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管道分質供水系統的組成及工程設計
 
    在新建居民小區內實施管道分質供水(即一套管網輸送自來水用于洗滌、綠化等居民雜用,另設一套管網將自來水或地下水經過專門的水處理設備深度處理后得到的優質飲用水輸送到居民家中專供飲用)是目前改善我國城市居民飲水水質的切實可行的辦法。同時,管道分質供水在房產開發初期可有效提升小區品位,項目實施后還可以給投資者帶來可觀的經濟效益,因而也引起了房產開發商的廣泛興趣。 
1 水質標準 
  目前,可供管道分質供水采用的水質標準有:①《飲用天然礦泉水》(GB8537—1995),該標準規定飲用天然礦泉水以含有一定的礦物鹽、微量元素或二氧化碳氣體為特征,具有較高的營養價值和保健作用;②《飲用凈水水質標準》(CJ94—1999),該標準給出了飲用凈水的概念,規定了某些水質指標(如COD、總有機碳、重金屬、硬度、TDS等)的上限含量值,但未規定硬度、TDS等反映礦物質含量的水質指標的下限值;③《瓶裝飲用純凈 水衛生標準》(GB17324—1998),該標準給出了純凈水的定義,要求純凈水的電導率≤10μS/cm。 
   由于天然礦泉水開采量有限,同時考慮到人體健康的需要,筆者認為實施管道分質供水最好采用“飲用凈水”。 
2 管道分質供水系統組成 
  管道分質供水系統的核心由4大部分組成:優質飲用水設備、變頻恒壓供水設備、供水管網和管網水循環殺菌設備。 
2.1 優質飲用水設備 
  優質飲用水設備是自來水深度凈化處理的核心裝置,應用于管道分質供水工程的制水設備應生產含有微量元素和礦物質的優質飲用水。目前,優質飲用水的生產工藝一般為:預處理系統+膜過濾+殺菌。根據原水水質狀況,可選擇微濾、超濾和納濾技術生產優質飲用水,但當原水電導率較高時采用一級反滲透亦可獲得含有一定量礦物質的優質飲用水。納濾膜既能有效去除原水中的有害物質(如有機物、重金屬、細菌、病毒等),又能部分脫鹽、去硬度、適量保留原水中的部分礦物質、能耗又不高,因而不失為優質飲用水生產的最佳膜技術。在小型和中型飲水處理系統中,可選用的預處理系統包括微絮凝過濾、砂濾或錳砂過濾、活性炭吸附、軟化、精濾和pH控制等[1]。 
   需要注意的是,在管道分質供水工程中選用的凈水設備應具有國家衛生部頒發的“凈水產品 衛生許可證”。為了保障人民群眾的身體健康和規范市場,國家建設部和衛生部曾于1996年7月聯合發布第53號令《生活飲用水衛生監督管理辦法》,該辦法規定任何單位和個人不得生產、銷售、使用無衛生許可證的水質處理器。 
2.2 變頻恒壓供水設備 
  傳統的供水模式采用屋頂水箱和水泵聯合供水,水質容易受到二次污染,供水不安全。在分質供水工程中采用全自動恒壓變頻供水裝置直接提升供水,衛生、安全、可靠,用戶隨時都能飲用新鮮水,避免了二次污染,且設備占地小、性能穩定、能耗低。 
2.3 分質供水管網 
  分質供水管網的設計、施工及管材對管網末梢出水達到飲用凈水水質標準尤為重要。分質供水管網為系統調試和管網維護提供了必要的條件。分質供水管網的設計不同于普通自來水管網的設計,其核心是:分質供水管網要使凈水循環流暢,盡可能不存在死角。循環流暢的意義在于管網中未被用戶使用的水必須能夠及時流動和經過管網消毒系統回流至凈水水箱,而不是在某段管道中長時間停留,否則極易造成管網二次污染、滋生細菌。 
2.4 管網水循環消毒設備 
  管道分質供水必須做到“打開龍頭即能生飲”。除了要做到優質飲用水設備出口水質達標外,確保飲用凈水在經過管網長距離輸送后到用戶用水點仍然能隨時生飲是分質供水工程的難點之一。為此,有必要在管網上設置管網水定時循環消毒裝置。此管網消毒裝置不僅要有很強的瞬間殺菌能力,而且要有持續殺菌作用,這樣才能確保管網水的衛生安全,有效防止二次污染。 
3 管道分質供水系統設計 
3.1 工程概況 
  該小區為南方某市一新開發的綜合性花園小區,共有3幢高層住宅,分別為28層、30層、31層,共有500戶,占地面積為2.5×10 4 m 2 ,建筑面積為6.5×10 4 m 2 。 
3.2 水量的確定 
  管道分質供水工程用水量的確定尚無相關標準資料。筆者認為,分質供水中人均用水量的確定應立足長遠,綜合考慮飲用、燒湯、做飯、洗瓜果的需要,并根據不同的小區定位和消費群體加以調整,一般取4~6L/(人·d)比較合適。由于該小區面向工薪階層,設計時人均用水量取5L/(人·d)。以每戶3.5人計算,小區用水總量約為8.75m 3 /d。以設備每天運行8h計,則平均產水量最少為1.09m 3 /h。 
   由于小區戶數少,用水量集中,時變化系數Kh取4,則最大時供水量約為4.35m 3 /h。綜合考慮設備投資和平均用水量、最大用水量,選定額定產水量為1m3/h的納濾膜優質飲用水設備一套,配備一4m 3 的凈水水箱,恒壓變頻供水設備最大供水量為5m 3 /h。所有設備集中布置在底層由水泵房改裝的設備間內。 
3.3 供水管網的設計 
  分質供水管網采用下行上給的供水方式。3幢高層的分質供水管網共分為兩個區域進行供水,低區為1~14層,高區為15~31層。高、低區管網分別設置,相互獨立且互不干擾,由兩套完全獨立的恒壓變頻裝置進行供水。所有立管均設置在管道井內,每個管道井內的供水立管在每個層面負責3戶居民的分質供水;由于管道井至用戶的距離較長,而供水支管過長易造成二次污染,為了確保管網末梢出水水質,所有供水支管都有循環管路,即采用全額循環回水管網形式。為了確保高峰用水量并保證管網內未用完的凈水完全及時回流,管網流量按最高日、最大時流量設計,回水管網管徑比給水管網管徑小以便獲得較高的流速。如果將回水再經過優質飲用水設備處理一次,則一方面造成水的浪費,一方面無形中增加了不必要的運行費用?紤]到管道內水長時間滯留后的主要問題是微生物污染,因而將回水直接回流到凈水水箱,再經管網循環殺菌器循環處理即可。 
   管網水定時循環殺菌為全自動運行。同時,為配合管網的調試和今后的維護工作,管網設計應保證系統在投入運行一定時間后管網能夠清洗、放空。在每個立管和支管上均設有電動閥和旁通手動調節閥門,在立管的頂部設置排氣閥,有的立管部位設置減壓閥。所有立管均安裝有伸縮節,所有橫管以一定的坡度坡向最低處并設置排空閥。所有閥門均為不銹鋼材質。為保證管網末梢的水壓,除了供水裝置出口水壓滿足要求外,在幾個有代表性的最遠點安裝有壓力表以便檢測管網末梢水壓。 
   由于該工程為高層供水,管網(特別是立管)水壓較高。為了保證供水安全,同時盡量節約投資,立管采用強度高的鋼塑復合管,支管采用PPR管。 
3.4 管網水循環殺菌方式 
   由于不能保證管網內的所有凈水在同一時間用掉,必然有一部分凈水在管網內要停留一定甚至相當長的時間,因而除了制水設備本身的殺菌外,定時對管網內的水進行循環和殺菌是完全必要的。 
   應用于管道分質供水管網循環殺菌技術的基本要求是:瞬間殺菌能力強、有一定的持續殺菌能力、不影響水立即飲用時的口感、操作簡單、維護方便。傳統的消毒方法有:加氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。加氯(氯氣、二氧化氯)消毒廣泛使用在自來水廠的水處理工藝中,雖然具有持續殺菌能力,但嚴重的漂白粉氣味使得用戶難以接受,而且實地操作不安全。紫外消毒雖具有瞬間殺菌效果,但無持續殺菌能力。臭氧的氧化性強,在管道內可能會與凈水中的微量元素和礦物質發生化學反應,生成沉淀或膠體物質;同時,管道分質供水不同于桶裝水,剛剛消毒過的水也可能會馬上被飲用,而剛剛加進去的臭氧會影響水的口感,使人生厭,因此臭氧殺菌亦有一定的局限性。 
   同濟大學研制的電場水處理器(微電解殺菌器)利用研制的特殊金屬電極,使流經水處理器的水在微弱的電場中產生大量具有極強和廣譜殺生能力的活性中間物質(如羥基自由基、初生態O和H 2 O 2 等活性氧),并在電場、催化和氧化等協同作用下殺滅水中的病毒、細菌,其單程殺菌效果>99.99%,屬于純物理方式的殺菌方法,殺菌過程不添加任何化學物質,占地小、使用方便、安全且沒有任何副作用。殺菌過程中不改變水的化學及物理性能,處理后的水還具有很強的持續殺菌能力,是管道分質供水系統管網循環殺菌的理想產品。該工程分兩個區各采用一套1m 3 /h的微電解殺菌器。管網水每天定時自動循環兩次。循環時間避開高峰用水時間,選擇凌晨4點和每天下午1點循環開始進行。 
4 結語 
  管道分質供水作為一項適應我國國情的、改善我國城市居民飲水水質的可行方式已經為各級政府和市場所廣泛接受,同時也成為提升生活小區品位的一個亮點,但作為一個新的事物,目前還缺乏相應的設計標準和管理規范?上驳氖墙ㄔO部已著手組織編寫相應的設計規范,政府部門如上海市水務局和住宅發展局已經對實施管道分質供水的單位實行“資質證書”管理制度,衛生防疫部門對管道分質供水系統竣工后的驗收和抽檢也已加大了管理力度。
 

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