直饮水投入运行的经济比较及废水回收的解决方案
朱建华ZHU Jian-hua
（天津华新水务有限公司，天津300000）
摘要： 阐述了直饮水发展的历史背景和在日常工作生活中应用的现状，以具体项目案例为依据，充分的对直饮水的应用规范、工艺流程、设备技术以及加压设备的选型、部分主体设备的配置、直饮水的经济比较、在线监测、废水回收利用和主要指标等多个方面的内容进行了论证介绍。
关键词： 直饮水；经济比较；学校直饮水；直饮水设备及技术；直饮水废水回收利用
0 引言
目前大多数家庭都是饮用自来水并进行简单过滤来提高水的品质，或者是桶装水。由于桶装水存在一些缺陷：一是饮水机滤芯需定期更换否则无法保证水质安全，且根据水质情况周期不定更换频繁费用高。二是桶装或瓶装饮用水从出厂到饮用期间，常常要存放很长时间，静止状态存放的水会因分子链状结构加长，亚硝酸含量增高等因素而老化变质不宜饮用。三是桶装水市场混乱，缺乏有力监管，无良商贩肆虐，质量得不到保障等问题。管道直饮水的应用可避免以上桶装水的缺陷。管道直饮水可有效过滤各类污染物质，达到生饮标准，且成本相对较低，成为越来越多人们的新选择[1]。此文以供水辖区内中小学直饮水项目为例，通过为学校提供便捷的直饮水方案，不仅可以提高饮水品质，保障饮水安全，而且还可以大幅度节约饮水成本。
由于发生低量级洪水时，溃堤较少，同时由于堤围位置的变化较小，可以认为历史与近期的低量级洪水可比性相对较好。东江干流1964年与1997年的河段槽蓄容积变化比较表明，在发生洪峰流量为4 800 m3/s(博罗)的洪水时，惠阳—博罗、博罗—石马河、石马河—樊屋段河道槽蓄容积增加分别为21%、30%、114%。
1 管道直饮水和桶装水的比较
1.1 经济性对比
1.1.1 直饮水方案经济指标计算
直饮水系统设备购置安装费用总计为440000元，设备安装调试后，在无操作失误以及外界因素、人为损坏情况下，质保期为两年。质保期内免费提供服务。服务内容包括滤芯更换（滤芯每3个月更换一次，两年更换8次已含8套备件）。
1.1.2 直饮水全年运行成本
根据学校提供的数据获知，本直饮水系统服务人数约为1500人，按每天每人饮水量2L计算（0.002m3），则每日全校饮用水量为3m3/d，废水和成品水比例为3：1，实际用水水量12m3/d。全年教学日约为167天。文教卫生类水价为5.55元/m3。直饮水设备每天运行8小时，设备运行小时电量6kWh，电费0.49/kWh。
水费：12m3/d×167天×5.55元/m3=11122.2元
电费：6kWh×8小时×0.49/kWh×167天=3927.84元
酵母菌又得意洋洋起来：“嗯，我们又重新体验到生命的价值了。不和你聊了，我们要去工作了。再见，亲爱的人类。”
m=np+2.33[np（1-p）]0.5=32.1
则学区最大小时流量：5.78m3/h
全校饮用水量为3m3/d，废水和成品水比例为3：1，每日废水量为9吨。将废水排入中水泵房供打扫卫生、厕所冲洗、绿化用水等用途，日节省5.55元/m3×9m3=49.95元，年节省40.9元/d×167天=6830.3元。
1.1.4 利用直饮水方案供水，费用合计
第一年费用包含：系统设备购置安装440000元，全年水费11122.2元，全年电费3927.84元，系统设备购置安装+全年水费+全年电费=455050.04元，全年废水利用节省费用6830.3元。
第二年费用包含：设备维修、更换费用合计42000元，全年水费11122.2元，全年电费3927.84元，设备维修、更换费用+全年水费+全年电费=57050.04元，全年废水利用节省费用6830.3元。
1.1.5 桶装水方案经济指标计算
根据学校提供的数据获知，饮水需求人数约为1500人，按照40人为一个班，共计38个班，每班设置饮水机台，加上教师办公室及公共区域，共计设置饮水机约60台。
“本次大赛是标志着威县农业生产从‘冀南棉海’到‘三带三园’转型升级的大事。”王淑平表示，根力多虽然放眼于全国，但总部在威县。根力多将利用自身优势，将国内外的先进管理方式和优秀的管理经验带回威县来，推动威县的产业发展。这种寓教于乐的活动，根力多也愿意一届又一届地办下去。
采用以上几种除氯的方法进行除氯时，在文中所述生产系统中均未能达到除氯的要求，为此，后期考虑采用氧化铋来除氯。云南祥云飞龙公司罗玉德等[6-8]对氧化铋除氯做了深入研究，包括氧化铋除氯的原理、过程控制、氧化铋除氯后重新返回利用等进行了阐述。本文根据氧化铋除氯的基本特点，结合本系统物料特性，考虑到生产系统中槽体的大小，从方便操作、降低成本方面出发，做了相应的研究以及总结，以期对氧化铋除氯的产业化应用提供相应参考。
1.1.6 桶装水每年购买费用
19L桶装水每桶10元，按每天每人饮水量2L计算（0.002m3），则每日全校饮用水量为3m3/d。
桶装水成本 10 元/桶 ÷19L/桶=0.6 元/L，600 元/m3×3m3/d×167 天=¥300600/年。
第二年全部费用：购买桶装水费用300600元，用更换滤芯费用6000元。购买桶装水费用+更换滤芯费用=306600元。
饮水机滤芯更换成本50元/个平均6个月更换一次一年更换2次。50元/个×60台×2次=6000元/年。
同时，我们也不得不承认，无论是采用什么策略来翻译文化缺省，无论采用何种补偿办法，总是有一些翻译的遗失。传递出同样的讯息也许就少了原文的流畅度，若是用解释性说明或加注的方式则造成了原文中所没有的冗余，在减少了读者解码难度的同时，又造成了一种生硬感。
1.1.8 桶装水方案费用合计
设备维修、更换费用：两年质保后，需更换滤料，确保设备稳定运行；每年更换总费用：42000元，具体费用构成如下：活性炭、石英砂、锰砂：6000元；软化树脂：按每半年添加一次，全年费用11000元；过滤滤芯：1500元；工业用盐：6000元；紫外线灯：10000元；膜元件更换：美国海德能5支×1500元/支=7500元。
第一年全部费用：饮水机购置费用30000元，购买桶装水费用300600元，用更换滤芯费用6000元。饮水机购置费用+购买桶装水费用+更换滤芯费用=336600元。
1.1.7 饮水机滤芯更换费用
1.2 技术安全性对比
1.2.1 管道直饮水：直饮水是供人们直接饮用，因此，采用深度膜处理技术，可去除水中的重金属、盐类物质、污染物、农药、细菌等有害物质。并配备自动操作系统，在系统工作异常时能及时报警或关机，以保证出水水质符合国家饮用水标准。管网采用了食品级环保健康水管和闭式循环的管网系统，即饮即用，水质新鲜，不受二次污染。
1.2.2 桶装水：无法保证水源的一致性，需用仪器检测。拆封后会暴露在空气，与空气接触滋生细菌。
2 直饮水设备选型
2.1 直饮水工艺流程简述
图1
2.2 工艺流程阐述
针对水质特点，水质净化工艺流程主要采用了水质监测、机械过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器，并配以其他辅助设施[2]。
兵马俑是中国古代雕塑艺术史上的一颗明珠。走近兵马俑，使我们看清几千年前军事装备与战争的概貌；半坡村遗址是一个比较完整的村落遗址，走近半坡村，让我们看到古时中国一个乡村的农耕生活图景；而铜绿山古铜矿遗址，让我们看到先民是怎样从事采矿与冶炼的工业生产场面。
2.3 水质监测
为了监测市政进水符合饮用水标准，特设水质监测系统实时监测进水水质，如不能满足处理水质要求系统将自动启动电磁阀阻断进水。
2.4 机械过滤器
机械过滤器用于制取软化水、纯水的预过滤。过滤器的滤料一般为石英砂、无烟煤、颗粒多空陶瓷等，是反渗透水处理系统的前处理不可或缺的设备。
2.5 活性炭过滤器
其作用是去除水中游离氯、色、异味和部分有机物，游离氯会氧化反渗透膜，对纳滤系统造成不可恢复的破坏，而有机物不仅是微生物的饵料，而且当其浓缩到一定程度后，可能溶解有机膜材料，使膜性能劣化。活性炭能够吸附有机物、游离氯等对膜产生危害物质，尤其是防止余氯对反渗透膜的破坏。
2.6 精密过滤器
为防止细小悬浮物进入纳滤系统，造成反渗透膜的污堵和表面划伤，纳滤设备前安装5微米精密过滤器。精密过滤器前后分别安装压力表测量过滤器前后的压力。过滤器前后的压力表差可以表明过滤器的工作状况。当前后压差超过滴定范围时，将更换过滤芯以恢复精密过滤器的工作性能。
2.7 反渗透装置
RO系统是纯水的生产核心，其原理是含各种离子的水通过RO膜，使水与离子分离，本机采用的RO膜使美国海德能公司生产的复合膜，它的孔径只有1-10埃，在10kg压力下，使水中所含重金属离子细菌病毒等有害物质被清除，使用只需打开电控开关调浓、淡水开关即可。同时观察出水导电率，一般系统脱盐率为97%。同时在每次开、停机前自动进行冲洗，反渗透一旦开机必须保持每天开机，以防止系统滋生细菌，若长期停机，系统内部要充满保护液。
在这一行业发展环境动态变化的背景下，由于降低成本、减轻责任、适应技术更新迅速等因素，城市轨道交通维修市场化导向日益明显，维修集约范式也从早期主体自主范式向委外、联合等市场化维修集约范式转移，并出现某些城市多种维修集约范式并存的现象。如香港、广州、上海等城市的新建轨道交通线路与老线路的维修主体有所不同，部分新建线路仅在几种关键系统上采用了主体自主的维修集约范式。
2.8 杀菌消毒系统
应用于直饮水的杀菌消毒系统的基本要求是：瞬间杀菌能力强、有一定的持续杀菌能力、不影响水饮用时的口感、操作简单、维护方便且符合相关卫生标准。传统的消毒方法有：加氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒。加氯气、二氧化氯消毒广泛使用在自来水厂的水处理工艺中，虽然具有持续杀菌能力，但严重的漂白粉气味使得用户难以接受，而且实地操作不安全。臭氧和紫外线结合的消毒方法是水在加入臭氧后存入纯水箱，而在用水口之前安装紫外，将多余的臭氧进行分解，使直接饮用水不带有臭氧的味道。该组合是最为安全可靠的直饮水消毒方法。因此，既保证了水的口味，有保证了水的彻底消毒，有保证了水质的稳定合格。
农村空巢老人经济供养水平较低，贫困程度相对较高。由于年龄限制了身体各方面的机能，年龄越高，身体机能越弱，劳动能力随之下降。但是，空巢老人家庭条件差，老人的收入来源不固定，大多数老人选择进行农作物耕种来获取收入，因此老人投入农耕的时间和精力便增多，劳动强度大，一旦遇到天灾人祸，农作物必须及时收割或直接放弃来年继续耕作，这对老人来说无疑是巨大的挑战。
3 直饮水加压设备选型方案
3.1 水源
本项目供水水源为泵房直饮水处理设备出水。根据建筑高度、水源条件、防二次污染、节能和供水安全原则，供水系统设计如下：管网系统竖向分区的压力控制参数为：各区最不利点的出水压力不小于1.10MPa，最低用水点最大静水压不大于0.40MPa。
3.2 系统参数设计计算
设计给水流量根据《管道直饮水系统技术规程》（CJJ110-2006）第6.0.2条款的规定确定直饮水瞬时给水设计流量。
经过计算，预应力管桩主筋采用13φS12.7，螺旋箍筋采用冷拔低碳钢丝φb5@100，并在管桩吊装一端设置箍筋加密区，长度为1m，以此满足施工阶段桩体抗拉承载力及抗裂要求。
计算供水如下：Qs=mq0其中：Qs—瞬时高峰用水量（L/s）；q0—水嘴额定流量（L/s），取 0.05L/s；m—瞬时高峰用水时水嘴使用数量；m的确定：水嘴使用概率计算公式：P=（αQd）/（1800n q0）
其中：P—水嘴使用概率，α—经验系数，住宅楼取0.22，办公楼取0.27，教学楼取0.45，旅馆取0.15；Qd—系统最高日直饮水量（L/d）；N—水嘴总数量；学区全部：P=0.45*（2220人 *2L）/(1800*116个 *0.05L/s)=0.1914；根据《管道直饮水系统技术规程》（CJJ110-2006）第6.0.3条款中的规定，当 nP=116*0.1914=22.2＞5，n（1-p）=116（1-0.1914）＞5则由下式计算：
1.1.3 废水利用节约费用
饮水机购置成本按照市场中等品牌价格¥500/台，¥500/台×60 台=30000 元。
Qs=mq0=32.1*0.05L/S=1.61L/S=5.78m3/h。
据了解，目前重庆市万州区的化肥品种比较齐全，而且数量比较充足，这都为冬储做足了准备，基本能够满足第四季度农业生产的需要。据冉毅预测，今年第四季度当地主要化肥品种综合价格将呈现出稳中略升的趋势，而成本上涨是价格提升的主要原因之一。预计后市肥料价格涨幅不会太大，价格和销量将延续近两年的趋势。
市面上普遍的直饮水通过RO系统后产生的废水直接排出，废水和成品水比例为3：1。造成用水成本的增加。该方案的技术是将RO系统排出的浓缩水直接供给中水水箱。浓缩水除了含盐量比自来水高，其他多数指标，如浊度、色度、余氯、嗅和味、有机物、悬浊物、胶体、COD（化学耗氧量）、TOC（总有机碳）、SDI（污染指数）等等，都比自来水还要好。学校恰好需要大量的水来用于打扫卫生、冲厕所、绿化用水等，可以把浓缩水用在这些地方。
日用水总量：Q=2220*2=4.44m3/d
按客户要求，设备每天运行8小时，则系统处理量：Q=4.44*1.2/8=0.67m3/h
由上述计算得知，最大小时流量为5.78m3/h，日用水总量4.44m3，根据相关规范和经验，循环水箱取2.0m3，以增加系统缓冲时间，从而减小系统处理量并增加系统运行时间，达到降低初期系统投资费用的目的。
循环水量q=V/T=3/4=0.75m3/h
V：闭路循环系统总体积，管路总体积取3m3；T：循环时间，不宜超过4小时，取4小时。净化系统小时循环水量为0.75吨。
此外，利用NFC还可提供直接读取身份证的数据，减少驾驶人员注册环节的手动输入操作。绿通治理人员在对驾驶人员的信息进行补录时，同样可基于该技术减少手动录入操作，提高绿通治理的效率。
3.3 设备选型
按照《建筑给水排水排水设计规范》的规定，水泵直接供水时所需扬程进行计算（以满足最不利用水点要求时水泵所需扬程为计算依据）：
Hb≥1.1（Hy+Hc+Σh）-Ho，其中：
Hb—水泵满足最不利点所需水压；Hy—最不利配水点与引入管的标高差（从泵房地坪算起）；Hc—最不利配水点所需流出水头；Ho—市政最小水压取0m；Σh—泵房与最远供水管线水力损失，含沿程水头损失hf和局部水头损失hd，取10m。
将上述所得数据代入公式，得学区全部Hb≥1.1（Hy+Hc+Σh）-Ho=1.1（19.1+10+10）=43m。净化系统用水高峰时水泵满足最不利点所需的水压为：学区全部43米系统流量Q=5.78m3/h，扬程H=43m
推荐设备型号为：CDLF4-7
水泵型号为：CDLF4-7，Q=6m3/h，H=43m，N=1.5kW（一用一备）
控制柜型号：1.5kW*2
4 部分主体设备配置
部分主体设备配置如图2所示。
退火是半导体加工中常见的过程，一般分为直接降温法和阶梯式退火等方式.各层薄膜生长后均采用退火处理，通常情况下每生长一层薄膜进行一层退火，主要目的是使薄膜层更加致密并且能够减小薄膜粗糙度，以及通过退火回流影响薄膜性质.通过实践还发现，随着GeH4流量的增加，退火后芯层折射率增加得更快，而这在薄膜沉积过程中是不利的，导致折射率的不可控性；对于包层而言，其折射率受B2H6与PH3的比值影响很大，BPSG的含量同样影响退火前后折射率的变化，如表1所示.
黑河流域的自然资源十分丰富，祁连玉尤为出名。“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。”唐代诗人王翰的《凉州词》你一定不陌生，诗中提到的“夜光杯”就是用祁连玉制作的。祁连玉是一种有着丰富色彩的蛇纹石，现已发现浅绿、翠绿、墨绿等十余种颜色的玉石。
5 废水利用
该方案的废水回收技术是将中水水箱的进水分两路：一路是将RO系统排出的浓缩水直接供给中水水箱。另一路进水由市政水源提供。工作原理是通过水箱检测仪器（微压力变送器或水位控制器）提供测量信号到控制柜，从而控制水源管路上电动阀开启或关闭，达到补充中水水箱的目的。由于直饮水系统废水出水带压1～9kgf/cm2（0.1～0.9MPa），所以尽管直饮水泵房与中水泵房处于同一高程，也无需额外设置水泵帮助直饮水废水输送至中水水箱。（图3）
6 结语
图4
①从图4中可得出结论，直饮水第一年因设备费用原因整体费用较高，但从第二年开始，在同样无需采购设备的情况下管道直饮水比桶装水方案费用有大幅降低，加之管道直饮水的废水利用方案每年能节约6000余元水费，通过一定时间的运行验证达到了预期效果，提高了社会效益和经济效益，从经济指标的角度看，管道直饮水比桶装水更能有效的为学校节省饮水成本。该方案为最佳供水方案。
图2
②管道直饮水采用深度膜处理技术，可去除水中的杂质和有害物质。并配备自动操作系统，当水源质量出现问题时，能及时报警或关机，避免过度使用工作系统，既损耗机器又浪费水资源。管网采用了食品级环保健康水管和闭式循环的管网系统，即饮即用，水质新鲜。免除电话订购、人工送水等繁杂工序，并进一步避免桶装水的二次污染。从技术安全性的角度看，管道直饮水能提高饮水品质，直接体现健康理念，保障学校师生饮用安全健康的水，该方案为最佳供水方案。
图3
参考文献：
[1]吴秀玲.直饮水及其在城市生活中的应用[J].价值工程，1006-4311（2011）11-0006-02.
[2]于淑花.管道直饮水生产工艺及效益浅析[J].科技信息，2009（19）：18，46.
[3]甘日华，张永慧，叶兵，黄丽玫，林英钊，邹丹玲，李海波.管道分质直饮水的经济和社会效益分析[J].华南预防医学，2009（04）.
Economic Comparison of Direct Drinking Water into Operation and Solution for Wastewater Recovery
（Tianjin Huaxin Water Co.，Ltd.，Tianjin 300000，Chian）
Abstract: This paper expounds the historical background of the development of direct drinking water and the present situation of its application in daily work and life.Based on specific project cases，it sufficiently carries out demonstration and introduction of the application norms，technological process，equipment technology，selection of pressurized equipment，configuration of some main equipment，economic comparison of direct drinking water，on-line monitoring，waste water recovery and utilization，and main indicators of direct drinking water.
Key words: direct drinking water；economic comparison；direct drinking water in schools；direct drinking water equipment and technology；direct drinking water wastewater recovery and utilization
中图分类号： TU991
文献标识码： A
文章编号： 1006-4311（2019）21-0057-04
作者简介： 朱建华（1963-），男，辽宁锦州人，工程师，主要负责水务经营与综合管理方面的工作。
标签：直饮水论文; 经济比较论文; 学校直饮水论文; 直饮水设备及技术论文; 直饮水废水回收利用论文; 天津华新水务有限公司论文;