针对管道直饮水系统的相关研究

摘 要：管道直饮水提供可以直接饮用的优质水源，属于城市内的供水首选供应类型，也是城市建设中的首要任务。管道直饮水系统，其在建设中，存在一定的难度，不仅要保障稳定的运输，更要确保水源的清洁性。近几年，城市建设中，提高了对管道直饮水的重视度，致力于规范管道直饮水的系统建设，改善管道直飲水的方式，确保其在运行中的经济与社会效益。因此，本文重点研究管道直饮水系统的相关内容。

关键词：管道；直饮水；系统

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

0 引言

管道直饮水系统，必须达到饮用水的质量标准，为居民提供清洁的水源，以免饮用水不达标。管道直饮水系统建设中，面临着工业进程的影响，导致水源受到明显的污染，不能满足居民的饮水需求，而传统的管道用水，存在工艺上的缺陷，致使管道内存在污染物，不利于人体健康。管道直饮水系统，是城市饮用水系统建设的主要对象，用于日常的居民饮水。我国在管道直饮水系统建设方面，提出了质量上的要求，既要管道直饮水的清洁与安全，又要消除使用期间的二次污染，优化管道直饮水的系统环境。

1 管道直饮水系统的优势

管道直饮水系统，与瓶装、桶装水，有较大的区别，此类饮水方式，表现出工业化的效果[1]。根据管道直饮水系统的运行，分析此类饮水方式的优势，如：（1）管道直饮水，不会受到环境的影响而出现恶化，污水、废水的排放，都不会污染到管道直饮水系统内的水源，具有全面、整体的保护作用；（2）此类用水系统，解决了有机物的污染问题，传统的饮水管道，采取了加氯消毒的方法，但是很难去掉水体内已经溶解的有机物，在很大程度上增加了水源的污染性，而管道直饮水系统，很明显的改善了饮用水源的质量，保证了居民用水健康；（3）管道直饮水工艺效率高，经过多种工艺组合，深层次的处理管道内部的水资源，实现绿色、环保的水源应用，而且预防二次污染，保障管道内水资源的可靠性。

2 管道直饮水系统的设计

2.1 管道系统设计

以神东煤炭集团小区住宅楼房内的管道直饮水系统为例，分析管道系统的实践设计。在住宅楼公共水暖井中，引出了直饮水管道系统的立管部分，通过供水支管，直接供应到住宅的厨房内。支管管道比较长，将水表安装在厨房内，管道中设计了循环方式（一供一回），提高直饮水的质量。

2.2 深度处理设计

深度处理设计，目的是保障管道直饮水的清洁性，常见的深度处理方式有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）等，以实现的水源的深度处理[2]。

（1）微滤（MF）：孔径一般为0.1～1um，工作压力小于0.2MPa，过滤原理为筛分机理，部分大分子可以透过该膜，可去除悬浮物、细菌、藻类等，微滤工艺制水成本低、产水率高，但其对色度、重金属、有机物、病毒等去除效果差、当进水水质较差或水质不稳定时不能采用该工艺。

（2）超滤（UF）：孔径一般为0.01～0.1um，工作压力小于0.4MPa，其分离机理主要依靠物理的筛分作用，小分子物质可以透过该膜而大分子物质则被阻在膜外。可以除去水中的胶体粒子、有机物、细菌、病毒，改善水质的感官性状，降低浊度，依靠臭氧的氧化作用，可除去水中的有机物等。同时保留对人体有益的微量元素。但对色度、重金属等去除效果差、当进水水质有机污染较严重时不能采用该工艺。

（3）纳滤（NF）：工作压力为0.5～1.0MPa，膜的孔径介于超滤膜与反渗透膜之间，孔径一般为1～2nm，能有效去除水中的二价离子，对一价离子的去除率达20%～40%，能保留部分一价离子，同时有效去除水中的有机污染（可截留分子量300以上杂质），出水矿化度及硬度较低，但其产水率较低通过膜组件组合获得较高回收率，可达75%左右。另外处理费用也相对较高。

（4）反渗透（RO）：工作压力为1.4～4.2MPa，膜的孔径小于1nm，能有效去除水中的二价、一价离子，去除率达95%～99%，对无机污染及有机污染均能有效去除。但用作直接饮用水净化的缺点是将水中有益于人体健康的无机离子几乎全部去除，出水硬度低，不符合健康饮水的要求。且反渗透膜的工作压力高（1.5Mpa左右），因而能耗高，水的回收率低。

目前神东矿区饮用水源大部分采用井下水源，原水水质较差，为保证居民饮水安全，所建设直饮水站采用纳滤+反渗透为主的处理方式。

3 管道直饮水系统的构成

设备构成是管道直饮水系统的重要组成。以神东煤炭集团补连塔直饮水站为例，分析管道直饮水系统内的设备构成。净水站设计处理规模为350m3/d（，供水水质要求达到《饮用净水水质标准》（CJ94-2005），原水经过处理后，经变频水泵机组供水至补连塔矿附近住宅楼、办公楼、食堂等各用水点。

处理工艺如图1。

3.1 厂站主要工艺设备

补连塔管道直饮水系统主要构成设备的参数要求，如：（1）臭氧发生器功率为1.44KW，反应罐1台，不锈钢材质，尺寸大小为：Φ2.0m*5.2m。（2）原水水箱。水箱采用不锈钢材质方形水箱，其尺寸为3.0*2.5m×3.3m，有效容积22.5m3。 （3）活性碳过滤器两套，一用一备，其尺寸为Φ2.2m×5.2m，单套处理水量为30m?/h，（考虑纳滤设备75%的产水率），过滤滤速为8.25m/h。反冲洗采用气水联合反冲洗，气冲气冲采用空压机方式，气冲强度15L/m2.S，水冲时强度为6L/m2.S。通过活性炭过滤将能去除原水中大部分的杂质、悬浮物、色度以及部分有机物，减小了膜过滤的处理负荷，保障出水水质，延长膜的使用寿命。配套设备反冲洗水泵2台：Q=80m3/h， H=32m，N=11KW，一用一备；空压机1台Q=3.5m3/min， 排出压力0.7MPa，N=7.5KW（与臭氧发生系统空压机合用）；提升泵2台，Q=30m3/h， H=32m，N=4.0KW，一用一备。（4）精密过滤器三套，经过活性炭过滤后，在进入纳滤及反渗透膜处理之前需经过精密过滤最为最后一道保障，以确保进水中没有颗粒性的杂质对纳滤及反渗透膜造成伤害。（5）纳滤/反渗透处理装置共两套，一用一备，其处理能力为30m?/h。经活性炭过滤后，原水进入膜处理装置。膜处理工艺是直饮水处理工艺的核心部分，经过膜处理后出水达到直饮水的水质要求。配套设备膜清洗装置1套、纳滤高压泵2台：Q=30m3/h、H=100m、N=11kw；阻垢剂加药装置1套。（6）成品水箱采用不锈钢材质方形水箱1只，尺寸为5.0m*4.0m×3.5m，有效容积为64m?。（7）成品水投加二氧化氯消毒，二氧化氯投加量为1.0mg/L，控制供水二氧化氯的余量为：0.05～0.08mg/L。配套设备二氧化氯发生器2套（1用1备），有效产氯量为30g/h， N=0.8KW。

3.2 管网敷设

管网是管道直饮水系统的重要组成部分，负责系统内的水源运输[3]，全部输水管道采用不锈钢材质，结合补连塔直饮水系统内管网的敷设应用，主要探讨管网的敷设原则、实践和注意事项。

首先是该直饮水系统在管网敷设上的原则，分析如：（1）循環原则，该管道直饮水系统内，设计了循环管，供、回水的管网，采用全日循环的方法，保证直饮水水质的质量。（2）回水设计时，在流回至净水箱之前设置精密过滤器、紫外消毒工艺，避免供水在管网循环过程中受到污染。（3）供水采用变频恒压供水设备，以水泵出水端水压（或用户用水流量）为设定参数，通过微机自动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，实现用户管网水压的闭环调节，用水量增加时，频率提高，水泵转速加快；用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢。这样就保证了整个用户管网随时都有充足的水压（与用户设定的压力一致）和水量（随用户的用水情况变化而变化）。

另外管网敷设的注意事项，如：（1）管道直饮水系统的管网，要单独设计，不能与该大楼的给排水、市政管网共用管道；（2）简化管道直饮水系统管网的布置，住宅楼、办公楼、食堂等构筑物的循环回水管道到达室外后，再安装流量平衡阀，避免影响管网的流畅性；（3）配水管网结构，立管的上端、下端，都要设计好阀门装置，还要在管网的对应位置，设计检修阀门，方便直饮水系统管网的后期检修，低端部分还要设计排水阀，高端设计排气阀，解决滞水存留、污染的问题；（4）由于北方天气寒冷，夜间气温可达零下20℃，住宅楼内楼梯间立管增加电伴热，确保楼道内立管输水畅通。

3.3 直饮水厂站管理

直饮水厂站是管道直饮水系统的核心，结合运行实际相比常规净水处理厂有以下优点：（1）直饮水厂站内部实现无人操作，全自动控制，给水系统封闭处理，确保了水质安全。（2），运行人员较少，运行成本降低。值班室作为整个直饮水系统操作、处理、统计、维护和监管的中心，集中管理的整个监控系统。监控软件主要负责同现场的通信设备进行协作运行，把采集到的数据经过计算后以图表或者数据的形式进行显示，同时还需要进行设备故障报警、发出声光信号、进出水水质数据等，为管理人员操作提供依据，降低了劳动强度。

3.4 管道直饮水系统内的技术

该管道直饮水系统内的技术，主要包含了臭氧氧化、活性炭、膜处理等三种核心技术：

（1）臭氧氧化技术：利用氧气改善直饮水的水质，转化水中的长链大分子，促使其以短链小分子的状态存在，同时具有除臭、灭菌的作用[5]。臭氧的氧化性非常高，其可在短时间内，迅速反应，按照管道直饮水系统的需求，其可分为三个部分，分别是预氧化阶段，裂解直饮水内的大分子，方便后期的臭氧氧化处理，基本用于处理天然的有机物；中间氧化，用于降解反应过程中出现的消毒副产物，尤其是含氯消毒剂引起的三聚物质，以免影响直饮水的水质，进而保障管道直饮水系统的整体安全性；最终氧化阶段，更大程度的去除水源内的微生物。臭氧氧化技术，在管道直饮水系统内，比较注重各项技术的配合使用，而不是只采用单一的处理技术。

（2）活性炭技术：是通过吸附、过滤，解决管道直饮水中的悬浮物问题，净化色度并消除异味[6]，作为水处理脱盐系统前处理能够吸附前级过滤中无法去除的余氯，可有效保证后级设备使用寿命，提高出水水质，防止污染，特别是防止后级反渗透膜，离子交换树脂等的游离态余氧中毒污染。同时还吸附从前级泄漏过来的小分子有机物等污染性物质，对水中异味、胶体及色素、重金属离子等有较明显的吸附去除作用，还具有降低COD的作用。可以进一步降低RO进水的SDI值，保证 SDI<5，TOC<2.Oppm。该管道直饮水系统，采用生物活性炭技术需定期进行反冲洗，以免堵塞活性炭的多孔结构，保障活性炭技术的使用效率。

（3）膜技术。深度处理设计中分析了几种与膜技术相关的应用，膜技术是管道直饮水内最常用的技术方法，利用不同的膜孔，过滤有机、无机成分，不涉及化学试剂的应用，大大改善管道直饮水的水质。管道直饮水系统内，可以针对不同的水质，可以选择不同的膜技术，保证管道直饮水系统内的水质安全。

4 管道直饮水系统的维护

管道直饮水系统的维护工作，是运营期间不可缺少的部分。不论是水质检测还是设备维修，都关系到管道直饮水系统的应用。水质监测时，专门配置相关的检测仪表，用于检测直饮水系统内的水质指标，促使水质达到相关国家标准[7]。水质检测的过程中，要特别注意pH、水温、余氯等参数变化，必须始终保持在达标状态。在设备日常维修方面，必须按照设备操作说明当中规定的维护方式，由现场管理单位，统一安排维护工作，定期检查系统设备的使用状况。除此之外还要加大管道直饮水管网巡查力度，及时发现并处理管网系统是否存在漏水、锈蚀的现象，确保管道直饮水系统，处于高质量、高性能的运行状态，实现系统长期稳定运行，保障居民饮水安全。

5 结束语

管道直饮水系统，具有一定的经济效益，而且存在明显的优势，结合该系统的设计，选择出对应的工艺和技术，同时安排好运行维护的措施，促使管道直饮水系统处于高效的运行状态，管道直饮水系统的目前发展非常快，并表现出长期告诉发展的状态，随着今后管道直饮水系统的不断增多，不仅推动了城市水利资源的建设，而且规模和数量都在逐渐扩大，这将成为我国实现城市分质供水，确保居民饮水安全新的解决方式。

参考文献：

[1]陈华福.管道直饮水系统浅论[J].内江科技，2010（05）：96.

[2]王君.管道直饮水系统分析与工程应用[D].天津大学，2012.

[3]杨静.管道直饮水技术及设计要点[J].市政技术，2012（05）：60-63.

[4]王君.管道直饮水系统应注意的问题[J].给水排水动态，2009（01）：23.

[5]许奇泉.居住小区管道直饮水系统的设计探讨[J].福建建筑，2010（07）：111-112.

[6]彭海清.城市管道直饮水系统设计[J].萍乡高等专科学校学报，2010（03）：38-40.

[7]李晓燕，姚凤兰，李英杰.管道直饮水系统现状及发展趋势[J].科技与企业，2014（14）：172.

作者简介：张洁（1984—），男，陕西渭南人，主要从事：负责神东矿区供排水方面的技术和运行管理。