何金圣，徐立平，楊積順

中國人民解放軍第一零零醫(yī)院 設備科,江蘇 蘇州 215007

當?shù)卣?、洪澇等自然災害發(fā)生時，飲用水源就會緊缺，而人們生活主要依賴當?shù)靥烊凰矗蚨@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(wèi)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(xù)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(nèi)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(nèi)，當活塞桿由上往下運動時，活塞腔內(nèi)壓強增大，把腔內(nèi)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(xiàn)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(guī)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(cè)施以適當壓力，就能篩出小于孔徑的溶質(zhì)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(zhì)；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(chǎn)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(tǒng)采用內(nèi)壓式設計，從排廢口實現(xiàn)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(nèi)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(huán)境下，天然水的水質(zhì)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(zhì)對凈水流量影響，見圖3。結果顯示，原水水質(zhì)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(guī)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(jīng)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(wèi)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(jīng)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(chǎn)色基質(zhì)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(tǒng)兩部分組合形成。在加壓系統(tǒng)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(tǒng)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)則被截留在膜的進液側(cè)，成為濃縮液，從而實現(xiàn)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(zhì)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(xiàn)了凈化過程，并保留對人體有益的礦物質(zhì)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(zhì)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(wèi)生標準》，特別適宜在野外生存和工作時，水質(zhì)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(yè)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(shù)測定的一種新方法[J].高等函數(shù)學報,2002,15(02):41-42.

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