針對管道直飲水系統的相關研究

摘 要：管道直飲水提供可以直接飲用的優質水源，屬于城市內的供水首選供應類型，也是城市建設中的首要任務。管道直飲水系統，其在建設中，存在一定的難度，不僅要保障穩定的運輸，更要確保水源的清潔性。近幾年，城市建設中，提高了對管道直飲水的重視度，致力于規范管道直飲水的系統建設，改善管道直飲水的方式，確保其在運行中的經濟與社會效益。因此，本文重點研究管道直飲水系統的相關內容。

關鍵詞：管道；直飲水；系統

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

0 引言

管道直飲水系統，必須達到飲用水的質量標準，為居民提供清潔的水源，以免飲用水不達標。管道直飲水系統建設中，面臨著工業進程的影響，導致水源受到明顯的污染，不能滿足居民的飲水需求，而傳統的管道用水，存在工藝上的缺陷，致使管道內存在污染物，不利于人體健康。管道直飲水系統，是城市飲用水系統建設的主要對象，用于日常的居民飲水。我國在管道直飲水系統建設方面，提出了質量上的要求，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，優化管道直飲水的系統環境。

1 管道直飲水系統的優勢

管道直飲水系統，與瓶裝、桶裝水，有較大的區別，此類飲水方式，表現出工業化的效果[1]。根據管道直飲水系統的運行，分析此類飲水方式的優勢，如：（1）管道直飲水，不會受到環境的影響而出現惡化，污水、廢水的排放，都不會污染到管道直飲水系統內的水源，具有全面、整體的保護作用；（2）此類用水系統，解決了有機物的污染問題，傳統的飲水管道，采取了加氯消毒的方法，但是很難去掉水體內已經溶解的有機物，在很大程度上增加了水源的污染性，而管道直飲水系統，很明顯的改善了飲用水源的質量，保證了居民用水健康；（3）管道直飲水工藝效率高，經過多種工藝組合，深層次的處理管道內部的水資源，實現綠色、環保的水源應用，而且預防二次污染，保障管道內水資源的可靠性。

2 管道直飲水系統的設計

2.1 管道系統設計

以神東煤炭集團小區住宅樓房內的管道直飲水系統為例，分析管道系統的實踐設計。在住宅樓公共水暖井中，引出了直飲水管道系統的立管部分，通過供水支管，直接供應到住宅的廚房內。支管管道比較長，將水表安裝在廚房內，管道中設計了循環方式（一供一回），提高直飲水的質量。

2.2 深度處理設計

深度處理設計，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，以實現的水源的深度處理[2]。

（1）微濾（MF）：孔徑一般為0.1～1um，工作壓力小于0.2MPa，過濾原理為篩分機理，部分大分子可以透過該膜，可去除懸浮物、細菌、藻類等，微濾工藝制水成本低、產水率高，但其對色度、重金屬、有機物、病毒等去除效果差、當進水水質較差或水質不穩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，其分離機理主要依靠物理的篩分作用，小分子物質可以透過該膜而大分子物質則被阻在膜外。可以除去水中的膠體粒子、有機物、細菌、病毒，改善水質的感官性狀，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、當進水水質有機污染較嚴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離子，對一價離子的去除率達20%～40%，能保留部分一價離子，同時有效去除水中的有機污染（可截留分子量300以上雜質），出水礦化度及硬度較低，但其產水率較低通過膜組件組合獲得較高回收率，可達75%左右。另外處理費用也相對較高。

（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、一價離子，去除率達95%～99%，對無機污染及有機污染均能有效去除。但用作直接飲用水凈化的缺點是將水中有益于人體健康的無機離子幾乎全部去除，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。

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

3 管道直飲水系統的構成

設備構成是管道直飲水系統的重要組成。以神東煤炭集團補連塔直飲水站為例，分析管道直飲水系統內的設備構成。凈水站設計處理規模為350m3/d（，供水水質要求達到《飲用凈水水質標準》（CJ94-2005），原水經過處理后，經變頻水泵機組供水至補連塔礦附近住宅樓、辦公樓、食堂等各用水點。

處理工藝如圖1。

3.1 廠站主要工藝設備

補連塔管道直飲水系統主要構成設備的參數要求，如：（1）臭氧發生器功率為1.44KW，反應罐1臺，不銹鋼材質，尺寸大小為：Φ2.0m*5.2m。（2）原水水箱。水箱采用不銹鋼材質方形水箱，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，（考慮納濾設備75%的產水率），過濾濾速為8.25m/h。反沖洗采用氣水聯合反沖洗，氣沖氣沖采用空壓機方式，氣沖強度15L/m2.S，水沖時強度為6L/m2.S。通過活性炭過濾將能去除原水中大部分的雜質、懸浮物、色度以及部分有機物，減小了膜過濾的處理負荷，保障出水水質，延長膜的使用壽命。配套設備反沖洗水泵2臺：Q=80m3/h， H=32m，N=11KW，一用一備；空壓機1臺Q=3.5m3/min， 排出壓力0.7MPa，N=7.5KW（與臭氧發生系統空壓機合用）；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，經過活性炭過濾后，在進入納濾及反滲透膜處理之前需經過精密過濾最為最后一道保障，以確保進水中沒有顆粒性的雜質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。經活性炭過濾后，原水進入膜處理裝置。膜處理工藝是直飲水處理工藝的核心部分，經過膜處理后出水達到直飲水的水質要求。配套設備膜清洗裝置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。配套設備二氧化氯發生器2套（1用1備），有效產氯量為30g/h， N=0.8KW。

3.2 管網敷設

管網是管道直飲水系統的重要組成部分，負責系統內的水源運輸[3]，全部輸水管道采用不銹鋼材質，結合補連塔直飲水系統內管網的敷設應用，主要探討管網的敷設原則、實踐和注意事項。

首先是該直飲水系統在管網敷設上的原則，分析如：（1）循環原則，該管道直飲水系統內，設計了循環管，供、回水的管網，采用全日循環的方法，保證直飲水水質的質量。（2）回水設計時，在流回至凈水箱之前設置精密過濾器、紫外消毒工藝，避免供水在管網循環過程中受到污染。（3）供水采用變頻恒壓供水設備，以水泵出水端水壓（或用戶用水流量）為設定參數，通過微機自動控制變頻器的輸出頻率從而調節水泵電機的轉速，實現用戶管網水壓的閉環調節，用水量增加時，頻率提高，水泵轉速加快；用水量減少時，頻率降低，水泵轉速減慢。這樣就保證了整個用戶管網隨時都有充足的水壓（與用戶設定的壓力一致）和水量（隨用戶的用水情況變化而變化）。

另外管網敷設的注意事項，如：（1）管道直飲水系統的管網，要單獨設計，不能與該大樓的給排水、市政管網共用管道；（2）簡化管道直飲水系統管網的布置，住宅樓、辦公樓、食堂等構筑物的循環回水管道到達室外后，再安裝流量平衡閥，避免影響管網的流暢性；（3）配水管網結構，立管的上端、下端，都要設計好閥門裝置，還要在管網的對應位置，設計檢修閥門，方便直飲水系統管網的后期檢修，低端部分還要設計排水閥，高端設計排氣閥，解決滯水存留、污染的問題；（4）由于北方天氣寒冷，夜間氣溫可達零下20℃，住宅樓內樓梯間立管增加電伴熱，確保樓道內立管輸水暢通。

3.3 直飲水廠站管理

直飲水廠站是管道直飲水系統的核心，結合運行實際相比常規凈水處理廠有以下優點：（1）直飲水廠站內部實現無人操作，全自動控制，給水系統封閉處理，確保了水質安全。（2），運行人員較少，運行成本降低。值班室作為整個直飲水系統操作、處理、統計、維護和監管的中心，集中管理的整個監控系統。監控軟件主要負責同現場的通信設備進行協作運行，把采集到的數據經過計算后以圖表或者數據的形式進行顯示，同時還需要進行設備故障報警、發出聲光信號、進出水水質數據等，為管理人員操作提供依據，降低了勞動強度。

3.4 管道直飲水系統內的技術

該管道直飲水系統內的技術，主要包含了臭氧氧化、活性炭、膜處理等三種核心技術：

（1）臭氧氧化技術：利用氧氣改善直飲水的水質，轉化水中的長鏈大分子，促使其以短鏈小分子的狀態存在，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，迅速反應，按照管道直飲水系統的需求，其可分為三個部分，分別是預氧化階段，裂解直飲水內的大分子，方便后期的臭氧氧化處理，基本用于處理天然的有機物；中間氧化，用于降解反應過程中出現的消毒副產物，尤其是含氯消毒劑引起的三聚物質，以免影響直飲水的水質，進而保障管道直飲水系統的整體安全性；最終氧化階段，更大程度的去除水源內的微生物。臭氧氧化技術，在管道直飲水系統內，比較注重各項技術的配合使用，而不是只采用單一的處理技術。

（2）活性炭技術：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，可有效保證后級設備使用壽命，提高出水水質，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余氧中毒污染。同時還吸附從前級泄漏過來的小分子有機物等污染性物質，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。可以進一步降低RO進水的SDI值，保證 SDI<5，TOC<2.Oppm。該管道直飲水系統，采用生物活性炭技術需定期進行反沖洗，以免堵塞活性炭的多孔結構，保障活性炭技術的使用效率。

（3）膜技術。深度處理設計中分析了幾種與膜技術相關的應用，膜技術是管道直飲水內最常用的技術方法，利用不同的膜孔，過濾有機、無機成分，不涉及化學試劑的應用，大大改善管道直飲水的水質。管道直飲水系統內，可以針對不同的水質，可以選擇不同的膜技術，保證管道直飲水系統內的水質安全。

4 管道直飲水系統的維護

管道直飲水系統的維護工作，是運營期間不可缺少的部分。不論是水質檢測還是設備維修，都關系到管道直飲水系統的應用。水質監測時，專門配置相關的檢測儀表，用于檢測直飲水系統內的水質指標，促使水質達到相關國家標準[7]。水質檢測的過程中，要特別注意pH、水溫、余氯等參數變化，必須始終保持在達標狀態。在設備日常維修方面，必須按照設備操作說明當中規定的維護方式，由現場管理單位，統一安排維護工作，定期檢查系統設備的使用狀況。除此之外還要加大管道直飲水管網巡查力度，及時發現并處理管網系統是否存在漏水、銹蝕的現象，確保管道直飲水系統，處于高質量、高性能的運行狀態，實現系統長期穩定運行，保障居民飲水安全。

5 結束語

管道直飲水系統，具有一定的經濟效益，而且存在明顯的優勢，結合該系統的設計，選擇出對應的工藝和技術，同時安排好運行維護的措施，促使管道直飲水系統處于高效的運行狀態，管道直飲水系統的目前發展非常快，并表現出長期告訴發展的狀態，隨著今后管道直飲水系統的不斷增多，不僅推動了城市水利資源的建設，而且規模和數量都在逐漸擴大，這將成為我國實現城市分質供水，確保居民飲水安全新的解決方式。

參考文獻：

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[2]王君.管道直飲水系統分析與工程應用[D].天津大學，2012.

[3]楊靜.管道直飲水技術及設計要點[J].市政技術，2012（05）：60-63.

[4]王君.管道直飲水系統應注意的問題[J].給水排水動態，2009（01）：23.

[5]許奇泉.居住小區管道直飲水系統的設計探討[J].福建建筑，2010（07）：111-112.

[6]彭海清.城市管道直飲水系統設計[J].萍鄉高等專科學校學報，2010（03）：38-40.

[7]李曉燕，姚鳳蘭，李英杰.管道直飲水系統現狀及發展趨勢[J].科技與企業，2014（14）：172.

作者簡介：張潔（1984—），男，陜西渭南人，主要從事：負責神東礦區供排水方面的技術和運行管理。