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【摘 要】 随着物质生活水平的快速提高，人们对饮用水品质的要求也不断提高，管道直饮水应运而生。提高自来水管道直饮水系统设计，是供水企业优质供水、优质服务的重要保障，确保管道施工质量和安全则是重中之重。本文就自来水管道直饮水系统设计进行了简要的分析探讨，希望可供相关参考。
【关键词】 城市；管道；直饮水；系统设计
一、管道直饮水
目前，我国城市自来水厂采用的工艺普遍陈旧落后，对水中微量的有害物质不能有效去除，加上供水管网老化及二次供水设施疏于管理，都存在着自来水水质降低的风险，因而远远不能满足当前人们对饮水质量的要求。针对这一矛盾的日益加剧，种类繁多的瓶装、桶装纯净水、蒸馏水、矿泉水出现在市场上。但由于许多缺乏有效监管的生产厂家的制水设备不符合国家饮用水卫生规范，故常有非法生产劣质饮用水的事件见诸报端，而二次装运及饮水机的不卫生使用也普遍存在着饮用水受污染风险。所以部分瓶装、桶装水的水质也并不能满足群众需求，在此情况下，管道直饮水应运而生。
管道直饮水指以城市供给的自来水为水源，对其进行深度净化后再以专用供水管线向居民供应优质直接饮用水的系统。管道直饮水系统通过特别设置的净水处理站点，利用生化、物化处理技术，除去水中的有机污染物、细菌、病毒、重金属等对人体有害物质，保留有益微量矿物质元素，同时使用优质材料组成的输水管线网络把优质直饮水送入住户，保证了饮用水的卫生与健康。管道直饮水处理系统主要分为净水系统和供水系统两部分。
二、净水系统
（1）臭氧氧化
臭氧的氧化能力很强，处理水的效率很高。臭氧氧化主要作用在水质净化过程中的3个层次：①预臭氧化，去除悬浮颗粒物并分解大的有机物质；②中间臭氧化，降解有机微污染物；③最终臭氧消毒，去除残余的消毒副产物。
（2）生物活性炭吸附
性炭表面分布有大量的微孔结构，具有非常大的比表面积，因此具有极强的吸附能力。可以有效地去除水体中的色和味及有机物质等。此外，利用活性炭表面形成的生物活性膜，更进一步提高了对水中有机物质的去除效率。
（3）滤膜过滤分离
该工艺可高效、安全、稳定地去除水中的细菌和杂质。根据滤膜孔径大小可分为微滤（MF，孔径100～1000nm）超滤（UF，孔径10～100nm）纳滤（NF，孔径1～10nm）和反渗透滤（RO，孔径<1nm）。微滤主要去除浊度、颗粒物质及细菌；超滤主要去除大分子有机物、胶体物质及病毒；纳滤用于分离小分子有机物及无机盐；反渗透过滤可以去除水中所有的无机离子，产生去离子纯净水。
管道直饮水的净水过程以以上3种工艺进行组合使用，从而充分发挥各个工艺的优点，以提供优质水源。
三、管道直饮水系统的设计
在管道直饮水系统中，由于对水质要求较高，且所处理的水量较少，因此，为适应这一特殊需求，通常采用膜过滤技术。各种膜净化技术都有明确的适用范围，在深度净化工艺设计中，必须结合用户对饮用水的要求并根据各地直饮水水源（自来水）的水质特点等情况有针对性地选用。同时考虑到膜处理的特殊要求（防止水源水质的不稳定性），在系统设计中还需要应用活性炭。活性炭过滤与同样功能的膜过滤（主要与纳滤、反渗透）相比，具有造价较低、能耗较省和维护管理较简便等特点，因此，在直饮水深度净化中常与膜过滤联合应用作为纳滤前的预处理，或与超滤组合也能发挥其物化和生化净化优势。
根据相关的研究实验表明，对于以自来水为水源的直饮水深度处理工艺，本着经济与实用的原则，为满足优质直饮水的水质要求，采用生物活性炭再辅以微滤和超滤两级过滤工艺，充分发挥两者的净化优势是完全可以的。只有在水源含盐量较高、污染较严重、水中低分子极性有机物较多的城市，在对自来水进行深度净化的过程中，才考虑采用纳滤。反渗透技术用于直饮水深度净化，一般应尽量少用，除特殊情况外。
根据以上分析并总结国内直饮水深度净化工程的经验，提出用臭氧氧化、活性炭吸附、超滤膜或微滤膜分离、生物降解、臭氧（或紫外线）杀菌消毒工艺。这是对不同水处理机理的有机组合，也是根据原水（自来水）水质变化组合的优化深度净化工艺流程，既利用了生物活性炭氧化分解低分子可生化有机物，改善了水的致突变活性，又充分的发挥了膜过滤物理净化的优势，达到了经济、实用、有效的原则。现根据不同原水水质推荐几种直饮水深度净工艺流程，具体如下：
（1）对于水中大分子天然有机物较多或有轻度污染、矿化度适宜和微生物超标的原水，可采用的工艺为：
（2）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：
（3）对于消毒副产物和水中总溶解性固体物等含量较高、有机污染严重，嗅、味较明显的原水（自来水），可采用的深度净化工艺流程为：
通常的过滤采用的是一级孔径的滤芯，其主要是为了保护后续膜件不受颗粒污染。对微滤、超滤或纳滤膜组件的选择，则以原水水质与产品水质的要求为依据，但是在是使用中都需要进行定期的反洗，其中纳滤的使用与维护较复杂，并且还需用化学清洗。臭氧消毒和紫外线的灭菌功能较强，但由于没有持续效应，在直饮水输水管路较长时为防止二次污染发生，还需要投加其他消毒剂。为保证饮用水水质，方便便平时将停滞的水回流至净水系统进行消毒后再供出，因此，在居民楼供水干管和饮用净水管网都应设回流管，与此同时，管内的净水还需定期回流入原水调节水箱中进行再处理之后在供出。
四、效益分析
北京小区管道工程的投资效益进行分析。
该小区总建筑面积约为10.8×104m3，由3栋高层住宅楼组成，有居民656户，管道直饮水系统按3.5人/户、5L/（人·d），用水量为11.8m3/d设计，供水能力为24m3/d，采用反渗透工艺，出水中浓水与纯水的比例为1：1，总投资为200万元，包括管道费110万元，设备费25万元及安装施工费和其他费用，系统投资折合为10～12元/m2，综合投资小于20元/m2。设备的使用寿命按30a考虑（一般是15a），用水量按12m3/d计，则整个系统的效益分析如下：
（1）总投资为200万元。
（2）自来水费为2元/m3。30a水费合计为51.84万元。
（3）电费为0.4元/（kw·h）。设备每天工作12h，耗电量为72kw·h；30a总费用为31.104万元。
（4）管理費用、维修费用及其他用料费用合计为58.096万元。30a总费用为341.04万元。制水成本为26元/m3。纯净水售价为200元/m3，赢利为173.68元/m3。年赢利为173.68×129600/30=75万元。30a赢利为173.68×129600=2251万元。
由此看出，管道直饮水的成本不到0.03元/L，而售价却是0.20元/L，是成本的6倍多。
五、总而言之，直饮水系统作为一种新兴的供水方式，从技术上是完全可行的，并在很多工程实践中取得了成功的实施，其目的就是为人们提供安全、卫生、健康、新鲜的饮水。作为水专业设计人员，应本着安全、技术、实用、美观、经济的原则，在实践中努力创新，寻求最佳的设计方案，适应住宅设计发展的新要求，才能为人民的生活和用水健康提供更好的环境。
参考文献：
[1]彭海清.城市管道直饮水系统设计[J].萍乡高等专科学校学报，2010，03：38-40.
[2]王志强，王志刚.包头市管道直饮水的现状、问题及对策[J].内蒙古水利，2011（4）：66-68.
[3]刘显彬，赵凡茜.浅谈我国直饮水管道的发展及前景[J].科技信息，2009（13）：394.
【关键词】 城市；管道；直饮水；系统设计
一、管道直饮水
目前，我国城市自来水厂采用的工艺普遍陈旧落后，对水中微量的有害物质不能有效去除，加上供水管网老化及二次供水设施疏于管理，都存在着自来水水质降低的风险，因而远远不能满足当前人们对饮水质量的要求。针对这一矛盾的日益加剧，种类繁多的瓶装、桶装纯净水、蒸馏水、矿泉水出现在市场上。但由于许多缺乏有效监管的生产厂家的制水设备不符合国家饮用水卫生规范，故常有非法生产劣质饮用水的事件见诸报端，而二次装运及饮水机的不卫生使用也普遍存在着饮用水受污染风险。所以部分瓶装、桶装水的水质也并不能满足群众需求，在此情况下，管道直饮水应运而生。
管道直饮水指以城市供给的自来水为水源，对其进行深度净化后再以专用供水管线向居民供应优质直接饮用水的系统。管道直饮水系统通过特别设置的净水处理站点，利用生化、物化处理技术，除去水中的有机污染物、细菌、病毒、重金属等对人体有害物质，保留有益微量矿物质元素，同时使用优质材料组成的输水管线网络把优质直饮水送入住户，保证了饮用水的卫生与健康。管道直饮水处理系统主要分为净水系统和供水系统两部分。
二、净水系统
（1）臭氧氧化
臭氧的氧化能力很强，处理水的效率很高。臭氧氧化主要作用在水质净化过程中的3个层次：①预臭氧化，去除悬浮颗粒物并分解大的有机物质；②中间臭氧化，降解有机微污染物；③最终臭氧消毒，去除残余的消毒副产物。
（2）生物活性炭吸附
性炭表面分布有大量的微孔结构，具有非常大的比表面积，因此具有极强的吸附能力。可以有效地去除水体中的色和味及有机物质等。此外，利用活性炭表面形成的生物活性膜，更进一步提高了对水中有机物质的去除效率。
（3）滤膜过滤分离
该工艺可高效、安全、稳定地去除水中的细菌和杂质。根据滤膜孔径大小可分为微滤（MF，孔径100～1000nm）超滤（UF，孔径10～100nm）纳滤（NF，孔径1～10nm）和反渗透滤（RO，孔径<1nm）。微滤主要去除浊度、颗粒物质及细菌；超滤主要去除大分子有机物、胶体物质及病毒；纳滤用于分离小分子有机物及无机盐；反渗透过滤可以去除水中所有的无机离子，产生去离子纯净水。
管道直饮水的净水过程以以上3种工艺进行组合使用，从而充分发挥各个工艺的优点，以提供优质水源。
三、管道直饮水系统的设计
在管道直饮水系统中，由于对水质要求较高，且所处理的水量较少，因此，为适应这一特殊需求，通常采用膜过滤技术。各种膜净化技术都有明确的适用范围，在深度净化工艺设计中，必须结合用户对饮用水的要求并根据各地直饮水水源（自来水）的水质特点等情况有针对性地选用。同时考虑到膜处理的特殊要求（防止水源水质的不稳定性），在系统设计中还需要应用活性炭。活性炭过滤与同样功能的膜过滤（主要与纳滤、反渗透）相比，具有造价较低、能耗较省和维护管理较简便等特点，因此，在直饮水深度净化中常与膜过滤联合应用作为纳滤前的预处理，或与超滤组合也能发挥其物化和生化净化优势。
根据相关的研究实验表明，对于以自来水为水源的直饮水深度处理工艺，本着经济与实用的原则，为满足优质直饮水的水质要求，采用生物活性炭再辅以微滤和超滤两级过滤工艺，充分发挥两者的净化优势是完全可以的。只有在水源含盐量较高、污染较严重、水中低分子极性有机物较多的城市，在对自来水进行深度净化的过程中，才考虑采用纳滤。反渗透技术用于直饮水深度净化，一般应尽量少用，除特殊情况外。
根据以上分析并总结国内直饮水深度净化工程的经验，提出用臭氧氧化、活性炭吸附、超滤膜或微滤膜分离、生物降解、臭氧（或紫外线）杀菌消毒工艺。这是对不同水处理机理的有机组合，也是根据原水（自来水）水质变化组合的优化深度净化工艺流程，既利用了生物活性炭氧化分解低分子可生化有机物，改善了水的致突变活性，又充分的发挥了膜过滤物理净化的优势，达到了经济、实用、有效的原则。现根据不同原水水质推荐几种直饮水深度净工艺流程，具体如下：
（1）对于水中大分子天然有机物较多或有轻度污染、矿化度适宜和微生物超标的原水，可采用的工艺为：
（2）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：
（3）对于消毒副产物和水中总溶解性固体物等含量较高、有机污染严重，嗅、味较明显的原水（自来水），可采用的深度净化工艺流程为：
通常的过滤采用的是一级孔径的滤芯，其主要是为了保护后续膜件不受颗粒污染。对微滤、超滤或纳滤膜组件的选择，则以原水水质与产品水质的要求为依据，但是在是使用中都需要进行定期的反洗，其中纳滤的使用与维护较复杂，并且还需用化学清洗。臭氧消毒和紫外线的灭菌功能较强，但由于没有持续效应，在直饮水输水管路较长时为防止二次污染发生，还需要投加其他消毒剂。为保证饮用水水质，方便便平时将停滞的水回流至净水系统进行消毒后再供出，因此，在居民楼供水干管和饮用净水管网都应设回流管，与此同时，管内的净水还需定期回流入原水调节水箱中进行再处理之后在供出。
四、效益分析
北京小区管道工程的投资效益进行分析。
该小区总建筑面积约为10.8×104m3，由3栋高层住宅楼组成，有居民656户，管道直饮水系统按3.5人/户、5L/（人·d），用水量为11.8m3/d设计，供水能力为24m3/d，采用反渗透工艺，出水中浓水与纯水的比例为1：1，总投资为200万元，包括管道费110万元，设备费25万元及安装施工费和其他费用，系统投资折合为10～12元/m2，综合投资小于20元/m2。设备的使用寿命按30a考虑（一般是15a），用水量按12m3/d计，则整个系统的效益分析如下：
（1）总投资为200万元。
（2）自来水费为2元/m3。30a水费合计为51.84万元。
（3）电费为0.4元/（kw·h）。设备每天工作12h，耗电量为72kw·h；30a总费用为31.104万元。
（4）管理費用、维修费用及其他用料费用合计为58.096万元。30a总费用为341.04万元。制水成本为26元/m3。纯净水售价为200元/m3，赢利为173.68元/m3。年赢利为173.68×129600/30=75万元。30a赢利为173.68×129600=2251万元。
由此看出，管道直饮水的成本不到0.03元/L，而售价却是0.20元/L，是成本的6倍多。
五、总而言之，直饮水系统作为一种新兴的供水方式，从技术上是完全可行的，并在很多工程实践中取得了成功的实施，其目的就是为人们提供安全、卫生、健康、新鲜的饮水。作为水专业设计人员，应本着安全、技术、实用、美观、经济的原则，在实践中努力创新，寻求最佳的设计方案，适应住宅设计发展的新要求，才能为人民的生活和用水健康提供更好的环境。
参考文献：
[1]彭海清.城市管道直饮水系统设计[J].萍乡高等专科学校学报，2010，03：38-40.
[2]王志强，王志刚.包头市管道直饮水的现状、问题及对策[J].内蒙古水利，2011（4）：66-68.
[3]刘显彬，赵凡茜.浅谈我国直饮水管道的发展及前景[J].科技信息，2009（13）：394.