优质饮用水供水系统设计探讨

　　作为我国城市居民的生活用水水源，自来水一直是主要来源。但是近年来，由于水源的污染等因素，使得“优质饮用水分质供水系统”应运而生。

　　优质饮用水的处理工艺和水质标准比较成熟，但其供水系统在工程设计和施工中并没有可以遵循的标准。本文结合工作中的实践经验，以一个小区的优质饮用水系统设计为例，就此方面的技术做些探讨。

1 工程概况

　　某小区按2000～2500户划分，每栋楼以48户人家计算，则每个小区约有楼房40～52栋。

　　通常，居民每人每日饮用水标准按3L计，用于做饭、炒菜的净水按2L/(人·日)计，这些用水由纯净水供给，则纯净水用水量为5L/(人·日)。

　　现代城市住宅可按平均每户4人计算，则每个小区的人数约为8000～10000，每日供给纯净水总量约40000～50000L。取小区用水的时变化系数为3，供水时间定为18h（早晨6:00～晚间12:00），则最大小时用水量为Qh=Kh×Qd/T=6.67-8.33m³/h。

　　由此可以确定每个小区纯净水的处理量为5m³/h，每日纯净水处理站工作时间约10h，才能生产50m³纯净水，从而满足一个小区每天生活用纯净水。

　　处理后的纯净水储存在末端水箱，水箱容积为12m³，可以提供1.5h的最大小时用水量。水箱容积不宜过大，以免储存时间过长，引起水质恶化。

2 水量的确定

2.1 最大小时用水量

　　如前所述，小区的最大小时用水量为6.67～8.33m3/h，时段在中午11:30～1:00和下午6:00～8:00。

2.2 设计秒流量

　　通常，建筑群生活给水管道设计秒流量公式为：

　　　　q=0.2a(N)1/2+KN　　　　（1）

　　其中，卫生洁具当量数N在75～300范围之内，对于独立的纯净水系统而言，每户仅有1个饮水龙头，其额定流量仅为0.05L/s，当量数为0.25；每个单元当量数为3；每栋楼当量数为12；一个小区用水器具最大当量总数为625。

　　由此可见，如采用上述公式，则每户的纯净水供水管过大，流速偏低，水头损失计算很不精确，无法达到供水均匀可靠的效果。所以此公式只适用于小区给水总管计算，而不能用于每户和每栋楼的设计秒流量计算。

　　因此，在设计中需要引用“分质供水设计秒流量公式”[1]来确定每户的入户管管径。

　　我们知道，住宅生活用水的秒不均匀系数与平均日用水量关系为：

　　　　K=30/(Q)1/2　　　　　（2）

　　秒流量可采用公式：

　　　　q=(Q×K×1000)/(24×3600)　　　　（3）

　　式中：K－住宅生活用水的秒不均匀系数；
　　　　　Q－平均日用水量，m3/d。

　　将（2）式代入（3）式，得到：

　　　　q=0.347(Q)1/2　　　　（4）

　　将每日平均用水量换成当量数，公式（1）变为：

　　　　q=0.347(SN)1/2　　　　（5）

　　式中：

　　　　S－1个当量的卫生器具1d的用水量，m³/d。

　　设计中每户平均按4人计，每户厨房内设计1个纯净水饮用龙头，当量数为0.25，每人每天用水量按5L计，可得出优质饮用水设计秒流量公式为：

　　　　q=0.347[(4×5)/(0.25×1000)]1/2=0.098(N)1/2　　　　（6）

　　按上述公式可知：

　　每户支管管道流量：q支=0.05L/s。

　　每个单元设2根立管，1根立管的流量为：q单=0.12L/s。

　　1栋居民楼（按4个单元计）供水总管流量为：q楼=0.34L/s。

　　在设计过程中，应考虑附加30％的循环流量，以保证循环回水的平衡。

　　而整个小区供水总管流量应按公式（1）计算，为：q总=7.42～8.63L/s

3 管径的确定

　　室外干管的设计流速控制在0.6～1.0m/s，入户管道的设计流速取0.5～0.8m/s。按上述流量可确定出各管道的管径。

　　每户支管流速：υ=0.45m/s，管径d=10mm。

　　每根立管流速：υ=0.80m/s，管径d=15mm。

　　1栋居民楼（按4个单元计）供水总管流速：υ=0.68m/s，管径d=25mm。

　　整个小区供水总管流速：υ=1.02m/s，管径d=110mm。

4 供水系统

4.1 系统的确定

　　小区纯净水给水管线的布置，应以居住小区的建筑、道路详细规划为主要依据，综合考虑小区地形、各类管道布置和建筑物管道的接点等诸多因素，做到设计合理、施工方便。

　　给水干管应沿用水量较大的地段布置，以最短距离向大用户供水。

　　小区供水干管为枝状布置，接人各建筑物后设回水管，与小区内回水干管连接，汇集后送回各小区纯净水处理站，经处理后再供到用户，形成循环系统。

　　当处理站对自来水作深度处理达到纯净水标准后，就将纯净水送到末端水箱储存，再由供水泵加压提升送入供水管网，并由独立的纯净水管网将水输送到各用户。每栋楼串联供水，尾端回水，各楼回水管接到循环回水主管，通过管路长度和管径的调整，使回水管各接点水头接近，使每个用水单元都能平衡供、回水，也就是所谓的同程供水设计。

　　整个系统为全封闭式，仅在用户饮水龙头处可取水，避免了中间污染环节。

　　系统主要由供水泵、循环水泵、紫外线消毒器、供水管、调节阀、减压阀、饮水龙头和循环回水管等组成。

　　其系统的工作流程图如图1所示。

　　当用水高峰期时，循环水泵不开启，系统不作循环，水无法回流，只能供用户使用。当用水量到低点时，循环水泵定时启动，不影响系统供水。循环回水设有旁路，当管路内水停留时间较长，一般为5d时，可打开旁路上阀门，循环泵停止运行，让水流入末端水箱，进行消毒杀菌处理后送回管网，这时需要启动供水泵，将管道内的水送回处理设备，并形成短时间的全流量循环。

　　由于一个小区的供、回水管道较长，起点和终点的水头差别很大，要实现各用水点供水平衡，不仅要在供水主干管上考虑压力调节，而且在每户人户管上也要调节压力。在整个系统调试时，将每户饮水龙头的出流水控制在0.2～0.35MPa，系统正式运行后，用户仅操作水龙头即可，不会破坏系统的压力均衡。

　　户内支管的安装示意见图2。

　　每个单元的供水立管应设在厨房内，管理及安装调试较方便。

4.2 循环水量及循环泵的确定

　　采用强制定时循环的方式，每小时循环2次，循环水泵的性能参数按如下要求确定；

　　　　Q≥2V

　　式中：V－管网水容积，另加上30％的附加循环水量。
　　　　　H≥hp+hx+hj

　　式中：hp－循环流量通过供水管路的水头损失；
　　　　　hx－循环流量通过回水管路的水头损失；
　　　　　hj－循环流量通过设备的水头损失。

　　循环时间应避开用水高峰期，由于纯净水可储存约6d不会影响水质，考虑每天管网循环3次，每次循环水泵运行时间为30min。

5 管材的选用及安装

5.1 管材的选用

　　为了在输水过程中最大限度地减少二次污染，管材和管件的选择极其重要。

　　目前，国内建设部已要求在生活给水系统上停止使用镀锌钢管和铸铁管，取而代之的是各种新型给水塑料管或塑料复合管。可采用的管材为：铜管、不锈钢管、UPVC给水塑料管、交联聚乙烯管（PEX）、聚丙烯管、ABS工程塑料管、塑覆铜管（PE/T2）、铝塑复合管等。其中，铜管、不锈钢管、ABS程塑料管的价格很高，不能广泛使用，仅用于特殊介质而给水工程大都不采用。

　　设计上从耐腐蚀、耐压、阻燃、使用寿命、环保卫生、价格、安装等方面考虑，认为交联聚乙烯管（PEX）、铝塑复合管、UPVC给水塑料管这3种管材较为实用可靠。

5.2 管道敷设及安装调试

　　管道敷设：室内管道宜敷设在墙内，给水管在上，回水管在下。

　　管道在室外敷设时，在车行道下埋设深度不应小于1m，可减少重压和振动对管道的影响。

　　管道安装时，应避免砂土、切割废渣等脏物进入管道，污染水质。在安装过程中应保护管道的外表面不被划伤或破损，以免影响管道使用寿命。

　　系统调试：管道安装过程中，应分段进行冲洗、试压，检查管道是否渗漏。当整个系统安装完毕，利用循环给水泵冲洗系统，灌充加有精制漂白晶的消毒水，保持24h后放空，再充入纯净水，检测水质是否达标，管网进行试运行。在运行过程中，调节管网平衡，检测设备运行状况，监测水质稳定，测定用户用水情况。在各项数据达标，系统达到供回水稳定，并积累一定的管理经验之后，报政府部门监管，将系统投入正式运营。

6 社会效益和经济效益

　　经测算，一个上述规模的纯净水处理站，在满负荷生产的情况下，可年产纯净水29200t，建设投资为279.7万元，每年运行维护的总成本59万元，纯净水价格按100元/t计，年均销售收入为288万元，项目投产后1a就可收回成本。

　　由此看来，“优质饮用水系统”的开发推广，做到设计先进合理，优质施工安装，安全正常运行，精心维护管理，则必将对人们的日常生活带来便利，提高生活质量。同时，也会带来良好的社会效益和经济效益。

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