二次供水问题与优化设计

尹怡维

（湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳 421001）

由于城市规模的扩大以及城市高层建筑的增多，仅依靠市政给水管网直供的给水方式在水压及水量调配方面已经不能满足居民的生活需求，大量用户需要依靠二次供水系统来实现日常用水的正常供给。二次供水在满足高层用户对于生活用水的水量水压要求的同时，也存在着一系列问题：水质二次污染、供水能耗大、对管网压力冲击大、高峰期缺水、供水漏损大等。这些问题势必会影响居民的生活质量，进而阻碍城市发展的脚步。为减少上述问题发生的可能性，对二次供水系统的设计进行优化，是提高二次供水系统在运行过程中的安全性、经济性与可靠性的重要途径。

1 二次供水系统存在的问题

1.1 对生活用水造成二次污染

由于水厂净水工艺的改进及运行管理的加强，生活给水在出厂时一般能符合GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》的相关要求。然而，水在输送过程容易受到二次污染，最终导致生活用水到达用户端时水质不达标。供水过程中的二次污染主要来自市政给水管网及二次供水系统。其中，二次供水系统所造成的污染情况更为突出，其表现为水中寄生虫及致病菌含量超标、重金属、有毒有害物质污染。生活用水在水箱停留时间过长导致水中余氯量不达标，水箱及附属管道卫生防护不严，导致了水中微生物滋生。重金属等其他有毒有害污染物的污染则主要是水箱及供水管路材质不合格所导致。

1.2 造成市政管网压力显著降低

二次供水主要方式有叠压供水和水箱水泵联合供水。当前，叠压供水设备已基本采用无负压设备，其通过真空消除器能够防止在水泵在市政管网上吸水时造成泵前市政供水管网负压，但其消除负压能力有限。衡阳市近几年来市政管网运行数据表明，多数采用无负压供水设备的小区，供水设备运行时，会导致周边市政管网压力的大幅度降低，采用叠压供水的小区在市政管网管径较小处设置引入管或者是高峰期用水时，甚至会导致市政直供用户无法正常用水。另外，王欢欢等[3]的研究表明：无负压供水设备的用水节点可能会造成市政管网其他节点出现负压的情况。而水箱水泵联合供水的方式，也会对市政管网压力造成一定程度的影响，其主要表现为进水管阀门频繁开关造成的管网压力波动，进水管管径过大造成市政管网压力下降。

1.3 供水能耗大

水泵选型的不合理是供水能耗大的重要原因之一。尽管现在二次供水所用的水泵为变频泵，但选泵不合理非但不能充分发挥变频泵节能的特点，还导致水泵长期处在低效段运行，反而使得能耗增大。分区划分不合理也是供水能耗大的重要原因。进行给水分区划分时，设计人员常常根据经验进行给水分区的划分，一般考虑减小生活给水泵房面积，减小设备数量。从而导致给水分区层数跨度过大，使得各分区水泵扬程提高，安装减压阀层数增多，最终导致电能的浪费。在供水能耗增加的同时，还可能伴随着供水压力过大，管材寿命缩短等问题。

1.4 二次供水漏损大

在二次供水过程中，常出现各用户用水量与引入管监控表用水量相差较大的情况，导致供水计量差异的主要来源有两类，一类是表观漏损，其主要是由于计量设备误差和用户非法偷水所导致，而另一类是物理漏损，包括输水干管漏损，水箱溢流导致的漏损以及配水支管上的漏损。供水漏损导致水资源的浪费，还致使供水单位产销差大，供水单位利润降低甚至出现亏损。

2 二次供水系统优化设计

2.1 优化水箱设计

选用水箱水泵联合二次供水方式时，应当做好水箱的设计工作。确定水箱容积时，既要保证水箱有足够的水量调节能力，但又要防止水长时间停留在水箱中，水在水箱中的停留时间最多不应超过12h。在进行水箱设计时，根据GB 50015—2019《建筑给水排水设计规范》要求，生活用水水箱容积按照最高日用水量的15%～20%进行确定，理论上水力停留时间并未超过12h。但多数用户日用水量往往远小于用水定额，并且一般情况下，小区的入住率不会达到100%。因此确定水箱容积时，应当收集当日供水变化情况，同时考虑入住率，从而确定合适的用水定额和供水人数，从而防止水力停留时间过长。

为防止出现死水区，水箱形状宜为矩形，同时应在水箱中设置导流板。如果由于地下室结构设计原因，水箱设计存在承重墙、柱等限制因素，则优先考虑设置多个水箱，尽量避免设计异形水箱。给排水设计人员在建筑进行结构设计阶段时应与结构设计人员进行沟通，减少房屋结构物对水箱设计的限制。

水箱材质应选择食品级304及以上等级不锈钢，以防止重金属污染。为了抑制水中余氯下降所造成的微生物滋生，水箱应当设置消毒设施。紫外消毒器和水箱自洁消毒器是目前主要的二次供水消毒设备，紫外消毒器消毒速度较其他消毒方法更快，但其不具备持续的消毒作用，而水箱自洁消毒器通过水中Cl-产生HClO等物质进行消毒，其持续消毒效果好，但要求水中Cl-的含量不小于15mg/L，并且消毒时间较长。因此在选择消毒器时，要根据二次供水管线长度，水力停留时间进行确定，或者可以联合使用两种消毒设备。

2.2 根据周边市政管网特点确定二次供水方式

叠压供水方式存在调节能力差，对市政管网压力冲击大，但其可以利用管网水头，且占地面积小，水质不易受到污染。而水泵水箱联合供水则具有较好的调节能力，对市政管网要求低，但水容易受到污染。因此应综合考虑周边市政管网条件，再确定供水方式。重点应了解周边管网高峰期水压、管径、供水负荷情况。当设计项目处于市政管网前端，且最不利条件下，周边市政管网压力不小于0.28MPa时，将项目流量与周边用户流量进行叠加后，市政管网的供水能力仍然能够满足时，则可以使用叠压供水系统。而对于处于市政管网末端，高峰期水压小，周边市政管道管径较小的项目，则应使用水箱水泵联合供水。特别当项目周边市政管网高峰期管网水压小于0.18MPa，且市政管网管径较小时，可适当减小引入管管径，并增大水箱容积，则可保证项目内用户高峰期水量足够，且能减小新增用户对周边用户用水压力的影响。

2.3 合理划分给水分区

划分给水分区时，应当从服务水头，管理维护，能耗及一次性投资等方面进行综合考虑。从经济效益方面考虑，如果增加分区所节约的电费大于管材和设备所增加的费用，则可以考虑不影响运营管理的情况下，适当增加分区数。反之，则可以适当减小分区数。但分区数不能无限制的增加，对于小区供水项目，考虑到管理维护方便，加压分区的数量一般不多于4个。另外，在分区数一定的情况下，各分区之间层数相等时，加压能耗最低，因此在确定各分区层数时还应尽量保证各分区层数相等。

2.4 选择合适的管材

在选择管材时，应当综合使用位置、价格、耐久性、机械强度及卫生安全性等因素。给水泵房内连接管道的管材需要避免管道锈蚀对水质及不锈钢水箱的影响，所以选择食品级304及以上型号薄壁不锈钢管。而对于架空安装的配水管道，应当选用涂塑钢管或内衬塑镀锌钢管，这两种管材具有较好的机械强度，且耐腐蚀性高，不容易产生锈蚀污染水质，但衬塑钢管的聚乙烯内衬与外壁容易出现分离，水进入内衬与外壁之间，则会导致管道发生锈蚀，从而产生二次污染。因此架空敷设的管材宜建议优先使用涂塑钢管。

对于室外埋地管道，可采用球墨管、PE管、UPVC管、涂塑钢管等。其中球墨管和PE管是最常用的埋地给水管材。与PE管相比球墨管的机械强度更好，且接口采用承插连接，接口处安装质量容易得到保证。但刘恋的研究表明，相同使用条件下球墨管比PE管壁上微生物膜量大。球墨管容易受到微生物的腐蚀作用，腐蚀产物会为微生物生长提供良好的环境，从而导致微生物更容易生长。对于水箱前端管道多为埋地敷设，压力不大，可以采用PE管，而埋地敷设的加压管一般数量不多，可以考虑采用涂塑钢管，或者承压较高的PE管。

2.5 选择恰当的计量设备

现阶段主要的给水计量设备有电磁流量计、超声流量计及机械水表。相比于机械水表，电磁流量计和超声水表的计量精度大，量程广，且使用磨损小，寿命长，但价格高，且需要耗电产生超声波或者电磁场，计量成本较高。对于市政监控水表和各加压分区的总表，采用计量精度高的流量计所带来的效益要高于成本，因此优先使用电子流量计。

而对于用户分表，因为其用水量较小，出于成本考虑，一般采用机械水表，一般情况下二次供水用户处有可以稳定接入的电源，且通信信号较好，为了降低水表抄收的劳动强度，对于用户分表，应选用远传机械水表。在确定分表口径时，尽量选用口径较小的水表，从而保证计量精度。根据衡阳市供水的实践经验，对于普通住宅，每户分表选择DN15的水表其计量精度更高。

3 结束语

二次供水作为城镇供水的一个重要环节，对城镇居民生活质量和城镇发展有着重要的影响。在进行二次供水系统设计时，要保证水箱设计、管材及计量设备选择的合理性，同时根据管网压力特点选择供水方式，并且还应综合经济性、能耗、服务水头等因素来进行加压分区划分，从而确保二次供水安全性、经济性和可靠性，促进居民生活质量提高，加速城镇化进程。