李柏　劉孟蘭　汪智偉　樊學剛
（重慶市自來水公司，重慶　400013）

　　摘　要：介紹了重慶某生活小區(qū)采用反滲透技術制取純凈水的工藝和相關的設計，并就各種管材對純凈水水質會產生的影響作了調研和比較。
　　關鍵詞：純凈水；　反滲透；　設計
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：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%），時變化系數為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年純凈水產量為19.3×10⁵ m³，營業(yè)額高達20億美元，目前歐美國家純凈水銷售量已經是礦泉水的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，目前我國的水質滿足GB 5749—85就可以飲用，純凈水的出現是人們生活水平提高的一種體現。
　　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、無有害礦物質的高品質水。其生產技術核心為反滲透技術（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處理。其供應方式可以采用集中管路供應和集中處理、分散供水兩種形式。有益于人體的有機礦物質僅有1%來自水中，其他絕大多數來自食物，因此飲用純凈水不會造成生活中微量元素的缺乏。

1　純凈水給水系統(tǒng)設計

　　目前純凈水系統(tǒng)設計還存在一個逐漸系統(tǒng)與完善的過程，一般依經驗進行設計?，F介紹重慶某生活小區(qū)純凈水分質供水系統(tǒng)的設計。
1.1　飲水器與飲水定額
　　飲水器噴嘴設計參數：額定流量0.05 L/s，當量0.25，支管管徑15 mm，配水點前所需流出水頭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：6:00-24:00，共18 h
　　時變化系數K_h：4.0
1.2　純凈水生產工藝流程
　　純凈水生產工藝包括預處理、反滲透、供水循環(huán)設施和監(jiān)測控制設施及系統(tǒng)四部分。預處理包括砂濾、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)進水水質滿足：［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（依工程實際情況有時可以不用）；保安過濾器是去除5μm以上懸浮物，保護反滲透膜；供水設施——加壓采用變頻調速系統(tǒng)，管材推薦采用不銹鋼材質，立管用設計秒流量進行設計，供水泵、小區(qū)配水管等采用最高日用水量進行設計。
　　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，電導率從300μS/cm左右可降到3μS/cm（原水電導率＜800μS/cm時，可保證出水電導率<10μS/cm）。
　　目前國產產品可以替代除高壓泵和膜元件以外幾乎所有的設備和配件，在保證產水質量的基礎上，價格較進口設備降低1/3～1/2。例如：國產開發(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，造價僅為后者的2/3。

2　各種管材對純水水質的污染比較

　　就純凈水供水管材對純凈水水質的影響作了調研，這種影響可以用材料對凈水的污染值指標來衡量。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凈水的污染值。不同材料對凈水的污染值見表1，不同時間內溶出的Na、Fe、Ca量見表2。

表1　不同材料對純凈水的污染值 材料 聚四氟
乙烯管 聚丙
烯管 ABS管 有機玻
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　各種材料在不同時間內溶出的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角度出發(fā)，宜采用不銹鋼管作為純凈水的輸配水設備。
　　另外從不同管材運行安裝情況來看，鋼塑管的內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，接口處易產生相對較大的溫度應力，接頭易老化與漏水；UPVC管的粘接接頭易老化，長期使用水中易產生臭味，承高壓有一定問題。因此從實際使用情況出發(fā)，推薦使用不銹鋼管作為直接飲用水的輸水管道。經分析，北京生產的CPD不銹鋼管性能較好，但限于產量原因，價格要高一些；日本的薄壁不銹鋼管的性能價格比較好。

3　循環(huán)管網的序批循環(huán)供水方式

　　循環(huán)管網為供水管網服務，其作用有二：保證在夜間無用水時凈水站供水泵正常運行；保證管網中給水干管和立管內水的水質。為減少能耗，在保證水質的情況下，應當盡量減少循環(huán)水回水流量。建議采用部分管網水循環(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控制即時的回水立管和立管回水水量，回水水質可進行連續(xù)監(jiān)測。各立管循環(huán)回水歷時依不同立管回水時的回水管網中水容積占總供水管網（含循環(huán)管網）容積的比例確定。循環(huán)過程中切換歷時為10 min。如：某一時刻立管1正在循環(huán)回水，此時其他立管未回水，在經過一定的時間后，立管1停止回水，由控制閥門控制立管2開始循環(huán)回水，此時除立管2外，沒有立管在循環(huán)回水。經過設定時間后，又切換為立管3開始循環(huán)回水，……最后又依設定順序切換回立管1回水。采用（立管）序批循環(huán)供水方式后，設計工作量減小，循環(huán)管管徑大大減小，同時運行時的能耗也大大降低。

4　監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計內容

　　監(jiān)測與控制系統(tǒng)設計內容包括水質監(jiān)測方式，水質監(jiān)測，水壓控制，水質控制，水量控制方式，循環(huán)控制方式，事故報警系統(tǒng)等。
　　純凈飲水的供水系統(tǒng)可以采用全自動、變頻調速恒壓供水方式，采用可擴展的上位機聯(lián)接接口，以及出口流量計，并提供通訊協(xié)議及上位機所用的驅動程序。具體如下：
　?、佟∩衔豢刂朴嬎銠C：考慮到降低控制成本和提高計算機綜合利用率，上位控制計算機選用工業(yè)級PC，它同時也作為售水管理系統(tǒng)用計算機。
　?、凇祿欤嚎刹捎肕icrosoft Access。
　?、邸〗涌诳ǎ?2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節(jié)閥門控制）。
　　④　RS485×2串口卡：電量的采集和下位機聯(lián)接等。
　?、荨?4路雙向可控硅接口：用于控制元件驅動。
　?、蕖∫淮蝺x表：壓力變送器（近、遠供水端壓力測量）；濁度變送器（處理前、后水濁度測量）；電導變送器（處理后水電導率測量）；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（電耗測量后作經濟運行方案和成本計算）；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）；調節(jié)閥（進水量調節(jié)控制）；上位機檢測、控制軟件（根據詳細的工藝要求而編制）；售水管理系統(tǒng)（根據管理和銷售的要求而編制）；供水分析系統(tǒng)（水質、水壓、水量分析等）。

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收稿日期：1999-12-12