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1、某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 摘 要 长期以来，自来水一直是城市居民饮水的主要来源。随着城市的工业化及经 济的发展，自来水水源严重恶化，水中污染物的种类和数量急剧增加。另外城市 输水管网使用年限过久，以及二次供水中使用的水箱和水池管理不善，造成供水 二次污染日趋严重。为了保证饮用水的卫生，满足社会需要，在一些经济比较发 达的地区兴起了对人口居住密集的住宅小区实行分质供水。所谓分质供水，即对 自来水进行深度处理，使其水质达到可以直接饮用的标准，通过另设一套独立循 环管网将净化后的优质水送入用户家中。 本文分析了国内管道直饮水的现状，重点对比了管道直饮水的
2、处理工艺及消 毒方法的优缺点。通过对目前饮用水深度净化处理技术的分析，提出了活性炭、 RO-膜联用的深度处理技术。 本文还就管网的布置方式作了相关的探讨，以确保水质卫生、稳定、新鲜， 供用户直接饮用。 关键词：生活饮用水，分质供水，管道直饮水，活性炭，RO-膜 I 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 Abstract For a long time, tap water is the main source of the civil drinking water .With the Industrialization and development of economic, the sourc
3、es of drinking water plants deteriorated seriously. The kinds and quantity of the contaminants increased rapidly. For the long using time of the water pipes in the cities and poor supervise of the water tanks and pools which are used for second supply , the second pollution is more and more serious.
4、 At present in some economically developed areas in China, dual water supply system which supplies water separable for different purposes advents in some new residential buildings. The system deals with drinking water with advanced treatment technologies to meet the high quality standard so that peo
5、ple can drink water directly. The treated water is carried by other cycle pipes to the domestic. In this paper, the emphasis was placed on the advantages and disadvantages of the purification processes and disinfection methods applied in potable water treatment. According to application and study of
6、 advanced treatment technology, it is recommended to treat drinking water with activated carbon and RO-membrane through dual system. In this paper, the disposal of pipe-net is discussed in order to meet the high quality standard so that people can drink water directly. Key words: drinking water, dua
7、l water supply, potable water, activated carbon, RO-membrane II 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 目 录 第一章 前言.1 1.1 选题背景.1 1.2 分质供水的可行性.1 1.3 直饮水水质标准.1 1.4 小区分质供水简介.2 1.5 本论文的目的及研究内容.3 第二章 饮用水深度净化技术.4 2.1 活性炭吸附技术.4 2.2 臭氧氧化技术.5 2.3 生物活性碳吸附技术.5 2.4 膜分离技术.6 2.5 EST 处理技术 .7 2.6 其他深度处理技术.7 第三章 深度水处理工艺 .8 3.1 深度水处理工艺简介.8
8、 3.2 常见的几种深度处理工艺组合.8 3.3 处理工艺的选定.13 第四章 设计计算及设备的选取 . 14 4.1 净水系统工艺设计计算.14 4.2 直饮水供水管道系统设计.21 4.3 设备的选取.29 4.4 工程概预算.31 参考文献.33 致 谢 .35 附录1 .36 附录2 .37 III 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 第一章 前 言 1.1 选题背景 我国广大居民有喝开水的习惯,但对于含有大量有机物的自来水,将其煮沸后反 而会增加水中有害物质的浓度,而对人体有益的氧含量却降低了,饮用开水也并不安 全。于是众多瓶装纯净水、瓶装矿泉水、桶装纯净水应运而生。但是瓶装纯净水和
9、 瓶装矿泉水价格昂贵；桶装纯净水新旧桶交替混用、容易造成旧桶清洗不净而污染 水质, 同时桶装纯净水贮存时间长而容易造成二次污染。全国各地对这三种水水质 进行抽查后,发现其水质合格率不高,加之由于其价格高,多数居民也消费不起。从有 关情况看,城市自来水水质目前还很难有大的提高,在这种形势下,住宅小区分质供 水（直饮水供应）在发达地区迅速兴起1 。 直饮水供应实质上也是把自来水经过深度处理后供直接饮（喝）的水，又称优 质直饮水。一是使水供人们直接饮（喝），二是用管道直接输送至用户饮水处。优 2 质直饮水系统源于美国、丹麦、荷兰等国家，目前发达国家已普遍使用 。 1.2 分质供水的可行性3 直饮水处
10、理系统技术已十分成熟 优质直饮水系统的处理技术和设备十分成熟，特别是一到三级处理技术，我国 已有四五十年的经验和技术。膜分离技术和膜技术已经接近国际先进水平。其它发 达国家的技术和设备完全可以满足净水工艺要求。 直饮水系统的设计理论已为技术推广提供了可能 优质直饮水系统的管网设计理论已十分成熟，并且在许多工程得以较好运用。 虽然有关直饮水设计规范还不健全，但其基本理论并没有变化。 3 根据文献 的经济效益分析论证，小区直饮水工程是经济可行的并且在节约水 资源解决水质性缺水方面有重要的意义。 1.3 直饮水水质标准4 为了规范现有分质供水的水质和统一水质标准，建设部颁布了行业标准饮用 净水水质标
11、准 CJ94-1999 ，并已于2000年3月1 日起实施。该标准是在现行国 - 1 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 标的基础上，考虑到当前水质普遍遭受有机污染的情况，有针对性地增加或调整了 有机物、观感、口感等39项指标。 1.4 小区分质供水简介 小区分质供水的概念 目前在我国针对住宅小区的分质供水主要是指生活饮用水，即管道直饮水。管 道直饮水是指通过在住宅小区内特设净水处理站，运用现代高科技生化、物化处理 技术，对城市自来水进行深度处理，去除水中有机物、细菌、病毒等有害物质，保 留对人体有益的微量元素和矿物质，同时采用优质管材另设一套独立循环管路，将 5 净化后的优质水送入用户家
12、中，以确保水质卫生、稳定、新鲜.供用户直接饮用 。 小区分质供水的特点6 管道直饮水要求在去除水中有毒有害物质的同时能尽量保持水中对人体有益 的矿物质和微量元素。首先，含有钙、镁等具有一定硬度的水，能够改善血液循环 和血液特性、防治高血压和心脏病。其次，含有一定总有机固体（TDS ）的水也有 益人体健康。总有机固体是用来度量水中所有矿物质的，不仅包括钙和镁，也包括 锌、铬和硒等。从生理学上讲，人体吸收的主要与非主要物质的比例受饮用水中主 要元素的影响很大，例如，如果水中 Ca 和 Mg 为含量高的主要元素，而 Pb 为含 量低的次要元素，人体就会选择吸收主要元素而排除次要元素，与之相反，如果水
13、 中硬度很低，细胞就会选择吸收非主要元素铅，即过软水将会使其它有害物质的毒 副作用放大，从而导致各种有毒有害作用发生。 小区管道直饮水工艺简介 运用于住宅小区的管道直饮水处理工艺主要包括两大部分:水处理部分和自动 控制部分。 管道直饮水深度处理技术应用最广泛、技术最成熟的主要是超滤、纳滤和反渗 透三种膜过滤系统。由于几种膜的性能区别，导致其处理系统出水水质存在一定差 异。超滤主要是截留去除水体中较高分子量物质，联合臭氧活性炭预处理工艺，滤 系统便能起到去除水中有毒有害物质，保留对人体有益的微量元素和矿物质的作 用，而纳滤和反渗透膜截留分子量很低，不但能去除水中有机物、病菌等物质，同 时很多无机
14、离子、矿物质也无法通过系统，其出水水质更接近纯净水。 - 2 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 自动控制部分一般采用压力传感变频加压，采用液位传感控制自动进水及水 泵、阀门停启，保证安全制水、供水。 1.5 本论文的目的和研究内容 本课题的研究目的主要是针对分质供水的水处理工艺流程作一些比较性的研 究，实现在实际工程中通过采用研究得到的工艺组合技术为广大用户提供优质饮用 水及成套设备。 本课题的研究内容包括: （l ）在己有饮用水深度处理技术理论基础上，比较各 种处理技术的特点。针对水质，确定最优的直饮水生产工艺流程。（2 ）通过计算确 定直饮水生产运行的重要参数和设备。（3 ）结合工程
15、实例，分析小区分质供水的制 水成本，讨论分质供水的经济意义。 - 3 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 第二章 深度处理技术 2.1 活性炭吸附技术 在各种改善水质处理效果的深度处理技术中，活性炭吸附技术是完善常规处理 工艺以去除水中有机物最成熟有效的方法之一。饮用水中大部分比较大的有机物分 子、芳香族化合物、卤代烃等能牢固地吸附在活性炭表面上或孔隙中，活性炭对腐 7 殖质、合成有机物和低分子量有机物有明显的去除效果 。实践证明，活性炭可降 8 低总有机碳 TOC，总有机卤化物 TOX 和总三卤甲烷 TTHM 等指标 。 活性炭的性质和种类9 活性炭是用烟煤、褐煤、果壳或木屑等多种原料经
16、炭化和活化过程制成的黑色 多孔颗粒，其主要特征是比表面积大和孔隙构造。每 1g 炭的表面积可达 l000m2 左 右，其中绝大部分是颗粒内部的微小孔隙表面，因吸附作用是水中溶解杂质在炭粒 表面上的浓缩过程，所以炭的比表面积是影响吸附性能的重要因素，由于活性炭的 巨大比表面积，因而显示良好的吸附性能。活性炭的孔隙分为大孔、过渡孔和微孔 三种。 活性炭分粉末炭和颗粒炭两种，尽管两者的颗粒大小不同，但因吸附性能决定 于炭的孔隙大小和孔隙的表面积，所以两者吸附性能本质上没有差别。 活性炭的吸附原理9 活性炭的吸附作用主要是物理吸附，范德华力中的色散力起决定作用。物理吸 附为放热反应，且吸附热小，低温情
17、况下就能够进行。活性炭的吸附几乎没有选择 性，对于各种物质来说，只不过是分子间力的大小有所不同。吸附质在吸附剂表面 上的热运动使得吸附质容易离开吸附剂，易于解吸，所以物理吸附又称为可逆吸附。 活性炭的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结 构，又取决于化学组成。由于在活性炭的生产过程中，位于晶格边缘的碳原子存在 着不饱和共价键使其与氢、氧等其它元素相结合形成各种不同的含氧官能团 又称 表面氧化物 ，如羟基、羰基、羧基、巯基等，使本身不存在极性的活性炭具有了 微弱的极性并具有了一定的化学吸附能力。化学吸附为不可逆吸附，如活性炭对一 些金属离子或其化合物等极性物质的吸附。 活
18、性炭对有机物的吸附过程属物理吸附，吸附质与吸附剂之间不存在化学反 - 4 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 应。一般活性炭对溶解性有机物吸附的有效范围为:分子量在 5 003000 之间；极性 高的低分子化合物及腐殖质等高分子化合物难于吸附。有机物如果分子大小相同， 则芳香族化合物较脂肪族化合物易于吸附，支链化合物比直链化合物易于吸附。 2.2 臭氧氧化技术10 由于活性炭空隙多，比表面积大，是细菌栖息的良好场所。水中的有机污染 物在活性炭表面浓缩，为细菌的生长提供物质条件。生物活性炭技术中使用臭氧， 利用臭氧的强氧化性将水中大部分有机物降解为易于吸附和生物降解的小分子 量中间产物，而且
19、通过臭氧氧化的水中由于发生臭氧分解 2O 3O ，水中具有 3 2 充足的氧，促进好氧微生物在活性炭表面繁殖生长，使得活性炭吸附与微生物的 降解协同作用，使吸附后的有机物迅速分解，减少活性炭的吸附负荷，提高了活 性炭去除有机物的能力和使用周期。 2.3 生物活性碳吸附技术11 生物活性碳的提出 欧洲应用臭氧和活性炭去除饮用水中有机物时，发现活性炭滤料上有大量微生 物，出水水质很好并且活性炭再生周期明显延长，于是发展成为一种有效的给水深 度处理技术，称为生物活性炭（BAc ）法。它是由臭氧氧化和活性炭吸附生物降解 结合在一起的水处理工艺。 生物活性碳的特点 完成生物硝化作用将 NH +_N 转化
20、为 NO -N；将溶解有机物进行生物氧化，可 4 3 去除 mg/L 级浓度的溶解有机碳 （DOC ）和三卤甲烷形成潜力 （THMFP ），以及ng/L 到 ug/L 级的有机物；可使活性炭部分再生，延长活性炭的再生周期。 生物活性碳的净水机理 由于活性炭空隙多，比表面积大，是细菌栖息的良好场所。水中的有机污染物 在活性炭表面浓缩，为细菌的生长提供物质条件。生物活性炭技术中使用臭氧，利 用臭氧的强氧化性将水中大部分有机物降解为易于吸附和生物降解的小分子量中 间产物，而且通过臭氧氧化的水中由于发生臭氧分解（2O 3O ），水中具有充足 3 2 - 5 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 的氧
21、，促进好氧微生物在活性炭表面繁殖生长，使得活性炭吸附与微生物的降解协 同作用，使吸附后的有机物迅速分解，减少活性炭的吸附负荷，提高了活性炭去除 有机物的能力和使用周期。 2.4 膜分离技术12 膜处理的净化机理是借助膜的微孔筛分作用，但筛分的同时也会发生膜表面和 微孔壁上的吸附堵塞微孔。膜孔被堵塞不利于水的净化，所以应根据被分离介质的 粒径选择膜的孔径，还必须选用被分离介质和膜之间相互作用弱的膜。用于净水处 理的常用的过滤膜主要有以下几种：微滤（MF ）、超滤（UF ）、纳滤（NF ）和反渗 透（RO ）。其特点及应用总结见表 2.1 。 表 2.1 膜技术比较 微滤 MF 超滤 UF 纳滤
22、NF 反渗透 RO 0.1m2m 0.001m 1 膜孔径 之间 0.1m 1nm0.05m 1nm 之间 操作压力 0.05MPa0.3MPa 0.04MPa0.4 MPa 0.5 MPa1.0 MPa 1 MPa2 MPa 作为超滤、反渗透或 大分子有机物、悬浮 适用于硬度和有机物 3 使用范围 纳滤的预处理或活 物、细菌、病毒和其 较高且浊度低的原 制备纯水 性炭过滤的后处理 它微生物。 水。 设施。 设备简单，操作方 可对原水部分脱盐和 几乎可去除水中 便，通过水量大，制 软化，去除色度、细 的一切杂质，包括 4 技术特点 水率高。 与微滤技术相似。 菌、溶解性有机物和 各种悬浮物、胶
23、 一些金属离子等。 体、溶解性有机 物、无机盐、细菌、 微生物等。 5 不足 有机污染物的分离 长以微滤或超滤作预 工作压力高；制水 效果较差。 与微滤技术相似。 处理，工作压力较高， 率低；能耗大。 有一定的制水率。 - 6 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 微滤冲洗一般可用 孔径介于超滤膜和反 生活饮用水宜进 6 备注 水反冲洗，必要时可 与微滤技术相似。 渗透膜之间。 行矿化处理。 采用化学清洗。 2.5 EST 处理技术13 EST ， Electro sorb technology 技术，中文谓电吸附水处理技术, 由美国 Jng 博士和留美学者孙晓慰博士共同推出。它是利用带电电
24、极表面吸附 水中离子及带电粒子的现象，使水中溶解盐类及其它带电物质在电极表面富集浓缩 而实现水的净化/淡化的一种新型水处理技术。 原水从一端进入阴、阳电极组成的空间，从另一端流出。原水在阴、阳极电极 之间流动时受电场作用，水中带电粒子将分别向带相反电荷的电极迁移，被该电极 吸附并储存在双电层内。随着电极吸附带电粒了的增多，带电粒子在电极表面富集 浓缩，最终实现与水的分离，使水中的溶解盐类、胶体颗粒及其带电物质滞留在电 极表面而获得净化/淡化的出水。EST 工艺流程如图 2.1 ： 市政供水 原水箱 提升泵 保安过滤器 精密过滤器 净水储箱 终端过滤 EST 模块单元组合 恒压变频供水 紫外线消
25、毒 用户 回水管网 或重力供水 图 2.1 EST 流程图 2.6 其它深度处理技术 现在处于研究和实验阶段的深度处理技术主要有：利用在可见光或紫外光照射 作用下进行的复杂反应的光氧化技术；使水作为不连续相与空气接触，利用水中溶 解化合物的实际浓度与平衡浓度之间的差异，将挥发性组分不断由液相扩散到气相 中，达到去除挥发性有机物的吹脱技术；利用声解将水中有机物转化为CO 、H O、 2 2 无机离子和有机酸等成分的超声空化技术。 - 7 - 某小区多层住宅管道直饮水系统的设计 第三章 深度水处理工艺 3.1 深度水处理工艺简介 从目前全国各大城市的分质供水工程实践来看，目前管道直饮水项目所采用的
26、 净水工艺，常见形式如下: 自来水预处理膜分离后处理用户 1.预处理:主要去除水中较粗颗粒和杂质，常用的方法是机械过滤，活性炭过滤 和精处理。机械过滤采用一定规格的石英砂、锰砂、其它砾石。活性炭过滤主要是 采用优质椰壳状颗粒活性炭，利用过滤和吸附的原理，去除水中的异味、余氯、悬 浮物和有机物等杂质。精处理又称保安过滤，常采用过滤精度为 5m 的微孔滤芯， 继续净化水质，延长和保护膜的使用寿命。 2.膜分离:针对用户对水质不同的要求选择膜的类型，如微滤（MF ）、超滤（UF ）、 纳滤（NF ）、反渗透（RO ）等。 3.后处理:主要包括杀菌消毒和微滤。杀菌消毒一般采用臭氧、二氧化氯或紫外 线杀菌器，杀灭水中残余的细菌和在管道或储水罐中滋生的细菌。微滤一般采用 20m 的微孔滤芯，以进一步保证出水水质。 3.2 常见的几种深度处理工艺组合14 由于各处理水水源的水质不一样，为了确保净化处理后的水能够直接饮用，目 前应用比较成熟的指引水处理工艺有超滤、纳滤和 RO-反渗透等三种膜处理工艺。 超滤工艺系统 臭氧发生器 纯氧机 进水 臭氧混合塔 活性炭过滤 精滤 中间水箱 超滤 成品水箱 二次消毒 供水管网 用户 循环泵 图 3.1 超滤工艺流程图 - 8 -
