医院管道直饮水系统的设计与研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 人类活动使饮用水源受到不同程度的污染，包括无机污染物、有机污 染物和生物污染物。常规水处理工艺可以将水中绝大部分的污染物去除， 但是仍有一些污染物难以去除。氯在杀死水中细菌病毒的同时，也与水中的某 些碳氢化合物反应，生成具有致癌作用的消毒副产物。自来水在输送过程中还会 受到二次污染。因此自来水可以满足人们日常生活用水，但作为饮用水直接 饮用还是不太安全的。采用分质供水，是一种比较经济的供水方式，既满 足了人们对饮用水水质的要求，也为建设单位节约了资金。以石英砂过滤、 活性炭过滤、离子交换软化、纳滤、臭氧消毒等水处理工艺组成的水处理系统， 是一个先进、可靠的饮用水处理系统，经该系统处理后的饮水可以达到国家饮用 水相关标准。 关键词：饮用水深度处理分质供水 过滤纳滤臭氧消毒 a b s t r a c t w a t e rs o u t c ew a s p o l l u t e db yh u m a n sa c t i v i t y s o m ep o l l u t a n ts u b s t a n c e i sv e r yd i f f i c u l tt ob es e p a r a t e df r o mw a t e r d r i n k i n gw a t e ri sn o tv e r ys a f e t y s o m e t i m e s f o rt h i sr e s o n ，a d v a n c e dw a t e rt r e a t m e n ti sg r e a t l yd e v e l o p e d p i p e s y s t e mf o rf i n ed r i n k i n gw a t e ri su s e di ns o m ea r c h i t e c t u r e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e m t h a t t e c h n o l o g i e s s u c ha ss a n df i l l t e r ，a c t i v ec a r b o nf i l l t e r , n a n o f i l l t e r ，i o ne x c h a n g ea n do z o n a t i o na r eu s e d ，i saa d v a n c e ds y s t e m y a ox i a o m i n g ( s h e n g d ii n t e r n a t i o n a la r c h i t e c t u r a le n g i n e e r i n gc o ，l t d ) d i r e c t e db yp r o lh uz h i g u a n g k e yw o r d s ：d r i n k i n gd a t e r ，a d v a n c e dw a t e rt r e a t m e n t ，f i l t e r ，n a n of i l t e r ， o z o n a t i o n 2 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 人类活动使饮用水源受到不同程度的污染，包括无机污染物、有机污 染物和生物污染物。常规水处理工艺可以将水中绝大部分的污染物去除， 但是仍有一些污染物难以去除。氯在杀死水中细菌病毒的同时，也与水中的某 些碳氢化合物反应，生成具有致癌作用的消毒副产物。自来水在输送过程中还会 受到二次污染。因此自来水可以满足人们日常生活用水，但作为饮用水直接 饮用还是不太安全的。采用分质供水，是一种比较经济的供水方式，既满 足了人们对饮用水水质的要求，也为建设单位节约了资金。以石英砂过滤、 活性炭过滤、离子交换软化、纳滤、臭氧消毒等水处理工艺组成的水处理系统， 是一个先进、可靠的饮用水处理系统，经该系统处理后的饮水可以达到国家饮用 水相关标准。 关键词：饮用水深度处理分质供水 过滤纳滤臭氧消毒 a b s t r a c t w a t e rs o u t c ew a s p o l l u t e db yh u m a n sa c t i v i t y s o m ep o l l u t a n ts u b s t a n c e i sv e r yd i f f i c u l tt ob es e p a r a t e df r o mw a t e r d r i n k i n gw a t e ri sn o tv e r ys a f e t y s o m e t i m e s f o rt h i sr e s o n ，a d v a n c e dw a t e rt r e a t m e n ti sg r e a t l yd e v e l o p e d p i p e s y s t e mf o rf i n ed r i n k i n gw a t e ri su s e di ns o m ea r c h i t e c t u r e w a t e rt r e a t m e n t s y s t e m t h a t t e c h n o l o g i e s s u c ha ss a n df i l l t e r ，a c t i v ec a r b o nf i l l t e r , n a n o f i l l t e r ，i o ne x c h a n g ea n do z o n a t i o na r eu s e d ，i saa d v a n c e ds y s t e m y a ox i a o m i n g ( s h e n g d ii n t e r n a t i o n a la r c h i t e c t u r a le n g i n e e r i n gc o ，l t d ) d i r e c t e db yp r o lh uz h i g u a n g k e yw o r d s ：d r i n k i n gd a t e r ，a d v a n c e dw a t e rt r e a t m e n t ，f i l t e r ，n a n of i l t e r ， o z o n a t i o n 2 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文僵院管道直饮水系统的设 计与研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期问，在导师指导下进行的研 究工作和取得的研究成果。据本人所知，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，也不包含为获得华北电力大 学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：笪钮坚j 垒 e l 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：d 翌堡垫! 塑o 导师签名： e t期：趟步，f ，j c 华北电力大学工程硕士学位论文 第一章引言 1 1 饮用水水源污染现状 1 1 1 我国水资源的分布情况 我国是水资源较为丰富的国家之一，水资源总量约2 8 亿立方米，居世界第六位， 但由于人口众多，人均水资源占有量只有世乔人均占有量的1 4 ，同时由于受到大气环 流、陆海位置及地形、地貌等多种因素的影响，分布很不均匀。一方面是时间分布不均 匀，夏、秋季多，冬、春季少，每年7 、8 月的降水量占全年降水量的8 0 ：另一方面 是空间的分布不均匀，东多西少，南多北少，长江流域、珠江流域降水比较充沛，黄河 流域、淮河流域降水则十分短缺。地下淡水资源的分布也很不均匀，根据2 0 0 3 年我国 地下水资源评价与战略问题研究显示，全国地下天然淡水资源多年平均量为8 8 0 0 多亿 立方米，其中平原地区分布量为2 3 0 0 亿立方米，其余6 5 0 0 亿立方米分布于山区。地下 水资源的分布，南北差异十分明显。北方地区降水稀少，补给量小，补给形成的地下淡 水资源为2 7 0 0 多亿立方米，占全国地下天然淡水资源的3 1 左右，南方地区降水较多， 补给量较大，补给形成的地下淡水资源为6 0 0 0 多亿立方米，占全国地下天然淡水资源 的6 9 左右。 据2 0 0 1 年资料，全国6 0 0 多个城市中缺水的有3 0 0 多个，严重缺水的有1 1 0 多个。 缺水已成为制约我国国民经济和社会发展的主要因素。随着我国经济、社会的发展，水 资源短缺的问题将日益突出。 1 1 2 我国水资源污染现状 随着人口的不断增长，人类活动范围的不断扩大，工农业生产规模的不断发展，天 然水体受到了不同程度污染，水环境中的污染物质日益增多，污染物成分越来越复杂， 使原本匮缺的不资源更加紧张，造成与水资源短缺问题同样严重的水质性缺水。 根据中国环境状况公报( 2 0 0 2 年) 报道，水利部对全国5 3 2 条河流的监测结果表明， 有4 3 6 条河流受到不同程度的污染，我国七大江河流经的1 5 个主要大城市河段中，有 1 3 条河段的不质受到严重污染。全国湖泊达到富营养化水体的己达6 6 ，巢湖、太湖、 滇池、洱海的总氮、总磷的氨氮的浓度是2 0 世纪8 0 年代初的十几倍。主要湖泊氮、磷 污染较重，导致水体富营养化问题突出，藻类泛滥日益严重。地下水水质污染问题也不 容乐观，根据2 0 0 3 年我国地下水资源评价与战略问题研究显示，全国有6 3 的地下水 资源可供直接饮用，1 7 经适当处理后可以饮用，1 2 不适宜饮用但可以作为工农业供 水水源，约8 的地下水不能直接利用，需经这专门处理后才能利用。全国约有一半城 华北电力大学工程硕士学位论文 市市区的地下水污染比较严重，地下水水质呈下降趋势。主要污染指标有矿化度、总硬 度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、p h 值等。各省( 区、 市) 都不同程度了存在着与饮用水水质有关的地方病区。全国约有7 0 0 0 万人仍有饮用 不符合饮用水水质标准的地下水。 1 2 饮用水污染的分类及其危害 1 2 1 生物性污染与介水传染病 生物性污染是指生活污水、粪便垃圾及医院废水、生物制品厂、牲畜养殖厂、屠宰 厂、制革厂等污水、废水中含有大量的病原生物，如细菌、病毒、支原体、钩端螺旋体、 寄生虫等，在未经无害化处理或处理不彻底的情况下排入水体，从而引起的水源污染。 生物性污染的危害主要是引起介水传染病的传播，造成很大的社会危害。介水传染 病一旦发生，往往会在短时是内大量发病，引起流行。现已发现的因水源污染而可能介 水传播的传染性疾病有：伤寒、副伤寒、沙门菌病、肠热、痢疾、霍乱、钩端螺旋体病、 耶尔森菌肠炎、甲型肝炎、脊髓灰质炎、蛔虫病、轮状病毒流行性腹泻、阿米巴原虫病、 贾第虫病等。据世界卫生组织的资料，发展中国家年约有9 0 0 万人死于介水疾病，在每 年死亡的1 3 0 0 万儿童中，约有1 3 的由于饮用水污染所致腹泻造成的。 1 2 2 化学性污染 化学性污染可分为无机物污染与有机物污染。无机物污染主要来自工业排放，以重 金属污染为主。有机物污染主要来自工业排放和农药、化肥等农业污染。现阶段水体中 污染物主要是有机污染物，包括天然有机物和人工合成有机物。水体中的天然有机物主 要是有机腐殖质，来自于动植物残骸腐烂过程的低分子量组分及水生植物和低等的浮游 生物，水体中这类天然有机物易于分解。人工合成有机物种类繁多，而且以每年上千种 的速度增加，是水体中主要的化学污染物。人工合成有机污染物有的结构稳定，在环境 中需要几年甚至几十年才能完全降解，长期残留在环境中；有些有机物在被生物分解的 过程中被生物富集于体内，使生物体内的浓度大大提高，并通过生物链传递。许多种人 工合成的有机物具有致突变、致畸变、致癌变作用和毒性，对健康产生潜在危害。 研究发现，某些被称为“环境内分泌干扰物”的化学污染的不仅具有“三致”作用， 还会严重干扰人类和动物的生殖功能，诱发免疫系统、神经系统疾病。 1 2 3 突发事件 我国突发事件造成饮用水污染的事件时有发生。突发事件既可能造成生物污染，也 可能造成化学污染。如原油泄漏、化学品泄漏、未达标污水排放等都可能造成饮用水源 华北电力大学工程硕士学位论文 污染，对居民健康造成危害。 1 3 给水净化技术的发展及存在的问题 1 3 1 给水净化技术的发展 自来水的普及对人类文明发展起到了重要作用。1 9 世纪以前由于水质受到病原性微 生物污染而引起了霍乱、伤寒、脊髓灰质炎等传染病暴发，瘟疫夺走了成千上万人的生 命。常言道病从口入，这些疾病的传播，都是因为饮用水受到污染。1 9 世纪初，科学家 研制出氯气，并用作饮用水消毒剂，杀死水中病菌，战胜了生物污染，制止了瘟疫的流 行，并逐步形成了自来水常规生产工艺流程：混凝沉淀砂滤氯消毒。在供水系统上形 成了水厂供水管网用户的供水模式，使成千上万的家庭用上了相对安全的自来水。 中国是一个古老的国家，在明代的天工开物( 1 6 8 7 年) 中就有明矾降低水的浊 度的文字记载。但是水处理技术发展缓慢，第一座具有完整自来水处理工艺的水厂是创 建于1 8 8 2 年的上海杨浦水厂。2 0 世纪6 0 年代中期至8 0 年代初是我国净水技术发展最 活跃的阶段，给水技术取得很大发展，城市自来水在全国各个城市普及。最近2 0 多年 来，我国通过深化改革开放，吸引外资，吸收国外先进经验和技术，常规水处理得到加 强，自动化程度不断提高。 1 3 2 给水净化与供水系统存在的问题 2 0 世纪7 0 年代以前，自来水被认为是洁净、安全并且完全适于人们的饮用。随着 科学技术的发展，人们的认识也逐步发生了改变。研究表明供水系统从水厂供水管网 用户的整个供水过程中都存在潜在的污染。 首先，城市自来水在生产过程中采用氯消毒，氯在杀死水中细菌病毒的同时，也与 水中的某些碳氢化合物反应，生成具有致癌作用的消毒副产物。传统的常规净水工艺， 能有效去除水中的悬浮物、胶体和细菌，但对水中种类繁杂的有机物去除能力相对不足， 不能有效去除以溶解状态存在的有机物，使一些有害物质包括“三致 物等微量有机物 残留在水中，经氯化消毒，其危险性有增强的趋势，随着水污染的中重，我国自来水厂 的水源大都遭受污染，原水中有机污染物增加，使水带色、味，有的水厂从受到污染的 湖泊、水库取水，由于原水藻类增加使出水色度、腥昧加重。水体中有机物的存在，改 变了胶体颗粒的表面特性，使胶体颗粒更加稳定，导致混凝效果降低，氯化消毒过程中 氯与有机物反应生成一系列卤代有机副产物，从而使供水水质受到潜在威胁。现已发现 的氯消毒副产物的已超过百种，主要的消毒副产物有卤代烃、卤乙酸、卤乙腈、卤代酮 类、三卤乙醛、氯化苦。 华北电力大学工程硕士学位论文 其次，城市供水过程中的二次污染是造成自来水污染的一个重要原因。随着城市化 的发展，高层建筑越来越多，需要通过二次供水设施向用户供水。通常采用的二次供水 设施包括高、低位水箱、水泵、输水管道等，由于管理不善，存水时间过长等原因，造 成二次污染的情况普遍存在。根据调查，造成二次供水污染的主要有：供水设备内表面 渗出有害物质；贮水设备的大小不合理，使水在贮水池中的停留时间过长，消毒剂失效； 贮水设备的结构不合理，存在死水区；泄水管、溢水管与下水管道连接不合理；设备位 置不合理，周围环境恶劣；贮水设备配套不完善，如通气孔无防污染措施、人孔盖板不 严密、设备埋地部分无防渗漏措施、溢水管和泄水管无网罩等；二次供水管理不善，不 按规范进行清洗、消毒。二次供水水质污染的直接结果是影响用户感官，使饮用者感到 恶心、呕吐、腹胀、腹泻等，引发疾病，危害人体健康。 第三，城市自来水从水厂输送到用户的输水管网也是自来水受到污染的一个重要的 潜在因素。给水管网在常年运行过程中，由于物理、化学、电化学、微生物等作用，会 在给水管道的内壁逐渐形成不规则的“生长环，这些“生长环 会随着时间的推移逐 年加厚，使管道过水断面减小，输水能力降低并严重污染水质，加上城市供水管网维修 难度大，维修周期长，给水管道内壁逐渐形成“生长环 很难被清理。因此，虽然水 厂处理技术不提高，出厂水质不断改善，但用户终端水质仍然很难保证。 1 4 医院饮用水供水现状和发展 自来水作为生活用水，可以满足我们日常生活的需要。但是，由于天然水体受到的 污染日益加剧，自来水作为饮用水对人体健康存在着潜在的危害。而给水的深度处理成 本太高，所以分质供水成为我们的一个选择，即市政供水作为日常洗涤用水，经过深度 处理的市政水作为饮用水，这样既降低了投资和运行费用，也满足了人们生活的需要， 使人们的身体健康得到相应保障。目前综合医院的建设理念越来越趋向于现代化、人性 化，功能复杂，用水部门多，各部门用水水质要求不一，使得医院供水系统的设计比较 复杂。从各用水部门的功能来分，医院用水可分为生产用水( 如锅炉补水、空调循环冷 却水) 、生活用水( 如饮用、沐浴、洗涤、冲厕用水) 和医疗用水( 如检验室、供应中 心、医技用水) ，在供水系统的设计中，采用分质供水的方式，既是生产、生活和医疗 工艺的需要，也是现代化医院的一个重要组成部分。饮用水作为人们日常生活中的必需 品，在医院供水中日益受到重视。目前大多数医院的饮用水都是采用电开水炉将自来水 烧开后供给，部分医院采用桶装水。随着人们饮水习惯的改变，将自来水烧开后饮用的 方式已不能满足人们的要求，并且这种方式作医院饮用水供应也为病人带来诸多不便。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 桶装水能够满足人们对饮用水的要求，取用也比较方便，但使用成本高，而且医院人流 量多，饮用水量比较大，工人换装水的劳动强度也比较大。随着水处理技术的进步和设 备成本的降低，管道直饮水系统在医院得到应用，该系统是将自来水作深度处理，使其 达到饮用水标准后，采用管道输送至用水点，供人们直接取用。目前大多数新建医院都 采用这种饮用水供水方式。笔者通过某大型综合医院的管道直饮水系统设计为例，对纳 滤膜技术在给水深度处理中的应用进行了研究，并对该系统设计中的问题作了分析。 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章医院管道直饮水系统的设计 2 1 医院饮用水供水特点 自来水作为生活用水，可以满足我们日常生活的需要。但是，由于天然水体受到的 污染日益加剧，自来水作为饮用水对人体健康存在着潜在的危害。而给水的深度处理成 本太高，所以分质供水成为我们的一个选择，即市政供水作为居民日常洗涤用水，经过 深度处理的市政水作为居民饮用水，这样既降低了投资和运行费用，也满足了人们生活 的需要，使人们的身体健康得到相应保障。医院作为一个特殊的部门，其饮用水的供应 有以下几个明显持点：第一，医院饮用水供水高峰时间集中。门诊病人大都要求空腹就 诊，在化验、检查前不得饮水，待就诊完毕后很不舒服，急需休息、饮水以得到缓解， 大量的门诊病人集中饮水，形成一个饮水高峰；住院病人每天有固定的服药时间，病人 领药后大都在第一时间服药，形成另一个饮水高峰。第二，医院饮用水供水时间长，要 求2 4 小时连续供水。医院除了正常时间需要供给饮用水外，病人随时可能发生紧急情 况，需要温度适中的饮用水服药或抢救，这就要求2 4 小时不间断供水。第三，医院饮 用水供水质要求稳定、可靠，达到国家饮用水卫生标准，以避免因病人饮用不合格的饮 用水对病人造成伤害，及因此而引起的医患纠纷。最后，医院饮用水的供应应考虑综合 成本，既要考虑一次投资，以要考虑运行成本。 2 2 医院饮水系统的设计原则 2 2 1 供水水质安全可靠 饮用水直接进入人体，与人们的身体况息息相关，关系着人们的生命健康。发达国 家都制定了相应的饮用水水质标准，我们国家于2 0 0 5 年发布并实施了饮用净水水质 标准( c j9 4 2 0 0 5 ) 。该标准适用于以符合生活饮用水水质标准的自来水或水源水为原 水，经净化处理后供用户直接饮用的管道直饮水。另外，我们国家于2 0 0 6 年发布并实 施了管道直饮水系统技术规程( c j j1 1 0 2 0 0 6 ) ，对管道直饮水系统的设计、施工、 验收、运行和管理作了明确规定。医院管道直饮水系统的设计、施工、验收、运行和管 理都是以以上标准或规程为依据。 2 2 2 取用方便，成本低廉 医院人流量大，又大都是病人，饮用水的设置应从人性化的角度出发，充分照顾病 人。饮用水点尽可能设在病人取用方便的地点，水温可根据病喜好自行调节，同时也要 考虑医务人员取用方便。在成本控制上，通过比较选择在一定时期内一次投资和运行管 6 华北电力大学工程硕士学位论文 理总费用低的饮水供水方式。 2 2 3 维护简便，易于管理 因医院人流量很大，饮用水需求量大，所以饮用水供水方式应便于工作人员的维护 管理，降低工作人员的劳动强度。 2 3 医院饮用水供水方式的选择 目前，饮用水供应有以下三种方式：一种是采用桶装水，一种是采用小型水处理器， 另一是采用管道直饮水。桶装水就是饮用水供应商采用深度水处理设备，对自来水进行 深度处理、包装，最后销售给用户。小型水处理器供水方式是近几年兴起的一种饮用水 供水方式，适用于居民家庭等用水量不大的场所。管道直饮水是用户自设水处理机房， 以自来水为水源，经深度处理后，通过专用饮用水供水管道和水泵，输送至饮用水点。 就目前来说，桶装水因其方便性而成为大部分家庭和单位的首选，也有部分家庭和单位 安装了小型水处理器。近年来随着净水技术的发展和居民生活水平和提高，关注健康， 追求高品质生活成为一种时尚，一些高档社区开始采用管道直饮水系统。对综合性医院 而言，现有医院大都设开水间，将自来水烧开后供病人和医务人员饮用，部分医院采用 桶装水。随着经济的发展的人们观念的转变，从保证病人饮水健康、安全的角度出发， 新建医院逐步采用管道直饮水系统。采用桶装水和管道直饮水系统的一次投资和运行费 用差别较大。在此以某大型综合医院为例，对二者加以比较。该医院医疗大楼建筑面积 2 7 万平方米，共有8 0 0 多个病房，2 0 0 0 张病床，日门诊量约8 0 0 0 人次，医务人员约3 0 0 0 人，后勤人员约4 0 0 人，经计算日饮用水供应量约2 8 2 m 3 ，大楼内共设1 2 0 0 多个饮水 点。经初步估算，采用桶装水和管道直饮水的一次投资和运行费用如表2 1 ： 7 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 - 1桶装水和管道直饮水经济比较 淤 一次投资运行费用 供水方式 饮水机1 2 0 0 台，每台购置费约1 每天消耗饮用水2 8 2m 3 ，每桶 1 5 0 0 元，总投资约1 8 0 万元人桶装水容积以1 8 升计，则共需 民币1 5 6 7 桶水，每桶价格以1 0 元计， 桶装水每天水费为15 6 7 0 元，则每年需付 水费约5 7 2 万元，折合每吨水5 5 6 融。 2 维护管理费：每年需1 5 万元人 民币，折合每吨水1 4 7 元t 。综合以 上两项，每年总费用：5 8 7 万元人 民币，每吨水成本5 7 0 7 元t 。 1 饮水机1 2 0 0 台，每台购置费1 水费：产水率按7 0 计算，每 及安装费约1 8 0 0 元，总投资约天消耗饮用水2 8 2m 3 ，需自来水 2 1 6 万元人民币。 4 0 3m 3 ，4 0 3m 3 3 2 刃m 3 3 6 5 d 2 管道工程：饮用水系统管道年= 4 7 0 7 0 元人民币年 一律采用薄壁不锈钢管，管道2 电费：直饮水系统总用电负荷 管道直饮水 工程总造价约5 5 0 万元人民币。 7 0 k w ，0 8 7 元l 【，h 7 0 k w x 3 水处理设备：设备采购及安 1 2 hx3 6 5 d = 2 6 6 7 4 2 元人民币年 装费约需3 2 0 万元人民币。3 设备维修、耗材更换费：3 0 万 4 调试运转费约4 0 万元人民币 元人民币年 以上各项总计共l1 2 6 万元人民4 维护管理费：每年需1 5 万元人 币。 民币年 综合以上各项，每年总费用：7 6 4 万元人民币年 每吨水成本7 4 2 元t 通过以上比较可知，从长远角度看，采用管道直饮水系统要比采用桶装水经济得多， 虽然桶装水一次投资比采用管道直饮水系统小得多，但是运行费用却比管道直饮水大得 多。采用管道直饮水系统只需两年多时间即可收回初期投资。而且，从卫生角度来讲桶 8 华北电力大学工程硕士学位论文 装水也是不如直饮水的。桶装水在使用一段时间后，其饮水机如果没有及时有效的消毒， 将会有大量的细菌生长，反而违背了饮用优质水的初衷。同时采用管道直饮水系统可以 省去每天换水的麻烦，降低工作人员的劳动强度，是一种经济可行的饮用水供水方式。 2 4 管道直饮水系统的设计 2 4 1 管道直饮水系统的组成 管道直饮水系统由水处理设备、供水设备与供回水管道及末端饮水机组成。水处理 设备置于专用的机房内，是管道直饮水系统中最主要的部分，其功能是将自来水处理成 合格的饮用水；处理后饮用水由供水设备经供回水管道输送至饮水末端，并为直饮水在 管路中的循环提供动力，供水设备一般采用变频泵组；末端饮水机主要是供人们取用水， 具有供给常温水、热水和冷水三种功能，一般医院里不设冷饮水，只设常温水和热水两 种功能。 2 4 2 饮用水处理常用技术 饮用水处理主要采用膜处理，在膜处理前一般还应有预处理，膜处理后还的后处理。 常用的膜处理技术有反渗透r o 、纳滤n f 、超滤u f 和微滤m f ，前处理一般采用过滤、 软化，后处理有消毒、矿化和活化。这些技术在饮用水处理中的功能和应用范围如下： 2 4 2 1 膜处理技术 1 ) 微滤( m f ) ：微滤膜孔径在2 0 11 t m ，2 0 时渗透量为1 2 0 - - - 1 6 0 l h m 2 ，工作压 力0 0 5 - 4 2 2 m p a ，水耗5 1 8 ，能耗0 2 o 3 k w h m 3 ，膜更换期5 8 年。其特点是水通 量大，出水浊度低。当原水中胶体与有机污染物少时采用。 2 ) 超滤( u f ) ：超滤膜孔径在0 0 5 0 0 1 9 m ，2 0 时渗透量为3 0 3 0 0 l h m 2 ，工作压 力0 0 4 0 4 m p a ，水耗8 - - - 2 0 ，能耗0 3 卸5k w i v m 3 ，膜更换期5 8 年。可截留水中微 细尺寸的杂质，出水浊度很低，能去除水中部分大分子有机物，可去除细菌、病毒。当 原水中胶体多，有机污染物少，且含有较多细菌、病毒时采用。 3 ) 纳滤( n f ) ：纳滤膜孔径在0 0 1 0 0 0 1 1 t m ，2 0 时渗透量为2 5 3 0 l h m 2 ，工作压 力0 5 1 0 m p a ，水耗1 5 - - 2 5 ，能耗o 1 0k w h m 3 ，膜更换期5 年。可去除硬度( c a 2 + 、 m 9 2 + ) ，并可去除5 0 8 0 的二价离子和一价离子，可去除水中分子量在3 0 0 以上的有机 污染物，使出水致突活性试验呈阴性( 一般自来水皆呈阳性) 。对原水有机污染严重， 水中低分子可溶性有机质含量较多，矿化度较高和色、味超标的直饮水净化处理，纳滤 膜处理技术是很好的选择。 4 ) 反渗透膜( r o ) ：反渗透膜孔径小于l n m ，2 0 c 时渗透量为4 - - 1 0 l h m 2 , 工作压 9 华北电力大学工程硕士学位论文 力大于1 0 m p a ，水耗2 5 以上，能耗3 4k w h m 3 ，膜更换期5 年。对二价离子和一价 离子的去除率达9 5 9 9 ，对水中的有机污染物和无机污染物都能有效去除，使出水致 突活性试验呈阴性。作为饮用水净化的缺点是将水中有害物质全部去除的同时，将有益 于人体健康的无机离子也几乎全部去除。 2 4 2 2 预处理技术 预处理的目的是去除水中易造成后续过滤膜堵塞、结垢的物质，保护过滤膜免受污 染，延长过滤膜的使用寿命，一般采用以下几种方法： 1 ) 机械过滤器或精密过滤器：当需要去除水中易被卷式膜表面截留的细小颗粒， 防止卷式膜表面产生粘垢、硬垢时采用。机械过滤器又称介质过滤器，介质可以是砂滤 或无烟煤，也可以是无烟煤与砂双层滤料。精密过滤器也称保安过滤器，采用线绕式滤 芯或熔喷式滤芯。机械过滤器或精密过滤器一般可将粒径在5 1 a m 以上颗粒去除。 2 ) 活性炭过滤：活性炭过滤器可以通过吸附作用去除水中的有机物，同时可以通 过炭与氯的催化反应将水中的氯去除，使有机膜免受氧化，延长膜的使寿命。 3 ) 离子交换：采用离子交换可以降低水的硬度，去除水中的c e + 、m 孑十，防止膜 上产生硬垢而造成堵塞。 2 4 2 3 后处理技术 后处理工艺的目的是保证经处理达标的水不发生二次污染，改善饮水口感，使饮用 水更加有利于人体健康。一般采用以下几种设备： 1 ) 消毒：饮用水处理中可以采用的消毒方法有臭氧、二氧化氯柴紫外线照射或微 电解杀菌器。其中，臭氧与其它消毒剂相比，具有如下优点：氧化能力强，投加量少， 反应快，效果好；对水温、p h 值等水处理条件的适应面广；不会生成对人体有害的物 质。因此，在饮用水处理中受到广泛应用。 2 ) 矿化：矿化是使水中增加矿物盐的技术。纳滤或反渗透处理后水中矿物盐含量 大大降低，为使洁净水中有适量的矿物盐，需对水进行矿化。其方法是将膜处理后的水 再引入含矿物质的粒状介质( 如麦饭石、木鱼石等) 过滤器处理，使过滤出水中含有一 定量的矿物盐。另外，饮用水经矿化处理后还可改善水的口感，使水变得香甜可口。 3 ) 活化：活化就是给洁净的水一些能量，使水分子团变小，更有利于人的健康。 市面上的频谱水就是对水进行活化处理的一种方法。目前饮用水的活化技术在管道直饮 水系统中还很小采用。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 2 4 3 医院饮用水处理工艺流程 2 4 3 1 医院饮用水处理工艺流程选择 医院饮用水处理的目的是对自来水进行深加工，使处理后的饮用水水质达到饮用 净水水质标准( c j9 4 2 0 0 5 ) ，并应符合健康饮水的理念。因此，水处理工艺流程的选 择，既要考虑将水中的有害物质尽可能地去除，又要考虑保留对人体有益的成分。据此， 本次管道直饮水处理工艺采用石英砂过滤、活性炭过滤、离子交换、精密过滤、纳滤膜 过滤、臭氧消毒和矿化处理等相结合的水处理技术，处理工艺流程如下： 臭氧 l 自来水先进入原水箱，经原水泵加压后经石英砂过滤、活性炭过滤、离子交换软化 精密过滤进入中间水箱，再经水泵加压后进入纳滤膜设备，出水经矿化处理后进入成器 水箱，经臭氧消毒，成为合格的直饮水，由供水泵经供水管道输送到饮用水点，循环回 水经回水管道回流到成品水箱，经再次消毒后供出，使供水管路中的水得到不断更新， 保证所有饮用水点水质合格。 2 4 3 2 水处理工艺中各部分主要设计参数 1 ) 原水箱：市政供水管不允许用泵直接抽水，所以设原水储水箱，市政供水流入 原水箱，流量随管网压力而变。原水箱储水经加压泵加压后，均匀地送入石英砂过滤器、 活性炭过滤器、离子交换器和精密过滤器。原水箱容积按储存最高日1 4 小平均小时用 水量确定。 2 ) 石英砂过滤：去除水中铁锈和较大颗粒杂质，改善水质并保证后面纳滤膜的正 常运行和处理效果。石英砂粒径0 8 1 2 m m ，比表面积1 7 0 5 0 0 c m 2 g ，滤速l o m h 。 3 ) 活性炭过滤：采用食品级的优质活性炭，粒径0 5 l m m ，比表面积 6 0 0 10 0 0 c m 2 g ， 滤速1 0 m h 。 4 ) 离子交换软化：采用n a 型强酸性阳离子交换树脂r n a 中的n a + 交换水中的c a 2 + 、 m 9 2 + 硬度+ ，饱和的树脂再用5 8 的食盐溶液再生。原水经r n a 的交换，水中的c a 2 + 、 m 9 2 + 被替换成n a + ，但水的含盐量没有降低。 华北电力大学工程硕士学位论文 5 ) 精密过滤：采用精度为5 p , m 的滤芯，防止活性炭和树脂微粒进入中间水箱。 6 ) 纳滤膜过滤：采用美国海德能公司生产的e s n a 型纳滤膜组件，膜材质为交联全 芳香族聚酰胺( a p a ) 。 7 ) 矿化器：选择麦饭石作为介质，增加饮用水中的矿物盐含量，改善水的口感。 8 ) 成品水箱：储存处理后的水，保证必要的用水量，容积按日用水量的3 0 - - 4 0 考 虑。 9 ) 臭氧消毒：杀灭水中的细菌病毒，去除水的色、嗅、味。为了确保管网末梢水 在使用过程中不滋生细菌，饮用水处理中臭氧的投加量一般为o 2 1 5 m g l ，接触时间 1 5 分钟，并保证成品水中剩余臭氧量不小于0 1 m g l 。 2 4 4 医院饮用水供水设备与管路系统 管道直饮水供水采用变频供水设备，它由交流变频调速泵、压力传感器、控制器等 组成。水泵的流量除考虑饮用水量外，还考虑了循环回流量。循环回水既可使管道内保 持一定流速，又可保证用水量小或夜间无人用水时，管道内不产生滞水，保证管道内水 质。变频供水是目前供水行业中的高新技术，采用先进的交流电机变频调速技术对供水 泵进行调速，通过压力传感器感知管网压力变化，并将电信号传输给控制器，经分析运 算后，控制器输出信号给变频器，由变频器控制水泵转速。这样，整套供水系统在严格 保证管网供水压力恒定的前提下，根据末端用水量的变化，及时调节水泵转速，达到恒 压变流量供水。整个系统始终保持在高效节能的最佳状态。采和变频供水系统可改善用 水环境，保证各楼层供水量稳定、水压波动小、各楼层水流匀匀衡，也使整个供水系统 的水处于动态运行中，保证管道直饮水供水安全。 本次设计工程规模较大，采用i 、i i 区各自垂直分区供水的方式，i 区共十四层， 分两个区，地下一层至五层为低区，六至十四层为高区；i i 区共二十三层，分三个区， 地下一层至五层为低区，六至十四层为中区；十五层二十三层为高区。各分区直饮水系 统均设循环管道，供回水管网设计成同程式，便于循环，水在管网中的停留时间在4 , - - 6 小时之间。循环回水回流至净水箱，并加强消毒。各分区供水泵同时兼作循环泵，循环 回水管路上设回水流量控制阀。各分区用水量基本相同，并各自采用单独的变频供水泵， 水泵供水量q b = 5 0 m 3 1 1 。管道直饮水系统供水泵律采用不锈钢泵，管道采用薄壁不锈 钢管。 2 4 5 饮用水系统有关计算 饮水量根据医院规模，按照床位数、门诊人次和后勤职工人数，依据管道直饮水 华北电力大学工程硕士学位论文 系统技术规程( c j j1 1 0 2 0 0 6 ) 中规定的饮水定额计算，通过计算可以确定系统最高日 用水量、最大时用水量、饮用水龙头使用概率，根据供水点数量和饮用水龙头使用概率， 可查得瞬时高峰用水时同时使用的饮用水龙头数量，最后确定净水设备、供水设备和贮 水箱的大小，确定供水管管径和循环流量，计算应用的主要公式如下： 1 ) 系统最高日用水量q a ( l d ) q d = n q d 其中：n - 一系统服务人数； q 厂用水定额( l d 人) 。 对于不同人群，分别按各自定额计算出最高日用水量后取和，即： q d = z n i q d i 2 ) 系统最大时用水量q h ( l h ) q h = k h q a t 其中：k h 时变化系数，门诊病人取2 5 - - - 4 0 ，病房取4 0 ，医务人员及后勤职 工取1 5 2 5 ； t 一系统中直饮水使用时间( h ) ，病房取2 4 h ，门诊病人、医务人员及后 勤职工取8 h 。 3 ) 饮用水龙头使用概率p ： p = qq h 1 8 0 0 n q o 其中：q 经验系数，取0 6 - 0 9 ( 一般取0 8 ) n 饮水点数量 q o 一咄水龙头额定流量( l s ) ，即饮水龙头出流水压为0 1 m p a 时的出流量， 一般取0 0 4 - 4 ) 0 6l s 。 4 ) 瞬时高峰用水时同时使用的饮用水龙头数量m 根据饮水点的数量n 和计算出的饮用水龙头使用概率p ，查表即可得到瞬时高 峰用水时同时使用的饮用水龙头数量m 5 ) 瞬时高峰用水量q s ( l s ) q s - q o m 6 ) 循环流量q x ( l h ) q x = v 1 t 1 其中：v l 闭式循环回路上供水系统的总容积，即供回水管道和储水设备的总容 积( l ) 华北电力大学工程硕士学位论文 t 1 直饮水在管网中的允许停留时间( h ) ，取4 - - - 6 h 7 ) 净水设备产水量( l 1 1 ) q j = q a t 其中：卜最高用水日净水设备的工作时间，一般取8 1 2 h 8 ) 变频供水泵 水泵流量q b ( l p a ) ：q b = ( q s + q x ) x3 6 0 0 水泵扬程i - i b ( m ) ：h b = h o 件h 其中：h 广水龙头自由水头( m ) ，取5 m ： 卜最不利点龙头与净水箱的几何高差( m ) ； h 最不利水龙头到净水箱的管路总水头损失( m ) ； 在计算管路水头损失时，管道内水的流速按如下选取：d n 3 2 m m 时， v = 1 0 - - - 1 5 m s ，d n 弋 一c c a j fx c s 0 4 。f ( 1 - o ) z m a x = 0 8 9 2 5 为了延长膜的寿命，要求在运行中控制产水率在7 0 - - , 7 5 。 除了控制产水率外，还可根据水垢的成分采取不同的预处理措施。通常，防止c a c 0 3 结垢的措施有加酸法和水质软化法，防止c a s 0 4 结垢的措施有水质软化法和投加水质稳 定剂多磷酸盐。 3 2 3 纳滤膜的清洗 纳滤膜在使用一段时间后，总会受到不同程度的污染，发生一定的堵塞。纳滤膜受 华北电力大学工程硕士学位论文 到污染后一般采用化学清洗，常用的清洗剂有h c l 、柠檬酸、n a o h 、e d t a 等，也可 根据需要搭配使用，如采用0 1 e d t a + n a o h 配成的混合液在p h = 1 1 9 时可以清除二 氧化硅、有机物和微生物形成的污垢，2 的柠檬酸+ 氨水配成的溶液在p h = 4 0 时可清 除碳酸盐垢、硫酸盐垢和金属胶体。纳滤膜应根据设备运行情况进行清洗，一般产水率 下降到6 0 时或出水水质变差时应进行清洗。 3 3 臭氧消毒系统的维护 3 - 3 1 臭氧消毒系的优缺点 臭氧与其它消毒剂相比，具有如下优点：氧化能力强，投加量少，反应快，效果好； 对水温、p h 值等水处理条件的适应面广；不会生成对人体有害的物质。 但臭氧也有如下缺点：臭氧气体性质不稳定，需现场制造就地使用；无持续的杀菌 消毒作用。 3 3 2 臭氧的生产、投加与尾气处理 投加点设在成品水箱内，保证出水中含有一定量的剩余臭氧量，防止成品水和管道 中的细菌、病毒繁殖。 投加量和接触时间：饮用水处理中臭氧的投加量一般为0 2 1 5 m g l ，接触时间1 5 分钟，并保证出水中剩余臭氧量不小于o 1 m g l l 。 臭氧的生产：臭氧氧化处理流分三部分，即臭氧发生装置、接触反应装置和尾气回 收处理装置。臭氧发生装置用来制造臭气体，由空气压缩机、气体净化干燥系统、臭氧 发生器、高压供电设备和控制设备组成，可选购成套的臭氧发生器。接触反应装置用来 实现臭氧与水的接触，完成水的氧化处理。常用的有鼓泡塔、固定螺旋器和水射器，鼓 泡塔和固定螺旋器适用于水量比较大的工程中，对医院饮用水的处理工程，因水量相对 较小，采用水射器来实现臭氧与水的接触反应，水射器所需水压通过加压泵来满足。尾 气回收处理装用于处理臭氧与水接触后的尾气。常用的臭氧尾气处理方法有活性炭法、 加热分解法、药剂分解法、催化分解法和高空排放稀释法，根据本工程的性质和规模， 拟采用催化分解法和高空排放稀释法相结合的尾气处理方法。催化剂采用霍加拉特，基 本成份为氧化铜和二氧化锰，该催化剂具有促进臭氧分解的能力，催化能力强，分解臭 氧量大，效果好，在一定温度条件下可以活化再生，是国内外较多采用的处理含臭氧尾 气的有效方法。经催化分解后的尾气引入楼内排风系统，最后引至屋面高空排放，保证 安全。 2 8 华北电力大学工程硕士学位论文 结论皇口- ，己 通过以上分析，可以得出下述结论： 一、由于水源日益受到污染，给水处理的难度加大，城市给水中不可避免 地会含有一定量的难降解有机物和其它对人体有害的物质。自来水采用氯消毒， 氯在杀死水中细菌病毒的同时，也与水中的某些碳氢化合物反应，生成具有致癌作用的 消毒副产物，危害人们身心健康。同时，由于自来水在供水过程中的二次污染和管网污 染，使供水的安全性受到很大影响。采用自来水供应开水的方式不符合健康饮水的理念， 而桶装水的使用成本又很高。所以，在医院这类大型公共建筑中，采用分质供水是一个 比较好的选择。自来水经深度处理后供院区病人和工作人员饮用，生活用水采用自来水 直接供给，虽然一次投资较大，但运行费用很低，从长远看是非常经济可行的。 二、针