住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)工程的優(yōu)化研究

王志剛

摘要：隨著人民生活水平的不斷提高，人民的健康意識也逐步提高，現(xiàn)在人們對飲用水水質(zhì)有了更高要求。眾所周知，我國是一個人均水資源低并且水污染較為嚴重的國家，自來水廠對居民飲用水的處理能力有限，老舊的輸水管網(wǎng)加劇了飲用水的污染程度，這就導致城市市政處供水的水質(zhì)達不到居民對健康水平的要求，住宅建筑管道直飲水越來越受到人們的關(guān)注。本文主要從住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)的處理工藝、供水管網(wǎng)和消毒技術(shù)等方面進行了優(yōu)化研究，旨在推動健康飲水的發(fā)展。

Abstract： With the continuous improvement of people's living standards， people's health awareness has gradually increased， and now people have higher requirements for drinking water quality. As we all know， China is a country with low per capita water resources and relatively serious water pollution. Waterworks companies have limited capacity for drinking water treatment and the old water distribution network has exacerbated the level of pollution in drinking water， which has led to the water quality of urban municipalities not meeting the residents' health requirements. Drinking water in residential construction pipes has attracted more and more attention. In this paper， optimization studies have been carried out on the processing technology， the water supply pipe network and the disinfection technology of residential building direct drinking water systems to promote the development of healthy drinking water.

關(guān)鍵詞：住宅建筑；管道直飲水系統(tǒng)；優(yōu)化研究

Key words： residential building；direct drinking water system；optimization research

中圖分類號：TU821 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0110-02

0 引言

近年來，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展規(guī)模不斷壯大，天然水體受到了不同程度的污染。隨著人們對水質(zhì)要求的提高，市政供水的水質(zhì)已滿足不了人們的飲用需求，住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)應運而生。管道直飲水系統(tǒng)大多適用于高層住宅樓、學校和辦公樓等需要優(yōu)質(zhì)飲用水的地方，它的水質(zhì)清潔度高于市政管網(wǎng)供水水質(zhì)的清潔度，用戶可直接進行飲用。

1 管道直飲水系統(tǒng)概述

管道直飲水系統(tǒng)是指將自來水或其他水源經(jīng)過二次深度凈化處理后，能達到國家飲用水質(zhì)標準，通過專門的飲用水管輸送到居民家中，可供居民直接飲用的優(yōu)質(zhì)水源。管道直飲水的制備要經(jīng)過三個階段：預處理階段、深度處理階段和消毒階段。但是由于我國在管道直飲水系統(tǒng)上的理論研究和實際運用時間不長，人們還沒有對管道直飲水系統(tǒng)有系統(tǒng)的了解和認識，因此，進行管道直飲水系統(tǒng)的優(yōu)化研究是必不可少的環(huán)節(jié)，有助于提高直飲水的水質(zhì)，滿足人們對水質(zhì)的需要[1]。

2 管道直飲水系統(tǒng)處理工藝的優(yōu)化研究

2.1 管道直飲水系統(tǒng)預處理技術(shù)

管道直飲水系統(tǒng)預處理主要進行初步處理，它的主要目的是去除天然水體中的一些懸浮物及可見膠體，避免天然水體中存在的過量溶解鹽沉淀，否則很容易造成膜堵塞，影響膜工藝系統(tǒng)的正常安全運行[2]。管道直飲水系統(tǒng)預處理的組成部分包括砂濾、碳濾和軟化。水箱、活性炭過濾器、加壓泵、加藥裝置是管道直飲水系統(tǒng)預處理中經(jīng)常用到的裝置，它們能降低原天然水體中的硬度、微生物和氯氣含量。當前，我國在管道直飲水系統(tǒng)預處理中常采用自動化設(shè)備，無需人工看管，即可完成工作。

2.1.1 砂濾技術(shù)

砂濾是通過錳砂、天然石英砂等濾料進行水過濾，能夠?qū)⒃械蔫F、膠體物質(zhì)、大顆粒雜質(zhì)等除去，減小原水濁度。通常情況下，砂粒的粒徑為0.5-1.2mm，其不均勻系數(shù)是2。在沉淀、澄清后的給水處理中經(jīng)常使用。結(jié)合原水、出水水質(zhì)的要求，過濾速度與濾層厚度也不一樣。

現(xiàn)階段，我國通常采用的濾桶具有不銹鋼、COMPSITE兩種，選擇的操作系統(tǒng)是手動操作、進口自動切換多路閥。

2.1.2 碳濾技術(shù)

無機膠體粒度處于10-20埃時，在機械過濾器中，溶解性有機高分子雜質(zhì)、有機膠體以及余氯等是非常難除去的。為提高原水的水質(zhì)，使水質(zhì)符合膜處理進水的指標，在工程流程中可以安裝活性炭過濾器處理設(shè)施?；钚蕴靠梢晕綆资Ａ６鹊幕钚晕镔|(zhì)，活性炭結(jié)構(gòu)中存在20-50埃的粒隙與微孔，其表面吸附面積能夠達到500-2000m2/g，通常有機物分子直徑均處于20-50埃以下，所以活性炭能夠有效吸附有機物質(zhì)，另外活性炭的脫氯能力非常強。如果使用具有良好性能的椰殼活性炭，濾桶可以采用不銹鋼、COMPSITE，采用手動、進口自動切換多路體系的操作系統(tǒng)。

活性炭比表面積非常大，活性炭吸附過濾器利用活性炭的這一特點，吸附除去水中的重金屬、細菌、有機物以及病毒等等，避免上述雜質(zhì)污染深度處理膜?；钚蕴课竭^濾器對游離氯的吸附能力可達到99%，對色度、有機物的除去率也非常高，進而降低后續(xù)的處理負擔。進出口的管路上設(shè)有全自動多路控制閥、壓力表等，可進行無人操作。除此之外，活性炭吸附過濾器也能夠軟化、除鹽。結(jié)合實際需要選擇相應型號的活性炭。預處理設(shè)備的材質(zhì)主要為不銹鋼、玻璃鋼、碳鋼防腐等。

2.2 管道直飲水系統(tǒng)深度處理技術(shù)

管道直飲水系統(tǒng)深度處理是在預處理的基礎(chǔ)上進行更加精細的雜質(zhì)和污染物處理，它的主要目的就是清理掉預處理中未處理的溶解的有機污染物和無機污染物。由于工業(yè)發(fā)展迅速，天然水體中常含有許多金屬污染物和大量有害物質(zhì)，在如此嚴峻的供水現(xiàn)實下，選擇適宜的飲用水進行深度處理，是關(guān)鍵性一步。活性炭吸附、臭氧-生物活性炭處理和膜處理是管道直飲水系統(tǒng)深度處理凈化的三種主要技術(shù)手段。

活性炭是一種具有發(fā)達空隙的多孔性物質(zhì)，它的處理原理是中孔和微孔對雜質(zhì)的吸附，它的比表面積大，因此具有良好的吸附能力，它主要用于去除天然水中的有機污染物、無機污染物和氯化副產(chǎn)物。活性炭處理技術(shù)占的地方比較少，可以進行自動控制，對水溫、水質(zhì)以及水量等的變化具有較強的適應性，此外飽和炭還能夠再生利用，應用前景非常廣闊?，F(xiàn)階段我國很多城市的水源在不同程度上被污染，如果常規(guī)處理技術(shù)效果較差，活性炭能夠進行飲用水的預處理與深度處理，研究活性炭除去飲用水中有機物具有重要意義。

臭氧-生物活性炭是指先將天然水進行臭氧氧化，然后進行活性炭吸附，在活性炭吸附過程中還存在氧化過程，它能將水中大分子轉(zhuǎn)化為小分子狀態(tài)，繼而被活性炭吸附，達到飲用水凈化的目的。此外，還能夠通過活性炭進行微生物、有機物以及氧氣等的濃縮，將活性炭變?yōu)樯锾?，也就是在活性炭的大孔、凹處與微生物結(jié)群、分泌物構(gòu)成生物膜，可降解水中的有機物，在脫附、吸附活性炭中具有再生的作用。除此之外，后續(xù)活性炭還能夠除去臭氧氧化形成的副產(chǎn)物，解決了臭氧技術(shù)不能除去三鹵甲烷、前驅(qū)物質(zhì)的問題，確保管道直飲水的安全與穩(wěn)定。然而，這種技術(shù)也存在一定缺陷，例如臭氧技術(shù)會將某些有機物雜質(zhì)的結(jié)構(gòu)破壞掉，同時會形成一些有毒、有害的副產(chǎn)物。相關(guān)研究結(jié)果顯示，通過臭氧-生物活性炭技術(shù)，出水水質(zhì)可能會有致突變性。

膜分離技術(shù)中用到的膜是天然形成或者人工合成的，它具有選擇透過性，能對水中的溶質(zhì)和溶劑進行分離、提純和濃縮，進而得到優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)。這種技術(shù)是通過人工合成、天然的具有選擇透過性的薄膜，在外力作用下將溶劑、溶質(zhì)分離開來，并進行提純、濃縮，是結(jié)合化學性質(zhì)不同進行分離的，或者結(jié)合溶劑、溶質(zhì)物理性質(zhì)的不同進行分離的。膜材料、雜質(zhì)化學性質(zhì)的不同決定了水中雜質(zhì)經(jīng)過膜分離的速度，化學性質(zhì)和雜質(zhì)分子量會直接影響到擴散速度，增加擴散速度，會縮短雜質(zhì)通過膜的時間。因此，水中各種組分通過膜的速度差別越大，表示分離效率越高。

管道直飲水深度處理技術(shù)所采用的工藝多以膜技術(shù)為主，膜分離是深度凈水技術(shù)的重要發(fā)展方向，是通過膜的微孔篩分水中雜質(zhì)。膜分離技術(shù)通過人工膜、天然膜，將化學位差、外界能量作為推動力，對多組分溶劑、溶質(zhì)分離，并進行分級、提純與富集。

2.3 管道直飲水系統(tǒng)處理工藝流程

住宅建筑的管道直飲水系統(tǒng)是在市政提供的自來水的基礎(chǔ)上，進行預處理以及膜分離處理，不同的水質(zhì)，處理情況不同，有三種常見的處理情況：

①若提供的水為微污染水，水中硬度和含鹽量偏高，采用“活性炭吸附+軟化+膜分離”組合。②若提供的水為微污染水，水中硬度和含鹽量稍低，采用“活性炭吸附+膜分離”組合。③若提供的水為污染嚴重水，水中硬度和含鹽量過高，采用“臭氧氧化+活性炭吸附+膜分離”組合。

3 管道直飲水系統(tǒng)供水管網(wǎng)的優(yōu)化研究

在進行住宅建筑管道直飲水供水管網(wǎng)設(shè)計布置工作時，應該做到合理設(shè)計管道，縮短直飲水在供水管網(wǎng)中的停留時間。由此看來，管道直飲水系統(tǒng)供水管網(wǎng)設(shè)計成全循環(huán)系統(tǒng)是最為合理和高效的方案，管道設(shè)計布置成同程式循環(huán)管網(wǎng)，它與熱水管網(wǎng)的布置方案較為相似，同程布置這一方案能有效防止供水管網(wǎng)中直飲水短路循環(huán)，能有效保證整個供水系統(tǒng)的循環(huán)效果，在各個用水點都能隨時取到所需的直飲水，起到節(jié)約水資源和節(jié)省能源的作用。

管道直飲水系統(tǒng)供水管網(wǎng)必須設(shè)循環(huán)管道，保證了干管和立管中直飲水的有效循環(huán)，防止了長期滯流在供水管網(wǎng)的管道接頭或者閥門處的直飲水受到細菌或者微生物繁殖帶來的水質(zhì)污染問題。循環(huán)的回水系統(tǒng)將管道直飲水中供水管網(wǎng)里的各種雜質(zhì)和污染物及時高效的回收進回收處理處，減少了直飲水在供水管網(wǎng)里的停留時間，避免水質(zhì)受到細菌及微生物的污染。

4 管道直飲水系統(tǒng)消毒技術(shù)的優(yōu)化研究

管道直飲水處理工藝后處理階段就是消毒，在進行了水質(zhì)的凈化處理之后，就要對水質(zhì)的狀態(tài)進行穩(wěn)固，對管道直飲水進行消毒，能有效抑制直飲水中的細菌和微生物等污染物的生長繁殖，從而保證處理好的直飲水的水質(zhì)不再受到污染。雖然管道直飲水的水質(zhì)與市政供水的水質(zhì)相比有明顯的提高，但從另一方面看來，在住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)的運行使用中，供水管網(wǎng)仍然存在二次污染的問題，因此，很有必要在直飲水供水管網(wǎng)中維持一定量的消毒劑。我們常見的直飲水消毒有臭氧消毒、紫外線消毒、液氯消毒和二氧化氯消毒四種方式。在這四種方式中，臭氧消毒和紫外線殺毒產(chǎn)生的效果好，但存在殺毒持續(xù)時間短的問題，不能對供水管網(wǎng)的水質(zhì)長期保持起到理想效果，并且很容易滋生二次污染，得不償失。液氯消毒過程中會產(chǎn)生一些消毒副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物具有強毒性，能致癌致畸，不宜用在人們的飲用水消毒中。與上述三種消毒方式相比，二氧化氯消毒具有殺死細菌的速度快、殺毒效果持續(xù)時間長、無殘留毒性的特點，從消毒技術(shù)、經(jīng)濟效益各方面綜合考慮，二氧化氯消毒方式可以廣泛應用在住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)中。

5 結(jié)語

本文從住宅建筑管道直飲水系統(tǒng)的處理工藝、供水管網(wǎng)和消毒技術(shù)等方面進行了優(yōu)化研究，管道直飲水有著優(yōu)質(zhì)的水質(zhì)，其必將會在住宅建筑的供水設(shè)計中廣泛應用。

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