居民小區(qū)高品質飲用水入戶建設與改造策略探討

堯桂龍

(上海浦東建筑設計研究院有限公司,上海 201206)

飲用水是人民群眾最基本的民生需求,不斷提高飲用水品質,是滿足人民對美好生活向往的重要組成。為了保障飲用水穩(wěn)定達標,上海市建成“兩江并舉、集中取水、水庫供水、一網調度”的水源地供應格局,全面啟動全市水廠深度處理改造工程,加快推進供水管網更新改造,有效提升了供水系統(tǒng)安全保障能力。2018年,《上海市城市總體規(guī)劃(2017—2035年)》提出,至2035年上海市基本建成卓越的全球城市,供水方面要加大二次供水設施改造力度,減少老舊管網二次污染,提高入戶水質,滿足直飲需求,二次供水“最后一公里”環(huán)節(jié)成為目前飲用水的重點與焦點。本文通過對上海二次供水設施現狀的系統(tǒng)調查,梳理針對二次供水現狀存在的問題,提出高品質飲用水入戶改造實施策略。

1 上海市現狀二次供水設施存在的問題

根據上海市公共數據開放平臺以及上海市統(tǒng)計年鑒相關統(tǒng)計數據,截至2023年12月底,上海市存量住宅小區(qū)建筑面積共計7.49億m2。上海市自2007年啟動二次供水改造工作以來,共計完成2000年前的住宅二次供水改造接管工作約2.2億m2,另有約0.5億m2二次供水設施狀況較好的小區(qū)已經完成供水企業(yè)接管工作。故總計有2.7億m2住宅小區(qū)完成了供水企業(yè)接管,但仍有近4.79億m2住宅二次供水設施還未改造接管。

本次研究以中心城區(qū)2 278個約2.05億m2的2000年后住宅小區(qū)為樣本,采用現場實地調查的方式,對2 278個小區(qū)的二次供水設施進行了全面調查,調查發(fā)現現狀二次供水設施在供水系統(tǒng)設置、涉水材質、環(huán)境衛(wèi)生、運行模式及管理上均存在一定的問題,與實現高品質飲用水入戶還存在一定的差距,其具體情況如下。

(1)供水系統(tǒng)設置不合理,影響居民用水舒適度,且存在水質及管理安全風險

2000年后建成住宅小區(qū)的建筑類型分布與供水方式如圖1所示。數據顯示,2000年后建成住宅小區(qū)主要以高層住宅(8層及以上)為主,高層與多層(8層以下)并存的混合住宅小區(qū)次之,多層住宅小區(qū)最少。供水方式上,多層住宅小區(qū)以市政直供和變頻供水為主,占小區(qū)總數的81%,但仍有12%的小區(qū)為水泵水箱聯合供水;高層住宅以水泵水箱聯合供水為主,占小區(qū)總數的84%,約13%為變頻供水。

圖1 住宅小區(qū)建筑類型與供水方式分布

其中,水泵水箱供水主要存在問題如下。①從供水水質安全角度來看,水泵水箱聯合供水存在水池(箱)、屋頂水箱敞開等問題,增加了水質污染的安全風險。大部分小區(qū)水池、水箱總調蓄容積普遍偏大,在用水低峰時容易造成水齡偏長的問題,影響供水水質安全。存在一定數量生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)合用情況,包括水池(箱)生消合用、管道生消合用、泵房生消合用,由于消防系統(tǒng)中水為“死水”,平常不流動,生消合用容易造成消防儲水回流生活供水的風險,存在水質安全隱患。另外,從管理角度,兩者的權屬及管理主體也不一致,國家四部委《關于加強和改進城鎮(zhèn)居民二次供水設施建設與管理確保水質安全的通知》(建城〔2015〕31號)要求供水企業(yè)逐步“管水到表”,生活給水系統(tǒng)將由供水企業(yè)進行專業(yè)化管理。而消防給水系統(tǒng)是由物業(yè)進行管理,兩者管理主體不一致,生消合用容易產生職責不清、互相推諉的現象。②從居民用水體驗角度,屋頂水箱供水方式的頂層居民用水水壓普遍偏小,影響了居民用水的舒適度。③另外,在調查中還發(fā)現部分小區(qū)私自將水池廢除,采用水泵直接抽取市政管網的情況,違反了《城市供水條例》的有關規(guī)定,給公共供水造成安全隱患。

(2)涉水設施設備材質落后,帶來水質風險

調查數據顯示,2000年后住宅小區(qū)室外埋地管道仍存在一定數量的鑄鐵管、水泥管等,小區(qū)爆管或水渾投訴等情況時有發(fā)生;樓宇立管也存在一定數量鍍鋅鋼管、硬聚氯乙烯(UPVC)塑料管等禁用或落后管材(圖2)。由于鍍鋅鋼管易腐蝕,長時間使用后產生鐵銹,影響了水質與居民觀感,且其易結垢特性使得管道過水斷面大大減少,極易發(fā)生爆管的現象,目前該管材已經被嚴禁使用在給水管道工程中。UPVC管由于連接方式為黏結,黏結劑老化后管道連接處也容易發(fā)生爆管。同時,存在少量立管位于居民家中的情況,不便于后期維護管理。

圖2 樓宇管道材質分布

水池(箱)中59.53%為不銹鋼材質,同時有40.47%為鋼筋混凝土材質(圖3)。鋼筋混凝土材質水池(箱)雖然內壁貼有瓷磚,但是易出現瓷磚脫落現象,造成水池(箱)難以清洗干凈,并且由于水池(箱)內表面凹凸不平,容易滋生微生物,影響供水水質安全。部分不銹鋼材質水池(箱)由于產品質量問題或者水中氯離子長時間聚集,不銹鋼腐蝕破壞漏水等現象發(fā)生。

圖3 水池(箱)材質分布

水泵材質存在鑄鐵材質水泵,約占水泵總量的31%(圖4)。由于鑄鐵泵長期處于潮濕環(huán)境中,泵體普遍出現較為嚴重的銹蝕,部分出現漏水,影響了供水水質及水壓等。

圖4 水泵材質調查統(tǒng)計分布

(3)泵房環(huán)境不佳,存在衛(wèi)生安全隱患

調查發(fā)現,大部分泵房環(huán)境衛(wèi)生狀況不佳,泵房地面、墻面未作任何處理,泵房管理不到位,地下泵房陰暗潮濕,排水溝集水坑常年積水,夏季蚊蟲滋生,部分泵房廢棄雜物堆砌,上述情況嚴重影響供水安全,同時也給居民用水信心造成了一定的負面影響。

(4)運行模式不科學,水齡較長帶來水質風險

現有水池進水采用遙控浮球閥的進水方式,但浮球閥可調節(jié)的液位一般只有100～200 mm,所以只要用戶用水,水池液位下降到浮球閥開啟液位時,水池就進行補充,導致池內水位長期處于高水位運行,造成水池水齡較長,余氯衰減,帶來水質風險。

(5)智能化管理缺乏,安全管理存在漏洞,無法進行有效監(jiān)管

水質監(jiān)測方面,缺少水質在線監(jiān)測,無法及時有效掌握水質情況;泵房安全管理方面,基本采用人工管理模式,極少有設置智能化監(jiān)控設施,缺少安防、門禁及入侵報警系統(tǒng),安全管理存在漏洞,無法有效應對外人入侵對供水安全造成的隱患;二次供水運行監(jiān)管方面,缺少環(huán)境溫度、濕度、水浸、液位、水泵、能耗等關鍵監(jiān)測系統(tǒng),缺少補充消毒設施或者補充消毒設施屬于廢棄狀態(tài),對設施故障、泵房浸水等突發(fā)狀況無法及時應對。

綜上,居民小區(qū)二次供水設施在供水系統(tǒng)、供水材質、水齡控制以及智慧化運維管理上還存在較多的問題,與實現龍頭直飲的高品質飲用水入戶目標還有一定的差距。

2 二次供水高品質入戶工程建設與改造策略

為了穩(wěn)定二次供水水質,提升用戶對飲用水的信任感,針對二次供水系統(tǒng)與設施設備存在的主要問題,從供水系統(tǒng)模式、設施設備材質、泵房環(huán)境安全、智能化監(jiān)控等方面,提出二次供水系統(tǒng)改造與建設的技術要求與策略。

2.1 供水系統(tǒng)改造

2.1.1 二次供水模式對水質的影響

二次供水環(huán)節(jié)越多,水質風險點越多,同時會增加維護管理的困難。根據張駿鵬等[1]開展了不同二次供水模式下的余氯衰減及異養(yǎng)菌總數(HPC)情況對比研究,結果顯示:水池+變頻供水模式小區(qū)用戶表前總氯較泵房進水管有一定下降,下降幅度不大,為17%左右,且質量濃度仍較高(>0.7 mg/L),HPC未有顯著上升,基本位于150 CFU/mL以下;水池+水箱供水模式小區(qū)水箱供水用戶表前總氯較泵房進水管有明顯下降(下降超過50%),HPC出現大幅度增加,基本接近了500 CFU/mL限值。綜合結果表明,從水質穩(wěn)定性角度,直接供水模式最優(yōu),其次是水池與變頻泵聯合供水模式,最后是水池水箱聯合供水模式。

2.1.2 供水系統(tǒng)改造建議

通過上述研究,在供水模式的選擇上,在市政管網水量及水壓有充分保障時,建議充分利用市政供水管網水壓直接供水,例如,位于水廠或加壓泵站附近小區(qū)的多層或低層建筑可采取市政直接供水模式。對于市政水壓無法滿足直接供水的,建議采用“水池(箱)+水泵變頻調速增壓”的供水方式,現狀為屋頂水箱供水的高層或多層建筑多可采取這種方式進行改造。對于部分小區(qū)由于場地受限,沒有條件進行水池+變頻模式改造的,在不影響市政供水管網正常供水前提下,經評估后可考慮采用疊壓供水方式,該方式無需設置調蓄水池,且占地面積小,目前技術應用也較為成熟。

同時,針對現狀生消合用帶來的水質風險及管理問題,應將現狀水池(箱)生消合用、管道生消合用、泵房生消合用等情況進行生消分離改造,消除因滿足消防用水儲備要求而引起的存水水量偏大等問題。

2.2 涉水設施設備材質

供水設施材質是輸配過程水質穩(wěn)定的關鍵影響因素之一,主要包括室內外給水管道、閥門等附屬設施、水池(箱)、水泵等所有與水接觸的設施設備,要防止因涉水材質銹蝕、滲析等引起的水質變化。

2.2.1 不同材質對水質的影響研究

給水管道是二次供水系統(tǒng)的重要涉水組成,目前常用供水管材包括球墨鑄鐵管、鋼塑復合管、PP-R管、PE管、PVC管、不銹鋼管等。根據李欣等[2]對給水管材對供水水質的影響研究中發(fā)現,塑料管存在在水中發(fā)生溶解反應并浸出化學物質以及土壤污染物通過管壁滲入管內污染水質的現象。另外,童禎恭等[3]分析了美國、德國、英國等國家以及我國臺北市的供水管材使用情況,發(fā)現球墨鑄鐵管是城市供水管網的主要管材,并提出由于球墨管的衛(wèi)生性能、承壓力、延伸率、剛度、規(guī)格、接口及使用壽命等均較其他金屬或非金屬管材性能優(yōu),是城市供水的理想管材。鐘麗錦等[4]對日本東京供水管網漏損預防管理研究發(fā)現,東京通過二十世紀七八十年代開始逐步將配水管更換為球墨鑄鐵管以及將供水入戶管網更換不銹鋼材質管道的工作后,其管網漏損率從20%降到2007年僅有3.3%,這也大大減少了渾水的發(fā)生。故球墨鑄鐵管及不銹鋼管道的使用對供水安全包括供水水質均有極大的提升和保障。

另外,針對管道生物膜及消毒副產物的影響研究,陳停等[5]通過模擬了實際供水情況對PE管、鑄鐵管、不銹鋼管3種管材生物膜特征及消毒副產物生成勢影響進行研究,試驗中發(fā)現不銹鋼管總有機碳(TOC)、HPC、三磷酸腺苷(ATP)、三鹵甲烷(THMs)及鹵乙酸(HAAs)生成明顯優(yōu)于其他兩種管材,且不銹鋼管在生物膜中細菌菌落豐度最低;分析認為主要是由于不銹鋼材質表面光滑且為疏水,在pH值為7的條件下略帶負的表面電荷,容易形成耐腐蝕的鉻氧化膜,使得細菌不易附著在不銹鋼表面,故其生物膜附著最少,且與氯反應生產的消毒副產物最少。Percival等[6]研究不同管材對生物膜生成的影響,認為316不銹鋼管較304不銹鋼管更不利于生物膜的附著?？梢?從水質穩(wěn)定性來看,不銹鋼管具有明顯的優(yōu)勢。

從標準來看,《綠色建筑評價標準》(GB/T 50378—2019)已將不銹鋼管及銅管列入評分加分項,《建筑與小區(qū)管道直飲水系統(tǒng)技術規(guī)程》(CJJ/T 110—2017)、北京市《城鎮(zhèn)二次供水技術規(guī)程》(DB 11/T 1494—2017)、《深圳市優(yōu)質飲用水入戶工程建設指引(試行修訂)》等均推薦室內管道采用不銹鋼管。

2.2.2 涉水設施設備材質建議

通過上述研究,從水質穩(wěn)定、管道維護、用戶信任感等角度綜合考慮,高品質飲用水入戶工程建設建議:室外埋地管公稱直徑≥100 mm管道采用球墨鑄鐵管,管道公稱直徑<100 mm采用覆塑不銹鋼管道;建筑樓宇內管道管材推薦使用不銹鋼管材。目前的不銹鋼管道材質主要有S30408、S31603等多種牌號,根據《薄壁不銹鋼管道技術規(guī)范》(GB/T 29038—2012)規(guī)定,S30408及S30403允許的氯化物質量濃度為≤200 mg/L,S31608、S31603及S11972(SUS444)允許的氯化物質量濃度≤1 000 mg/L。上海市水務局官網公布近7年(2015年9月—2023年2月)中心城區(qū)出廠水水質指標數據,顯示氯化物質量濃度基本維持在70 mg/L以內,僅在2019年12月和2022年10月—2023年2月達到145～194 mg/L,并考慮樓宇立管一般敷設于管道井或外敷防凍措施,對管材有一定保護作用。因此,上海供水管道不銹鋼材質選用S30408即可,在經濟條件許可情況下可選用耐氯離子腐蝕更強的S31603不銹鋼管。

水池(箱)是重要的調蓄設施,考慮到水池(箱)水面與頂蓋之間存在氣水混合面,水箱外表面時常接觸潮濕、灰塵等環(huán)境,均易發(fā)生點蝕,因此,水池(箱)建議采用耐腐蝕更強的S31603或S11972(SUS444)材質。水泵及閥門等設施,其材質與管道材質一樣,可采用S30408不銹鋼材質。

2.3 泵房環(huán)境衛(wèi)生

供水泵房是二次供水的核心區(qū)域,泵房環(huán)境不僅影響供水水質,也影響居民對供水水質安全的信任度,應從環(huán)境衛(wèi)生、噪音震動防護、泵房安全等方面提升泵房建設要求。

噪音振動方面,為減少泵房噪聲對居民的影響,建議泵房設置在住宅建筑投影線外,選用的水泵噪聲和振動應分別符合國家標準《泵的噪聲測量與評價方法》(GB/T 29529—2013)及《泵的振動測量與評價方法》(GB/T 29531—2013)中的A級要求。

環(huán)境衛(wèi)生方面,應該按食品存儲安全的環(huán)境進行要求,保證清潔、干燥、寬敞明亮;建議泵房地面、墻面進行瓷磚貼面,頂板進行吊頂,房間內保證良好的通風;潮濕地區(qū)為防止冷凝結露等影響,還應設置除濕設備;泵房應做好防蚊、防鼠、防塵措施,泵房及周邊5 m范圍內不得存放易燃、易爆、易腐蝕的物品,距滲水坑、堆放垃圾等污染源不應小于10 m,泵房內不應有排水管道穿越。泵房內應設置獨立排水系統(tǒng)和地面積水探測報警裝置。

2.4 水齡控制及智能化管理措施

高品質飲用水的建設關系到居民的身心健康,故需要對供水的各個環(huán)節(jié)進行全時段的有效監(jiān)管,光靠人工的手段是無法實現的,只有通過智能化手段進行監(jiān)控才可實現用戶龍頭的水持續(xù)穩(wěn)定達標。

2.4.1 水齡控制措施

應通過信息化手段優(yōu)化水池的水齡,降低水在水池內的停留時間,穩(wěn)定水質。水齡控制系統(tǒng)主要包括液位傳感器、電控閥門、液位控制閥和邏輯控制器。電控閥門的啟閉與設置于水池內的液位傳感器聯動,其啟閉液位可調,從而實現水池調蓄容量可調;啟閉液位的確定主要根據水池長時段進水量和用水量,通過算法編程預測計算得出。采用水齡控制系統(tǒng)后,水池的調節(jié)容積可根據用水高低峰時段進行變化,即在用水高峰時段水池不進水,在其余時段進水,達到“低進高出”,真正發(fā)揮水池的調峰作用,從而達到控制水池水齡最優(yōu)。這不僅實現了水池容積根據用水季節(jié)及用水人數的變化可變,保證水池供水水質基本與市政水質同質,同時削峰填谷進水模式還可以有效降低市政管網壓力波動,實現市政供水的運行安全及節(jié)能降耗[7-8]。

2.4.2 二次供水智能化監(jiān)管

(1)設置水質在線監(jiān)測系統(tǒng)。二次供水設置水質在線監(jiān)測系統(tǒng),隨時掌握小區(qū)供水水質,并根據水質情況及時預判或處理供水環(huán)節(jié)中出現的安全隱患。水質在線監(jiān)測重點指標包括渾濁度、余氯、水溫等,監(jiān)測位置宜設置在二次供水設備出水管處。

(2)設置安防、門禁及入侵報警系統(tǒng)。二次供水設施量大范圍廣,傳統(tǒng)的人工監(jiān)管模式無法實現安全保障,建議通過設置視頻監(jiān)控、門禁及入侵報警系統(tǒng)來確保管理安全。

(3)設置環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫濕度傳感器、水浸傳感器、數據采集及輔助設施組成,可實時監(jiān)測泵房運行環(huán)境,包括溫度、濕度、地面積水、柜門狀態(tài)。其中,水浸傳感器在積水時發(fā)出報警信號,并可聯動關閉該泵房進水總閥。溫濕度傳感器可與泵房送排風、除濕設備進行聯動。通過環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng),保障了泵房環(huán)境的干燥,降低了細菌滋生的風險。

(4)在泵房內設置顯示屏,顯示在線水質實時信息,并傳入小區(qū)公共顯示平臺中,讓物業(yè)、居民能夠隨時掌握小區(qū)水質的具體情況,增強居民用水信心。

(5)設置能源管理系統(tǒng)。基于“雙碳目標”背景,為實現二次供水的綠色低碳發(fā)展,建議對二次供水涉及的能耗系統(tǒng)進行監(jiān)測管理,主要包括水泵、紫外消毒設備、除濕機、風機、照明等,通過設置智能電表等方式,掌握耗電情況,為優(yōu)化管理提供依據。

(6)建立云平臺,存儲記錄泵房設施、設備相關運行參數的實時數據。

3 結論

二次供水“最后一公里”環(huán)節(jié)成為目前飲用水的重點與焦點,是實現高品質飲用水目標的核心環(huán)節(jié)。目前上海市居民住宅小區(qū)二次供水設施現狀在供水系統(tǒng)、供水材質、水齡控制以及智慧化運維管理上還存在較多的問題,與實現龍頭直飲的高品質飲用水入戶目標還有一定的差距。本研究通過提出優(yōu)化供水模式、提高材質要求、規(guī)范泵房建設、加強水齡控制、推動智能監(jiān)控等措施與手段,來實現提升二次供水系統(tǒng)的水質保障能力,提升居民用水的獲得感和對飲用水安全的信任感,為滿足直飲需求目標的高品質飲用水入戶建設提供技術解決路徑。