高层建筑直饮水工艺的优化改造

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高层建筑直饮水工艺的优化改造 摘 要：高层建筑直饮水工艺一 般采用预处理（砂滤+炭滤+软化）+反 渗透+后处理（消毒） ，本文通过对直饮 水工艺的阐述，总结了传统直饮水工艺 的优缺点，随后提出了三套工艺改造措 施，并进行了简单的成本核算，得出最 适合实际改造的方案。以期待未来在工 程设计中提供借鉴作用。 中国论文网 /8/view-12952969.htm 关键词：高层建筑直饮水；直饮 水工艺；直饮水；工艺改造；反渗透； （ Environment & Municipal Engineering College of Xian University Of Architecture And Technology， Xian 710055 Shanxi ） -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 Abstract： high-rise building direct drinking water technology generally adopt pretreatment （ sand filter and carbon filter + softening ） + reverse osmosis + after treatment （ disinfection ） ， based on the direct drinking water the elaboration process， summed up the advantages and disadvantages of traditional direct drinking water， then put forward three technological transformation measures， and the simple cost accounting， the most suitable to the actual transformation plan. To look forward to the future in engineering design reference. Key words： high-rise building direct drinking water； water process； drinking water； technological transformation； reverse osmosis 1.引言 高层建筑管道直饮水原水一般采 用城市自来水，经过预处理、膜处理和 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 后处理。预处理主要是为了减轻后续膜 的结垢、堵塞和污染，以避免膜在短期 内损坏，保证膜工艺系统的长期稳定运 行。膜处理，是利用膜分离原理来将水 中微小颗粒的物质，如细菌、病毒等胶 体物质通过一定大小的膜孔径来去除。 工程实际上主要采用反渗透处理工艺。 后处理是指在膜处理后的保质或水质调 整措施，主要是为了保证管道直饮水水 质的长期稳定性，通常采用消毒，常用 方法：臭氧、紫外线、二氧化氯或氯等。 工程中常采用臭氧和紫外线杀菌消毒。 直饮水的应用在欧美等发达国家 已有较长的历史，其最大的优点就是饮 用水水质有保证，健康、经济、方便。 在我国，上海于 1996 年率先在住宅小 区试验建设第一个管道直饮水系统，由 于其相对传统烧开水的饮用习惯和桶装 水换水、等水、长时间不饮用还易滋生 细菌的无与伦比的优势，立即受到用户 的追捧，带来了极高的经济、社会和环 境效益1。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 将管道直饮水引入住宅小区，是 提高住宅品质的表现，许多房地产开发 商为增加商品房的卖点，已成为房地产 开发商们重点用来吸引购买者的亮点之 一，国内多个城市，尤其是沿海大中型 城市都已在住宅小区推广建设管道直饮 水。城市公共直饮水系统的发展也很快， 深圳、珠海、海口、桂林等不少城市都 安装了街头饮水机。深圳等经济发达的 城市已计划全面改造城市供水系统，提 升自来水水质，最终使自来水可以直接 饮用1。 但是，我国管道直饮水的发展仍 处于起步阶段。其主要应用集中在北京、 上海、广州等大城市。对于当前主要制 约直饮水发展的原因一下几个方面： （1）直饮水管路中易滋生细菌。 （2）直饮水管网中死水情况。 （3）工艺设备以及管材的选用， 经济成本很高。主要是膜组件的成本。 （4）当地建设主管部门缺乏对 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 直饮水行业监管，对个别相关工程项目 只提出少量建设性意见。 高层建筑直饮水系统，属于建筑 给排水饮水供应的部分。建筑给排水饮 水供应主要有开水供应系统和冷饮水供 应系统。所谓直饮水，指的就是冷水供 应系统。对于直饮水系统，最为关键的 一环应该是直饮水工艺部分。因此，对 于直饮水系统的设计，对其工艺的选择 与设计会变得非常重要。本文主要阐述 了整个传统直饮水工艺的主要流程，并 分析其主要的缺陷c 不足，以期待来 指导未来在高层建筑直饮水方向上的设 计。 2. 高层建筑直饮水传统处理工艺 2.1 高层建筑直饮水传统处理工 艺基本介绍 高层建筑传统直饮水工艺处理流 程，根据原水水质的特点和出水水质要 求，大致分为三个阶段：预处理、膜处 理和后处理。 预处理一般为：过滤（一般可以 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 采用多介质过滤、活性炭过滤、精密过 滤、KDF 处理等方法） 、软化7。 反渗透 RO 处理工艺是整个传统 处理工艺的核心。它包括反渗透膜元件， 以及压力容器、高压泵、计量泵、保安 过滤器、各种仪表、阀门等一系列附件 组成。反渗透是与自然渗透过程相反的 膜分离过程。它是借助于半透膜对溶液 中溶质的截留作用，在高于溶液渗透压 的压差推动下，使溶剂渗透通过半透膜， 达到溶液脱盐的目的。渗透和反渗透是 通过半透膜来完成的。在浓溶液一侧施 加比自然渗透压更高的压力。迫使浓溶 液中的溶剂反向透过膜，流向稀溶液一 侧，从而达到分离提纯目的。渗透压的 大小与溶液性质有关而与膜无关。反渗 透的物质迁移过程常用氢键理论、优先 吸附一毛细管流动理论、溶解扩散理论 来解释。反渗透膜的材料一般为醋酸纤 维素（CA） 、芳香族聚酰胺、聚苯并咪 唑（PBI） 、聚苯醚（ PPO） 、聚乙烯醇 缩丁醛（PVB） 。反渗透膜组件是由膜、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 支撑物、和容器按一定技术要求制成的 组合构件。膜组件一般分为板式、管式、 卷式以及中空纤维式。其中主要用于饮 用水、纯水领域的是中空纤维式。板式 主要用于污水处理 MBR 领域。目前膜 工业上把反渗透膜分为三类：高压反渗 透膜（5.6-10.5MPa，用于海水淡化） 、 低压反渗透膜（1.4-4.2MPa，用于苦咸 水的脱盐） 、和超低压反渗透膜（0.5- 1.4MPa，用于自来水脱盐）6。 在膜处理后的后处理，常用方法还有： 臭氧、紫外线、二氧化氯或氯等。工程 中常采用臭氧和紫外线杀菌消毒4。下 图为传统直饮水工艺流程图。 其中砂滤器采用多介质过滤器 （又称压力式机械过滤器）其主要作用 是去除粒度大于 20?m 的机械杂质，经 过混凝的小分子有机物和胶体，前加絮 凝剂；炭滤器采用活性炭过滤器，其主 要功能是除臭、除色、除有机物、除氯、 除重金属；软化器一般采用钠离子交换 器，或采用一些化学处理方法，例如： -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 pH 调节、投加阻垢剂、氧化等，这样 做，笔者认为，这样做可以在一定程度 上，节约设计构筑物的成本（对于环保 公司）和节约设备选型的成本（对于一 般设计院） 。对于软化，主要是为了防 止钙、镁盐在后续的膜组件表面产生结 垢。通常情况下，一般各大环保公司在 设计时，主要针对实际的工程条件中所 告知的水质条件，来对工艺进行优化选 择。对于北方大部分地区，水质偏硬， 需要采取前面所述的有效措施，防止后 续的反渗透膜表面结垢，进而导致的最 后出水水质不达标的情况；而对于南方 或其他特点地区水质较好的情况下，可 以取消这一步。从而达到节约工艺设计 成本和设备选型的成本；精密过滤，又 称保安过滤器。是放置于整个反渗透装 置的进口，其目的是为了进一步去除预 处理进水中可能携带的颗粒性杂质。通 常采用 5?m 的滤芯，滤芯材质一般为聚 乙烯或丙纶。在反渗透系统中采用的滤 芯一般有蜂房式线绕滤芯和熔喷滤芯， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 以及更高效的折叠式滤芯。还有，关于 反渗透装置的浓水的处理，工程上常对 浓水进行直接排放至城市污水管网，或 作浇花、洗车和浇洒道路及绿地之用。 2.2 高层建筑直饮水传统处理工 艺的优缺点 如上文所述，高层建筑直饮水传 统工艺是以反渗透工艺为核心的处理工 艺。对于反渗透处理工艺，笔者认为之 所以现在大部分环保公司采用这套工艺， 有以下几点原因： （ 1） 反渗透膜是膜孔径小于 1 nm 的膜，它基本上将水中的细菌、病 毒等有害物质去除。处理效果好。保证 了供水的安全可靠性。 （ 2 ） 制取反渗透膜工艺技术 的成熟。反渗透膜厂家很多，例如：美 国海德能、美国陶氏以及日本东丽。 但是，该工艺存在以下几点问题： （ 1 ）关于反渗透膜的清洗以 及更换周期的问题； -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 对于反渗透膜的清洗，主要是由 于反渗透膜在长时间的运行过程中，随 时有可能被无机物垢、胶体、微生物、 金属氧化物等污染。从而导致装置出水 水质降低，脱盐率降低，产水量降低以 及多种反应反渗透膜性能的指标下降。 （ 2 ） 反渗透工艺浓水处理问 题； 在反渗透工艺处理的过程中，会 产生浓水。对于浓水的处置问题，长久 以来，都是一个很让大多数设计者头痛 的问题。反渗透工艺浓水中的污染物主 要有：溶解性有机物（DOM）和总溶 解性固体（TDS） 。 （ 3 ）反渗透出水水质问题； 反渗透膜有将将水中有益于健康 的无机离子去除的可能。如何保持水中 的矿物质将会变得异常关键。其次，怎 样使水保持一个弱碱性的 pH 值，也会 变得异常关键。 3. 高层建筑直饮水工艺的优化 对于砂滤+炭滤+软化+RO（膜技 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 术）+消毒这套常规制取直饮水的工艺， 其中软化工艺，向上文所述，已经可以 针对特定水质来考虑其工艺的取舍。这 里无需考虑其优化改造问题。重点是应 基于对其核心处理工艺膜工艺的改 造。由于近年来，陆续爆发饮用水水源 地受到有机污染物污染的事件。为了防 止因由于突发的水污染事件，而导致的 供水安全的问题。工程上采用 RO 为其 工艺流程的核心处理工艺。其主要目的 是保证整个处理工艺的供水安全性。 RO 足以保证其处理流程的供水安全。 因为反渗透用膜的孔径是最小的，一般 小于 1nm，可将水中大部分杂质、及一 些有机污染物去除。可见下表所示： 所以，对于此。估计改造的可能 性也较小。因此需从如何保证水能保证 人体健康饮用，以及最大限度地去除有 机污染物才是关键。 关于反渗透工艺清洗系统，工程 上发现，对于膜的清洗，一般设计的有 自动清洗系统。并且每隔半年或一年清 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 洗系统一次，该系统为自动化控制。对 于这一部分，设计人员需强调这一部分 设计，以及在运行过程中的重要性。 关于反渗透浓水排放问题，反渗 透产水较低，为了提高产水率，工程上 都采用二级反渗透，来提高反渗透装置 的产水率。然，也可以将浓水回用 到整个工艺流程前段，重走一遍工艺流 程。当然，在一开始对整个直饮水传统 工艺设计时，就必须考虑到这一部分的 水量。从而提高浓水的利用率。减少设 备的排水。 3.1 直饮水处理优化方案 下面列举了三种工艺改造方法， 并与传统处理工艺进行了比较； 传统工艺：预处理+RO 装置+紫 外线杀菌； 方案 1：预处理+NF 装置+紫外 线杀菌； 方案 2：预处理+UF 装置+紫外 线杀菌； 方案 3：预处理+RO 装置+紫外 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 线杀菌+电解装置； 方案 1，是利用膜技术中的纳滤 手段进行处理。纳滤膜是目前优质直饮 水的最佳技术之一，其可以有效去除三 卤甲烷的前驱物、细菌、病毒、溶解性 有机物等污染物质，并且适度脱盐，保 证水中对人体有益的无机离子。 方案 2，是对于直饮水原水水质 较好的情况下采用的技术。该技术的成 功推广在 2010 年上海世博会中使用。 方案 3，在传统反渗透处理工艺 的基础上，加上一个对水质改良的措施， 维持水体 pH 的弱碱性。 注：三种方案均增加浓水回用系 统。 3.2 优化方案与传统工艺的比较 假设某建筑直饮水设备产水量为 1m3/h，采用海德能 4 寸 ESPAI-4040 型 反渗透膜组件，一支为 1380 元，共采 用 8 支。一支纳滤膜 1750 元，压力容 器采用无缝连接不锈钢材质，一支 350 元。一支浙江求是膜 FUF8040 型 PVDF -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 14 材质超滤膜组件（包括压力容器）为 4500 元，高压泵，两台，一用一备，一 台为 1150 元。保安过滤器为 2800 元。 紫外线杀菌器为 350 元一台，预计采用 一用一备，共两台。电解设备预计为 500 元一台，采用一用一备，共计两台。 膜组件的费用=膜元件的价钱+压 力容器+高压泵+保安过滤器+阀门仪表 （按前四项的总和的