净水技术|应急供水有了新设备——小型移动式饮用水应急供水设备
小编导读
地震、洪涝、干旱、泥石流等自然灾害及突发性污染事故发生时，需要一种能够应付不同水源的移动应急净水设备，满足灾民、居民、救灾人员基本的用水需求。由上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司承担，中国科学院生态环境研究中心、重庆耐德山花特种车辆有限责任公司和济南丹穗净水设备有限公司参与的“十二五”国家水专项“小型移动式饮用水应急供水设备产业化（编号：2012ZX07414-001）”课题，研究形成了重污染程度原水高效净化工艺集成技术、微污染原水高效净化工艺集成技术，开发了2套具有自主知识产权的移动式应急饮用水供水设备。课题申请专利13项（已授权8项），编制企业标准2项，发表论文7篇，其中SCI、EI收录3篇，建设年产200台应急供水设备产业化基地2个。研制的移动式净水设备已在北方低温水库原水、高浊度原水、微污染原水、重金属污染原水、雨季地表河流原水、普通池塘水等条件下进行了试验，设备动力装置连续工作7 d以上，单套供水能力50 t/d以上，出水水质满足生活饮用水卫生标准（GB 5749—2006）。
针对重污染原水特征，研究集成的应急供水处理工艺流程为：预沉池→中间水池1→偶感式电凝聚反应器→聚浮分离器→中间水池2→超滤→活性炭吸附→中间水池3→超低压反渗透→紫外-微臭氧消毒装置→终端水池。根据待处理地表水水质特征，部分净水处理工艺单元可进行超越。
重污染（高浊度、有机污染和重金属）移动式应急供水设备
针对高浊度原水，课题研究开发了“PAM+预沉淀”单元工艺设备，为后续处理工艺提供水质保障。通过投加阳离子型聚丙烯酰胺，将原水浊度由6 000~10 000 NTU（悬浮固体为10 000~18 000 mg/L），降低为60~80 NTU，满足后续工艺对原水浊度达到150 NTU以下的要求。
针对突发性污染事件特点，课题研究开发了一种应急供水处理中强化混凝和澄清处理的设备和工艺。主要包括：耦感式电絮凝处理单元、微纳米气泡发生单元和聚浮分离过滤单元。通过调节耦感式电絮凝反应器现场电解制备具有高效混凝效果的Al3+。本工艺无需携带药剂，调节方便，有利于应急设备快速部署。通过微纳米气泡发生单元向电絮凝处理单元出水中投加微纳米气泡，微气泡本身携带电荷可以与水体中天然胶体发生压缩双电层作用，使得胶体脱稳，增加胶粒之间的碰撞和凝聚，有利于胶体去除。此外，微纳米气泡与悬浮固体结合十分紧密，提高了聚浮分离的澄清效率。对于无法通过气浮去除的悬浮固体，可以通过聚浮单元底部的无烟煤滤料截留去除，节约了反冲洗水量。
电絮凝处理单元
微纳米气泡聚浮分离单元
针对在应急供水条件下出水浊度控制的需求，课题研究开发了超滤膜净水单元工艺。采用立昇公司LH3-1060-V型内压式中空纤维超滤膜标准化组件，膜组件单只膜面积约40 m2，孔径0.01 μm，设计膜通量为40 L/(m2·h)，2用1备。超滤膜处理单元使用标准膜组件，有利于降低设备成本；采用较低设计通量，有利于提高出水水质，延长工作周期；只设置反冲洗，不设置化学清洗。通过以上技术手段，超滤膜运行出水浊度稳定维持在0.1 NTU左右。
针对电絮凝聚浮分离工艺和超滤工艺对水中溶解性小分子物质的去除效果有限的现状，为避免原水遭受有机污染时，可能会导致的最终出水臭味超标，在超滤之后加入颗粒活性炭吸附工艺，进一步净化提高出水水质。
针对原水可能为重金属污染、苦咸水、高有机污染的情况，课题研究开发了以脱盐与去除有机物处理为目的的超低压反渗透处理工艺单元。超滤膜出水作为反渗透膜进水，工艺设计为“2并1串，二级工艺”，一级工艺由2只反渗透膜并联处理进水，浓水进入第二级1只反渗透膜。第一级、第二级反渗透膜产水进入后续消毒工艺环节。通过“2并1串，二级工艺”使得反渗透处理单元产水率达到75%。
预沉池
超滤单元
反渗透单元
针对应急供水条件下饮用水微生物安全，课题研究开发了高效紫外消毒设备。通过荧光微探头实现了紫外反应器内辐照强度的准确测定和长期监测，在空气和水介质中具有化学稳定性高、响应快、体积小等优点。结合计算流体动力学（CFD）对紫外消毒器的构型进行了优化设计。开发了能对紫外消毒器性能进行长期在线监测的三参数监测系统。该系统通过对灯管输出（N）、水体紫外透光率（T）及套管污染（F）三个关键运行参数的监测，实时计算紫外剂量数值。并根据实时监测结果，及时调节灯管开启和关闭，达到节能降耗的目的。
紫外灯管计算流体动力学（CFD）模拟优化
课题在重污染程度原水高效净化工艺技术集成基础上，开发了处理重污染（高浊度、有机污染和重金属）原水饮用水应急处理设备。该设备分别在宜兴、济南和上海处理有机污染、高浊度和重金属污染原水试运行试验，结果表明设备运行稳定、净水效果良好，出水水质经第三方检测全部达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）106项指标要求。
课题研究确定了混凝剂、助凝剂、氧化剂复配与选择技术。当原水浊度在8.33~626 NTU，PAC与PAM最佳投加配比为150:1~180:1，出水浊度可降至0.74~1.60 NTU。原水浊度大于46.7~64.4 NTU时，PAC与PAM投药量随着原水浊度的升高而增大；预氧化剂的投加不仅可以降低PAC的使用量，而且对CODMn的去除也有明显的效果。原水CODMn在2.9~5.3 mg/L，KHSO5与PAC最佳投加配比为1:25~1:30，出水CODMn为0.038~0.438 mg/L；当浊度在500 NTU以下时，不使用助凝剂。考虑到预氧化与消毒作用，复配混凝剂定为KHSO5与PAC联用，最佳投加配比为1:25~1:30。
课题研究开发集成了高效泥水分离技术。根据进水流量、压强、进水含沙量等参数，调节水力旋流分离器进水口、溢流出水口阀门将进水压强、溢流分离比控制在一定范围内，提高泥沙去除率。
课题针对原水CODMn、NH3-N、UV254，NO2-N等污染物指标，开发了污染物强化吸附技术。研究确定了滤速、填料装填高度等关键技术参数。经过参数优化设计，系统CODMn去除率达到92.3%，出水CODMn低于0.5 mg/L，NH3-N去除率高达91%。
课题根据集成的关键技术，开发了一套经济型移动式应急供水设备，运载底盘采用中国重汽生产的豪沃牌8×8底盘（ZZ2317N4977D1），底盘上整装集装箱体，内含所有净水工艺设备，净水工艺主要装配有增压泵、泥沙旋流分离器、过滤罐、吸附罐、膜系统、加药罐、柴油发电机以及自控系统控制柜等。
经济型移动式应急供水设备
针对移动式应急供水设备的特点，编写了设备运行手册，为验证设备的实际运行效果，在现场对低温水库水、雨季地表河流水、普通池塘水进行试验，出水指标全部满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）要求。
课题在重庆耐德山花特种车有限责任公司建成产业化基地，年生产能力200台。生产基地生产场地总建筑面积为12 000 m2，其中装配厂房为2 400 m2，下料准备厂房为2 400 m2，厢体制作厂房为2 400 m2，焊接制作厂房为4 800 m2，另有调试试验场地和库房为2 400 m2。
应急供水设备产业化基地
应急供水设备装配车间
淋雨试验环境