野外超濾膜凈水裝置的研制及實驗效果評價

何金圣，徐立平，楊積順

中國人民解放軍第一零零醫院 設備科,江蘇 蘇州 215007

當地震、洪澇等自然災害發生時，飲用水源就會緊缺，而人們生活主要依賴當地天然水源，因而這種情況下就地取水就成為飲用水的唯一供給途徑。為了保證最基本的飲用水衛生及安全，筆者研制出一款在野外條件下，以手壓活塞桿為動力，采用PP棉、超濾膜及吸附材料為凈化單元，便于攜行并能快速凈化天然水的超濾膜凈水裝置[1]。

1 野外超濾膜凈水器的研制

1.1 工作原理

操作手柄使活塞桿沿垂直方向運動，從而提供連續供水及過濾所需的壓力，當活塞桿從下往上運動時，活塞腔內的壓強減小，外面的源水在大氣壓的作用下，通過取水口進入活塞腔內，當活塞桿由上往下運動時，活塞腔內壓強增大，把腔內的源水壓到后級過濾，通過超濾膜腔時，分離出凈水和廢水，活塞不斷地上下勻速運動，從而實現不斷凈水的功能。

1.2 凈水工藝

1.2.1 過濾部分

（1）超濾膜。超濾膜，是一種孔徑規格一致，額定孔徑范圍在0.001～0.02 μm之間的微孔過濾膜。在膜的一側施以適當壓力，就能篩出小于孔徑的溶質分子，用于分離分子量大于500 kDa、粒徑大于2～20 nm的顆粒。

（2）本裝置采用3級過濾方式。如圖1所示：第1級，5 μm、1μmPP棉濾芯，濾除原水中懸浮物、泥沙、鐵銹、紅蟲等顆粒較大的固體雜質；第2級，5μm椰殼活性炭濾芯和0.1μm精密活性炭濾芯，去色，除味，吸附水中的游離氯等氯產物，改善口感；第3級，0.01μm聚丙烯晴超濾膜，徹底去除水中的膠體、有機物、重金屬（鉛、汞、鉻等）、細菌和大部分病毒（如：大腸桿菌、痢疾桿菌、乙肝病毒、口啼疫病毒等）及原生物孢囊（如賈第鞭毛蟲和隱孢子蟲）等，凈水由飲用水口流出，廢水由排廢口排出，整個系統采用內壓式設計，從排廢口實現反沖洗功能。

圖1 凈水工藝圖

1.2.2 動力部分

采用單活塞手壓引水裝置，由活塞腔、活塞、活塞桿、手柄、2個單向閥、泄壓閥、壓力表等組成。手壓到引水裝置結構，見圖2。人工操作手柄，帶動活塞運動，將源水吸入活塞腔，同時壓入后級過濾單元，2個單向閥分別控制活塞腔內的水流方向，裝置泄壓值為0.3 MPa[2]。

2 實驗

（1）凈水流量。在野外環境下，天然水的水質差異很大，我們在操作壓力同為0.25 MPa時，分別選取3種不同濁度(40，60，80 NTU)的水進行流量衰減實驗。水質對凈水流量影響，見圖3。結果顯示，原水水質對凈水器的流量有一定的影響，原水濁度低，流量衰減慢，符合一般流量衰減規律。

（2）除濁效果。取自來水用黃泥土配置成渾濁度為60 NTU（與標準混懸液比濁對照確定）的水樣，經過本裝置濾過處理后，用目視法將濾過水與標準混懸液進行比較確定其渾濁度[3]。除濁效果，見圖4。結果顯示，濾過水的濁度≤3，其懸浮物去除率≥95%，符合飲用水衛生標準。

圖4 除濁效果

（3）除菌效果。取蘇州河流水為原水，在一定操作條件下（凈水流量為170 mL/min），對其進行去除總菌群實驗。由表1可見，經過本裝置濾過后，細菌基本被截留，說明該裝置有很好的除菌效果，除菌率達99%。

取大腸桿菌菌種8099制成菌懸液，然后配制成濃度為1.0×104 cfu.100 mL-1大腸桿菌污染水，在一定操作條件下（凈水流量為170 mL/min）,用該凈水裝置凈化污染水，通過“大腸菌群產色基質試驗法”，也稱為Autoanalysis col-ilert(AC)法[4]，觀察其對水中大腸桿菌的去除效果，由表2可見，該裝置對水中的大腸桿菌有很好的除去作用，凈水中未檢出大腸桿菌。

表1 凈水裝置除總菌群效果

表2 凈水裝置除大腸桿菌效果

3 結論

凈水器按技術可分為過濾、活性炭吸附、膜技術、電解技術、溶解等幾類，與目前市面上的一些凈水器相比，本裝置凈水工藝簡便高效，結構設計輕巧緊湊，整個設計由復合濾芯和加壓系統兩部分組合形成。在加壓系統設計上，主要采用了手動增壓，設計成活塞擠壓式的結構；在過濾系統設計上，全物理過濾，主要采用了超濾膜技術，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，充分利用膜的物理篩分作用、架橋和吸附等機理：當原液流過膜表面時，超濾膜表面密布的許多細小的微孔只允許水及小分子物質通過而成為透過液，而原液中體積大于膜表面微孔徑的物質則被截留在膜的進液側，成為濃縮液，從而實現對原液的凈化、分離和濃縮。每米超濾膜絲管壁上約有60億個0.01μm的微孔，其孔徑只允許水分子、水中的有益礦物質和微量元素通過，而最小細菌的體積都在0.02μm以上，因此細菌以及比細菌體積大得多的膠體、鐵銹、懸浮物、泥沙、大分子有機物等都能被超濾膜截留下來，從而實現了凈化過程，并保留對人體有益的礦物質和微量元素，使得過濾后的水能夠被直接飲用[5]。此外，此裝置具有成本低、質量輕、操作簡便，手動操作凈水、無需電源等特點，濾過水達到了《生活飲用水衛生標準》，特別適宜在野外生存和工作時，水質較差的情況下凈化飲用水。

[1]李光普,歐陽偉.無電源超濾膜凈水器的研制[J].湖北工業大學學報,2011,26(02):40-42.

[2]龔泰石,于詐斌,張偉,等.便攜式野外凈水器的研制[J].給水排水,2000,26(05):65-66.

[3]GB/T5750-2006.生活飲用水標準檢驗方法[S].2006.

[4]方尚玲,李世杰.飲用水中大腸桿菌群數測定的一種新方法[J].高等函數學報,2002,15(02):41-42.

[5]時均,袁權.膜技術手冊[K].北京:化學工業出版社,2001:336.