管道直饮水系统-给水排水工程成果

直饮水供应方式采用管道形式直接输送至用户时，称为管道直饮水。这种供水方式可减少中间环节的污染。

一、管道直饮水系统的组成

1.水处理设备

制水设备即深度处理设备。常用制水设备主要有活性炭过滤装置、微滤（MF）净水装置、超滤（UF）净水装置、纳滤（NF）净水装置及反渗透（RO）净水装置。

2.供水设备

管道直饮水系统为密闭循环系统，采用不锈钢变频调速水泵供水。

3.输配水管网及回水管网

为避免水流滞留影响水质，管道直饮水系统均设回水管，并对回水进行处理。直饮水管道应采用铜管、不锈钢管、不锈钢衬塑管，也可按表15-1选用塑料管。其配件材料与管材相同，保证管材及配件不对饮用水水质产生不良影响。

表15-1　管道直饮水常用塑料管材性能

4.管道直饮水系统组成

管道直饮水系统如图15-1所示。

图15-1　管道直饮水系统

二、直饮水水质标准

（1）饮用水水质应满足国家GB5479-85《生活饮用水卫生标准》的规定，见表15-2。

表15-2　生活饮用水卫生标准

续表

（2）直饮水在符合国家《生活饮用水卫生标准》的基础上还应进行深度处理，其水质应满足CJ94-1999《饮用净水水质标准》，见表15-3。

表15-3　饮用净水水质标准（CJ94-1999）

三、直饮水的深度处理

常用的直饮水深度处理方法有活性炭吸附过滤法和膜分离法。

1.活性炭吸附过滤法

（1）活性炭的净化作用。活性炭是以碳素物质作原料，经过高温炭化制成的，具有发达孔隙结构和良好吸附性能的疏水性吸附物质。活性炭具有极性，对水中非极性或极性较弱的物质具有较大的亲和力。此外，活性炭还是一种良好的催化剂，具有催化氧化及催化还原作用。

活性炭在水处理中有如下方面的应用：

1）除臭：去除酚类、油类、植物腐烂和氯杀菌导致的异臭。

2）脱色：去除铁、锰等重金属的氧化物和有机物产生的色度。

3）除有机物：去除腐质酸类、蛋白质、洗涤剂、杀虫剂等天然的或人工合成的有机物质，降低水中的耗氧量（BOD，COD）。

4）除氯：去除水中游离氯、氯酚、氯胺等。

5）除重金属：去除汞（Hg）、铬（Cr）、砷（As）、锡（Sn）、锑（Sb）等有毒有害的重金属。(www.xing528.com)

（2）活性炭的品种与特性。活性炭有粉状活性炭（粉末炭）和粒状活性炭（粒状炭）两大类。粒状活性炭分为气相炭、液相炭和水处理用炭等。它们的微孔孔径、分布、炭表面物质的性质及适用条件等均有所区别。适用于水处理的国产粒状活性炭一般性能见表15-4。

（3）活性炭的选择。根据给定条件下活性炭的吸附容量来评价活性炭的吸附效果，选择活性炭品种。

2.膜分离法

直饮水处理中膜分离处理工艺通常分为四类，其装置和处理流程设计较成熟。

（1）微滤（MF）。微滤又称精密过滤，孔径为0.05～15μm。工作压力为0.01～0.2MPa。与常规过滤介质相比，微孔过滤膜具有孔径均匀、孔隙率高、滤膜薄与整体性强等结构优势而使得微孔过滤精度高、过滤速度快、水头损失小、对截留物的吸附量少及无介质脱落等优点。

由于孔径均匀，膜的质地薄，易被粒径与孔径相近的颗粒堵塞。因此进入微滤装置的水质应有一定的要求，尤其是浊度不应大于5NUT。

微滤能有效截留分离超微悬浮物、乳液、溶胶、有机物和微生物等杂质，小孔径的微滤膜还能过滤部分细菌。

（2）超滤（UF）。超滤的工作原理与微滤相似，所不同的就是两者的孔径或者说截留物的尺寸不同。超滤膜的孔径约在0.05～1μm之间。由于材料的不同导致了结构的不同，微孔滤膜通常为均质膜，而超滤膜为非均质膜；微孔过滤为简单的机械截留，而超滤膜除具有机械截留外，物质与膜材料本身相互作用还产生吸附作用。两者的工作方式不同，微孔过滤是一种静态截留的不断进行，被截留物不断的积累，最后导致水头损失不断增加，透水速率不断下降，直至微孔全部堵塞，水的通流量为零，之后停机清洗。超滤则是一种动态截留过程，在超滤过程中实际上进行着两种流动，一种流动是在膜两侧的压差作用下，沿膜面的法线方向，水分子通过超滤膜与被截留物分开；另一种流动则是在膜前（膜的截留侧）超滤器进口和浓缩液出口的压差作用下，滤前液沿膜面的切相将被截留物带走，以保证过滤过程持续进行。

表15-4　国产粒状活性炭特性

超滤膜可以去除分离超微悬浮物、浮液、溶胶、高分子有机物、动物胶、果胶、色素、酶、细菌、热源，以及致癌、致畸、致突变物，过滤性病毒和其他剧毒物。

（3）纳滤（NF）。纳滤膜因其表层孔径处于纳米级范围（10-9m）而得名。由于其特殊的孔径范围和制备时的特殊处理（如复合化、荷电化），使得纳滤膜具有了较特殊的截留性能。纳滤膜主要是去除直径为1～5nm左右的溶质粒子，它的特征是膜本身带电荷性（膜内有氨基和羧基两种正负基团），使它在单纯的孔径截留基础上附加了电性作用，这种电性作用往往大于膜孔径的作用。纳滤膜可以去除水中的三卤甲烷中间体、异味、色度、农药、合成洗涤剂、可溶性有机物、Ca，Mg离子等硬度成分以及蒸发残留物质。实验表明，纳滤对总有机碳TOC的去除率为85%，三卤甲烷THMS的去除率为95%，色度的去除率为97%。

纳滤膜在使用中最大的问题是膜污染。所谓膜污染是指被截留的污染物质没有从膜表面被切向水流带走，而是沉积在膜的表面，致使水流透过膜的水头损失增加，出水量及出水水质下降。

可以采用化学清洗的方法来解决或预防污染。先用NaOH清洗积累在膜内的有机物，但清洗废液需要寻找妥善的处理方法。

（4）反渗透（RO）。在所有的膜中，反渗透膜RO具有最高的截留率，该膜能从水中分离出0.3～1.2nm的溶质分子，完全去除各种细菌、病毒，可以得到无色、无味、无菌、无盐、无金属离子的超纯水。由于RO具有最高的截留性，将绝大多数的无机离子（包括对人体有益的）从水中除去，长期饮用会影响人体健康。

3.膜的选用

（1）膜的选用原则：单位面积通量大，截留量高，理化性能好，工作压力低，抗污染性能好。

（2）膜的选用类型见表15-5。

4.直饮水的消毒

选择直饮水消毒工艺应考虑4个因素：①杀菌效果与持续能力；②残余药剂的可变毒理；③口感；①运行费用。目前常用的消毒方法有氯气（Cl2）、氯化物（ClO2、NH2Cl）、臭氧（O3）与紫外线（UV）。

根据杀菌能力、稳定性、持续能力、THMS生成势的高低、口感和运行中的经常费用，各种消毒工艺排序如下。

（1）生物学杀菌能力排序：O3＞ClO2＞Cl2＞NH2Cl。

（2）稳定性和持续能力排序：NH2Cl＞ClO2＞Cl2＞O3＞UV。

表15-5　膜的选用类型

（3）按THMS和总有机卤化物生成势高低排序：UV＜O3≈ClO2＜NH2Cl。

（4）按直饮水口感排序：UV（无影响）O3＞Cl2≈NH2Cl＜ClO2。

（5）按运行费用排序：UV＞O3＞消毒剂。

5.管道直饮水工艺流程图

直饮水的处理工艺应根据原水水质条件，以及设计直饮水水质要求，通过技术经济比较确定，图15-2为某小区直饮水处理工艺流程。

图15-2　直饮水处理工艺流程图