李柏　劉孟蘭　汪智偉　樊學(xué)剛
（重慶市自來水公司，重慶　400013）

　　摘　要：介紹了重慶某生活小區(qū)采用反滲透技術(shù)制取純凈水的工藝和相關(guān)的設(shè)計(jì)，并就各種管材對(duì)純凈水水質(zhì)會(huì)產(chǎn)生的影響作了調(diào)研和比較。
　　關(guān)鍵詞：純凈水；　反滲透；　設(shè)計(jì)
　　中圖分類號(hào)：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)05-0033-03

　　我國城市人均生活用水量195.4 L/d（普及率為93%），時(shí)變化系數(shù)為1.5～1.7。人均飲水量為1.5～2.5 L/d，上海地區(qū)為2～3 L/d，占生活用水總量的2.5%左右。飲用水按天然水、自來水、開水、礦泉水、蒸餾水、純凈水的順序發(fā)展，美國1991年純凈水產(chǎn)量為19.3×10⁵ m³，營業(yè)額高達(dá)20億美元，目前歐美國家純凈水銷售量已經(jīng)是礦泉水的70倍。區(qū)域性缺水、水源的污染造成自來水水質(zhì)下降以及不斷提高的生活水平是目前推行純凈水的主要原因，不過有必要說明的是，目前我國的水質(zhì)滿足GB 5749—85就可以飲用，純凈水的出現(xiàn)是人們生活水平提高的一種體現(xiàn)。
　　純凈水又名太空水，最初是美國太空總署為太空航行中的宇航員開發(fā)的，是無色、無味、無菌、無有害礦物質(zhì)的高品質(zhì)水。其生產(chǎn)技術(shù)核心為反滲透技術(shù)（RO法），采用孔徑為0.2 nm的反滲透膜。反滲透的原水可采用自來水或泉水、井水，但必須配備一定的預(yù)處理。其供應(yīng)方式可以采用集中管路供應(yīng)和集中處理、分散供水兩種形式。有益于人體的有機(jī)礦物質(zhì)僅有1%來自水中，其他絕大多數(shù)來自食物，因此飲用純凈水不會(huì)造成生活中微量元素的缺乏。

1　純凈水給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　目前純凈水系統(tǒng)設(shè)計(jì)還存在一個(gè)逐漸系統(tǒng)與完善的過程，一般依經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)介紹重慶某生活小區(qū)純凈水分質(zhì)供水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.1　飲水器與飲水定額
　　飲水器噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)：額定流量0.05 L/s，當(dāng)量0.25，支管管徑15 mm，配水點(diǎn)前所需流出水頭0.020 MPa。飲水器管道最好不要暗埋，以有利于檢修。
　　每戶人口：4人
　　飲水定額：4L/(人^．d)
　　用水小時(shí)：6:00-24:00，共18 h
　　時(shí)變化系數(shù)K_h：4.0
1.2　純凈水生產(chǎn)工藝流程
　　純凈水生產(chǎn)工藝包括預(yù)處理、反滲透、供水循環(huán)設(shè)施和監(jiān)測控制設(shè)施及系統(tǒng)四部分。預(yù)處理包括砂濾、炭濾和軟化等，用以去除原水中的懸浮物和膠體，去除余氯，降低濁度和硬度，以保證反滲透系統(tǒng)進(jìn)水水質(zhì)滿足：［Cl^-］＜0.1 mg/L，SDI＜4.0。
　　小區(qū)純凈水制、供水工藝流程如圖1。

　　在上述工藝中，砂過濾器應(yīng)保證出水濁度＜5 NTU；20μm精密過濾器是截留前工藝中被帶出的活性炭粉末及軟化罐中樹脂溶出物（依工程實(shí)際情況有時(shí)可以不用）；保安過濾器是去除5μm以上懸浮物，保護(hù)反滲透膜；供水設(shè)施——加壓采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，管材推薦采用不銹鋼材質(zhì)，立管用設(shè)計(jì)秒流量進(jìn)行設(shè)計(jì)，供水泵、小區(qū)配水管等采用最高日用水量進(jìn)行設(shè)計(jì)。
　　上述工藝的處理效果為：原水總固體從200mg/L左右可降到1.6mg/L，電導(dǎo)率從300μS/cm左右可降到3μS/cm（原水電導(dǎo)率＜800μS/cm時(shí)，可保證出水電導(dǎo)率<10μS/cm）。
　　目前國產(chǎn)產(chǎn)品可以替代除高壓泵和膜元件以外幾乎所有的設(shè)備和配件，在保證產(chǎn)水質(zhì)量的基礎(chǔ)上，價(jià)格較進(jìn)口設(shè)備降低1/3～1/2。例如：國產(chǎn)開發(fā)的光氧化消毒器是一種高效的滅菌裝置，已在很大程度上取代了紫外殺菌器，造價(jià)僅為后者的2/3。

2　各種管材對(duì)純水水質(zhì)的污染比較

　　就純凈水供水管材對(duì)純凈水水質(zhì)的影響作了調(diào)研，這種影響可以用材料對(duì)凈水的污染值指標(biāo)來衡量。單位面積的材料使單位體積去離子水（純凈水）電阻率的增加值叫該材料對(duì)凈水的污染值。不同材料對(duì)凈水的污染值見表1，不同時(shí)間內(nèi)溶出的Na、Fe、Ca量見表2。

表1　不同材料對(duì)純凈水的污染值 材料 聚四氟
乙烯管 聚丙
烯管 ABS管 有機(jī)玻
璃管 不銹
鋼管 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　各種材料在不同時(shí)間內(nèi)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 有機(jī)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 不銹鋼管 0 　 0 0.2 　 0 0.35 　 0.17 0.35 　 0.17 聚乙烯水龍頭 0.14 1 20 0.71 1.5 3.5 0.85 2 4.5 1.6 2 4.5 國外聚丙烯 0 0 0 0.46 0 0.46 0.58 0.38 0.85 0.58 0.38 1.0 　注　表中離子濃度通過無火焰原子吸收分光光度法測定。

　　由表1不難看出，不銹鋼管材對(duì)純凈水的污染較PVC管等其他塑料管的污染都小，因此從保證供水水質(zhì)角度出發(fā)，宜采用不銹鋼管作為純凈水的輸配水設(shè)備。
　　另外從不同管材運(yùn)行安裝情況來看，鋼塑管的內(nèi)層塑料接口不易緊密，小管徑管中鋼塑兩層間易起泡及脫層；鋁塑管的鋁皮在土建與安裝中易損壞，接口處易產(chǎn)生相對(duì)較大的溫度應(yīng)力，接頭易老化與漏水；UPVC管的粘接接頭易老化，長期使用水中易產(chǎn)生臭味，承高壓有一定問題。因此從實(shí)際使用情況出發(fā)，推薦使用不銹鋼管作為直接飲用水的輸水管道。經(jīng)分析，北京生產(chǎn)的CPD不銹鋼管性能較好，但限于產(chǎn)量原因，價(jià)格要高一些；日本的薄壁不銹鋼管的性能價(jià)格比較好。

3　循環(huán)管網(wǎng)的序批循環(huán)供水方式

　　循環(huán)管網(wǎng)為供水管網(wǎng)服務(wù)，其作用有二：保證在夜間無用水時(shí)凈水站供水泵正常運(yùn)行；保證管網(wǎng)中給水干管和立管內(nèi)水的水質(zhì)。為減少能耗，在保證水質(zhì)的情況下，應(yīng)當(dāng)盡量減少循環(huán)水回水流量。建議采用部分管網(wǎng)水循環(huán)回水的（立管）序批循環(huán)供水方式，回水由干管控制閥門自動(dòng)控制即時(shí)的回水立管和立管回水水量，回水水質(zhì)可進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。各立管循環(huán)回水歷時(shí)依不同立管回水時(shí)的回水管網(wǎng)中水容積占總供水管網(wǎng)（含循環(huán)管網(wǎng)）容積的比例確定。循環(huán)過程中切換歷時(shí)為10 min。如：某一時(shí)刻立管1正在循環(huán)回水，此時(shí)其他立管未回水，在經(jīng)過一定的時(shí)間后，立管1停止回水，由控制閥門控制立管2開始循環(huán)回水，此時(shí)除立管2外，沒有立管在循環(huán)回水。經(jīng)過設(shè)定時(shí)間后，又切換為立管3開始循環(huán)回水，……最后又依設(shè)定順序切換回立管1回水。采用（立管）序批循環(huán)供水方式后，設(shè)計(jì)工作量減小，循環(huán)管管徑大大減小，同時(shí)運(yùn)行時(shí)的能耗也大大降低。

4　監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

　　監(jiān)測與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括水質(zhì)監(jiān)測方式，水質(zhì)監(jiān)測，水壓控制，水質(zhì)控制，水量控制方式，循環(huán)控制方式，事故報(bào)警系統(tǒng)等。
　　純凈飲水的供水系統(tǒng)可以采用全自動(dòng)、變頻調(diào)速恒壓供水方式，采用可擴(kuò)展的上位機(jī)聯(lián)接接口，以及出口流量計(jì)，并提供通訊協(xié)議及上位機(jī)所用的驅(qū)動(dòng)程序。具體如下：
　?、佟∩衔豢刂朴?jì)算機(jī)：考慮到降低控制成本和提高計(jì)算機(jī)綜合利用率，上位控制計(jì)算機(jī)選用工業(yè)級(jí)PC，它同時(shí)也作為售水管理系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)。
　?、凇?shù)據(jù)庫：可采用Microsoft Access。
　　③　接口卡：12位16路雙端輸入2路輸出A/D-D/A卡（用于模擬量采集和調(diào)節(jié)閥門控制）。
　?、堋S485×2串口卡：電量的采集和下位機(jī)聯(lián)接等。
　?、荨?4路雙向可控硅接口：用于控制元件驅(qū)動(dòng)。
　?、蕖∫淮蝺x表：壓力變送器（近、遠(yuǎn)供水端壓力測量）；濁度變送器（處理前、后水濁度測量）；電導(dǎo)變送器（處理后水電導(dǎo)率測量）；二氧化氯含量變送器（處理后水二氧化氯含量測量）；電量變送器（電耗測量后作經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案和成本計(jì)算）；流量變送器；控制閥門；二位閥（制水、供水工藝過程完成執(zhí)行控制）；調(diào)節(jié)閥（進(jìn)水量調(diào)節(jié)控制）；上位機(jī)檢測、控制軟件（根據(jù)詳細(xì)的工藝要求而編制）；售水管理系統(tǒng)（根據(jù)管理和銷售的要求而編制）；供水分析系統(tǒng)（水質(zhì)、水壓、水量分析等）。

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收稿日期：1999-12-12