国内管道直饮水使用、发展情况及其关键技术

国内管道直饮水使用、发展情况及其关键技术报告人：罗凡（华中科技大学）报告提纲管道直饮水的处理技术4管道直饮水概述1管道直饮水国内外发展情况2管道直饮水的设计35存在的主要问题及解决措施1.管道直饮水概述引言随着国民经济的发展、社会的进步以及广大人民群众健康意识的提高，人们对生活饮用水的水质要求也大大提高而由于传统的自来水水质处理工艺落后，饮用水源的严重污染，供水的二次污染等问题，使得自来水水质安全性难以保证，更不用说直接饮用。管道直饮水系统逐渐开始发展。管道直饮水的定义管道直饮水：管道直饮水是“管道优质直接饮用水”的简称，它是用分质供水的方式，在居住小区（酒店、写字楼）内设净水站，运用现代高科技生化与物化技术，对自来水进行深度净化处理，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养和矿物质；同时采用优质管材设立独立循环式管网，将净化后的优质水送往用户，供人们直接饮用。管道直饮水的产生背景城市供水标准偏低，存在二次污染的情况虽然近年我国自来水行业开始执行《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），将检测的水质指标由原来的35项增加至106项，而世界卫生组织水质标准则有206项，国内饮用水水质与国外饮用水质标准仍有一定的差距，我国对水源中部分人工合成的有害物质未做限定，水中的部分有机污染物，光靠煮沸不能去除，而出厂水在送往用户的过程中往往会出现二次污染的问题，因此，常规自来水水质难以满足现阶段人们对饮用水高水质的要求。国内外饮用水标准比较水源污染严重，水厂工艺升级改造任重道远近几年来，我国水污染现象频繁，许多城市的饮用水水源都受到或多或少的污染。据七大水系和内陆河流的110个重点河段统计，目前我国80%的水域、45%的地下水受到污染，90%以上的城市水源严重污染。水环境的污染导致传统的水处理工艺无法完全使出厂水达标。而水厂工艺的升级改造短期内难以彻底完成，因此，目前许多水厂出水水质难以完全满足生活饮用水卫生标准。2011年住建部组织的对占全国城市公共供水能力80%的自来水厂出厂水进行抽样检测，其不合格率达到了17%，而农村地区出厂水不合格率更高。有需求、有效益随着社会的进步以及广大人民群众健康意识的提高，居民对生活饮用水的质量要求逐步提高，进而形成了管道直饮水的供求关系。由于直饮水的价格介于自来水与桶装水、瓶装水的价格之间,因此有很大的价格优势和发展空间。内容桶装水管道直饮水自来水水质3天为最佳饮用期，一旦开封就要及时用完现产现用、新鲜甘甜需煮沸后才可饮用成本市场价格：0.4---0.8元/升直接生产成本：0.04元/升市场价格：0.2---0.3元/升直接生产成本：0.04元/升市场价格（湖北，不同地区价格不同）：1.5---2.5元/m³直接生产成本：0.7-1.5元/m³使用范围由于成本较高,直接饮用居多直饮、做饭、煮汤、洗水果蔬菜均可做饭、煮汤、洗水果蔬菜均可安全性容易形成二次污染；送水人员混杂，家庭安全无法保障全密封产水，循环供水，完全杜绝二次污染水质较好，但不能直饮方便性等水、买水水龙头打开就可享用需煮沸后饮用2.管道直饮水国内外发展情况国内管道直饮水的发展情况优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。在国内，自1996年上海首先实现优质直饮水工程后，由于其具有良好的经济性及取用便利、卫生、安全等优点，引起了国内许多大中城市的重视。建设部规定生态住宅小区必须配备管道直饮水，同时也成为建设部评判各楼盘的一项重要指标。旺盛的市场需求，明确的政府导向促使管道直饮水工程在全国各地普及推广使用，涉及领域有小区住宅、学校、写字楼、宾馆、医院、工矿、商场、政府办公楼等。据2012年的不完全统计，全国已有300多个住宅小区150万居民用上了管道直饮水，如今管道直饮水的使用更加普遍。小区直饮水校园直饮水国外管道直饮水的发展情况国外一些发达国家（如美国、德国等）的管道直饮水系统应用发展历史悠久，技术和管理都相对比较成熟，应用已经非常普遍。城市主体供水系统分别设置两套不同的系统，优质水作为可饮用水系统，低品质水作为非饮用水系统，用于工业冷却用水、浇洒绿地用水、洗车、冲厕等。建设非饮用水系统目的在于节约水资源及减少处理费用，当做整个供水系统的补充。如美国佛罗里达州珊瑚角城管道直饮水系统，一套管网把深度处理后的水直接供给用户饮用、烹饪等，另一套管网将处理后用来浇洒园林绿地、清洁厕所等。美国街道上的直饮水国外家庭中的直饮水3.管道直饮水的处理技术管道直饮水常见工艺流程为：原水→预处理→膜分离→后处理→用户水处理工艺的选择应依据原水水质、经技术经济比较确定，处理后应达到相关规范的水质要求。预处理后处理膜分离预处理预处理是为了去除水中的颗粒物质、溶解性胶体、一些无机离子（如铁、锰、钙、镁等），以减轻膜的结垢、堵塞和污染，延长膜的寿命，提高膜的出水能力，同时可减少在消毒过程中所形成的消毒副产物。目前，工程中常用的预处理有机械过滤、活性炭过滤、精密过滤、离子交换和臭氧氧化等方法。机械过滤：能去除水中较大的颗粒杂质、悬浮固体、铁和锰等，滤料一般采用石英砂和锰砂管道直饮水滤罐机械过滤机械过滤管道直饮水滤罐活性炭过滤活性炭过滤活性炭过滤：是通过过滤和吸附作用，去除水中的异味、余氯、悬浮物胶体和有机物等杂质。另外，也可以采用臭氧-生物活性炭（BAC）工艺，该工艺可大大提高有机物的去除效率，同时可延长活性炭的使用寿命。活性炭过滤滤料应根据实际情况进行选择，可选用活性炭滤芯或颗粒状活性炭（果壳类）；当在特定条件下也可选用载银活性炭，在去除有机物的同时还起到杀菌作用。精密过滤：又称保安过滤，常采用线绕式滤芯或熔式喷聚丙烯纤维滤芯，孔径有5、3、1、0.22μm供选择，常用于去除微量悬浮物或细小杂质颗粒物。精密过滤膜分离技术膜分离技术是利用水溶液中水分子具有的透过分离膜的能力，而溶质和其他杂质不能透过分离膜的特点对溶液进行分离，获得纯净的水。目前，应用于饮用水处理膜分离技术主要有微滤（MF）超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）。微滤（MF）：过滤精度一般在0.1-50微米，常见的各种PP滤芯，活性碳滤芯，陶瓷滤芯等都属于微滤范畴，用于简单的粗过滤，过滤水中的泥沙、铁锈等大颗粒杂质，但不能去除水中的细菌等有害物质。滤芯通常不能清洗，为一次性过滤材料，需要经常更换纳滤(NF)：过滤精度介于超滤和反渗透之间，脱盐率比反渗透低，也是一种需要加电、加压的膜法分离技术，水的回收率较低。也就是说用纳滤膜制水的过程中，会损耗将近30%的自来水。一般用于工业纯水制造。超滤(UF)：过滤精度在0.001-0.1微米，是一种利用压差的膜法分离技术，可滤除水中的铁锈、泥沙、悬浮物、胶体、细菌、大分子有机物等有害物质，并能保留对人体有益的一些矿物质元素。是矿泉水、山泉水生产工艺中的核心部件。超滤工艺中水的回收率高达95%以上，并且可方便的实现冲洗与反冲洗，不易堵塞，使用寿命相对较长。超滤不需要加电加压，仅依靠自来水压力就可进行过滤，流量大，使用成本低廉，以达到较宽的处理范围，但部分杂质、病菌无法解除，可以消除水中的污染物质。反渗透(RO)：过滤精度为0.0001微米左右，可滤除水中的几乎一切的杂质（包括有害的和有益的），只能允许水分子通过。用反渗膜制水的过程中，会损耗将近50%以上的自来水；反渗透技术需要加压、加电，流量小，水的利用率虽然低，但能有效去除各种杂质、超细病菌，一般用于家庭纯净水、工业超纯水、医药超纯水的制造。水质调整包括：水温调整、pH值调整、矿化过滤及（电）磁化等。后处理工艺包括消毒和水质调整等后处理消毒技术管道直饮水虽然规模较小，但供水原理等同城市生活供水，管网中须保留剩余消毒剂。主要作用有：①抑制供水管网中的微生物再繁殖。由于供水管网中，尤其是在管道交叉连接处、管道修补处以及管道老化锈蚀处，大肠杆菌等微生物容易再繁殖，管网总剩余的消毒剂能抑制微生物的生长。②管道在供水过程中再次发生污染时有一定的处理能力。③作为预示供水再次受到污染的信号。虽然管网末梢剩余消毒剂的量对于二次污染的消毒尚嫌不够，但其可作为预示再次受到污染的信号，此点对于管网较长而有死水端和设备陈旧的情况尤为重要。常用消毒方法有紫外线、臭氧、二氧化氯、氯等。根据季节变化消毒方法可组合使用。紫外线消毒：是利用适当波长的紫外线破坏微生物机体细胞中核酸（DNA和RNA）的分子结构，造成其生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡，从而达到杀菌消毒的效果。紫外线消毒是一种物理方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用，它通常与其它物质联合使用，常见的联合工艺有UV+H2O2、UV+H2O2+O3、UV+TiO2。臭氧消毒：消毒过程属生物化学氧化反应，其消毒有以下3种形式：1.臭氧能氧化分解细菌内部合成葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡。2.直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡。3.透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡臭氧消毒在饮用水处理中被越来越多地应用。试验表明，臭氧几乎对所有细菌、病毒、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果。二氧化氯消毒：其对细菌的细胞壁有较强的吸附和穿透能力，从而有效地破坏细菌内含巯基的酶；同时，二氧化氯也能快速地控制微生物蛋白质的合成，达到抑制微生物生长的效果。几种消毒方式特点比较4.管道直饮水的设计管道直饮水的设计主要包括净水工艺的设计与供水规模及供水管网系统的设计。净水工艺的设计在确定净水工艺流程前，应进行原水水质的收集和校正，根据原水水质情况和用户对水质的要求，有针对性地选择工艺。例如：对于有轻度污染或水中大分子天然有机物较多、微生物超标和矿化度适宜的原水,可采用的工艺为:原水储备水箱增压泵机械过滤活性炭过滤（自来水）循环用户水泵净水水箱膜分离对于有一定程度污染,且水中溶解性有机物和有害离子、盐类均有一定超标的原水,可采用的深度净化工艺流程为：原水储备水箱增压泵机械过滤活性炭过滤循环臭氧尾气吸收用户水泵净水水箱消毒膜分离保安过滤机械过滤：当采用石英砂滤料时，滤速宜取6～12m/h；反冲洗强度取12～16L/（㎡·s），反冲洗时间为5min。当采用锰砂滤料时，宜采用粒径为0.6～2.0mm的锰砂滤料，滤速取2～16m/h；反冲洗强度宜取16～18L/（㎡·s），反冲洗时间为5min左右。活性炭过滤活性炭过滤滤料应根据实际情况进行选择，可选用活性炭滤芯或颗粒状活性炭（果壳类）等；当在特定条件下也可选用载银活性炭，在去除有机物的同时还起到杀菌作用。活性炭过滤滤速宜取6～12m/h；反冲洗强度宜取12～16L/（m2·s），反冲洗时间4～10min为宜。保安过滤常采用线绕式滤芯或熔式喷聚丙烯纤维滤芯，孔径有5μm、3μm、1μm、0.22μm，其孔径应根据水质进行选择。膜分离通常工艺上按照用户对水质的不同要求选择一项至二项过滤膜，应用较多的膜分离工艺为微滤、超滤和纳滤，由于反渗透膜可能将对人体有益的微量元素从直饮水中分离去除，故应用相对较少。当原水水质较好时，可直接选用微滤对其进行处理，当原水水质较差时，可选用微滤+超滤或者微滤+纳滤的形式对其进行处理。反渗透膜消毒在进行消毒设施的设计时，应合理地确定消毒剂的种类和投加量。例如：当采用紫外线消毒时，紫外线有效剂量不应低于40mJ/cm2，同时还需投加其他消毒剂（臭氧或二氧化氯等）；采用臭氧或二氧化氯消毒时，应根据消毒剂的衰减周期和管道直饮水系统管网规模确定投加量，保证管网末梢消毒剂残留含量不小于0.01mg/L，一般投加量控制范围为：供水0.05～0.08mg/L，回水0.01mg/L。采用臭氧消毒还需设置尾气处理装置，以防止尾气对人体的危害以及对设备的腐蚀。供水规模的设计目前，各地在直饮水用水量设计时取值各有不同，例如，深圳、宁波、大庆等地的人均用水量约为5L/d，上海约为3L/d，苏州约为6L/d。从实际情况来看，由于直饮水价格相对较高，日常用量相对较少，2-5L/d的