直饮水投入运行的经济比较及废水回收的解决方案

朱建华

摘要：阐述了直饮水发展的历史背景和在日常工作生活中应用的现状，以具体项目案例为依据，充分的对直饮水的应用规范、工艺流程、设备技术以及加压设备的选型、部分主体设备的配置、直饮水的经济比较、在线监测、废水回收利用和主要指标等多个方面的内容进行了论证介绍。

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.

關键词：直饮水;经济比较;学校直饮水;直饮水设备及技术;直饮水废水回收利用

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

中图分类号：TU991                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）21-0057-04

0  引言

目前大多数家庭都是饮用自来水并进行简单过滤来提高水的品质，或者是桶装水。由于桶装水存在一些缺陷：一是饮水机滤芯需定期更换否则无法保证水质安全，且根据水质情况周期不定更换频繁费用高。二是桶装或瓶装饮用水从出厂到饮用期间，常常要存放很长时间，静止状态存放的水会因分子链状结构加长，亚硝酸含量增高等因素而老化变质不宜饮用。三是桶装水市场混乱，缺乏有力监管，无良商贩肆虐，质量得不到保障等问题。管道直饮水的应用可避免以上桶装水的缺陷。管道直饮水可有效过滤各类污染物质，达到生饮标准，且成本相对较低，成为越来越多人们的新选择[1]。此文以供水辖区内中小学直饮水项目为例，通过为学校提供便捷的直饮水方案，不仅可以提高饮水品质，保障饮水安全，而且还可以大幅度节约饮水成本。

1  管道直饮水和桶装水的比较

1.1 经济性对比

1.1.1 直饮水方案经济指标计算

直饮水系统设备购置安装费用总计为440000元，设备安装调试后，在无操作失误以及外界因素、人为损坏情况下，质保期为两年。质保期内免费提供服务。服务内容包括滤芯更换（滤芯每3个月更换一次，两年更换8次已含8套备件）。

1.1.2 直饮水全年运行成本

根据学校提供的数据获知，本直饮水系统服务人数约为1500人，按每天每人饮水量2L计算（0.002m3），则每日全校饮用水量为3m3/d，废水和成品水比例为3：1，实际用水水量12m3/d。全年教学日约为167天。文教卫生类水价为5.55元/m3。直饮水设备每天运行8小时，设备运行小时电量6kWh，电费0.49/kWh。

水费：12m3/d×167天×5.55元/m3=11122.2元

电费：6kWh×8小时×0.49/kWh×167天=3927.84元

设备维修、更换费用：两年质保后，需更换滤料，确保设备稳定运行;每年更换总费用：42000元，具体费用构成如下：活性炭、石英砂、锰砂：6000元;软化树脂：按每半年添加一次，全年费用11000元;过滤滤芯：1500元;工业用盐：6000元;紫外线灯：10000元;膜元件更换：美国海德能5支×1500元/支=7500元。

1.1.3 废水利用节约费用

市面上普遍的直饮水通过RO系统后产生的废水直接排出，废水和成品水比例为3：1。造成用水成本的增加。该方案的技术是将RO系统排出的浓缩水直接供给中水水箱。浓缩水除了含盐量比自来水高，其他多数指标，如浊度、色度、余氯、嗅和味、有机物、悬浊物、胶体、COD（化学耗氧量）、TOC（总有机碳）、SDI（污染指数）等等，都比自来水还要好。学校恰好需要大量的水来用于打扫卫生、冲厕所、绿化用水等，可以把浓缩水用在这些地方。

全校饮用水量为3m3/d，废水和成品水比例为3：1，每日废水量为9吨。将废水排入中水泵房供打扫卫生、厕所冲洗、绿化用水等用途，日节省5.55元/m3×9m3=49.95元，年节省40.9元/d×167天=6830.3元。

1.1.4 利用直饮水方案供水，费用合计

第一年费用包含：系统设备购置安装440000元，全年水费11122.2元，全年电费3927.84元，系统设备购置安装+全年水费+全年电费=455050.04元，全年废水利用节省费用6830.3元。

第二年费用包含：设备维修、更换费用合计42000元，全年水费11122.2元，全年电费3927.84元，设备维修、更换费用+全年水费+全年电费=57050.04元，全年废水利用节省费用6830.3元。

1.1.5 桶装水方案经济指标计算

根据学校提供的数据获知，饮水需求人数约为1500人，按照40人为一个班，共计38个班，每班设置饮水机台，加上教师办公室及公共区域，共计设置饮水机约60台。

饮水机购置成本按照市场中等品牌价格￥500/台，￥500/台×60台=30000元。

1.1.6 桶装水每年购买费用

19L桶装水每桶10元，按每天每人饮水量2L计算（0.002m3），则每日全校饮用水量为3m3/d。

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

1.1.7 饮水机滤芯更换费用

饮水机滤芯更换成本50元/个平均6个月更换一次一年更换2次。50元/个×60台×2次=6000元/年。

1.1.8 桶装水方案费用合计

第一年全部费用：饮水机购置费用30000元，购买桶装水费用300600元，用更换滤芯费用6000元。饮水机购置费用+购买桶装水费用+更换滤芯费用=336600元。

第二年全部费用：购买桶装水费用300600元，用更换滤芯费用6000元。购买桶装水费用+更换滤芯费用=306600元。

1.2 技术安全性对比

1.2.1 管道直饮水：直饮水是供人们直接饮用，因此，采用深度膜处理技术，可去除水中的重金属、盐类物质、污染物、农药、细菌等有害物质。并配备自动操作系统，在系统工作异常时能及时报警或关机，以保证出水水质符合国家饮用水标准。管网采用了食品级环保健康水管和闭式循环的管网系统，即饮即用，水质新鲜，不受二次污染。

1.2.2 桶装水：无法保证水源的一致性，需用仪器检测。拆封后会暴露在空气，与空气接触滋生细菌。

2  直饮水设备选型

2.1 直饮水工艺流程简述

2.2 工艺流程阐述

针对水质特点，水质净化工艺流程主要采用了水質监测、机械过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器，并配以其他辅助设施[2]。

2.3 水质监测

为了监测市政进水符合饮用水标准，特设水质监测系统实时监测进水水质，如不能满足处理水质要求系统将自动启动电磁阀阻断进水。

2.4 机械过滤器

机械过滤器用于制取软化水、纯水的预过滤。过滤器的滤料一般为石英砂、无烟煤、颗粒多空陶瓷等，是反渗透水处理系统的前处理不可或缺的设备。

2.5 活性炭过滤器

其作用是去除水中游离氯、色、异味和部分有机物，游离氯会氧化反渗透膜，对纳滤系统造成不可恢复的破坏，而有机物不仅是微生物的饵料，而且当其浓缩到一定程度后，可能溶解有机膜材料，使膜性能劣化。活性炭能够吸附有机物、游离氯等对膜产生危害物质，尤其是防止余氯对反渗透膜的破坏。

2.6 精密过滤器

为防止细小悬浮物进入纳滤系统，造成反渗透膜的污堵和表面划伤，纳滤设备前安装5微米精密过滤器。精密过滤器前后分别安装压力表测量过滤器前后的压力。过滤器前后的压力表差可以表明过滤器的工作状况。当前后压差超过滴定范围时，将更换过滤芯以恢复精密过滤器的工作性能。

2.7 反渗透装置

RO系统是纯水的生产核心，其原理是含各种离子的水通过RO膜，使水与离子分离，本机采用的RO膜使美国海德能公司生产的复合膜，它的孔径只有1-10埃，在10kg压力下，使水中所含重金属离子细菌病毒等有害物质被清除，使用只需打开电控开关调浓、淡水开关即可。同时观察出水导电率，一般系统脱盐率为97%。同时在每次开、停机前自动进行冲洗，反渗透一旦开机必须保持每天开机，以防止系统滋生细菌，若长期停机，系统内部要充满保护液。

2.8 杀菌消毒系统

应用于直饮水的杀菌消毒系统的基本要求是：瞬间杀菌能力强、有一定的持续杀菌能力、不影响水饮用时的口感、操作简单、维护方便且符合相关卫生标准。传统的消毒方法有：加氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。加氯气、二氧化氯消毒广泛使用在自来水厂的水处理工艺中，虽然具有持续杀菌能力，但严重的漂白粉气味使得用户难以接受，而且实地操作不安全。臭氧和紫外线结合的消毒方法是水在加入臭氧后存入纯水箱，而在用水口之前安装紫外，将多余的臭氧进行分解，使直接饮用水不带有臭氧的味道。该组合是最为安全可靠的直饮水消毒方法。因此，既保证了水的口味，有保证了水的彻底消毒，有保证了水质的稳定合格。

3  直饮水加压设备选型方案

3.1 水源

本项目供水水源为泵房直饮水处理设备出水。根据建筑高度、水源条件、防二次污染、节能和供水安全原则，供水系统设计如下：管网系统竖向分区的压力控制参数为：各区最不利点的出水压力不小于1.10MPa，最低用水点最大静水压不大于0.40MPa。

3.2 系统参数设计计算

设计给水流量根据《管道直饮水系统技术规程》（CJJ110-2006）第6.0.2条款的规定确定直饮水瞬时给水设计流量。

计算供水如下：Qs=mq0其中：Qs—瞬时高峰用水量（L/s）;q0—水嘴额定流量（L/s），取0.05L/s;m—瞬时高峰用水时水嘴使用数量;m的确定：水嘴使用概率计算公式：P=（αQd）/（1800n q0）

由上述计算得知，最大小时流量为5.78m3/h，日用水总量4.44m3，根据相关规范和经验，循环水箱取2.0m3，以增加系统缓冲时间，从而减小系统处理量并增加系统运行时间，达到降低初期系统投资费用的目的。

V：闭路循环系统总体积，管路总体积取3m3;T：循环时间，不宜超过4小时，取4小时。

净化系统小时循环水量为0.75吨。

3.3 设备选型

按照《建筑给水排水排水设计规范》的规定，水泵直接供水时所需扬程进行计算（以满足最不利用水点要求时水泵所需扬程为计算依据）：

Hb—水泵满足最不利点所需水压;Hy—最不利配水点与引入管的标高差（从泵房地坪算起）;Hc—最不利配水点所需流出水头;Ho—市政最小水压取0m;Σh—泵房与最远供水管线水力损失，含沿程水头损失hf和局部水头损失hd，取10m。

将上述所得数据代入公式，得学区全部Hb≥1.1（Hy+Hc+Σh）-Ho=1.1（19.1+10+10）=43m。净化系统用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压为：学区全部43米系统流量Q=5.78m3/h，扬程H=43m

4  部分主体设备配置

部分主体设备配置如图2所示。

5  废水利用

该方案的废水回收技术是将中水水箱的进水分两路：一路是将RO系统排出的浓缩水直接供给中水水箱。另一路進水由市政水源提供。工作原理是通过水箱检测仪器（微压力变送器或水位控制器）提供测量信号到控制柜，从而控制水源管路上电动阀开启或关闭，达到补充中水水箱的目的。由于直饮水系统废水出水带压1～9kgf/cm2（0.1～0.9MPa），所以尽管直饮水泵房与中水泵房处于同一高程，也无需额外设置水泵帮助直饮水废水输送至中水水箱。（图3）

6  结语

①从图4中可得出结论，直饮水第一年因设备费用原因整体费用较高，但从第二年开始，在同样无需采购设备的情况下管道直饮水比桶装水方案费用有大幅降低，加之管道直饮水的废水利用方案每年能节约6000余元水费，通过一定时间的运行验证达到了预期效果，提高了社会效益和经济效益，从经济指标的角度看，管道直饮水比桶装水更能有效的为学校节省饮水成本。该方案为最佳供水方案。

②管道直饮水采用深度膜处理技术，可去除水中的杂质和有害物质。并配备自动操作系统，当水源质量出现问题时，能及时报警或关机，避免过度使用工作系统，既损耗机器又浪费水资源。管网采用了食品级环保健康水管和闭式循环的管网系统，即饮即用，水质新鲜。免除电话订购、人工送水等繁杂工序，并进一步避免桶装水的二次污染。从技术安全性的角度看，管道直饮水能提高饮水品质，直接体现健康理念，保障学校师生饮用安全健康的水，该方案为最佳供水方案。

参考文献：

[1]吴秀玲.直饮水及其在城市生活中的应用[J].价值工程，1006-4311（2011）11-0006-02.

[2]于淑花.管道直饮水生产工艺及效益浅析[J].科技信息，2009（19）：18，46.

[3]甘日华，张永慧，叶兵，黄丽玫，林英钊，邹丹玲，李海波.管道分质直饮水的经济和社会效益分析[J].华南预防医学，2009（04）.