优质饮用水供水系统设计探讨

李盛
（中国成达化学工程公司，四川 成都 610041）

　　摘要：国内一些高档住宅小区和少数发达城市已开始建设和使用独立的“优质饮用水系统”，但该系统的设计和应用是在尝试阶段，缺乏成熟的经验和技术。本文结合工作实践，就此方面的技术做些探讨。文中主要介绍了优质饮用水的设计秒流量公式和其系统的同程供水设计方式，为该系统的设计提供一些有实用价值的资料。
　　关键词：直饮水；饮用水；水处理站；供水系统
　　中图分类号：TU991.02
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009-2455(2002)04-0050-03

　　作为我国城市居民的生活用水水源，自来水一直是主要来源。但是近年来，由于水源的污染等因素，使得“优质饮用水分质供水系统”应运而生。
　　优质饮用水的处理工艺和水质标准比较成熟，但其供水系统在工程设计和施工中并没有可以遵循的标准。本文结合工作中的实践经验，以一个小区的优质饮用水系统设计为例，就此方面的技术做些探讨。

1 工程概况

　　某小区按2000～2500户划分，每栋楼以48户人家计算，则每个小区约有楼房40～52栋。
　　通常，居民每人每日饮用水标准按3L计，用于做饭、炒菜的净水按2L/(人·日)计，这些用水由纯净水供给，则纯净水用水量为5L/(人·日)。
　　现代城市住宅可按平均每户4人计算，则每个小区的人数约为8000～10000，每日供给纯净水总量约40000～50000L。取小区用水的时变化系数为3，供水时间定为18h（早晨6:00～晚间12:00），则最大小时用水量为Q_h=K_h×Q_d/T=6.67-8.33m³/h。
　　由此可以确定每个小区纯净水的处理量为5m³/h，每日纯净水处理站工作时间约10h，才能生产50m³纯净水，从而满足一个小区每天生活用纯净水。
　　处理后的纯净水储存在末端水箱，水箱容积为12m³，可以提供1.5h的最大小时用水量。水箱容积不宜过大，以免储存时间过长，引起水质恶化。

2 水量的确定

2.1 最大小时用水量
　　如前所述，小区的最大小时用水量为6.67～8.33m³/h，时段在中午11:30～1:00和下午6:00～8:00。
2.2 设计秒流量
　　通常，建筑群生活给水管道设计秒流量公式为：
　　　　q=0.2a(N)^1/2+KN　　　　（1）
　　其中，卫生洁具当量数N在75～300范围之内，对于独立的纯净水系统而言，每户仅有1个饮水龙头，其额定流量仅为0.05L/s，当量数为0.25；每个单元当量数为3；每栋楼当量数为12；一个小区用水器具最大当量总数为625。
　　由此可见，如采用上述公式，则每户的纯净水供水管过大，流速偏低，水头损失计算很不精确，无法达到供水均匀可靠的效果。所以此公式只适用于小区给水总管计算，而不能用于每户和每栋楼的设计秒流量计算。
　　因此，在设计中需要引用“分质供水设计秒流量公式”[1]来确定每户的入户管管径。
　　我们知道，住宅生活用水的秒不均匀系数与平均日用水量关系为：
　　　　K=30/(Q)^1/2　　　　　（2）
　　秒流量可采用公式：
　　　　q=(Q×K×1000)/(24×3600)　　　　（3）
　　式中：K－住宅生活用水的秒不均匀系数；
　　　　　Q－平均日用水量，m³/d。
　　将（2）式代入（3）式，得到：
　　　　q=0.347(Q)^1/2　　　　（4）
　　将每日平均用水量换成当量数，公式（1）变为：
　　　　q=0.347(SN)^1/2　　　　（5）
　　式中：
　　　　S－1个当量的卫生器具1d的用水量，m³/d。
　　设计中每户平均按4人计，每户厨房内设计1个纯净水饮用龙头，当量数为0.25，每人每天用水量按5L计，可得出优质饮用水设计秒流量公式为：
　　　　q=0.347[(4×5)/(0.25×1000)]^1/2=0.098(N)^1/2　　　　（6）
　　按上述公式可知：
　　每户支管管道流量：q_支=0.05L/s。
　　每个单元设2根立管，1根立管的流量为：q_单=0.12L/s。
　　1栋居民楼（按4个单元计）供水总管流量为：q_楼=0.34L/s。
　　在设计过程中，应考虑附加30％的循环流量，以保证循环回水的平衡。
　　而整个小区供水总管流量应按公式（1）计算，为：q_总=7.42～8.63L/s

3 管径的确定

　　室外干管的设计流速控制在0.6～1.0m/s，入户管道的设计流速取0.5～0.8m/s。按上述流量可确定出各管道的管径。
　　每户支管流速：υ=0.45m/s，管径d=10mm。
　　每根立管流速：υ=0.80m/s，管径d=15mm。
　　1栋居民楼（按4个单元计）供水总管流速：υ=0.68m/s，管径d=25mm。
　　整个小区供水总管流速：υ=1.02m/s，管径d=110mm。

4 供水系统

4.1 系统的确定
　　小区纯净水给水管线的布置，应以居住小区的建筑、道路详细规划为主要依据，综合考虑小区地形、各类管道布置和建筑物管道的接点等诸多因素，做到设计合理、施工方便。
　　给水干管应沿用水量较大的地段布置，以最短距离向大用户供水。
　　小区供水干管为枝状布置，接人各建筑物后设回水管，与小区内回水干管连接，汇集后送回各小区纯净水处理站，经处理后再供到用户，形成循环系统。
　　当处理站对自来水作深度处理达到纯净水标准后，就将纯净水送到末端水箱储存，再由供水泵加压提升送入供水管网，并由独立的纯净水管网将水输送到各用户。每栋楼串联供水，尾端回水，各楼回水管接到循环回水主管，通过管路长度和管径的调整，使回水管各接点水头接近，使每个用水单元都能平衡供、回水，也就是所谓的同程供水设计。
　　整个系统为全封闭式，仅在用户饮水龙头处可取水，避免了中间污染环节。
　　系统主要由供水泵、循环水泵、紫外线消毒器、供水管、调节阀、减压阀、饮水龙头和循环回水管等组成。
　　其系统的工作流程图如图1所示。

　　当用水高峰期时，循环水泵不开启，系统不作循环，水无法回流，只能供用户使用。当用水量到低点时，循环水泵定时启动，不影响系统供水。循环回水设有旁路，当管路内水停留时间较长，一般为5d时，可打开旁路上阀门，循环泵停止运行，让水流入末端水箱，进行消毒杀菌处理后送回管网，这时需要启动供水泵，将管道内的水送回处理设备，并形成短时间的全流量循环。
　　由于一个小区的供、回水管道较长，起点和终点的水头差别很大，要实现各用水点供水平衡，不仅要在供水主干管上考虑压力调节，而且在每户人户管上也要调节压力。在整个系统调试时，将每户饮水龙头的出流水控制在0.2～0.35MPa，系统正式运行后，用户仅操作水龙头即可，不会破坏系统的压力均衡。
　　户内支管的安装示意见图2。

　　每个单元的供水立管应设在厨房内，管理及安装调试较方便。
4.2 循环水量及循环泵的确定
　　采用强制定时循环的方式，每小时循环2次，循环水泵的性能参数按如下要求确定；
　　　　Q≥2V
　　式中：V－管网水容积，另加上30％的附加循环水量。
　　　　　H≥h_p+h_x+h_j
　　式中：h_p－循环流量通过供水管路的水头损失；
　　　　　h_x－循环流量通过回水管路的水头损失；
　　　　　h_j－循环流量通过设备的水头损失。
　　循环时间应避开用水高峰期，由于纯净水可储存约6d不会影响水质，考虑每天管网循环3次，每次循环水泵运行时间为30min。

5 管材的选用及安装

5.1 管材的选用
　　为了在输水过程中最大限度地减少二次污染，管材和管件的选择极其重要。
　　目前，国内建设部已要求在生活给水系统上停止使用镀锌钢管和铸铁管，取而代之的是各种新型给水塑料管或塑料复合管。可采用的管材为：铜管、不锈钢管、UPVC给水塑料管、交联聚乙烯管（PEX）、聚丙烯管、ABS工程塑料管、塑覆铜管（PE/T2）、铝塑复合管等。其中，铜管、不锈钢管、ABS程塑料管的价格很高，不能广泛使用，仅用于特殊介质而给水工程大都不采用。
　　设计上从耐腐蚀、耐压、阻燃、使用寿命、环保卫生、价格、安装等方面考虑，认为交联聚乙烯管（PEX）、铝塑复合管、UPVC给水塑料管这3种管材较为实用可靠。
5.2 管道敷设及安装调试
　　管道敷设：室内管道宜敷设在墙内，给水管在上，回水管在下。
　　管道在室外敷设时，在车行道下埋设深度不应小于1m，可减少重压和振动对管道的影响。
　　管道安装时，应避免砂土、切割废渣等脏物进入管道，污染水质。在安装过程中应保护管道的外表面不被划伤或破损，以免影响管道使用寿命。
　　系统调试：管道安装过程中，应分段进行冲洗、试压，检查管道是否渗漏。当整个系统安装完毕，利用循环给水泵冲洗系统，灌充加有精制漂白晶的消毒水，保持24h后放空，再充入纯净水，检测水质是否达标，管网进行试运行。在运行过程中，调节管网平衡，检测设备运行状况，监测水质稳定，测定用户用水情况。在各项数据达标，系统达到供回水稳定，并积累一定的管理经验之后，报政府部门监管，将系统投入正式运营。

6 社会效益和经济效益

　　经测算，一个上述规模的纯净水处理站，在满负荷生产的情况下，可年产纯净水29200t，建设投资为279.7万元，每年运行维护的总成本59万元，纯净水价格按100元/t计，年均销售收入为288万元，项目投产后1a就可收回成本。
　　由此看来，“优质饮用水系统”的开发推广，做到设计先进合理，优质施工安装，安全正常运行，精心维护管理，则必将对人们的日常生活带来便利，提高生活质量。同时，也会带来良好的社会效益和经济效益。

参考文献：
[1]李玉荣．优质宜饮水设计秒流量公式的探讨[J]．给水排水，1998，24(7)：51．

作者简介：李盛（1973～），男，四川成都人，工程师，电话(028)85521658。