直飲水投入運行的經濟比較及廢水回收的解決方案

朱建華

摘要：闡述了直飲水發展的歷史背景和在日常工作生活中應用的現狀，以具體項目案例為依據，充分的對直飲水的應用規范、工藝流程、設備技術以及加壓設備的選型、部分主體設備的配置、直飲水的經濟比較、在線監測、廢水回收利用和主要指標等多個方面的內容進行了論證介紹。

Abstract： This paper expounds the historical background of the development of direct drinking water and the present situation of its application in daily work and life. Based on specific project cases， it sufficiently carries out demonstration and introduction of the application norms， technological process， equipment technology， selection of pressurized equipment， configuration of some main equipment， economic comparison of direct drinking water， on-line monitoring， waste water recovery and utilization， and main indicators of direct drinking water.

關鍵詞：直飲水;經濟比較;學校直飲水;直飲水設備及技術;直飲水廢水回收利用

Key words： direct drinking water;economic comparison;direct drinking water in schools;direct drinking water equipment and technology;direct drinking water wastewater recovery and utilization

中圖分類號：TU991? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）21-0057-04

0? 引言

目前大多數家庭都是飲用自來水并進行簡單過濾來提高水的品質，或者是桶裝水。由于桶裝水存在一些缺陷：一是飲水機濾芯需定期更換否則無法保證水質安全，且根據水質情況周期不定更換頻繁費用高。二是桶裝或瓶裝飲用水從出廠到飲用期間，常常要存放很長時間，靜止狀態存放的水會因分子鏈狀結構加長，亞硝酸含量增高等因素而老化變質不宜飲用。三是桶裝水市場混亂，缺乏有力監管，無良商販肆虐，質量得不到保障等問題。管道直飲水的應用可避免以上桶裝水的缺陷。管道直飲水可有效過濾各類污染物質，達到生飲標準，且成本相對較低，成為越來越多人們的新選擇[1]。此文以供水轄區內中小學直飲水項目為例，通過為學校提供便捷的直飲水方案，不僅可以提高飲水品質，保障飲水安全，而且還可以大幅度節約飲水成本。

1? 管道直飲水和桶裝水的比較

1.1 經濟性對比

1.1.1 直飲水方案經濟指標計算

直飲水系統設備購置安裝費用總計為440000元，設備安裝調試后，在無操作失誤以及外界因素、人為損壞情況下，質保期為兩年。質保期內免費提供服務。服務內容包括濾芯更換（濾芯每3個月更換一次，兩年更換8次已含8套備件）。

1.1.2 直飲水全年運行成本

根據學校提供的數據獲知，本直飲水系統服務人數約為1500人，按每天每人飲水量2L計算（0.002m3），則每日全校飲用水量為3m3/d，廢水和成品水比例為3：1，實際用水水量12m3/d。全年教學日約為167天。文教衛生類水價為5.55元/m3。直飲水設備每天運行8小時，設備運行小時電量6kWh，電費0.49/kWh。

水費：12m3/d×167天×5.55元/m3=11122.2元

電費：6kWh×8小時×0.49/kWh×167天=3927.84元

設備維修、更換費用：兩年質保后，需更換濾料，確保設備穩定運行;每年更換總費用：42000元，具體費用構成如下：活性炭、石英砂、錳砂：6000元;軟化樹脂：按每半年添加一次，全年費用11000元;過濾濾芯：1500元;工業用鹽：6000元;紫外線燈：10000元;膜元件更換：美國海德能5支×1500元/支=7500元。

1.1.3 廢水利用節約費用

市面上普遍的直飲水通過RO系統后產生的廢水直接排出，廢水和成品水比例為3：1。造成用水成本的增加。該方案的技術是將RO系統排出的濃縮水直接供給中水水箱。濃縮水除了含鹽量比自來水高，其他多數指標，如濁度、色度、余氯、嗅和味、有機物、懸濁物、膠體、COD（化學耗氧量）、TOC（總有機碳）、SDI（污染指數）等等，都比自來水還要好。學校恰好需要大量的水來用于打掃衛生、沖廁所、綠化用水等，可以把濃縮水用在這些地方。

全校飲用水量為3m3/d，廢水和成品水比例為3：1，每日廢水量為9噸。將廢水排入中水泵房供打掃衛生、廁所沖洗、綠化用水等用途，日節省5.55元/m3×9m3=49.95元，年節省40.9元/d×167天=6830.3元。

1.1.4 利用直飲水方案供水，費用合計

第一年費用包含：系統設備購置安裝440000元，全年水費11122.2元，全年電費3927.84元，系統設備購置安裝+全年水費+全年電費=455050.04元，全年廢水利用節省費用6830.3元。

第二年費用包含：設備維修、更換費用合計42000元，全年水費11122.2元，全年電費3927.84元，設備維修、更換費用+全年水費+全年電費=57050.04元，全年廢水利用節省費用6830.3元。

1.1.5 桶裝水方案經濟指標計算

根據學校提供的數據獲知，飲水需求人數約為1500人，按照40人為一個班，共計38個班，每班設置飲水機臺，加上教師辦公室及公共區域，共計設置飲水機約60臺。

飲水機購置成本按照市場中等品牌價格￥500/臺，￥500/臺×60臺=30000元。

1.1.6 桶裝水每年購買費用

19L桶裝水每桶10元，按每天每人飲水量2L計算（0.002m3），則每日全校飲用水量為3m3/d。

桶裝水成本10元/桶÷19L/桶=0.6元/L，600元/m3×3m3/d×167天=￥300600/年。

1.1.7 飲水機濾芯更換費用

飲水機濾芯更換成本50元/個平均6個月更換一次一年更換2次。50元/個×60臺×2次=6000元/年。

1.1.8 桶裝水方案費用合計

第一年全部費用：飲水機購置費用30000元，購買桶裝水費用300600元，用更換濾芯費用6000元。飲水機購置費用+購買桶裝水費用+更換濾芯費用=336600元。

第二年全部費用：購買桶裝水費用300600元，用更換濾芯費用6000元。購買桶裝水費用+更換濾芯費用=306600元。

1.2 技術安全性對比

1.2.1 管道直飲水：直飲水是供人們直接飲用，因此，采用深度膜處理技術，可去除水中的重金屬、鹽類物質、污染物、農藥、細菌等有害物質。并配備自動操作系統，在系統工作異常時能及時報警或關機，以保證出水水質符合國家飲用水標準。管網采用了食品級環保健康水管和閉式循環的管網系統，即飲即用，水質新鮮，不受二次污染。

1.2.2 桶裝水：無法保證水源的一致性，需用儀器檢測。拆封后會暴露在空氣，與空氣接觸滋生細菌。

2? 直飲水設備選型

2.1 直飲水工藝流程簡述

2.2 工藝流程闡述

針對水質特點，水質凈化工藝流程主要采用了水質監測、機械過濾器、活性炭過濾器、精密過濾器，并配以其他輔助設施[2]。

2.3 水質監測

為了監測市政進水符合飲用水標準，特設水質監測系統實時監測進水水質，如不能滿足處理水質要求系統將自動啟動電磁閥阻斷進水。

2.4 機械過濾器

機械過濾器用于制取軟化水、純水的預過濾。過濾器的濾料一般為石英砂、無煙煤、顆粒多空陶瓷等，是反滲透水處理系統的前處理不可或缺的設備。

2.5 活性炭過濾器

其作用是去除水中游離氯、色、異味和部分有機物，游離氯會氧化反滲透膜，對納濾系統造成不可恢復的破壞，而有機物不僅是微生物的餌料，而且當其濃縮到一定程度后，可能溶解有機膜材料，使膜性能劣化。活性炭能夠吸附有機物、游離氯等對膜產生危害物質，尤其是防止余氯對反滲透膜的破壞。

2.6 精密過濾器

為防止細小懸浮物進入納濾系統，造成反滲透膜的污堵和表面劃傷，納濾設備前安裝5微米精密過濾器。精密過濾器前后分別安裝壓力表測量過濾器前后的壓力。過濾器前后的壓力表差可以表明過濾器的工作狀況。當前后壓差超過滴定范圍時，將更換過濾芯以恢復精密過濾器的工作性能。

2.7 反滲透裝置

RO系統是純水的生產核心，其原理是含各種離子的水通過RO膜，使水與離子分離，本機采用的RO膜使美國海德能公司生產的復合膜，它的孔徑只有1-10埃，在10kg壓力下，使水中所含重金屬離子細菌病毒等有害物質被清除，使用只需打開電控開關調濃、淡水開關即可。同時觀察出水導電率，一般系統脫鹽率為97%。同時在每次開、停機前自動進行沖洗，反滲透一旦開機必須保持每天開機，以防止系統滋生細菌，若長期停機，系統內部要充滿保護液。

2.8 殺菌消毒系統

應用于直飲水的殺菌消毒系統的基本要求是：瞬間殺菌能力強、有一定的持續殺菌能力、不影響水飲用時的口感、操作簡單、維護方便且符合相關衛生標準。傳統的消毒方法有：加氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。加氯氣、二氧化氯消毒廣泛使用在自來水廠的水處理工藝中，雖然具有持續殺菌能力，但嚴重的漂白粉氣味使得用戶難以接受，而且實地操作不安全。臭氧和紫外線結合的消毒方法是水在加入臭氧后存入純水箱，而在用水口之前安裝紫外，將多余的臭氧進行分解，使直接飲用水不帶有臭氧的味道。該組合是最為安全可靠的直飲水消毒方法。因此，既保證了水的口味，有保證了水的徹底消毒，有保證了水質的穩定合格。

3? 直飲水加壓設備選型方案

3.1 水源

本項目供水水源為泵房直飲水處理設備出水。根據建筑高度、水源條件、防二次污染、節能和供水安全原則，供水系統設計如下：管網系統豎向分區的壓力控制參數為：各區最不利點的出水壓力不小于1.10MPa，最低用水點最大靜水壓不大于0.40MPa。

3.2 系統參數設計計算

設計給水流量根據《管道直飲水系統技術規程》（CJJ110-2006）第6.0.2條款的規定確定直飲水瞬時給水設計流量。

計算供水如下：Qs=mq0其中：Qs—瞬時高峰用水量（L/s）;q0—水嘴額定流量（L/s），取0.05L/s;m—瞬時高峰用水時水嘴使用數量;m的確定：水嘴使用概率計算公式：P=（αQd）/（1800n q0）

由上述計算得知，最大小時流量為5.78m3/h，日用水總量4.44m3，根據相關規范和經驗，循環水箱取2.0m3，以增加系統緩沖時間，從而減小系統處理量并增加系統運行時間，達到降低初期系統投資費用的目的。

V：閉路循環系統總體積，管路總體積取3m3;T：循環時間，不宜超過4小時，取4小時。

凈化系統小時循環水量為0.75噸。

3.3 設備選型

按照《建筑給水排水排水設計規范》的規定，水泵直接供水時所需揚程進行計算（以滿足最不利用水點要求時水泵所需揚程為計算依據）：

Hb—水泵滿足最不利點所需水壓;Hy—最不利配水點與引入管的標高差（從泵房地坪算起）;Hc—最不利配水點所需流出水頭;Ho—市政最小水壓取0m;Σh—泵房與最遠供水管線水力損失，含沿程水頭損失hf和局部水頭損失hd，取10m。

將上述所得數據代入公式，得學區全部Hb≥1.1（Hy+Hc+Σh）-Ho=1.1（19.1+10+10）=43m。凈化系統用水高峰時水泵滿足最不利點所需的水壓為：學區全部43米系統流量Q=5.78m3/h，揚程H=43m

4? 部分主體設備配置

部分主體設備配置如圖2所示。

5? 廢水利用

該方案的廢水回收技術是將中水水箱的進水分兩路：一路是將RO系統排出的濃縮水直接供給中水水箱。另一路進水由市政水源提供。工作原理是通過水箱檢測儀器（微壓力變送器或水位控制器）提供測量信號到控制柜，從而控制水源管路上電動閥開啟或關閉，達到補充中水水箱的目的。由于直飲水系統廢水出水帶壓1～9kgf/cm2（0.1～0.9MPa），所以盡管直飲水泵房與中水泵房處于同一高程，也無需額外設置水泵幫助直飲水廢水輸送至中水水箱。（圖3）

6? 結語

①從圖4中可得出結論，直飲水第一年因設備費用原因整體費用較高，但從第二年開始，在同樣無需采購設備的情況下管道直飲水比桶裝水方案費用有大幅降低，加之管道直飲水的廢水利用方案每年能節約6000余元水費，通過一定時間的運行驗證達到了預期效果，提高了社會效益和經濟效益，從經濟指標的角度看，管道直飲水比桶裝水更能有效的為學校節省飲水成本。該方案為最佳供水方案。

②管道直飲水采用深度膜處理技術，可去除水中的雜質和有害物質。并配備自動操作系統，當水源質量出現問題時，能及時報警或關機，避免過度使用工作系統，既損耗機器又浪費水資源。管網采用了食品級環保健康水管和閉式循環的管網系統，即飲即用，水質新鮮。免除電話訂購、人工送水等繁雜工序，并進一步避免桶裝水的二次污染。從技術安全性的角度看，管道直飲水能提高飲水品質，直接體現健康理念，保障學校師生飲用安全健康的水，該方案為最佳供水方案。

參考文獻：

[1]吳秀玲.直飲水及其在城市生活中的應用[J].價值工程，1006-4311（2011）11-0006-02.

[2]于淑花.管道直飲水生產工藝及效益淺析[J].科技信息，2009（19）：18，46.

[3]甘日華，張永慧，葉兵，黃麗玫，林英釗，鄒丹玲，李海波.管道分質直飲水的經濟和社會效益分析[J].華南預防醫學，2009（04）.