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赵锂教授关于建筑与小区二次加压与调蓄供水水质保障技术之看法

文章来源:给水排水 发布时间:2021-02-01 08:22:01 阅读次数:445 次 [关闭]

 

赵锂,中国建筑设计研究院有限公司副总经理、总工程师、教授级高级工程师、注册公用设备工程师;住建部建筑给水排水标准化技术委员会主任委员;中国建筑学会建筑给水排水研究分会理事长;中国城镇供水排水协会建筑给水排水分会主任委员;国务院特殊津贴专家。

 

0引言

 

随着我国经济建设与城镇建设的快速发展,城镇化率逐年提升,目前我国城镇化率约为57%,到2035年,中国的城镇化率预计将达到70%。由于我国人口总数为14亿人,为节约土地资源,我国城镇建设了大量的高层建筑及超高层建筑。市政供水管网的压力、流量难以满足这些建筑的要求,需要对市政管网供水进行二次加压或调蓄供水,建筑或小区二次加压与调蓄供水这已经成为城镇市政供水系统在建筑与小区的最主要形式。

建筑用水末端水质保障是饮用水质安全保障工作的重要环节,建筑物二次加压与调蓄供水系统的特点是开口多、管材类别多样、管道系统复杂、没有完善的水质监测系统、污染控制难度大。因加压、调蓄过程及二次加压与调蓄设施管理方面的问题造成居民生活风险加剧,二次加压与调蓄供水运营管理模式也还存在争议。地下供水管线受到污水渗水井污染,建筑与小区内的生活饮用水管道与再生水管道混接,导致大肠杆菌超标引起饮用水污染;自来水出现浑浊、发黑的现象,还带有臭味,居民饮用后出现呕吐、腹泻等症状,这些问题也偶有发生。饮用水从水源至用户的过程中,在不同介质和界面尺度上发生着复杂的水质物理、化学、生物及其协同作用,导致水质变化,并最终产生健康风险。2018年,某市疾控中心对该地区不同街道不同小区二次加压与调蓄供水末梢水进行检测分析,结果发现全年四个季度所抽查的240份供水样品中,合格份数为样品193份,合格率80.4%,其中。在不合格的样品中余氯不合格占10%左右,另外有部分供水样品出现浊度、铁、色度、细菌总数、大肠菌群、pH等指标不合格现象。在我国,城镇的二次加压与调蓄供水(主要指生活用水部分)覆盖面积占城镇面积的60%以上,供水量占城镇供水总量的50%以上。因此,保障建筑与小区的用水水质,将二次加压与调蓄供水水质安全保障率提升到100%,解决“最后一公里”的水质安全是提升人民健康的重要保障之一。笔者作为课题负责人完成的国家“十二五”水体污染控制与治理科技重大专项“水专项”——建筑水系统微循环重构技术研究与示范(2014ZX0706002)课题,就二次加压与调蓄从技术保障和管理保障上开展了深入的研究,相关技术成果已形成国家标准、行业标准或被国家标准采纳并在实际工程中得到应用。

 

1二次加压与调蓄供水系统方式

 

1.1二次加压与调蓄的方式

我国城镇建筑与小区二次加压与调蓄供水系统主要有:①二次加压设备和高位水池(箱)联合供水;②低位水池(箱)和二次加压变频调速水泵联合供水;③叠压供水(无负压供水);④气压供水。目前我国建筑与小区的二次加压与调蓄供水设施数量巨大,多为屋顶水箱与低位水池合用类型,也有部分低位水池与变频加压供水泵合用的类型。老旧建筑与小区水箱(池)的材料基本为混凝土、瓷砖和钢板材质,少部分为不锈钢。老旧建筑与小区使用的末端二次加压与调蓄供水设施已经很难满足现在对供水水质的要求,加上使用年份长,腐蚀严重,致使出水水质降低。建筑与小区二次加压与调蓄供水出现水质不达标与水箱材质及供水管道老化现象密切相关,是二次加压与调蓄供水引发传染病隐患的源头。

 

1.2供水方式选择

为保证终端龙头处的水质,二次加压与调蓄供水方式在市政管网供水能力有保证的前提下,应优先选用叠压供水方式,消除水池(箱)带来的水质污染,且能充分利用了市政管网的压力供水。当采用叠压供水方式时,不得造成该地区城镇供水管网的水压低于本地规定的最低供水服务压力及对供水管网造成污染。当采用二次加压设备和高位水池(箱)联合供水或低位水池(箱)和二次加压变频调速水泵联合供水时,高、低位水池(箱)及配件应选用不锈钢或钢衬塑材料,不锈钢材料的耐腐蚀性能不得低于06Cr19Ni10(S30408),水池(箱)可采用拼装或焊接装配。若采用焊接装配,焊接材料应与设备同材质,焊缝应进行抗氧化处理。水池(箱)的进水管道与出水管道在布置时不得产生水流短路,对于有效容积在200 m3及以上的水池(箱),宜在水池(箱)内设导流装置。水池(箱)应设置消毒装置,消毒装置可选择紫外线消毒器、臭氧发生器、紫外光催化氧化设备和水箱自洁消毒器等。水池(箱)中水的停留时间不宜大于24 h。试验证明,水池(箱)、管道中的水力停留时间对浊度、余氯和细菌总数的影响较为明显。


1.3超高层建筑中间转输水箱

超高层建筑中,需要设置中间转输水箱,中间转输水箱增加了二次加压与调蓄供水在整个输配水系统中的水力停留时间。中间转输水箱的容积由供水部分和转输部分水量之和确定。供水水量的调节容积,不宜小于供水服务区域楼层最大时用水量的 50%;转输水量的调节容积,按提升水泵 3~5 min的流量确定;当中间水箱无供水部分生活调节容积时,转输水量的调节容积宜按提升水泵 5~10 min 的流量确定。转输水泵流量是按照最高日最高时进行设计的,但最高日最高时的用水量在全年中出现的概率非常小,仅约为0.01%,其他时段用水量所占比例则高得多,如低于平均日平均时用水量的时段在全年用水中出现的概率约为50%。在绝大多数的时间内,二次加压与调蓄供水在中间转输水箱中的水力停留时间会更长,造成余氯在输配水管道和中间转输水箱中衰减情况更加严重。对于水力停留时间过长的二次加压与调蓄供水系统,应考虑在余氯过低供水区或中间转输水箱处设置补氯设施。

 

2管道的材质与布置

 

2.1管材选用

生活饮用水在加压输送、调蓄储存过程中,由于水中的消毒剂及溶解氧与管道、水池(箱)、水中的有机物等还原物质发生反应,或在铁细菌、硫细菌的作用下,发生管道及水箱的腐蚀及沉积反应。老旧建筑与小区的室外、室内给水管道大部分采用的镀锌钢管或铸铁管,由于使用时间年份长久,腐蚀严重,当自来水水质发生变化时,如北京市部分城区供水水源采用南水北调水源后,自来水pH降低,自来水将管壁腐蚀层溶解,进而与管壁基体金属发生电化学反应,导致龙头处的出水色度、浊度、金属浓度(如铜、铅、锌、铁等)升高。
建筑与小区内给水管道材质的种类较市政给水管道的材质种类繁多,有金属管道:如镀锌钢管、给水铸铁管、薄壁不锈钢管、铜管等,塑料给水管道(PVC-U、PVC-C、 HDPE、PPR、PERT、PEX等),金属与塑料复合管(衬塑钢管),金属与金属复合管(如钢管内衬不锈钢、钢管内衬铜管)等。建筑与小区二次加压与调蓄供水系统正确选用给水管材是保证龙头水质达标的关键。国家标准《建筑给水排水设计标准》(GB 50015-2019,以下简称“标准”)中规定:建筑室内的给水管道,应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材,可采用不锈钢管、铜管、塑料给水管、塑料和金属塑料复合管及经可靠防腐处理的钢管。将不锈钢管、铜管作为优先选用予以推荐。在中国“城镇水务2035 年行业发展规划纲要”(以下简称“纲要”)中规定:鼓励在建筑内供水管道优先选用不锈钢管材等耐久性强、接头效能好的优质管材。采用塑料管道时,必须符合相关管材的现行国家产品标准的规定。


2.2管道的布置

2.2.1室外给水管道布置“标准”规定:由城镇管网直接供水的小区室外给水管网应布置成环状网,或与城市给水管连接成环状网。环状给水管网与城市给水管的连接管不应少于2条。行业标准《二次加压与调蓄供水工程技术标准》(报批稿)规定:小区二次加压与调蓄供水主干管网应布置成环状,与二次加压与调蓄供水管网连接的加压泵出水管不应少于两条,环状管网应分段。二次加压与调蓄供水的干管布置成环状既可提高供水的安全性,也可减少支状管网供水末端由于长时间不用水而造成水龄增加,水质指标降低的问题。
    2.2.2室内给水管道布置室内给水管道特别是卫生间的给水管道,是枝状布置供至各用水点处。《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009版)中规定:室内给水管道宜布置成枝状管网,单向供水。枝状管道的布置带来的问题是如用水点一段时间内不用水,此支管段中的水是不流动的,水龄将过长,水质变坏,不能符合生活饮用水水质标准要求。采用支管链状或环状供水将解决支管水不能流动、水龄长、水质指标降低的问题。支管环状供水是指建筑内用水器具处采用双承弯供水且管道布置成环状,任一用水点用水时均可使管道内部存水流动的供水方式。双承弯是可以实现户内用水器具处配水管道环状连接的重要阀件,其接口1与用水点器具连接,2、3接口分别与给水管连接。当卫生间配水管道采用支管环状布置时,任一用水器具使用时,都会使整个支管配水管网的水流动,缩短水在管道内的停留时间,降低水质污染风险。串连、链状、环状管道连接时的出水余氯变化及出水溶解氧的比较值见图5、图6,说明环状管道布置用水器具处的水质指标最优。“纲要”规定:积极推动居民住宅建筑、公共建筑内使用供水系统“微循环”——支管环状供水技术,改善和优化建筑室内管道水力条件,尽量缩短室内供水管道中自来水的水力停留时间,消除建筑室内局部“死水”区,避免因自来水停留时间长等原因所产生的水龄过长问题,保障龙头水水质安全。国家标准《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2020,报批稿)规定:室内生活给水管道可布置成环状管网,用水器具处宜采用支管环状供水

 

3二次加压与调蓄供水系统的水质监测

 

3.1在线水质监测

为保证二次加压与调蓄供水系统的水质符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749)的要求,应在二次加压与调蓄供水设施的泵房内设置水质在线监测仪表,宜设置余氯(总氯)、浊度、pH等水质在线监测仪表。在线监测仪表的数据上传至智慧水务管理系统,通过GIS和BIM相结合构建二次加压与调蓄供水系统的实时在线管道模型系统,对水质实时监测与控制,动态控制水质变化。


3.2定期公示水质

建筑与小区的二次加压与调蓄供水系统的水池(箱)应定期清洗消毒,周期不得超过半年,清洗消毒后应对水质进行检测,检测结果应符合现行国家标准《生活饮用水卫生标准》(GB 5749)的规定。水池(箱)清洗消毒后的水质检测项目至少应包括:色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH、总大肠菌群、菌落总数、余氯。二次加压与调蓄供水设施的管理者应结合水池(箱)清洗消毒后的水质检测及在线的水质监测,至少每6个月向用户公示水质一次,使用户对水质的状况具有知情权,接受公众的监督。 

 

4二次加压与调蓄供水设施的管理与智慧信息管理系统

 

4.1管理模式

全国除部分城市成立专门部门对二次加压与调蓄供水设施进行日常维护与管理外,大部分城市是由房管部门、物业公司、产权单位、房地产开发商等单位承担管理。由于物业公司等无专业供水管理人员,与市政供水公司的关系难以协调,维修资金难以解决,导致管理混乱,供水间断、水质污染、维护与维修不到位等问题频发。2015年住房和城乡建设部、国家发改委、公安部和国家卫计委四部委联合发文:《关于加强和改进城镇居民二次供水设施建设与管理确保水质安全的通知》(建城[2015] 31号)就加强和改进我国城镇居民二次加压与调蓄供水设施建设与管理工作做出全面布置。将二次加压与调蓄供水安全提升到改善民生和国家反恐战略的高度,要求创新运营机制,多渠道解决资金、落实监管责任,形成权责明晰、管理专业、监管到位的建设与管理新格局,解决城镇供水的“最后一公里”。保证终端用水龙头处的水质是城镇供水的初心,二次加压与调蓄供水设施由专业的供水部门实施统一管理是必然。目前已形成深圳市、宁波市的统一管理模式:全面整合市政供水与二次加压与调蓄供水,由供水企业全面负责,统一运营管理供水;天津市的管养分离模式:供水企业先接管,再将二次加压与调蓄供水养护作业外包给专业公司;重庆市的市场化模式:二次加压与调蓄供水与市政供水运营分离,新建或改建的由专业公司管理,专业运营实行有限准入,建管一体化制度,老旧设施由供水企业改造和管理;沈阳市的双轨制模式:供水企业与物业公司并存。二次加压与调蓄供水管理是全国性的共性问题,上述城市先行先试,开创了一些运维与管理模式并取得了一定的经验与教训,值得我们总结借鉴、综合考虑并发展与创新。


4.2智慧信息管理系统

为提升二次加压与调蓄供水的规划设计、设备研发、工程施工、运行维护的全过程管理,保障供水水质与供水安全,推动二次加压与调蓄供水管理的智慧化进程,将互联网+、5G大数据、云计算等新技术与二次加压与调蓄供水系统高效融合,智慧信息管理系统应用于二次加压与调蓄供水系统是必要的。该系统是对超过市政供水的高层建筑供水设施进行数据采集、远程监控以及运维管理的供水智能辅助平台。该平台通常由下位信息采集系统、网络通讯系统和上位监控调度系统等子系统组成。系统可实时感知二次加压与调蓄供水系统的运行状态,采用可视化的方式有机整合运行管理职能,形成二次加压与调蓄的供水物联网,并将海量供水信息进行及时分析与处理,辅助决策建议,构建智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制、智能服务、智能评价为一体的功能平台体系。 
    二次加压与调蓄供水智慧信息管理系统可对二次加压与调蓄供水设施进行远程监视和控制,通过监控界面,可以监控二次加压与调蓄供水设施的实时运行数据,监测数据包括余氯、浊度、pH、市政进水压力、供水压力、供水流量、水泵运行频率和时间、用电量、故障报警等运行数据。通过对水质、压力、流量的数据传送及阀门开关的自动控制,降低设施故障率和提高系统的反应时间,实现对二次加压与调蓄设施全方位的管理,提高整体服务水平,实现城镇供水的信息化、现代化、智慧化。

 

5结语

    保障饮用水安全是关系到国计民生的重要问题,也是全面建设小康社会的重要指标。为满足人民群众渴望打开龙头就能直接饮用的美好需求,在城镇供水系统中,“从源头到龙头”饮用水水质安全的体系中,城镇供水末端系统——建筑与小区的二次加压与调蓄供水设施是饮用水水质安全保障必不可缺的重要组成部分。二次加压与调蓄供水系统的水质污染是不容忽视的关键问题,必须予以充分重视并从技术与管理等方面全面解决。通过完善二次加压与调蓄供水系统的技术及标准,建立智慧信息管理系统,建立专门的维护与管理体系,规范二次加压与调蓄供水管道系统和终端用户设备等,形成二次加压与调蓄供水水质综合保障系统,有效保障终端龙头处的水质,提高人民群众的获得感与生活水平。



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