小区纯净水系统的设计

李柏　刘孟兰　汪智伟　樊学刚
（重庆市自来水公司，重庆　400013）

　　摘　要：介绍了重庆某生活小区采用反渗透技术制取纯净水的工艺和相关的设计，并就各种管材对纯净水水质会产生的影响作了调研和比较。
　　关键词：纯净水；　反渗透；　设计
　　中图分类号：TU991.2
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2000)05-0033-03

　　我国城市人均生活用水量195.4 L/d（普及率为93%），时变化系数为1.5～1.7。人均饮水量为1.5～2.5 L/d，上海地区为2～3 L/d，占生活用水总量的2.5%左右。饮用水按天然水、自来水、开水、矿泉水、蒸馏水、纯净水的顺序发展，美国1991年纯净水产量为19.3×10⁵ m³，营业额高达20亿美元，目前欧美国家纯净水销售量已经是矿泉水的70倍。区域性缺水、水源的污染造成自来水水质下降以及不断提高的生活水平是目前推行纯净水的主要原因，不过有必要说明的是，目前我国的水质满足GB 5749—85就可以饮用，纯净水的出现是人们生活水平提高的一种体现。
　　纯净水又名太空水，最初是美国太空总署为太空航行中的宇航员开发的，是无色、无味、无菌、无有害矿物质的高品质水。其生产技术核心为反渗透技术（RO法），采用孔径为0.2 nm的反渗透膜。反渗透的原水可采用自来水或泉水、井水，但必须配备一定的预处理。其供应方式可以采用集中管路供应和集中处理、分散供水两种形式。有益于人体的有机矿物质仅有1%来自水中，其他绝大多数来自食物，因此饮用纯净水不会造成生活中微量元素的缺乏。

1　纯净水给水系统设计

　　目前纯净水系统设计还存在一个逐渐系统与完善的过程，一般依经验进行设计。现介绍重庆某生活小区纯净水分质供水系统的设计。
1.1　饮水器与饮水定额
　　饮水器喷嘴设计参数：额定流量0.05 L/s，当量0.25，支管管径15 mm，配水点前所需流出水头0.020 MPa。饮水器管道最好不要暗埋，以有利于检修。
　　每户人口：4人
　　饮水定额：4L/(人^．d)
　　用水小时：6:00-24:00，共18 h
　　时变化系数K_h：4.0
1.2　纯净水生产工艺流程
　　纯净水生产工艺包括预处理、反渗透、供水循环设施和监测控制设施及系统四部分。预处理包括砂滤、炭滤和软化等，用以去除原水中的悬浮物和胶体，去除余氯，降低浊度和硬度，以保证反渗透系统进水水质满足：［Cl^-］＜0.1 mg/L，SDI＜4.0。
　　小区纯净水制、供水工艺流程如图1。

　　在上述工艺中，砂过滤器应保证出水浊度＜5 NTU；20μm精密过滤器是截留前工艺中被带出的活性炭粉末及软化罐中树脂溶出物（依工程实际情况有时可以不用）；保安过滤器是去除5μm以上悬浮物，保护反渗透膜；供水设施——加压采用变频调速系统，管材推荐采用不锈钢材质，立管用设计秒流量进行设计，供水泵、小区配水管等采用最高日用水量进行设计。
　　上述工艺的处理效果为：原水总固体从200mg/L左右可降到1.6mg/L，电导率从300μS/cm左右可降到3μS/cm（原水电导率＜800μS/cm时，可保证出水电导率<10μS/cm）。
　　目前国产产品可以替代除高压泵和膜元件以外几乎所有的设备和配件，在保证产水质量的基础上，价格较进口设备降低1/3～1/2。例如：国产开发的光氧化消毒器是一种高效的灭菌装置，已在很大程度上取代了紫外杀菌器，造价仅为后者的2/3。

2　各种管材对纯水水质的污染比较

　　就纯净水供水管材对纯净水水质的影响作了调研，这种影响可以用材料对净水的污染值指标来衡量。单位面积的材料使单位体积去离子水（纯净水）电阻率的增加值叫该材料对净水的污染值。不同材料对净水的污染值见表1，不同时间内溶出的Na、Fe、Ca量见表2。

表1　不同材料对纯净水的污染值 材料 聚四氟
乙烯管 聚丙
烯管 ABS管 有机玻
璃管 不锈
钢管 硬聚氯
乙烯管 灰聚氯
乙烯管 污染值 0.070 0.138 0.210 0.810 1.000 4.250 4.460

表2　各种材料在不同时间内溶出的Na、Fe、Ca量 材　料 1.0 h 24.0 h 48.0 h 72.0 h Na Fe Ca Na Fe Ca Na Fe Ca Na Fe Ca 聚四氟乙烯管 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 聚丙烯管 0 0 0 0.10 0.25 0.15 0.12 0.19 0.04 0.20 0.25 0.15 ABS管 0 0 0 0.10 0.20 0.25 0.10 0.20 0.20 0.20 0.25 0.20 有机玻璃管 0 0 0 0.20 0.20 0 0.40 0.50 0 0.40 0.50 0.30 聚氯乙烯硬管 0.33 0.35 0.50 0.50 0.83 1.2 2.5 2.0 11 2.66 2.0 12.0 聚氯乙烯灰塑料管 0.63 0 1 1.90 1 5.30 2.50 2 11 2.50 2 15.5 不锈钢管 0 　 0 0.2 　 0 0.35 　 0.17 0.35 　 0.17 聚乙烯水龙头 0.14 1 20 0.71 1.5 3.5 0.85 2 4.5 1.6 2 4.5 国外聚丙烯 0 0 0 0.46 0 0.46 0.58 0.38 0.85 0.58 0.38 1.0 　注　表中离子浓度通过无火焰原子吸收分光光度法测定。

　　由表1不难看出，不锈钢管材对纯净水的污染较PVC管等其他塑料管的污染都小，因此从保证供水水质角度出发，宜采用不锈钢管作为纯净水的输配水设备。
　　另外从不同管材运行安装情况来看，钢塑管的内层塑料接口不易紧密，小管径管中钢塑两层间易起泡及脱层；铝塑管的铝皮在土建与安装中易损坏，接口处易产生相对较大的温度应力，接头易老化与漏水；UPVC管的粘接接头易老化，长期使用水中易产生臭味，承高压有一定问题。因此从实际使用情况出发，推荐使用不锈钢管作为直接饮用水的输水管道。经分析，北京生产的CPD不锈钢管性能较好，但限于产量原因，价格要高一些；日本的薄壁不锈钢管的性能价格比较好。

3　循环管网的序批循环供水方式

　　循环管网为供水管网服务，其作用有二：保证在夜间无用水时净水站供水泵正常运行；保证管网中给水干管和立管内水的水质。为减少能耗，在保证水质的情况下，应当尽量减少循环水回水流量。建议采用部分管网水循环回水的（立管）序批循环供水方式，回水由干管控制阀门自动控制即时的回水立管和立管回水水量，回水水质可进行连续监测。各立管循环回水历时依不同立管回水时的回水管网中水容积占总供水管网（含循环管网）容积的比例确定。循环过程中切换历时为10 min。如：某一时刻立管1正在循环回水，此时其他立管未回水，在经过一定的时间后，立管1停止回水，由控制阀门控制立管2开始循环回水，此时除立管2外，没有立管在循环回水。经过设定时间后，又切换为立管3开始循环回水，……最后又依设定顺序切换回立管1回水。采用（立管）序批循环供水方式后，设计工作量减小，循环管管径大大减小，同时运行时的能耗也大大降低。

4　监测与控制系统设计内容

　　监测与控制系统设计内容包括水质监测方式，水质监测，水压控制，水质控制，水量控制方式，循环控制方式，事故报警系统等。
　　纯净饮水的供水系统可以采用全自动、变频调速恒压供水方式，采用可扩展的上位机联接接口，以及出口流量计，并提供通讯协议及上位机所用的驱动程序。具体如下：
　　①　上位控制计算机：考虑到降低控制成本和提高计算机综合利用率，上位控制计算机选用工业级PC，它同时也作为售水管理系统用计算机。
　　②　数据库：可采用Microsoft Access。
　　③　接口卡：12位16路双端输入2路输出A/D-D/A卡（用于模拟量采集和调节阀门控制）。
　　④　RS485×2串口卡：电量的采集和下位机联接等。
　　⑤　24路双向可控硅接口：用于控制元件驱动。
　　⑥　一次仪表：压力变送器（近、远供水端压力测量）；浊度变送器（处理前、后水浊度测量）；电导变送器（处理后水电导率测量）；二氧化氯含量变送器（处理后水二氧化氯含量测量）；电量变送器（电耗测量后作经济运行方案和成本计算）；流量变送器；控制阀门；二位阀（制水、供水工艺过程完成执行控制）；调节阀（进水量调节控制）；上位机检测、控制软件（根据详细的工艺要求而编制）；售水管理系统（根据管理和销售的要求而编制）；供水分析系统（水质、水压、水量分析等）。

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收稿日期：1999-12-12