国外饮用净化水系统研究和应用

傅文华
建筑及居住小区优秀饮用水供水技术课题组

　　我国管道饮用水的出现，是我国国民经济发展一定水平的必然产物，也是我国水工业领域一种新兴产业。随着人民的物质文化生活水平的提高，人们对饮用水的水质也提出了更高的需求。由于我国各地日益严重的水环境污染，许多地区的自来水质不能达到现行标准。虽自来水的水质符合标准，许多地区的输水管网及建筑物内水箱和管道的陈旧，导致水质被二次污染。为了保证饮用水的卫生，满足社会需要，在全国各地兴起了分质供水系统。所谓分质供水，即对自来水进行深度处理，使其水质达到可以直接饮用的标准，用管网供给居民饮用。
　　课题研究的同时，对国外分质供水，做了文献检索。国外也存在分质供水，一般是以可饮用水系统作为城市主体供水，而将处理后的回水和海水作为非饮用水。这种分质供水的含义与国内的现有分质供水系统，是两种不同的概念。根据美国自来水工程协会（AWWA）下属分质供水在1983年提交的“分质供水指南”的建议，在水源水质恶化或处理费用太高，有理由考虑分质供水时，但对可饮用水的设计额定水量做出了最低限定。
　　80年代，在西方国家掀起了饮纯净水的热潮。在美国、西欧、饮用纯净水已成为一种普遍的时尚。仅美国制造纯净水加工厂已达500余家，均以供应瓶装或桶装为主。从事饮用水供应的一家美国著名的Filtrin公司，认为建筑物内供应的桶装水有些不足：搬运困难、水的储存时间过长、占用了面积、桶的置换劳动强度大、清洗维修困难，所以提出了DDW(DEDICATED DRINKING WATER SYSTEMS)建筑物内的直饮用水系统概念。并对桶装水与DDW系统的造价做了分析对比，使用5年后的桶装水的总费用大于DDW系统7倍，所以推出DDW系统在技术、经济上都是可行的。
　　日本从1985年至90年代初已经在针对性的开展了建筑物内优质水（上质水又称高质饮用水）供应系统的研究和产品开发工作，并发表了许多文章，检索到有：
　　1、“上质水供给系统”山田贤次 1994年
　　2、“上质水供应设备的开发”
　　　1）连续通水实验基础上“处理性能”可靠性的评价 野村合弘美 1994年
　　　2）“上质水供给设备的“运行性能”调查结果” 佐佐木淳嗣等 1994年
　　3、关于“优质供水装置的评审标准”（草案） 1995年
　　4、“健康的饮用水水质评价和相关应用研究” 桥本奖 1994年
　　5、“以自来水为原水的上质水供水装置的评定技术的动向和发展” 田元康 1994年
　　6、“优质饮用水生产装置的开发” 荏原 1985年
　　并在95年首次出版了山田贤次的“建筑物内优质水――安全可口饮用水”的专门著作，全面介绍了优质水和可口水的水质、水量定额、优质水配管系统，给水方式、水质管理、处理方法和水质标准以及建筑物优质水中央集中供水系统，并附有关于优质水调查报告和优质水装置评定条件等内容。现就上述日本文献综合报导研究和应用状况：
　　背景：由于日本的经济的迅速发展，人民生活水平的提高，现行的已经严格按饮用水水质标准而供应的给水，也已不能满足人们的要求。安全卫生之外，水的可口度已越来越被人重视。在此要求下，一些给水厂已把臭氧和活性炭处理方法实施于整个生活供水系统，但对于饮料水以外的生活用水而言，这无疑是一种浪费，并不适于推广，在此背景下，建筑物内部中可口的优质水（又称上质水）集中处理供给系统开始受到重视。 优质水的必要性：所谓优质水是以自来水作为原水，通过臭氧消毒活性炭过滤，膜过滤等处理，以除去水中的异味和有毒物质，并在其中添加物质，以达到直饮可口的目的，这也将是未来自来水的发展趋势。上述优质水的定义是：为了得到比现有的自来水更为优质水，将自来水等作为原水按要求水质进行处理，而供应的卫生饮用水。另外，如果现所供应的自来水其水质优良，可达到要求也可称为优质水。目前有优质水的水质标准（表1.2.3）。日本现在的给水厂，多数采用快速过滤处理方式，细菌的去除能力不十分完全，在卫生方面仍需要用氯消毒，而氯和水中的残留有机物能生成有机氯化物，这是一种强烈的制癌物质，所以一直受到专家们的重视。因此，1992年12月，自1957年以来，第一次对现行的优水水质标准做了彻底修改。于此同时，制定了以达到优质水为目的高质水水质标准（表3）
　　3、净化流程：以某技术研究所所设置为例；供应对象为200人，每人每天用水量2.5升，日平均给水量为500升，最大时给水量为100升，主要流程如图3所示，其设备构成详见表4。

表1 优质水质标准与自来水水质标准的比较 项目 优质水 自来水 总固体 （mg/l） 30～200 500以下 （蒸发残渣） 10～100 300以下 硬度 （mg/l） 3～30 游离碳酸 （mg/l） 3以下 10以下 余氯 （mg/l） 0.4以下 0.1以上 臭阈值 （度） 3以下 无异常 水温 （℃） 20以下 -

表2 桥本奖推荐值 指标 计算式 自来水 健康水 Ca-0.87Na ≥5.2 可口水 Ca+k+SiO₂/(Mg+SO₄) ≥2.0

表3 高质水水质项目（13项目） 项目 目标值（水质标准质） 备考 锰 0.01(mg/l)以下[0.05(mg/l)以下] 色 铝 0.2(mg/l)以下 余氯 1.0(mg/l)以下 嗅觉 甲基醇[ ] 粉末活性炭处理：0.00002(mg/l)以下
粉末活性炭处理：0.00001(mg/l)以下 藻类臭 粉末活性炭处理：0.00002(mg/l)以下
粉末活性炭处理：0.00001(mg/l)以下 臭阈值 3以下（T.O.N） 游离碳酸 20(mg/l)以下 味觉 高锰酸钾消耗量 3(mg/l)以下 [10(mg/l)以下] 硬度 10～100(mg/l) [300(mg/l)以下] 总固体（蒸发残渣） 30～200(mg/l) [500(mg/l)以下] 浊度 给水栓1度以下（2度以下）
管网入口：0.1以下 浊度 兰基利阿指数 近似－1以上，趋向0度 腐蚀 PH指数 7.5左右（5.8~8.6）

　　注：1) 2-methyliso-borneol
　　　　2) 兰基利阿指数（langclier index,1936, 美国）

表4 设备装置表 设备名称 说 明 臭氧发生器 电解水方式 发生量：0.2g/h
臭氧量：800cc/h 臭氧接触塔 内经65mm ，高2300mm，透明聚氯乙烯制 一次储存槽 宽570mm，深570mm，高830mm，有效容积200l，不锈钢制品 活性炭吸附装置 外形250mm，高1160mm，容量20l 膜处理装置 外形160mm，高1000mm，中空内压过滤方式，膜面积20m2分离特性0.02μm 加氯装置 投入泵30ml/min，蓄氯槽20l 加氯感应器 测定对象：游离余氯，测定范围0～2ppm 二次储存槽 宽1100mm，深700mm，高750mm，有效容积300l，聚乙烯制品

表5 某技术研究所的高质水水质比较 项目 单位 高质水 矿泉水 自来水 水温 ℃ 19.7 20.5 18.9 总硬度 mg/l 62 77 60 游离碳酸 mg/l 4.2 4.4 3.9 高锰酸钾消耗量 mg/l 1.6 1.9 2.4 硬度 mg/l 150 160 150 总固体（蒸发残渣） 无异常 无异常 无异常 味 无异常 无异常 无异常 PH指数 - 7.1 7.1 7.1 余氯 mg/l 0.2 0.05 0.36

表6 优质水成套处理设备使用现状 成套设备流程示意 最大流量～最小流量（L/n） 件数 臭氧＋活性碳＋薄膜处理 100～50 3 臭氧＋过滤泵＋活性碳＋紫外线消毒 1000～8000 6 砂过滤＋过滤塔＋膜脱气 4000～15000 3 活性炭 2250～3380 3 活性炭＋UF膜＋离子交换＋矿化处理＋紫外线消毒 740～3700 2 中空纤维过滤＋膜 3000～5000 3 薄膜过滤＋矿化处理＋活性炭＋UF膜 400 1 臭氧＋活性炭＋紫外线消毒＋过滤塔 8020 1

　　为了避免管材的变质又及异物产生，管材全部选用不锈钢。1995年完成，经过长期的运转调试，已有相当的可靠性。特别是设备的过滤膜的与通水初期相比，几乎没有增大，显示了一定的耐久性。对于余氯的控制，该设备以0.1～0.2mg/l为目标，认为只要控制在0.4mg/l以下，对味觉不会有太大的影响。设备的出水水质的比较如表5所示，可见水中的微量污染物指标高锰酸钾的消耗量有关显著减少，而且检验不出曾在水中检验出的有机氯化物的浓度，说明致癌物质大为减少。优质水成套处理设备使用情况见表6。
　　4、有关优质水的抽样调查结果：为了掌握有关优质水的行政政策及技术指导，对全国有关的自来水主管部、卫生主管部及建筑主管部进行了问卷调查，其回收率只有50％，简述调查结果。
　　对优质水概念了解程度较高，约占70％。
　　调查结果显示，饮用水的水质指标中大家最为关心的项目是THMs、臭气物质、微量有害金属。
　　对今后自来水的发展方向，只有约半数支持统一的净水方式，这是意料之外的结果。但是约有90％以上的自来水局选择了统一的净水方式。
　　优质供水方式中选择区域方式的很多，其次是个别方式、地区方式。区域方式主要是从水质的安全性、维护管理、经济性、水量的稳定性方面能得到确保。从普及性和经济性方面考虑可选择个别方式。
　　对自来水水质规定水质标准以外更高的标准的问题有多种回答，但都是针对自来水厂。
　　大多数人认为（占70％）优质供水优点是可供安全而好喝的水，另外也有人认为，得用普通自来水管道分质供水，水源容易确保，可根据用户需要标高服务，也无需将自来水全部处理成优质水，从而节省能源。
　　认为优质供水系统主要是经济性（占65％）、在己建成的建筑物内安装配管有难度（59％），维护管理（占51％）。
　　优质水的用途一项调查结果为饮用水占86％、烹调用水占59％、洗浴用水占15％。
　　调查结果表明，对优质供水的关心程度要比予想的要高，说明人们对饮用水的安全性与好喝与否相当关注。
　　5、优质水供水系统是优质水生产装置、供水配管及控制装置的总称。在日本作为优质供水装置，目前较成熟有活性碳吸附处理、膜处理臭氧处理及矿物质添加装置。这些既可单独作用，也可组合使用，还必须与消毒配合使用。但也不排除今后开发应用更好、更新的处理方法。建筑物优质水供给系统的构成见图－4
　　为了供应安全卫生的优质水，还总结了几点注意事项。
　　装置、配管
　　为了防止从装置和配管产生溶于水中的任何重金属及有害物质，应注意使用材料，要选用耐腐蚀性材料，通常以不锈钢为主。
　　2）给水方法
　　为防止水的停留造成水质变化，应采用加压泵给水循环方式。 用定时器及电磁阀排水，以防止水在配管内长时间滞留。
　　3）生产装置
　　为了解决由活性碳吸附装置及膜处理生成的微生物及其繁殖问题，应设置反冲装置定期反洗，利用定时器自动反洗。
　　添加矿化物质及其他滤材应分别有卫生要求。
　　4）防止通常污染的对策
　　 防止交叉连接；
　　 防止逆流；
　　 防止死水；
　　 确保出水口空间；
　　 确保排水口空间；
　　5）日常管理
　　 作为目测检查，有无漏水、噪音、振动等情况检查。
　　 流量、压力的检查。根据瞬时流量计、累积流量计、压力计等测算处理水量和使用水量及压力。
　　 监测水质处理数据和加药状况。
　　 检查装置的工作状况及能力、程序及泵的能力。
　　更换消耗品：膜和滤料需定期更换。半年检测一次目标处理水质，每二个月检测一次10个简易水质项目（一般细菌、大肠杆菌、硝酸性氮及亚硝酸性氮、高锰酸钾消耗量、PH、味、臭气、色度、浓度及余氯等。
　　目前通过现有优质水供给设备，以完全能提供不亚于矿泉水的饮料水。今后继续总结设备运行维护和管理经验，进一步加强系列化和数据化、设备一体化以及在降低能源的观点上还有进一步探讨的必要性。
　　根据上述情况，证明国外已经在应用分质供水技术和新产品的开发，所以根据它们的供水历史和借鉴国外的经验，可以说分质供水是保证和提高现代城市居民生活用水质量的可行办法。