)所需要的壓力，同時(shí)在管路的最低端以及各部件的接口位置增加排水閥，與管路上的其他閥門相互配合，將管路、泵以及各容器內(nèi)的存水排出，解決了凈水設(shè)備停用儲(chǔ)存期間水路系統(tǒng)中的存水污染問(wèn)題，以及在低溫環(huán)境中的管路防凍和膜組件貯存問(wèn)題。

1.7 控制單元

控制單元由PLC可編程邏輯控制器以及外圍器件構(gòu)成。PLC控制器直接控制電磁閥和指示燈。對(duì)于電動(dòng)機(jī)的控制，則采用接觸器和熱繼電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的通斷控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的過(guò)熱、過(guò)載保護(hù)，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命。該控制單元具有無(wú)水保護(hù)功能、低壓保護(hù)功能和高壓保護(hù)功能。當(dāng)發(fā)生意外情況，如原水?dāng)嗨⒏邏罕贸霈F(xiàn)吸空或輸出壓力過(guò)高時(shí)，PLC控制器則使裝置停止運(yùn)行。此后控制器將不間斷掃描檢測(cè)壓力的開關(guān)狀態(tài)，直至壓力開關(guān)復(fù)位，并且水壓滿足，控制系統(tǒng)恢復(fù)制水過(guò)程。

2 技術(shù)參數(shù)

電源：220 VAC/50 Hz；功率消耗：2.4 kW；質(zhì)量：150 kg；外觀尺寸：1 000 mm×600 mm×1 430 mm；工作溫度：5～40℃。

3 凈化性能評(píng)價(jià)

對(duì)車載式反滲透凈水機(jī)產(chǎn)水的水質(zhì)基本指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，原水采用不同地區(qū)的地下水、地表水和自來(lái)水。在凈化過(guò)程中，操作壓力控制在0.7~1.2 MPa。調(diào)節(jié)操作壓力后，待反滲透膜組件穩(wěn)定運(yùn)行5 min后再測(cè)定產(chǎn)水流量和基本水質(zhì)指標(biāo)。其中，產(chǎn)水流量

（????）（????）穩(wěn)定在322~341 L/h，渾濁度、色度、臭和味、肉眼可見物、菌落總數(shù)、溶解性固體含量和pH值等水質(zhì)指標(biāo)符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求（GB 5749—2006）。

4 結(jié)論

車載式反滲透凈水機(jī)采用高效節(jié)能的超濾膜-反滲透膜-紫外線消毒技術(shù)工藝，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡(jiǎn)單，可以安裝在車廂內(nèi)以提高設(shè)備的機(jī)動(dòng)性能。同時(shí)，還具有排水功能，解決了設(shè)備停用期間的存水污染，以及低溫環(huán)境中的管路防凍和膜組件貯存等問(wèn)題。該凈水設(shè)備產(chǎn)水的基本水質(zhì)指標(biāo)符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，適合野外工作、部隊(duì)訓(xùn)練和搶險(xiǎn)救災(zāi)的群體使用。

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（收稿：2013-06-17 修回：2013-12-16）

Structure Design of Vehicle-mounted Reverse Osmosis W ater Purifier

YUAN Ying-hai1,SU Hong-bo1,ZHU Meng-fu1,ZHANG Zheng2,TIAN Feng1,SUN Jing-gong1
(1.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China;2.Department of Comprehensive Planning,Bureau of Military Materials Procurement in North China,Tianjin 300182,China)

Objective To design a vehicle-mounted reverse osmosiswater purifier so as to provide clean water for the populationwithoutdrinkingwater supply.Methods Thewater purifierwas designed by using ultrafiltration,reverse osmosis and UV steril-ization processes,and consisted ofa power unit,a purification unit,amedicinewashing unit,a drainage unitand a controlunit.Results The device had thewater flowmore than 300 L/h and water qualitymeeting the requirement s of GB 5749—2006 Na－tional Standard for Drinking Water Quality.Conclusion The device can be used for water purification,medicine washing anddrainage,which can solve the problems in automatic membrane component cleaning,backwater pollution in pipeline system,pipeline anti-freezing andmembrane componentstorage in low-temperature environment,and thus the service life of the deviceisprolonged.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（3）：17-18，22]

reverse osmosis;structure design;drinking water;vehicle-mounted

R318.6；R197.39

A

1003-8868（2014）03-0017-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.017

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（2012ZX10004801-003-010）

苑英海（1986—），男，碩士，主要從事自動(dòng)控制及膜分離技術(shù)方面的研究工作，E-mail：280476649@qq.com。

300161天津，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所（苑英海，宿紅波，朱孟府，田 豐，孫景工）；300182天津，華北軍用物資采購(gòu)局綜合計(jì)劃處（張 正）

朱孟府，E-mail：zm f323@163.com