直飲水投入運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)比較及廢水回收的解決方案

朱建華

摘要：闡述了直飲水發(fā)展的歷史背景和在日常工作生活中應(yīng)用的現(xiàn)狀，以具體項(xiàng)目案例為依據(jù)，充分的對直飲水的應(yīng)用規(guī)范、工藝流程、設(shè)備技術(shù)以及加壓設(shè)備的選型、部分主體設(shè)備的配置、直飲水的經(jīng)濟(jì)比較、在線監(jiān)測、廢水回收利用和主要指標(biāo)等多個方面的內(nèi)容進(jìn)行了論證介紹。

Abstract： This paper expounds the historical background of the development of direct drinking water and the present situation of its application in daily work and life. Based on specific project cases， it sufficiently carries out demonstration and introduction of the application norms， technological process， equipment technology， selection of pressurized equipment， configuration of some main equipment， economic comparison of direct drinking water， on-line monitoring， waste water recovery and utilization， and main indicators of direct drinking water.

關(guān)鍵詞：直飲水;經(jīng)濟(jì)比較;學(xué)校直飲水;直飲水設(shè)備及技術(shù);直飲水廢水回收利用

Key words： direct drinking water;economic comparison;direct drinking water in schools;direct drinking water equipment and technology;direct drinking water wastewater recovery and utilization

中圖分類號：TU991? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0057-04

0? 引言

目前大多數(shù)家庭都是飲用自來水并進(jìn)行簡單過濾來提高水的品質(zhì)，或者是桶裝水。由于桶裝水存在一些缺陷：一是飲水機(jī)濾芯需定期更換否則無法保證水質(zhì)安全，且根據(jù)水質(zhì)情況周期不定更換頻繁費(fèi)用高。二是桶裝或瓶裝飲用水從出廠到飲用期間，常常要存放很長時間，靜止?fàn)顟B(tài)存放的水會因分子鏈狀結(jié)構(gòu)加長，亞硝酸含量增高等因素而老化變質(zhì)不宜飲用。三是桶裝水市場混亂，缺乏有力監(jiān)管，無良商販肆虐，質(zhì)量得不到保障等問題。管道直飲水的應(yīng)用可避免以上桶裝水的缺陷。管道直飲水可有效過濾各類污染物質(zhì)，達(dá)到生飲標(biāo)準(zhǔn)，且成本相對較低，成為越來越多人們的新選擇[1]。此文以供水轄區(qū)內(nèi)中小學(xué)直飲水項(xiàng)目為例，通過為學(xué)校提供便捷的直飲水方案，不僅可以提高飲水品質(zhì)，保障飲水安全，而且還可以大幅度節(jié)約飲水成本。

1? 管道直飲水和桶裝水的比較

1.1 經(jīng)濟(jì)性對比

1.1.1 直飲水方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

直飲水系統(tǒng)設(shè)備購置安裝費(fèi)用總計(jì)為440000元，設(shè)備安裝調(diào)試后，在無操作失誤以及外界因素、人為損壞情況下，質(zhì)保期為兩年。質(zhì)保期內(nèi)免費(fèi)提供服務(wù)。服務(wù)內(nèi)容包括濾芯更換（濾芯每3個月更換一次，兩年更換8次已含8套備件）。

1.1.2 直飲水全年運(yùn)行成本

根據(jù)學(xué)校提供的數(shù)據(jù)獲知，本直飲水系統(tǒng)服務(wù)人數(shù)約為1500人，按每天每人飲水量2L計(jì)算（0.002m3），則每日全校飲用水量為3m3/d，廢水和成品水比例為3：1，實(shí)際用水水量12m3/d。全年教學(xué)日約為167天。文教衛(wèi)生類水價為5.55元/m3。直飲水設(shè)備每天運(yùn)行8小時，設(shè)備運(yùn)行小時電量6kWh，電費(fèi)0.49/kWh。

水費(fèi)：12m3/d×167天×5.55元/m3=11122.2元

電費(fèi)：6kWh×8小時×0.49/kWh×167天=3927.84元

設(shè)備維修、更換費(fèi)用：兩年質(zhì)保后，需更換濾料，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行;每年更換總費(fèi)用：42000元，具體費(fèi)用構(gòu)成如下：活性炭、石英砂、錳砂：6000元;軟化樹脂：按每半年添加一次，全年費(fèi)用11000元;過濾濾芯：1500元;工業(yè)用鹽：6000元;紫外線燈：10000元;膜元件更換：美國海德能5支×1500元/支=7500元。

1.1.3 廢水利用節(jié)約費(fèi)用

市面上普遍的直飲水通過RO系統(tǒng)后產(chǎn)生的廢水直接排出，廢水和成品水比例為3：1。造成用水成本的增加。該方案的技術(shù)是將RO系統(tǒng)排出的濃縮水直接供給中水水箱。濃縮水除了含鹽量比自來水高，其他多數(shù)指標(biāo)，如濁度、色度、余氯、嗅和味、有機(jī)物、懸濁物、膠體、COD（化學(xué)耗氧量）、TOC（總有機(jī)碳）、SDI（污染指數(shù)）等等，都比自來水還要好。學(xué)校恰好需要大量的水來用于打掃衛(wèi)生、沖廁所、綠化用水等，可以把濃縮水用在這些地方。

全校飲用水量為3m3/d，廢水和成品水比例為3：1，每日廢水量為9噸。將廢水排入中水泵房供打掃衛(wèi)生、廁所沖洗、綠化用水等用途，日節(jié)省5.55元/m3×9m3=49.95元，年節(jié)省40.9元/d×167天=6830.3元。

1.1.4 利用直飲水方案供水，費(fèi)用合計(jì)

第一年費(fèi)用包含：系統(tǒng)設(shè)備購置安裝440000元，全年水費(fèi)11122.2元，全年電費(fèi)3927.84元，系統(tǒng)設(shè)備購置安裝+全年水費(fèi)+全年電費(fèi)=455050.04元，全年廢水利用節(jié)省費(fèi)用6830.3元。

第二年費(fèi)用包含：設(shè)備維修、更換費(fèi)用合計(jì)42000元，全年水費(fèi)11122.2元，全年電費(fèi)3927.84元，設(shè)備維修、更換費(fèi)用+全年水費(fèi)+全年電費(fèi)=57050.04元，全年廢水利用節(jié)省費(fèi)用6830.3元。

1.1.5 桶裝水方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)學(xué)校提供的數(shù)據(jù)獲知，飲水需求人數(shù)約為1500人，按照40人為一個班，共計(jì)38個班，每班設(shè)置飲水機(jī)臺，加上教師辦公室及公共區(qū)域，共計(jì)設(shè)置飲水機(jī)約60臺。

飲水機(jī)購置成本按照市場中等品牌價格￥500/臺，￥500/臺×60臺=30000元。

1.1.6 桶裝水每年購買費(fèi)用

19L桶裝水每桶10元，按每天每人飲水量2L計(jì)算（0.002m3），則每日全校飲用水量為3m3/d。

桶裝水成本10元/桶÷19L/桶=0.6元/L，600元/m3×3m3/d×167天=￥300600/年。

1.1.7 飲水機(jī)濾芯更換費(fèi)用

飲水機(jī)濾芯更換成本50元/個平均6個月更換一次一年更換2次。50元/個×60臺×2次=6000元/年。

1.1.8 桶裝水方案費(fèi)用合計(jì)

第一年全部費(fèi)用：飲水機(jī)購置費(fèi)用30000元，購買桶裝水費(fèi)用300600元，用更換濾芯費(fèi)用6000元。飲水機(jī)購置費(fèi)用+購買桶裝水費(fèi)用+更換濾芯費(fèi)用=336600元。

第二年全部費(fèi)用：購買桶裝水費(fèi)用300600元，用更換濾芯費(fèi)用6000元。購買桶裝水費(fèi)用+更換濾芯費(fèi)用=306600元。

1.2 技術(shù)安全性對比

1.2.1 管道直飲水：直飲水是供人們直接飲用，因此，采用深度膜處理技術(shù)，可去除水中的重金屬、鹽類物質(zhì)、污染物、農(nóng)藥、細(xì)菌等有害物質(zhì)。并配備自動操作系統(tǒng)，在系統(tǒng)工作異常時能及時報警或關(guān)機(jī)，以保證出水水質(zhì)符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。管網(wǎng)采用了食品級環(huán)保健康水管和閉式循環(huán)的管網(wǎng)系統(tǒng)，即飲即用，水質(zhì)新鮮，不受二次污染。

1.2.2 桶裝水：無法保證水源的一致性，需用儀器檢測。拆封后會暴露在空氣，與空氣接觸滋生細(xì)菌。

2? 直飲水設(shè)備選型

2.1 直飲水工藝流程簡述

2.2 工藝流程闡述

針對水質(zhì)特點(diǎn)，水質(zhì)凈化工藝流程主要采用了水質(zhì)監(jiān)測、機(jī)械過濾器、活性炭過濾器、精密過濾器，并配以其他輔助設(shè)施[2]。

2.3 水質(zhì)監(jiān)測

為了監(jiān)測市政進(jìn)水符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，特設(shè)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測進(jìn)水水質(zhì)，如不能滿足處理水質(zhì)要求系統(tǒng)將自動啟動電磁閥阻斷進(jìn)水。

2.4 機(jī)械過濾器

機(jī)械過濾器用于制取軟化水、純水的預(yù)過濾。過濾器的濾料一般為石英砂、無煙煤、顆粒多空陶瓷等，是反滲透水處理系統(tǒng)的前處理不可或缺的設(shè)備。

2.5 活性炭過濾器

其作用是去除水中游離氯、色、異味和部分有機(jī)物，游離氯會氧化反滲透膜，對納濾系統(tǒng)造成不可恢復(fù)的破壞，而有機(jī)物不僅是微生物的餌料，而且當(dāng)其濃縮到一定程度后，可能溶解有機(jī)膜材料，使膜性能劣化?；钚蕴磕軌蛭接袡C(jī)物、游離氯等對膜產(chǎn)生危害物質(zhì)，尤其是防止余氯對反滲透膜的破壞。

2.6 精密過濾器

為防止細(xì)小懸浮物進(jìn)入納濾系統(tǒng)，造成反滲透膜的污堵和表面劃傷，納濾設(shè)備前安裝5微米精密過濾器。精密過濾器前后分別安裝壓力表測量過濾器前后的壓力。過濾器前后的壓力表差可以表明過濾器的工作狀況。當(dāng)前后壓差超過滴定范圍時，將更換過濾芯以恢復(fù)精密過濾器的工作性能。

2.7 反滲透裝置

RO系統(tǒng)是純水的生產(chǎn)核心，其原理是含各種離子的水通過RO膜，使水與離子分離，本機(jī)采用的RO膜使美國海德能公司生產(chǎn)的復(fù)合膜，它的孔徑只有1-10埃，在10kg壓力下，使水中所含重金屬離子細(xì)菌病毒等有害物質(zhì)被清除，使用只需打開電控開關(guān)調(diào)濃、淡水開關(guān)即可。同時觀察出水導(dǎo)電率，一般系統(tǒng)脫鹽率為97%。同時在每次開、停機(jī)前自動進(jìn)行沖洗，反滲透一旦開機(jī)必須保持每天開機(jī)，以防止系統(tǒng)滋生細(xì)菌，若長期停機(jī)，系統(tǒng)內(nèi)部要充滿保護(hù)液。

2.8 殺菌消毒系統(tǒng)

應(yīng)用于直飲水的殺菌消毒系統(tǒng)的基本要求是：瞬間殺菌能力強(qiáng)、有一定的持續(xù)殺菌能力、不影響水飲用時的口感、操作簡單、維護(hù)方便且符合相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的消毒方法有：加氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。加氯氣、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(xù)殺菌能力，但嚴(yán)重的漂白粉氣味使得用戶難以接受，而且實(shí)地操作不安全。臭氧和紫外線結(jié)合的消毒方法是水在加入臭氧后存入純水箱，而在用水口之前安裝紫外，將多余的臭氧進(jìn)行分解，使直接飲用水不帶有臭氧的味道。該組合是最為安全可靠的直飲水消毒方法。因此，既保證了水的口味，有保證了水的徹底消毒，有保證了水質(zhì)的穩(wěn)定合格。

3? 直飲水加壓設(shè)備選型方案

3.1 水源

本項(xiàng)目供水水源為泵房直飲水處理設(shè)備出水。根據(jù)建筑高度、水源條件、防二次污染、節(jié)能和供水安全原則，供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下：管網(wǎng)系統(tǒng)豎向分區(qū)的壓力控制參數(shù)為：各區(qū)最不利點(diǎn)的出水壓力不小于1.10MPa，最低用水點(diǎn)最大靜水壓不大于0.40MPa。

3.2 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)給水流量根據(jù)《管道直飲水系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》（CJJ110-2006）第6.0.2條款的規(guī)定確定直飲水瞬時給水設(shè)計(jì)流量。

計(jì)算供水如下：Qs=mq0其中：Qs—瞬時高峰用水量（L/s）;q0—水嘴額定流量（L/s），取0.05L/s;m—瞬時高峰用水時水嘴使用數(shù)量;m的確定：水嘴使用概率計(jì)算公式：P=（αQd）/（1800n q0）

由上述計(jì)算得知，最大小時流量為5.78m3/h，日用水總量4.44m3，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)，循環(huán)水箱取2.0m3，以增加系統(tǒng)緩沖時間，從而減小系統(tǒng)處理量并增加系統(tǒng)運(yùn)行時間，達(dá)到降低初期系統(tǒng)投資費(fèi)用的目的。

V：閉路循環(huán)系統(tǒng)總體積，管路總體積取3m3;T：循環(huán)時間，不宜超過4小時，取4小時。

凈化系統(tǒng)小時循環(huán)水量為0.75噸。

3.3 設(shè)備選型

按照《建筑給水排水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，水泵直接供水時所需揚(yáng)程進(jìn)行計(jì)算（以滿足最不利用水點(diǎn)要求時水泵所需揚(yáng)程為計(jì)算依據(jù)）：

Hb—水泵滿足最不利點(diǎn)所需水壓;Hy—最不利配水點(diǎn)與引入管的標(biāo)高差（從泵房地坪算起）;Hc—最不利配水點(diǎn)所需流出水頭;Ho—市政最小水壓取0m;Σh—泵房與最遠(yuǎn)供水管線水力損失，含沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd，取10m。

將上述所得數(shù)據(jù)代入公式，得學(xué)區(qū)全部Hb≥1.1（Hy+Hc+Σh）-Ho=1.1（19.1+10+10）=43m。凈化系統(tǒng)用水高峰時水泵滿足最不利點(diǎn)所需的水壓為：學(xué)區(qū)全部43米系統(tǒng)流量Q=5.78m3/h，揚(yáng)程H=43m

4? 部分主體設(shè)備配置

部分主體設(shè)備配置如圖2所示。

5? 廢水利用

該方案的廢水回收技術(shù)是將中水水箱的進(jìn)水分兩路：一路是將RO系統(tǒng)排出的濃縮水直接供給中水水箱。另一路進(jìn)水由市政水源提供。工作原理是通過水箱檢測儀器（微壓力變送器或水位控制器）提供測量信號到控制柜，從而控制水源管路上電動閥開啟或關(guān)閉，達(dá)到補(bǔ)充中水水箱的目的。由于直飲水系統(tǒng)廢水出水帶壓1～9kgf/cm2（0.1～0.9MPa），所以盡管直飲水泵房與中水泵房處于同一高程，也無需額外設(shè)置水泵幫助直飲水廢水輸送至中水水箱。（圖3）

6? 結(jié)語

①從圖4中可得出結(jié)論，直飲水第一年因設(shè)備費(fèi)用原因整體費(fèi)用較高，但從第二年開始，在同樣無需采購設(shè)備的情況下管道直飲水比桶裝水方案費(fèi)用有大幅降低，加之管道直飲水的廢水利用方案每年能節(jié)約6000余元水費(fèi)，通過一定時間的運(yùn)行驗(yàn)證達(dá)到了預(yù)期效果，提高了社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，從經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的角度看，管道直飲水比桶裝水更能有效的為學(xué)校節(jié)省飲水成本。該方案為最佳供水方案。

②管道直飲水采用深度膜處理技術(shù)，可去除水中的雜質(zhì)和有害物質(zhì)。并配備自動操作系統(tǒng)，當(dāng)水源質(zhì)量出現(xiàn)問題時，能及時報警或關(guān)機(jī)，避免過度使用工作系統(tǒng)，既損耗機(jī)器又浪費(fèi)水資源。管網(wǎng)采用了食品級環(huán)保健康水管和閉式循環(huán)的管網(wǎng)系統(tǒng)，即飲即用，水質(zhì)新鮮。免除電話訂購、人工送水等繁雜工序，并進(jìn)一步避免桶裝水的二次污染。從技術(shù)安全性的角度看，管道直飲水能提高飲水品質(zhì)，直接體現(xiàn)健康理念，保障學(xué)校師生飲用安全健康的水，該方案為最佳供水方案。

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