針對管道直飲水系統(tǒng)的相關(guān)研究

摘 要：管道直飲水提供可以直接飲用的優(yōu)質(zhì)水源，屬于城市內(nèi)的供水首選供應(yīng)類型，也是城市建設(shè)中的首要任務(wù)。管道直飲水系統(tǒng)，其在建設(shè)中，存在一定的難度，不僅要保障穩(wěn)定的運(yùn)輸，更要確保水源的清潔性。近幾年，城市建設(shè)中，提高了對管道直飲水的重視度，致力于規(guī)范管道直飲水的系統(tǒng)建設(shè)，改善管道直飲水的方式，確保其在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)與社會效益。因此，本文重點(diǎn)研究管道直飲水系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：管道；直飲水；系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.199

0 引言

管道直飲水系統(tǒng)，必須達(dá)到飲用水的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，為居民提供清潔的水源，以免飲用水不達(dá)標(biāo)。管道直飲水系統(tǒng)建設(shè)中，面臨著工業(yè)進(jìn)程的影響，導(dǎo)致水源受到明顯的污染，不能滿足居民的飲水需求，而傳統(tǒng)的管道用水，存在工藝上的缺陷，致使管道內(nèi)存在污染物，不利于人體健康。管道直飲水系統(tǒng)，是城市飲用水系統(tǒng)建設(shè)的主要對象，用于日常的居民飲水。我國在管道直飲水系統(tǒng)建設(shè)方面，提出了質(zhì)量上的要求，既要管道直飲水的清潔與安全，又要消除使用期間的二次污染，優(yōu)化管道直飲水的系統(tǒng)環(huán)境。

1 管道直飲水系統(tǒng)的優(yōu)勢

管道直飲水系統(tǒng)，與瓶裝、桶裝水，有較大的區(qū)別，此類飲水方式，表現(xiàn)出工業(yè)化的效果[1]。根據(jù)管道直飲水系統(tǒng)的運(yùn)行，分析此類飲水方式的優(yōu)勢，如：（1）管道直飲水，不會受到環(huán)境的影響而出現(xiàn)惡化，污水、廢水的排放，都不會污染到管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)的水源，具有全面、整體的保護(hù)作用；（2）此類用水系統(tǒng)，解決了有機(jī)物的污染問題，傳統(tǒng)的飲水管道，采取了加氯消毒的方法，但是很難去掉水體內(nèi)已經(jīng)溶解的有機(jī)物，在很大程度上增加了水源的污染性，而管道直飲水系統(tǒng)，很明顯的改善了飲用水源的質(zhì)量，保證了居民用水健康；（3）管道直飲水工藝效率高，經(jīng)過多種工藝組合，深層次的處理管道內(nèi)部的水資源，實(shí)現(xiàn)綠色、環(huán)保的水源應(yīng)用，而且預(yù)防二次污染，保障管道內(nèi)水資源的可靠性。

2 管道直飲水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以神東煤炭集團(tuán)小區(qū)住宅樓房內(nèi)的管道直飲水系統(tǒng)為例，分析管道系統(tǒng)的實(shí)踐設(shè)計(jì)。在住宅樓公共水暖井中，引出了直飲水管道系統(tǒng)的立管部分，通過供水支管，直接供應(yīng)到住宅的廚房內(nèi)。支管管道比較長，將水表安裝在廚房內(nèi)，管道中設(shè)計(jì)了循環(huán)方式（一供一回），提高直飲水的質(zhì)量。

2.2 深度處理設(shè)計(jì)

深度處理設(shè)計(jì)，目的是保障管道直飲水的清潔性，常見的深度處理方式有微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）、反滲透（RO）等，以實(shí)現(xiàn)的水源的深度處理[2]。

（1）微濾（MF）：孔徑一般為0.1～1um，工作壓力小于0.2MPa，過濾原理為篩分機(jī)理，部分大分子可以透過該膜，可去除懸浮物、細(xì)菌、藻類等，微濾工藝制水成本低、產(chǎn)水率高，但其對色度、重金屬、有機(jī)物、病毒等去除效果差、當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)較差或水質(zhì)不穩(wěn)定時不能采用該工藝。

（2）超濾（UF）：孔徑一般為0.01～0.1um，工作壓力小于0.4MPa，其分離機(jī)理主要依靠物理的篩分作用，小分子物質(zhì)可以透過該膜而大分子物質(zhì)則被阻在膜外?？梢猿ニ械哪z體粒子、有機(jī)物、細(xì)菌、病毒，改善水質(zhì)的感官性狀，降低濁度，依靠臭氧的氧化作用，可除去水中的有機(jī)物等。同時保留對人體有益的微量元素。但對色度、重金屬等去除效果差、當(dāng)進(jìn)水水質(zhì)有機(jī)污染較嚴(yán)重時不能采用該工藝。

（3）納濾（NF）：工作壓力為0.5～1.0MPa，膜的孔徑介于超濾膜與反滲透膜之間，孔徑一般為1～2nm，能有效去除水中的二價(jià)離子，對一價(jià)離子的去除率達(dá)20%～40%，能保留部分一價(jià)離子，同時有效去除水中的有機(jī)污染（可截留分子量300以上雜質(zhì)），出水礦化度及硬度較低，但其產(chǎn)水率較低通過膜組件組合獲得較高回收率，可達(dá)75%左右。另外處理費(fèi)用也相對較高。

（4）反滲透（RO）：工作壓力為1.4～4.2MPa，膜的孔徑小于1nm，能有效去除水中的二價(jià)、一價(jià)離子，去除率達(dá)95%～99%，對無機(jī)污染及有機(jī)污染均能有效去除。但用作直接飲用水凈化的缺點(diǎn)是將水中有益于人體健康的無機(jī)離子幾乎全部去除，出水硬度低，不符合健康飲水的要求。且反滲透膜的工作壓力高（1.5Mpa左右），因而能耗高，水的回收率低。

目前神東礦區(qū)飲用水源大部分采用井下水源，原水水質(zhì)較差，為保證居民飲水安全，所建設(shè)直飲水站采用納濾+反滲透為主的處理方式。

3 管道直飲水系統(tǒng)的構(gòu)成

設(shè)備構(gòu)成是管道直飲水系統(tǒng)的重要組成。以神東煤炭集團(tuán)補(bǔ)連塔直飲水站為例，分析管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備構(gòu)成。凈水站設(shè)計(jì)處理規(guī)模為350m3/d（，供水水質(zhì)要求達(dá)到《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ94-2005），原水經(jīng)過處理后，經(jīng)變頻水泵機(jī)組供水至補(bǔ)連塔礦附近住宅樓、辦公樓、食堂等各用水點(diǎn)。

處理工藝如圖1。

3.1 廠站主要工藝設(shè)備

補(bǔ)連塔管道直飲水系統(tǒng)主要構(gòu)成設(shè)備的參數(shù)要求，如：（1）臭氧發(fā)生器功率為1.44KW，反應(yīng)罐1臺，不銹鋼材質(zhì)，尺寸大小為：Φ2.0m*5.2m。（2）原水水箱。水箱采用不銹鋼材質(zhì)方形水箱，其尺寸為3.0*2.5m×3.3m，有效容積22.5m3。 （3）活性碳過濾器兩套，一用一備，其尺寸為Φ2.2m×5.2m，單套處理水量為30m?/h，（考慮納濾設(shè)備75%的產(chǎn)水率），過濾濾速為8.25m/h。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖洗，氣沖氣沖采用空壓機(jī)方式，氣沖強(qiáng)度15L/m2.S，水沖時強(qiáng)度為6L/m2.S。通過活性炭過濾將能去除原水中大部分的雜質(zhì)、懸浮物、色度以及部分有機(jī)物，減小了膜過濾的處理負(fù)荷，保障出水水質(zhì)，延長膜的使用壽命。配套設(shè)備反沖洗水泵2臺：Q=80m3/h， H=32m，N=11KW，一用一備；空壓機(jī)1臺Q=3.5m3/min， 排出壓力0.7MPa，N=7.5KW（與臭氧發(fā)生系統(tǒng)空壓機(jī)合用）；提升泵2臺，Q=30m3/h， H=32m，N=4.0KW，一用一備。（4）精密過濾器三套，經(jīng)過活性炭過濾后，在進(jìn)入納濾及反滲透膜處理之前需經(jīng)過精密過濾最為最后一道保障，以確保進(jìn)水中沒有顆粒性的雜質(zhì)對納濾及反滲透膜造成傷害。（5）納濾/反滲透處理裝置共兩套，一用一備，其處理能力為30m?/h。經(jīng)活性炭過濾后，原水進(jìn)入膜處理裝置。膜處理工藝是直飲水處理工藝的核心部分，經(jīng)過膜處理后出水達(dá)到直飲水的水質(zhì)要求。配套設(shè)備膜清洗裝置1套、納濾高壓泵2臺：Q=30m3/h、H=100m、N=11kw；阻垢劑加藥裝置1套。（6）成品水箱采用不銹鋼材質(zhì)方形水箱1只，尺寸為5.0m*4.0m×3.5m，有效容積為64m?。（7）成品水投加二氧化氯消毒，二氧化氯投加量為1.0mg/L，控制供水二氧化氯的余量為：0.05～0.08mg/L。配套設(shè)備二氧化氯發(fā)生器2套（1用1備），有效產(chǎn)氯量為30g/h， N=0.8KW。

3.2 管網(wǎng)敷設(shè)

管網(wǎng)是管道直飲水系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)的水源運(yùn)輸[3]，全部輸水管道采用不銹鋼材質(zhì)，結(jié)合補(bǔ)連塔直飲水系統(tǒng)內(nèi)管網(wǎng)的敷設(shè)應(yīng)用，主要探討管網(wǎng)的敷設(shè)原則、實(shí)踐和注意事項(xiàng)。

首先是該直飲水系統(tǒng)在管網(wǎng)敷設(shè)上的原則，分析如：（1）循環(huán)原則，該管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)計(jì)了循環(huán)管，供、回水的管網(wǎng)，采用全日循環(huán)的方法，保證直飲水水質(zhì)的質(zhì)量。（2）回水設(shè)計(jì)時，在流回至凈水箱之前設(shè)置精密過濾器、紫外消毒工藝，避免供水在管網(wǎng)循環(huán)過程中受到污染。（3）供水采用變頻恒壓供水設(shè)備，以水泵出水端水壓（或用戶用水流量）為設(shè)定參數(shù)，通過微機(jī)自動控制變頻器的輸出頻率從而調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)用戶管網(wǎng)水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，用水量增加時，頻率提高，水泵轉(zhuǎn)速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉(zhuǎn)速減慢。這樣就保證了整個用戶管網(wǎng)隨時都有充足的水壓（與用戶設(shè)定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化而變化）。

另外管網(wǎng)敷設(shè)的注意事項(xiàng)，如：（1）管道直飲水系統(tǒng)的管網(wǎng)，要單獨(dú)設(shè)計(jì)，不能與該大樓的給排水、市政管網(wǎng)共用管道；（2）簡化管道直飲水系統(tǒng)管網(wǎng)的布置，住宅樓、辦公樓、食堂等構(gòu)筑物的循環(huán)回水管道到達(dá)室外后，再安裝流量平衡閥，避免影響管網(wǎng)的流暢性；（3）配水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)，立管的上端、下端，都要設(shè)計(jì)好閥門裝置，還要在管網(wǎng)的對應(yīng)位置，設(shè)計(jì)檢修閥門，方便直飲水系統(tǒng)管網(wǎng)的后期檢修，低端部分還要設(shè)計(jì)排水閥，高端設(shè)計(jì)排氣閥，解決滯水存留、污染的問題；（4）由于北方天氣寒冷，夜間氣溫可達(dá)零下20℃，住宅樓內(nèi)樓梯間立管增加電伴熱，確保樓道內(nèi)立管輸水暢通。

3.3 直飲水廠站管理

直飲水廠站是管道直飲水系統(tǒng)的核心，結(jié)合運(yùn)行實(shí)際相比常規(guī)凈水處理廠有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）直飲水廠站內(nèi)部實(shí)現(xiàn)無人操作，全自動控制，給水系統(tǒng)封閉處理，確保了水質(zhì)安全。（2），運(yùn)行人員較少，運(yùn)行成本降低。值班室作為整個直飲水系統(tǒng)操作、處理、統(tǒng)計(jì)、維護(hù)和監(jiān)管的中心，集中管理的整個監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控軟件主要負(fù)責(zé)同現(xiàn)場的通信設(shè)備進(jìn)行協(xié)作運(yùn)行，把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后以圖表或者數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行顯示，同時還需要進(jìn)行設(shè)備故障報(bào)警、發(fā)出聲光信號、進(jìn)出水水質(zhì)數(shù)據(jù)等，為管理人員操作提供依據(jù)，降低了勞動強(qiáng)度。

3.4 管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)的技術(shù)

該管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)的技術(shù)，主要包含了臭氧氧化、活性炭、膜處理等三種核心技術(shù)：

（1）臭氧氧化技術(shù)：利用氧氣改善直飲水的水質(zhì)，轉(zhuǎn)化水中的長鏈大分子，促使其以短鏈小分子的狀態(tài)存在，同時具有除臭、滅菌的作用[5]。臭氧的氧化性非常高，其可在短時間內(nèi)，迅速反應(yīng)，按照管道直飲水系統(tǒng)的需求，其可分為三個部分，分別是預(yù)氧化階段，裂解直飲水內(nèi)的大分子，方便后期的臭氧氧化處理，基本用于處理天然的有機(jī)物；中間氧化，用于降解反應(yīng)過程中出現(xiàn)的消毒副產(chǎn)物，尤其是含氯消毒劑引起的三聚物質(zhì)，以免影響直飲水的水質(zhì)，進(jìn)而保障管道直飲水系統(tǒng)的整體安全性；最終氧化階段，更大程度的去除水源內(nèi)的微生物。臭氧氧化技術(shù)，在管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)，比較注重各項(xiàng)技術(shù)的配合使用，而不是只采用單一的處理技術(shù)。

（2）活性炭技術(shù)：是通過吸附、過濾，解決管道直飲水中的懸浮物問題，凈化色度并消除異味[6]，作為水處理脫鹽系統(tǒng)前處理能夠吸附前級過濾中無法去除的余氯，可有效保證后級設(shè)備使用壽命，提高出水水質(zhì)，防止污染，特別是防止后級反滲透膜，離子交換樹脂等的游離態(tài)余氧中毒污染。同時還吸附從前級泄漏過來的小分子有機(jī)物等污染性物質(zhì)，對水中異味、膠體及色素、重金屬離子等有較明顯的吸附去除作用，還具有降低COD的作用。可以進(jìn)一步降低RO進(jìn)水的SDI值，保證 SDI<5，TOC<2.Oppm。該管道直飲水系統(tǒng)，采用生物活性炭技術(shù)需定期進(jìn)行反沖洗，以免堵塞活性炭的多孔結(jié)構(gòu)，保障活性炭技術(shù)的使用效率。

（3）膜技術(shù)。深度處理設(shè)計(jì)中分析了幾種與膜技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用，膜技術(shù)是管道直飲水內(nèi)最常用的技術(shù)方法，利用不同的膜孔，過濾有機(jī)、無機(jī)成分，不涉及化學(xué)試劑的應(yīng)用，大大改善管道直飲水的水質(zhì)。管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)，可以針對不同的水質(zhì)，可以選擇不同的膜技術(shù)，保證管道直飲水系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)安全。

4 管道直飲水系統(tǒng)的維護(hù)

管道直飲水系統(tǒng)的維護(hù)工作，是運(yùn)營期間不可缺少的部分。不論是水質(zhì)檢測還是設(shè)備維修，都關(guān)系到管道直飲水系統(tǒng)的應(yīng)用。水質(zhì)監(jiān)測時，專門配置相關(guān)的檢測儀表，用于檢測直飲水系統(tǒng)內(nèi)的水質(zhì)指標(biāo)，促使水質(zhì)達(dá)到相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)[7]。水質(zhì)檢測的過程中，要特別注意pH、水溫、余氯等參數(shù)變化，必須始終保持在達(dá)標(biāo)狀態(tài)。在設(shè)備日常維修方面，必須按照設(shè)備操作說明當(dāng)中規(guī)定的維護(hù)方式，由現(xiàn)場管理單位，統(tǒng)一安排維護(hù)工作，定期檢查系統(tǒng)設(shè)備的使用狀況。除此之外還要加大管道直飲水管網(wǎng)巡查力度，及時發(fā)現(xiàn)并處理管網(wǎng)系統(tǒng)是否存在漏水、銹蝕的現(xiàn)象，確保管道直飲水系統(tǒng)，處于高質(zhì)量、高性能的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，保障居民飲水安全。

5 結(jié)束語

管道直飲水系統(tǒng)，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益，而且存在明顯的優(yōu)勢，結(jié)合該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，選擇出對應(yīng)的工藝和技術(shù)，同時安排好運(yùn)行維護(hù)的措施，促使管道直飲水系統(tǒng)處于高效的運(yùn)行狀態(tài)，管道直飲水系統(tǒng)的目前發(fā)展非?？?，并表現(xiàn)出長期告訴發(fā)展的狀態(tài)，隨著今后管道直飲水系統(tǒng)的不斷增多，不僅推動了城市水利資源的建設(shè)，而且規(guī)模和數(shù)量都在逐漸擴(kuò)大，這將成為我國實(shí)現(xiàn)城市分質(zhì)供水，確保居民飲水安全新的解決方式。

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作者簡介：張潔（1984—），男，陜西渭南人，主要從事：負(fù)責(zé)神東礦區(qū)供排水方面的技術(shù)和運(yùn)行管理。