（环境工程专业论文）城市二次供水系统的优化改造.pdf

中文摘要本课题以城市二次供水系统的优化改造为目标，系统地分析了二次供水水质污染现状、原因及改造的方式，并用层次分析法对改造方式进行了综合排序，最后建立了二次供水系统改造方式的优化模型，以期二次供水系统的改造达到经济、技术以及社会效益的最优。首先，笔者从二次供水系统运行现状出发，通过对我国城市二次供水水质状况的调研分析，总结出二次供水水质污染的原因及相关影响因素。第二，根据二次供水水质污染的原因，提出了九种二次供水系统改造方式，并一一介绍了各改造方式的适用范围及其优缺点。第三，由于各种二次供水改造方式受到经济、技术以及社会环境的影响，而且其中有些影响因素无法进行定量描述，使得在选择改造方式时难以抉择，为了解决这些困难，笔者采用层次分析法综合评价各改造方式的优劣，从而为工程中改造方式的选择提供了一定的指导作用。最后，在上述研究成果的基础之上，针对具体的二次供水系统改造方案，建立了0 1 优化模型，并以天津市的二次供水系统改造为例，介绍了模型建立及用l i n g o 软件进行编程求解的过程。分析其最优方案，可以看出，在保证二次供水设施改造满足用户对水量、水压、水质要求的前提下，通过合理选择改造对象、改造方式的组合方案，在投入同样改造资金的前提下，与常规算法相比，服务人口数分别提高了1 9 6 和1 3 6 。总之，二次供水系统的改造问题是一个庞大而又复杂的问题，因而在实际工程中，将受到各方面因素的影响和制约，所以，如何合理安排有限的改造资金，使二次供水系统改造获得更好的社会经济效益，本文提出的层次分析法对二次供水改造方式进行优劣评价，建立了优化模型，确定最优改造方案，对实现二次供水系统的改造具有一定的指导意义。关键词：二次供水水质污染改造方式层次分析法优化模型a b s t r a c tw i t ht h ea i mo fo p t i m a lr e c o n s t r u c t i o no fe i t ys e c o n d a r yw a t e rs u p p l ys y s t e m s ，t h i sp a p e ra n a l y z e dw a t e rp o l l u t i o na c t u a l i t y , c a u s e sa n dr e e o m t r u e t i o nm e t h o d so fs e c o n d a r yw a t e r - s u p p l y ，s y s t e m i c a l l y t h e n , a n a l y t i e a lh i e r a r c h yp r o c e s si su s e dt ov a l u er e c o n s t r u c t i o nm e t h o d s l a s t , o p t i m a lm o d e lo fs e c o n d a r yw a t e r - s u p p l yh a sb e e nb u i l tu p ，e x p e c t i n gt or e c e i v et h eb e s tr e s u l ti ne c o n o m i c a l ，t e c h n o l o g i c a la n ds o e i a lb e n e f i t s f i r s t , s t a r t i n g 谢t 1 1r u n n i n ga c t u a l i t yo fs e c o n d a r yw a t e rs u p p l ys y s t e m s b ya n a l y s i so ft h ew l t t 廿q u a l i t ya c t u a l i t y , t h ea u t h o rs u m m a r i z e dc 跚s e sa n dm u t u a li n f l u e n e e s s e c o n d , a c c o r d i n gt ow a t e rp o l l u t i o nc a u s e so fs e c o n d a r yw a t e rs u p p l y , n i n er e c o n s t r u c t i o nm e t h o d sh a v eb e e nb r o u g h tf o r w a r d , a n dt h i sp a p e ri n t r o d u c e di t sa p p l i c a b l ea r r a n g e ，a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s t h i r db e c a u s er e c o n s t r u c t i o nm e t h o d sa r ci n f l u e n c e db ye c o n o m y , t e c h n o l o g ya n ds o c i a le n v i r o n m e n t , a n ds o m eo ft h e s ec ；a n tb ed e s c r i b e dq u a n t i f i e a t i o n a l l y , i t sd i f f i c u l tt os e l e c t i no r d e rt or e s o l v et h e s ed i f f i c u l t i e s ，t h ea u t h o ru s e sa n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s st oe v a l u a t et h e s ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s i td i r e c t ss e l e c tr c c o n s t r t l e t i o nm e t h o d si ne n g i n e e r i n g l a s t , 0 1 3b a s eo fs t u d i e s ，o p t i m a lm o d e li sb u i l tu pt oi d i o g r a p h i er e c o n s t r u c t i o nm e t h o d so fs e c o n d a r yw a t e rs u p p l y t a k e1 _ i a n j i n 嬲as a m p l et h ea u t h o ri n t r o d u c e dt h ep r o c e s so f b u i l d i n gu pm o d e la n dr e s o l v i n gi tb yl i n 9 0 f r o ma n a l y s i so f t h er e s u l t ,w cc a l lr e c e i v et h a to nc o n d i t i o no fg u a r a n t e e i n gw a t e rq u a n t i t y , w a t e rp r e s s u r ea n dw a 缸q u a l i t y , o nt h el i m i to ff u n d s ，w ec a nm a k em o r t ，1 9 6 a n d1 3 6 p e o p l er e c e i v eb e n e f i t se a r l i e r l y a saw o r d ，t h ep r o p l e mo f r e c o n s l r u e t i o no f s e c o n d a r yw a t e rs u p p l yi sh u g ea n dc o m p l i c a t e d s oi t si n f l u e n c e da n dl i m i t e db ym a n yf a t r o si ne n g i n e e r i n g h o wt oa r r a n g el i m l i t e df u n d sa n dr e c e i v em u c hs o c i a l - e e o n o le e o n o m a lb e n e f i t s , t h i sp a p e ru s ea n a l y t i e a lh i e r a r c h yp r o c e s st oe s t i m a t er e c o n s t r u c t i o nm e t h o d s a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，a n db u i l tu po p t i m a lm o d e l ，i th a sd i r e c t i o n st os e l e c tr e c o n s t r u c t i o nm e t h o d si ne n g i n e e r i n g k e yw o r d s - s e c o n d a r yw a t e rs u p p l y , w a t e rq u a l i t y , p o l l u t i o n , r e c o n s t r u c t i o nm e t h o d , a n a l y t i c a lh i e r a r c h yp r o c e s s ，o p t i m a lm o d e l独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘茎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：昊迷甍签字日期：例年1 月”日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解丕壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨鲞盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：吴；赶鸡导师签名：签字日期：御年1 月如e t签字日期：卯日荔，年旧州天津大学硕士学位论文第一章绪论1 1 课题的提出与研究意义第一章绪论水与人类生存息息相关，饮水卫生是保障人体健康的必备条件。城市供水质量优劣直接关系到千百万人的身体健康。过去，城市供水为直接供水，影响因素较少，供水质量好。近几年来随着城市建设的飞速发展，高层建筑日益增多。由于供水压力不足，自来水不能直接送到楼顶，因此大多数高层住宅采用增设低位蓄水池和高位水箱的二次加压供水办法来满足居民的用水需要。通常所称的二次供水是指供水单位将来自城市公共供水和自建设施的供水，经贮存、加压或深度处理和消毒后，由供水管道或专用管道向用户供水【l 】。二次供水设施是指为保障二次供水水质、水压而设置水箱、消毒设备、气压罐，阀门、水泵机组及电控柜等。据2 0 0 3 年不完全统计，我国6 6 8 座城市中，约9 7 以上的高层建筑采用水池( 水箱) 二次加压供水方式【2 j 。广州市全市就有水箱2 9 万个左右，全市有2 3的居民使用二次供水；深圳市的生活水池也有7 0 0 0 个左右【3 】。青岛市城区有具备二次供水设施的高层建筑2 5 0 栋，其中东部区域1 9 0 栋，中部区域2 3 栋，西部区域3 7 户，二次供水水源为市政供水的2 4 6 栋，占9 8 4 ；以自备给水为水源的4栋【4 】。南昌市登记在册的二次供水设施数量为1 6 0 0 多个，使用经二次供水的用户超过1 2 万人【5 】。上海市已建住宅小区多层屋顶水箱约有1 1 万余只，每只可储水8 吨，加上高层大楼的水箱、水池，总储水量达1 0 0 万吨以上，占上海自来水日产量的1 5 1 6 n 。由此可见，二次供水是城市供水的重要组成部分。但是，二次供水设施污染水质的问题也已经相当严重，1 9 9 0 1 9 9 8 年北京市发生水污染事故8 8 起，其中2 9 起因二次供水污染引起吼在经济发达国家，二次供水系统水质污染也时有发生，据美国1 9 9 2 年的一项调查报告中表明，在美国5 8 6 6 6 个供水系统中，约有1 6 2 8 4 个存在不同程度的水质不合格，其中由二次供水系统污染造成的约占9 5 以上。屋顶水箱的设计目的和使用功能主要是调节水量，即最大限度地满足生活、消防等各种用水水量的需要，而对于水质变化的考虑则列次要的地位。我们知道，在供水过程中，水经过净水厂的严格净化，在进入水箱时各项指标都必须达到国家生活饮用水水质标准。但是由于水在水箱中停留时间过长等原因，水中的各种微量化学物质在水箱中进行反应，不稳定的水逐步地产生微量的化学性沉淀，铁、钙、镁、锰和微生物等沉积于水箱内壁。腐蚀性水将铁氧化成氢氧化铁或氧化铁天津大学硕士学位论文第一章绪论沉积在水箱底部。当每次向水箱中注水时，由于水流冲击而产生浑浊水或红水现象。水中微生物形成凝聚时，产生异臭，使水质变坏。同时，大量微生物的生存，使得水中游离氯大量消耗，从而导致微生物的繁殖和增加，水箱的渗漏及人为的污染源进入水箱等，产生了一系列的水质二次污染。水箱的二次污染问题已非常严重，应引起人们的足够重视。据卫生部门调查结果表明，二次加压供水设施的水质与出厂水有明显的差异，个别水质指标超标达8 3 ，可见水箱中的水质受到了严重的污染。每年我国因为水箱中水质的二次污染而造成的中毒事件时有发生。据不完全统计，我国6 6 8 座城市中，供水系统二次污染造成的水质质量下降中，水箱( 池) 二次加压系统约占4 0 f 2 】。如某大城市旅游局宿舍的3 个高位水箱中捞出一台被肢解的电风扇，水面漂浮有一层油垢；某学院的水箱房成了仓库，半敞口的水箱旁堆放着两箱浓硫酸，水箱底淤泥沉积，箱内青苔滋生厚达3 - 5 c m ，水箱内水的浑浊度、大肠杆菌严重超标【s 】。另有资料表明，广州市的屋顶水箱，自来水中甚至常有红虫等肉眼可见幼虫，且自来水带有腥味【9 】。饮用水在输送蓄贮加压过程中出现的水质污染，对人体健康与安全造成的危害是巨大的，特别是2 0 0 3 和2 0 0 4 年世界范围爆发了两次流行病，而病菌又很容易依靠水系统传播。随着人们生活水平不断提高，对生活饮用水的水质越来越重视。我国在2 0 0 3 年4 月1 5 日颁布的建筑给水排水设计规范，特别强调了生活饮用水的水质防护。建设部在2 0 0 5 年6 月1 日执行的城市供水水质标准规定，水质合格是指用户水龙头出水合格。近年来，媒体对二次供水设施二次污染的情况频频报道，使部分人们对自来水特别是经二次供水设施的供水水质产生了心理恐慌和质疑，因此，改造水箱等二次供水设施，预防水质二次污染，是一个亟待解决的问题。1 2 研究现状二次供水设施污染水质问题的研究，很早就受到了人们的重视，并开始了研究。1 9 9 1 年石家庄市对宾馆、饭店的二次供水水质进行了部分理化指标的监测【1 0 】：1 9 9 3 年深圳市南山区开始对辖区内高层建筑二次供水设施进行预防性和经常性卫生监督和出水水质检测【1 l 】；1 9 9 8 年青岛市就加大了二次供水设施的卫生监督力度【“。对于二次供水系统的改造问题，国内很多城市已经提出了很多种改造方式。杭州市以全面取消屋顶水箱为目标，按照1 4 0 万一d 的供水规模进行非常详细的研究，研究结果需投资1 1 8 亿元，实施难度较大；上海市也曾做过研究，提天津大学硕士学位论文第一章绪论出多种方法并用的方案；温州市打算采取有条件地区取消水箱的办法，但由于该市大部分住宅楼底层是商业网点，取消水箱后无法满足消防要求而未实施；合肥市也开始采用取消屋顶水箱的方法解决二次污染【1 3 】。连云港市提倡选用优质防污管材，大力推广应用新型给水管材( 如u p v c 管、铝塑复合管、钢塑复合管、不锈钢管等) ，逐步淘汰和禁用镀锌钢管及铸铁管。现在上海、大连、广东、福建、湖北、湖南等地十几个大中城市和地区的建设部门已发布通知，禁止给水管道采用镀锌管和铸铁管。一般住宅应采用优质防污染管材，这样尽管一次性投资增加了3 57 r m ，但从长远和环境效益看还是经济合理的【1 4 1 。上海也提出要使用不锈钢水箱【“。二次供水设施改造方式的选择是一个综合决策问题，因为每种改造方式都有各自的特点和适用条件，同时。每一建筑因其建筑功能的不同，在改造方式的选择中需要考虑不同的定量的和定性的因素，包括每一供水改造的难易程度。对某一具体建筑必须协调这些因素，提供各种供水形式满足以上各方面因素的评价系数，以及业主对供水形式的具体的要求。由于这些评价权重对于不同建筑功能和不同的业主是不相同的，不能简单地从概念上进行量化，以免在改造方式选择中，找不到一种对所有建筑都较优的改造方式，而对特定建筑在满足各方面要求的条件下存在一种较优的供水方式。针对以上情况，本文采用层次分析法进行二次供水设施改造方式的选择。层次分析法是一种定量与定性相结合的有效决策分析方法，它将复杂的问题分解为各个组成因素的层次结构，通过分解、判断和综合等步骤，体现了人们决策思维的特征。目前，层次分析法已经用在了很多研究中，如确定水质指标权重【1 6 1 、城市生态环境质量评价f 1 r j 、工业园区生态影响评价1 8 】、水库洪水调度系统综合评价【1 9 1 、水库水质评价模型设计口m 、水权分配【2 ”、高层建筑给水方式选择【翻、区域水资源可持续利用【2 3 1 、天然气开发技术经济评价f 2 4 j 、脱盐植物的选择【2 s j 、工程管 2 p 。 2 6 1 等，充分体现了层次分析法结构严谨、思路清晰、科学性与实用性的特点。优化模型很早就已经用在了工程中，但是目前还没有看到用在二次供水系统改造的工程中。1 3 课题主要研究内容二次供水系统的改造是一项大而复杂的工程，建筑的种类不同、地理位置不同、市政管网压力的不同、水质污染的原因不同，改造的方式也不同，从而，消耗的费用也不同。所以，对于一个具体的建筑，在考虑经济因素、技术因素、社天津大学硕士学位论文第一章绪论会环境因素等的基础上，哪种改造方式最优呢? 为了解决这个问题，本文的研究内容如下：( 1 ) 分析二次供水水质污染的原因查阅文献，尽量对二次供水水质污染的原因进行全面分析，包括管道、水箱、加压设施等，以便于找出更适合的改造方式。( 2 ) 分析二次供水系统改造的方式根据二次供水水质污染的原因，提出二次供水系统的改造方式。( 3 ) 层次分析综合评价二次供水系统的改造方式由于二次供水系统的改造受到很多种因素的影响，其中包括经济因素、技术因素、社会环境因素等，而且，很多影响因素无法定量的描述，那么如何在经济因素、技术因素、社会环境因素的约束下，找到最优的改造方式呢? 本文选用层次分析法对二次供水系统改造的方式进行综合评判。( 4 ) 建立二次供水系统改造的优化模型根据各建筑的具体情况，可使用的改造方式可以有很多种，由于改造方式不同，改造费用不同，而改造资金又是有限的。如何在充分利用资金的情况下，选择不同的改造对象和不同的改造方式，使改造的效益最好呢? 这是一个0 1 规划的问题。本文采用l i n g o 编程求解。天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因第二章二次供水系统的供水现状以及水质污染的原因2 1 二次供水设施现状随着我国城市建设的飞速发展，高层建筑日益增多，各种二次供水方式得到广泛的应用，而建筑物内部的供水管网及加压设备一直是由开发商投资兴建、验收、运行、管理( 自来水公司只负责到泵房外楼门口) ，由于其使用运行过程是在无人管理的情况下进行，致使由设施到管网，都存在着严重二次污染。2 1 1 天津市二次供水设施卫生调查情况天津市自来水集团公司从问题产生的原因、危害以及如何防治等方面开展研究工作，对在建的高层二次供水新技术的研发做了大量工作。在天津市、区政府支持下，自来水公司组织专业人员对该市已建成1 6 8 6 处二次供水设施( 住宅、公共建筑) 运行情况做进一步的调查，结果如下，见表2 1 。表2 - 1 天津市二次供水设施合格情况调查统计表河东和平南开河西红桥河北东丽西青北辰合计基本合格2 03 05 46 11 62 04oo2 0 5不合格1 6 42 0 93 3 74 3 71 3 91 6 5622 21 4 8 l从以上统计表中，反映出1 6 8 6 处中基本符合二次供水标准的有2 0 5 处，占1 2 ；而不符合二次供水标准却有1 4 8 1 处，占8 8 。2 1 2 哈尔滨市太平区二次供水设施卫生调查情况哈尔滨市太平区防疫站于2 0 0 3 年7 9 月调查了该区新建小区高层建筑二次供水设施的卫生状况，本次调查二次供水设施1 0 7 个，设施的形式为合用高低水箱的3 6 个( 3 3 6 ) ，仅用低位水箱的6 4 个( 5 9 8 ) ，仅为高位水箱的7 个( 6 5 ) ，水泥水箱9 个( 8 ) ，铁板或钢板水箱6 3 个( 5 8 9 ) ，玻璃钢水箱2 3 个( 2 1 5 ) ，不锈钢水箱1 2 个( 1 1 2 ) 。二次供水设施卫生状况调查结果如表2 2 所示【2 7 】。天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因表2 - 2 设施卫生状况调查结果问题个数( )管水员持健康证9 68 5 0卫生管理制度建立健全8 27 4 5水箱房有门有锁1 0 09 3 5水箱盖有盖有锁76 5水箱溢流管与排污水管直接相连l0 9溢流管未加防虫网2 42 2 4水箱定期清洗消毒9 28 6 o水箱房环境卫生整洁无污物4 64 3 0从上表可以看出，哈尔滨市的二次供水设施卫生状况存在很多问题，有盖有锁的水箱才占7 0 ，溢流管未加防虫网的为2 2 4 ，水箱定期清洗消毒为8 6 o 。可见，二次供水设施存在的问题比较严重。2 2 水质监测情况2 2 1 连云港市二次供水水质监测情况为了解生活用水的二次污染情况，连云港市于2 0 0 0 年对一些居民小区的生活用水进行了为期4 个多月共十几次的水质抽样化验1 4 1 ，其结果见表2 3 。表2 3 连云港市二次供水水质监测情况出厂水与管网直接相连的水龙头出水经水箱后的水龙头出水项目合格率平均值平均值合格率( )平均值合格率( )( )色度( 倍)5 o9 9 26 59 9 19 o9 8 5浊度( n t u )o 69 9 41 o9 9 01 89 8 5嗅和味1 0 01 0 0偶有9 6 5肉眼可见物1 0 01 0 0时有7 0 3p h7 6l o o7 6 51 0 07 6 0l o o余氯c r a g 1 )1 09 9 1o 1 79 8 0o 0 14 0 0细菌( 个l )49 9 279 6 04 09 5 o大肠杆菌 39 8 9 9 5 ，村水厂出厂水合格率要 9 0 。奉贤区高层水箱水质四项指标5 年监测的结果表明，高层水箱水质只能达到村级水厂出厂水的水准。2 2 3 天津市二次供水水质监测情况2 0 0 4 年，选择天津市某小区水箱为实验对象，对其进行了监测，监测项目为自由余氯、浊度、t o c 、铁、c 1 - 、大肠杆菌等指标，监测结果如表2 - 5 所示。表2 - 52 0 0 4 年天津市某水箱水质情况统计表自由余浊度t o cf en o rc rs 0 4 f大肠杆氯菌统计次数1 81 81 81 81 81 81 81 81 1最小值o 0 11 8 33 5 5 60o 2 45 6 6 39 9 5 4o 5 7l天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因l 最大值0 6 69 9 98 5 1 88 1 3 71 1 6 23 5 5 5 83 2 5 9 0o 8 8ol 平均值0 3 1 4 24 3 4 8 65 0 97 0 66 6 92 2 5 3 12 3 9 9 l0 6 0l 超标率( )5 5 69 4 4 47 7 7 85 5 5 6o4 4 4 47 2 2 2o9 0 9从表2 5 。中可以看出，浊度超标情况严重，最小值己超过国家标准，分析其原因是由于该水箱有三台泵轮换开启，每天有一台泵工作，两台备用，而取样在同一台泵的出水口进行，因而当这台泵运行时，所取水的水质明显好于水泵停开时。当该泵停开时停留于其中的沉淀物在取样时被冲出，造成浊度严重超标，另外水在水箱中停留时间过长和水箱未能及时清洗等原因都会造成浊度升高。水箱内层为水泥结构，但f e 的超标情况仍然较为严重，水泵叶轮及取水管道的腐蚀和管网中管道腐蚀一样。在泵轮换工作时或管道内形成负压的情况下，泵中存留的水质较差的水回流入供水管道，流入居民家中，危害居民的身体健康。2 2 4 新加坡二次供水水质监测情况新加坡是位于热带地区的一个岛国，总面积为6 4 7 k m 2 ，人口为4 0 0 万，选择了的五个水箱进行微生物监测，试验周期为1 4 天，每个水箱中选择了三个监测点，基本上能代表整个水箱的水质。这五个水箱的监测结果【2 9 】如表2 - 6 所示。表2 - 6 五个水箱水质参数平均值的比较水箱abcde取样深度( m )1 3o 81 2o 60 6d o ( g m 3 )9 8 38 4 28 4 09 2 77 7 3p h6 8 05 9 26 5 38 0 98 8 8浊度( n t u )4 2 63 9 23 3 61 6 0 01 3 2 9t d s ( g m 3 )3 7 23 2 53 7 22 4 7 52 5 2 0t n ( g m j )0 6 9 30 5 8 60 7 9 80 5 8 50 5 6 2t p ( g m 3 )o 0 1 7 7o 0 2 1 50 0 1 9 80 0 5 8 60 0 6 9 9t n 、1 p3 9 1 52 7 2 64 0 3 09 9 88 0 4自由性余氯2 0 6 23 0 7 74 0 4 45 8 1 24 0 5 1( m g m 3 )细菌密度3 8 3 1 0 67 4 1 1 0 61 1 4 x 1 0 61 1 5 x 1 0 64 8 5( c e u c m 3 )1 0 6细菌尺寸( i j m )0 0 2 50 0 3 40 0 7 60 0 7 90 0 3 3细菌生成量( 咖3 )0 1 0 50 2 8 30 0 9 90 0 9 60 1 7 9天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因从表中可以看出自由性余氯量较低，都小于o 0 5 ( m 卯) ，细菌的生成量较大。显然，水箱水质受到了污染。2 2 5 江西省瑞金市区高层水箱的水质监测瑞金市城区内3 5 栋楼房采用二次供水供水，水箱7 5 只，供水6 6 5 户，2 6 7 2人，其中有1 2 3 栋楼的水箱使用时间不到5 年，占3 4 2 9 ，使用5 1 0 年1 4 栋，占4 0 o o ，使用1 0 年以上9 栋，占2 5 7 l ：7 5 只水箱均为钢筋混凝土结构，6 5 只水箱加盖，占8 4 0 0 ，均加锁；贮水时间平均为3 0 5 d ，日人均用水量为1 5 0 l 。城区3 5 家二次供水单位中，全部有专人管理或者有兼职管理；有卫生制度的2 8 家( 8 0 o o ) ，坚持定期消毒、清洗的2 5 家( 7 1 4 3 ) ，调查管理人员3 8 人，持有健康合格证者3 4 人( 8 9 4 7 ) ，卫生知识测验及合格者2 8 人，卫生知识知晓者为8 0 o o 。对7 5 只高层水箱共1 5 2 份水样检测，合格水样1 0 7 份，合格率7 0 , 3 9 ，枯水期与洪水期化学指标合格率均为1 0 0 ，卫生细菌指标合格率分别为7 0 3 9 、7 7 3 3 。水样检测合格率为7 0 3 9 ，不合格指标主要是细菌总数和大肠菌群。结果见表2 7 t ”。表2 - 7 瑞金市高层水箱二次供水卫生细菌指标检测结果卫生细菌指标合格百分细菌总数细菌总数检出大肠检出大肠采样时间水样份数合格份数合格百分菌群百分比( )合格份数菌群份数比( )比( )洪水期7 74 86 2 6 44 96 3 6 46 98 9 6 1枯水期7 55 87 7 3 35 87 7 3 37 19 4 6 7合计1 5 21 0 66 9 7 41 0 77 0 3 91 4 09 2 1 l从表2 7 可以看出，瑞金市的二次供水的水质不容乐观，洪水期水样合格百分数仅仅为6 2 6 4 ，细菌总数合格百分比仅为6 3 6 4 ，显然，水质受到了污染。2 3 水质二次污染的原因2 3 。1 管道腐蚀、结垢和沉积物对水质的污染长期以来，给水管网一般使用的是铸铁管、钢管等金属管材，水在通过未经涂衬的金属管道、配件、水箱的流动过程中，由于化学和电化学作用往往会对管道内壁造成较严重的腐蚀，产生大量的铁、锰、铅、锌等金属锈蚀物。另外，2 0 0 5天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因年，卫生部出台的我国生活饮用水标准中规定，出厂水浊度不大于1 n t u ，特殊情况不大于3 n t u ，因此，出厂水中一般还带有一定的致浊悬浮物，在低速时，可能导致沉积；同时，管道中生物凝聚吸附性也可能使水中悬浮物沉积。其次，生活饮用水中含有一定浓度的金属离子，如钙离子、镁离子、铁离子等，这些金属离子在供水管网内达到一定浓度后，随着水的p h 值、余氯量等因素的变化，沉积在管道内壁上，造成管道内壁结垢。管道内壁的锈蚀、结垢必将导致水中余氯量迅速减少，色度、浊度等指标明显增大。当管道内水流速度、水压突然变大或方向突然改变时，就会造成短时间的水质恶化，甚至出现“红水”“黑水”等水质事故。腐蚀物及污垢对水质的危害程度与系统投入使用的年限有关，年限越久对水质的污染也越严重。一般来说，对于未经防腐处理的金属管道，当使用年限超过5 1 0 年，污垢就己达到了恶化水质的程度。对于防腐处理较差的管道，3 5 年后就开始出现腐蚀现射”】。大量的水质监测数据表明，导致管网水质降低的主要原因是小区内小口径管道，特别是用户内部管道。这些管道几乎没有采用涂衬等保护措施。成都市自来水总公司曾经对管网水质污染的问题进行实验研究，采集用户配水龙头停用不同时间后最初放出的1 l 水进行检验，其主要结果见表2 - 8 3 2 1 。表2 - 8 用户管道不同滞留时间的水质变化情况留时间( h )永o1 22 44 8色度( 度)o1 54 07 0浊度( 哪)0 7 22 46 81 2 9余氯( r a g l )0 3微oo细菌总数( 个m l )61 58 72 3 0总大肠菌群( 个l ) 3 371 6总铁( m g l )0 0 9 50 2 80 4 71 3 5锰c r a g l ) 0 0 5o 0 8o 1 1o 1 7锌( r a g l )0 0 5 20 0 5 60 0 7 40 1 0 2总有机碳( r a g l )1 1 01 2 81 4 72 0 9从该公司监测结果可以看出，随着自来水在用户管道滞留时间的增长，水质逐渐降低，滞留时间超过2 4 h ，水质严重恶化，且有异昧，不宜饮用。但经过适当排放后，水质很快又恢复正常。这就说明用户室内管道的管材质量，或因为防锈、防腐措施较差，是输水过程中水质降低的重要因素。一些发达国家( 包括香港和韩国) 已明确规定普通镀锌钢管不再用于生活给水管网。所以，从保证人民天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因身体健康出发，应该逐步推广使用硬聚氯乙烯给水管、钢塑管、铝塑管、聚丁烯管、交联聚乙烯管、聚丙烯管等管材，以保证饮用水质量在输送过程中符合卫生标准的要求。2 3 2 水箱材质对饮用水的二次污染水箱材质一般有钢筋混凝土、玻璃钢和钢板等，普通钢板水箱加工安装方便，但极易锈蚀，对水质影响较大【2 9 】，所以，在8 0 年代中期9 0 年代末期，建设的高层建筑中所采用的二次供水水池，大部分为钢筋混凝土材料。混凝土是一种以硬化水泥砂浆为基础的石质材料，由水泥、水和砂浆按照一定的比例混合而成。研究混凝土对水质的影响，其本质上就是研究水泥对水质的影响3 3 1 。水泥是一种或多种岩石材料经过煅烧成为熟料，经过磨细后能够与水化合，生成的具有有凝胶作用的含水化合物【蚓，对水中的p h 有较大的影响。水泥主要成分为硅酸钙、铝酸钙与水的化合物质，所以，水泥具有酸碱性，它们都可能对水的p h 值产生影响。将试块浸泡2 天并测定不同浸泡时间下的p h值，结果见图2 - i ”】。图2 1 试块浸泡2 天后不同浸泡时间下的p h 值可见，水与水泥接触的时间越长，p h 值越大，甚至超过了生活饮用水水质标准的范围( 6 5 - 8 5 ) ，对人们的身体健康带来危害。从图中还可以看出，水在混凝土水箱中的停留时间最好不要超过1 2 个小时。2 3 3 生活与消防水箱并用以往的高层二次供水水箱大多采用生活水箱与消防水箱并用，水箱容积大，箱内水流动十分缓慢，尤其是消防安全级别较高的建筑物，消防储水量要求很大，相当于居民5 1 0 天的生活用水量。由于自来水在水池内滞留的时间过长，形成死水，余氯消失，细菌、大肠杆菌等指标明显增加，整个水体就形成二次污染。天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因成都市自来水公司对自来水在水箱中不同贮存时间的水质变化进行了监测，见表2 9 。结果表明，当水在水箱中滞留时间较短时，除铁质水箱中铁、锰含量略有增大外，一般理化指标和毒理学指标无明显差异【3 6 1 ，但水在水箱中贮存2 4小时后，余氯为零，特别是夏季水温较高，水中余氯含量迅速减少，1 2 小时后即为零。若贮存停留时间超过1 2 小时，水中细菌很快繁殖，造成二次污染，不宜直接饮用 9 1 。表2 - 9 高位水箱水质变化情况贮存时间( h )项目061 22 44 8余氯f r o g 1 )o 4微000浊度( n r u )1 11 11 21 62 4细菌总数( 个m 1 )4364 61 4 7总大肠菌群( 个几) 3 3 351 8总有机碳( m 鲥)1 0 81 0 91 0 91 1 71 2 32 3 4 二次供水设施老化由于二次供水管理资金不到位，致使供水设备年久失修。以天津市为例，在调查中发现，目前运行的4 6 2 套交频供水设备中，使用1 0 年以上的设备得不到正常的保养维护，带病运行的就有1 1 6 套，占2 5 ，设备基本上已丧失了供水能力；还有部分设备已擅自停用，给居民吃水带来困难；甚至少部分单位违规操作，私自把市政供水管网与二次供水系统对接，造成供水管网管理混乱，不但造成水质污染，而且给国家和企业造成经济损失。2 3 5 管理不善引起的水质污染目前水箱在管理方面存在许多问题，比如在设计规范中明确要求水箱要定期清洗，但是在实际运行中很难做到这一点，一般只是在入住前进行刷洗，经防疫站验收合格后投入使用，从此以后便很少进行维护和清洗。屋顶水箱的密封性能差也是一个不可忽视的因素，据介绍，个别屋顶水箱内有许多杂物，甚至有闲杂人员用其洗澡，水箱底有厚厚的淤泥状物质等等，严重影响了水箱内的水质，致使水箱成了一个严重的、人为的“污染源”。天津大学硕士学位论文第二章二次供水系统的现状以及水质污染的原因2 3 6 其他原因引起的污染有时供水系统会受到其他外来的污染，从而造成水质周期性的或间断性的恶化。例如：管网系统的渗漏；用水点处的外部水虹吸倒流；分质供水系统，不同供水系统和不同用途供水系统的相互连通。不稳定的水质也可以污染水质。在所有的天然水中，几乎都含有钙、镁等金属离子，在水中酸或碳酸根离子分解出二氧化碳和离子，碳酸根离子再和水中的钙、镁离子生成碳酸钙或碳酸镁它们都难溶于水而沉积在水箱内壁上。其反应原理如下：c a ( h c 0 3 ) 2 = c a c 0 3 + c o zf + h 2 0 ，把这个酸式碳酸盐溶液看作是一个平衡体系，当其他条件相同，二氧化碳逸出，导致化学平衡向右移动，当浓度超过了碳酸钙的溶度积时，则出现了碳酸钙的沉淀，沉淀物沉积于水箱底部。当每次向水箱中注水时，由于水流的冲击，即可导致浑浊的黄水产生。在管道施工工程中，部分施工人员只顾工程进度，不严格按施工规范操作办事，致使污染物进入管道，造成水质污染。比如在不停水接三通时的一些管件内会因水流长期停滞造成污染；在原管线上开口接三通时，稍不注意就会将管外的污染物带入管等等。抢修过程中，造成污染的现象也很普遍，如抢修时坑内污水水面高于管道破损界面，使污水及泥土进入管道。管道修复后，由于无处防水，不能进行冲洗，结果便造成了用户的水龙头处短期的水质下降。天津大学硕士学位论文第三章二次供水系统的改造第三章二次供水系统的改造方式3 1 二次供水系统的改造原则2 0 0 4 年天津市制定了国内第一部关于二次供水工程建设的地方标准天津市二次供水工程技术标准( d b 2 9 6 9 - 2 0 0 4 ) ( 以下简称标准) ，并于2 0 0 4 年9 月1 日起正式实施。根据标准中规定的内容p 7 】，为了保证改造后的二次供水系统不污染水质，提出了以下改造原则：( 1 ) 二次供水设施必须独立设置，不得与消防等设施混用；( 2 ) 二次供水设施必须有稳定可靠的消毒措施和防倒流污染的措施；( 3 ) 二次供水宜采用变频调速供水设备；( 4 ) 优先选用不锈钢水箱；另外，在二次供水系统的改造中还应该充分利用原有设施，降低工程造价；采用新工艺，新技术，保证水质；选择自动化程度高、噪声小、环保、节能、运行安全、寿命长的加压设备；改造过程中尽量减少停水时间，保证居民正常用水。3 2 二次供水设施的改造大体上来讲，二次供水设施的改造主要有管道的改造、屋顶水箱的改造、增设消毒设施、增设加压泵等。3 2 1 管道改造由于历史条件的限制，在二十世纪九十年代，我国的供水管道以灰口铸铁管、镀锌管和水泥管为主。由于铸铁管和镀锌管在材质和防腐方面都存在问题，以至于管道对水质造成的二次污染严重。二次供水系统中的管道改造，主要的工作是选择对水质污染较小的管材。1 9 9 7 年佛山市供水总公司开始了对u p v c 管为期六年的调研，结果表明，u p v c管耐腐蚀性较好、水流阻力系数较小，在生产合格的条件下，对水质的污染较小，所以本次改造选用u p v c 管。天津大学硕士学位论文第三章二次供水系统的改造3 2 2 屋顶水箱的改造在不全面提高管网的供水压力的情况下，逐步取消无调节作用的屋顶水箱。如果水箱仍具有调节作用，可通过改造老式水箱，加强水箱管理和改为水池泵房供水方式，达到防止水质二次污染的目的。3 2 2 1 改换水箱材质前面已经讲到，建筑物生活水箱材质一般有钢筋混凝土、玻璃钢、普通钢板和不锈钢四种，而且，钢筋混凝土水箱很容易对水质造成污染。那么，应该采用哪种材质的水箱昵? 我们需要经过比较来选择。( 1 ) 不同材质水箱的基本特点比较钢筋混凝土水箱具有价格便宜，施工工艺成熟等优点。但是由于易产生裂缝，易滋生细菌和藻类，而造成水质污染。而且，需要经常进行清洗，但是实际运行中，由于经费和管理原因很难保证。此外，由于生活饮用水含有游离氯离子，容易渗入混凝土内对结构强度造成损害。玻璃钢水箱特点是价格较便宜，但是由于玻璃钢水箱是在生产时一次性成型，整体运输，尺寸较为固定，不易根据不同建筑物的不同尺寸需要调整，生产成型之后运输、安装到位较为困难，一般适用于屋面小型水箱。普通钢板水箱优点是价格便宜，现场焊接成型，但易于产生锈蚀，水质含杂质较多，不适用于饮用水储存。不锈钢水箱特点是清洁卫生，如采用食品级不锈钢钢板，效果更为理想，特别适用于饮用水箱，但是价格较高。( 2 ) 不同材质的水箱对溶出有机物的种类的影响不同材质的水箱对溶出有机物的种类也不刚3 8 1 ，如下表所示。表3 - 1 不同材质水箱溶出有机物种类的比较编号材质有机物析出种类( 与自来水相比多出的数量)1不锈钢32s m c 玻璃钢73镀锌钢板84手糊玻璃钢95搪瓷钢板1 06内衬不锈钢1 7从表中可以看出，不锈钢水箱的值最小。天津大学硕士学位论文第三章二次供水系统的改造( 3 ) 不同材质水箱对微生物学指标变化规律的影响很多研究表明，饮用水贮存过程中水质变差和微生物污染有关f 3 ，水箱的材质对微生物的生长繁殖有重要影响。对混凝土、不锈钢和手糊玻璃钢、陶瓷和塑料五种材质的水箱进行实验 4 2 1 ：注水前，首先将实验水箱用自来水刷洗干净，然后量取活性氯5 2 的次氯酸钠溶液1 0 0 m l 稀释到1 0 0 0 m l 放入五个灭菌水箱中，作为消毒剂，对实验水箱进行彻底清洗、消毒，半个小时后，注入自来水，注满后在相同的条件下，于实验室内加盖静置贮存。从贮水的当天起，每天取样，连续实验两个月，实验结果表明：自来水在贮存过程中出现大量细菌的生长繁殖，生长曲线符合一般微生物生长曲线，都有一个最大值，但最大值的数值和出现时间不同。如果用z 表示细菌最大值，t 表示达到最大值时水的贮存天数，则不同材质水箱的z 和t 如表3 - 2 所示。表3 - 2 不同材质水箱对微生物学指标变化规律的影响l水箱材质混凝土不锈钢玻璃钢陶瓷塑料lz ( 个蒯)8 8 07 9 08 3 04 6 08 6 0it ( d )1 l1 71 42 71 3从表3 2 可以看出，陶瓷的细菌个数最小，出现最大值的贮存天数最大，不锈钢的细菌总数和贮存天数次之；混凝土的细菌个数最大，出现最大值贮存天数最小。所以，陶瓷和不锈钢是较优的两种材质，但目前生产陶瓷的厂家较少，价格较高，普及度不高。综上所述，本次改造选用不锈钢水箱。3 2 2 2 生活水箱与消防水箱分开设置在2 0 0 3 年4 月国家颁布新的建筑给水排水设计规范g b 5 0 0 1 5 2 0 0 3 ，新增强制性条文第3 2 1 明文规定：“建筑物内的生活饮用水水池( 箱) ，应采用独立的结构形式，不得利用建筑物本体结构作为水池( 箱) 的壁板、底板及顶盖。”，且在条文第3 2 8 明文规定：“生活饮用水水池( 箱) 应与其它用水水池( 箱) 分开设置。”对生活饮用水的水质和防水质污染提出了更高的要求。其实早在2 0 0 0 年以前沿海开发地区已经提出了“生活水池另外单独建造，不得共用建筑物墙板、楼板、底板”要求。根据这项要求，由于需要在建筑物主体结构中二次浇注生活水池，势必造成浇注施工困难，而且模板不易拆出，