第三代飲用水凈化工藝 透析
1、第三代飲用水凈化工藝的特點(diǎn)和組成
第三代飲用水凈化工藝，應(yīng)該體現(xiàn)有效、經(jīng)濟(jì)和綠色工藝的理念。
可造成二次污染的凈水技術(shù)已不符合環(huán)境保護(hù)的要求，將會(huì)逐步受到限制，研制開發(fā)新的綠色凈水技術(shù)是刻不容緩的課題。
綠色凈水工藝要求在提高效率或優(yōu)化效果的同時(shí)，能夠提高資源和能源的利用率，減輕污染負(fù)荷，改善環(huán)境質(zhì)量。
綠色凈水工藝應(yīng)具有下列特點(diǎn)：
（1） 綠色凈水工藝所使用的原材料，如凈水藥劑或膜本身是無毒無害的，制造他們的原料是無毒無害的，并且在制造過程本身不產(chǎn)生有毒有害污染物。
（2） 綠色凈水工藝在使用過程中要降低能耗、物耗，提高資源和能源的利用率。
（3） 綠色凈化工藝在使用后，不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物，不會(huì)對飲用者的健康造成影響。
（4） 綠色凈水工藝的產(chǎn)物，如沉淀池污泥等等，易于處置，不會(huì)增加外環(huán)境的污染負(fù)荷。
綠色凈水工藝不僅強(qiáng)調(diào)使用過程及使用前后無毒無害，而且也著重強(qiáng)調(diào)提高能源和能源的利用率，這樣才能發(fā)揮綠色工藝的作用，為人類的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
筆者提出的第三代飲用水凈化工藝，在我國城市絕大多數(shù)以Ⅲ類水體為水源的前提下，工藝組成如圖1所示
Ⅲ類水源水→安全預(yù)氧化/強(qiáng)化混凝→生物活性碳/超濾→安全消毒→飲用水
圖1 第三代飲用水凈化工藝
對于受污染的水源水，常規(guī)的強(qiáng)化混凝能提高天然有機(jī)物的去除率，但對于微量有機(jī)污染物的去除效果很低；而化學(xué)預(yù)氧化常能顯著提高對微量有機(jī)物的去除率。此外還能進(jìn)一步強(qiáng)化混凝，提高對天然有機(jī)物以及濁度的去除率。
本工藝較后經(jīng)超濾出水，出水濁度可降至0.1NTU，所以混凝后的水經(jīng)過沉淀便可進(jìn)入超濾過濾，而不必設(shè)置常規(guī)的過濾池，從而簡化了工藝流程。
超濾前設(shè)置活性炭，例如顆粒活性炭，可以發(fā)揮物理吸附和生物降解的作用。若設(shè)置粉末活性炭，炭濃度可提高至數(shù)千mg/l,當(dāng)于反應(yīng)器前向水中投加數(shù)mg/l的粉末活性炭時(shí)，活性炭將在反應(yīng)器中停留很長的時(shí)間，不僅能將其吸附容量充分發(fā)揮出來，并且在炭表面還能生長生物膜，進(jìn)一步發(fā)揮對有機(jī)物的生物降解作用，從而構(gòu)成高效的超濾膜—生物粉末活性炭反應(yīng)器。
超濾一般能去除包括水蚤、藻類、原生動(dòng)物、細(xì)菌甚至病毒在內(nèi)的微生物，所以對超濾出水的消毒，主要不是滅活水中的致病微生物，而是使水在輸配和貯存過程中具有持久的消毒能力。
本工藝中的超濾和生物活性炭凈水，一般對水質(zhì)無不良影響，是綠色的物理和生物處理方法。化學(xué)預(yù)氧化、混凝和藥劑消毒，都會(huì)對水質(zhì)有一定的影響，所以應(yīng)選擇對水質(zhì)影響較小較安全的水處理藥劑，爭取做到既有效又安全。
2.第三代飲用水凈化工藝對水中致病微生物的去除作用。
飲用水的微生物安全性無疑是首要的，是需要特別關(guān)注的。本工藝對于致病微生物、藻類 、以及水蚤、紅蟲等，具有預(yù)氧化殺滅、強(qiáng)化混凝、活性炭吸附、生物吸附、超濾截留及安全消毒等多級(jí)屏障，特別是超濾幾乎100%地對微生物截留，是較有效地去除“兩蟲”、除細(xì)菌及病毒、除藻、除水蚤等的方法。
該工藝中的預(yù)氧化劑和消毒劑，在目前工程中可供選擇的有氯、氯氨、二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀及高錳酸鹽復(fù)合劑。用氯作預(yù)氧化劑，能生成大量對人體有毒害的氯化消毒副產(chǎn)物，已不提倡采用，這已為眾人所周知。氯氨生成的消毒副產(chǎn)物比氯要低得多，并且THM或HAA一般不超過10μg/l，所以是比氯更安全的消毒劑。并且實(shí)驗(yàn)表明，若先將氯與氨作用生成氯氨再投入水中，比將氯與氨分別投于水中生成的氯化消毒副產(chǎn)物要少。二氧化氯雖然不生成氯化消毒副產(chǎn)物，但其還原產(chǎn)物—亞氯酸鹽和氯酸鹽對人體有毒害作用。世界衛(wèi)生組織提出的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（1992）和我國衛(wèi)生部頒布的“生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范”（2001），規(guī)定水中亞氯酸鹽的濃度限值為0.2mg/l，考慮到二氧化氯向亞氯酸鹽的轉(zhuǎn)化率為70%，所以二氧化氯的投量只有不超過0.3mg/l條件下才能滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這樣的限量限制了二氧化氯的使用。雖然我國建設(shè)部頒布的“城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)”（2005）規(guī)定水中亞氯酸鹽濃度限值為0.8mg/l，使二氧化氯仍可使用，但不能認(rèn)為是足夠安全的消毒劑。此外，氯、氯氨和二氯化氯都有持續(xù)消毒能力，若在工藝中用作預(yù)氧化劑，將對后續(xù)生物活性炭的生物作用產(chǎn)生不利影響，所以在此不宜用作預(yù)氧化劑。臭氧用作預(yù)氧化劑對致病微生物、藻類、水蚤等的滅活能力都很強(qiáng)，但其氧化副產(chǎn)物的毒害作用不容忽視，且基建及運(yùn)行費(fèi)用都較高，在此也不推薦使用。近年來，筆者研究開發(fā)將高錳酸鉀用于飲用水除污染，并發(fā)明了效能更高的高錳酸鉀復(fù)合劑除污染技術(shù)。高錳酸鉀及其復(fù)合劑的氧化能力和對微生物等的滅活能力相對較弱，但對藻類仍有使其失活的作用，特別是藻類失活細(xì)胞不被破壞，內(nèi)容物不外洩，比較其他氧化劑會(huì)使藻內(nèi)容物外洩造成二次污染，是其優(yōu)點(diǎn)。研究表明，高錳酸鉀預(yù)氧化迄今尚未發(fā)現(xiàn)能生成對人體有毒害的氧化副產(chǎn)物，所以是比氯、氯氨、二氧化氯和臭氧更安全的氧化劑，鑒于高錳酸鉀及其復(fù)合劑預(yù)氧化還有優(yōu)良的強(qiáng)化混凝、除臭除味、除污染效能（見后文），故在本工藝中推薦采用高錳酸鉀及其復(fù)合劑作為預(yù)氧化劑。
在本工藝中，超濾出水的微生物學(xué)指標(biāo)，一般已能達(dá)到新飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，所以后續(xù)的消毒，主要是為滿足水在貯存和輸配過程中對消毒劑 持續(xù)消毒作用的要求。在生產(chǎn)中可供選擇的有持續(xù)消毒能力的消毒劑有氯、氯氨和二氧化氯。前已敘及，氯氨和二氧化氯都是比氯更安全的消毒劑，但從安全性和經(jīng)濟(jì)性的綜合評價(jià)看，宜首選氯氨用作超濾后的消毒劑。
3.第三代飲用水凈化工藝對濁度的去除作用。
水的濁度是非常重要的水質(zhì)指標(biāo)，它不僅是水的觀感性指標(biāo)，并且還是水的微生物學(xué)指標(biāo)。原水中濁質(zhì)經(jīng)混凝沉淀可大部被除去。高錳酸鉀及其復(fù)合劑預(yù)氧化具有優(yōu)良的強(qiáng)化混凝作用，能提高濁質(zhì)的去除效率。在出水濁度相同的條件下，高錳酸鉀及其復(fù)合劑能減少混凝劑的投加量。超濾出水濁度一般為0.1NTU左右，并與超濾前水的濁度基本無關(guān)，所以本工藝混凝沉淀后的水可以不經(jīng)過濾直接進(jìn)入超濾。我國絕大多數(shù)城市以河水為水源，原水濁度在數(shù)十NTU到數(shù)百（甚至上千）NTU間變化，本工藝的混凝沉淀單元對該濁度變化范圍的原水應(yīng)該是適應(yīng)的。若將混凝沉淀看作超濾前的預(yù)處理，本工藝混凝沉淀單元的設(shè)置大大拓展了超濾對原水濁度的適用范圍。由于本工藝超濾出水濁度一般為0.1NTU左右，在水的觀感指標(biāo)和微生物安全性方面，應(yīng)是符合新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的。此外，超濾能截留生物活性炭出水中的細(xì)微炭粒，可防止細(xì)微炭粒對微生物的保護(hù)作用，從而增加了出水的微生物安全性，這與第二代工藝相比是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
4.第三代飲用水凈化工藝對天然有機(jī)物的去除作用
水中的天然有機(jī)物是氧化消毒副產(chǎn)物的主要前體物質(zhì)，天然有機(jī)物還對混凝效果有很大影響，所以新的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對水中有機(jī)物含量（COD）提出了比以前更嚴(yán)格的要求。
對去除天然有機(jī)物，本工藝有化學(xué)預(yù)氧化、強(qiáng)化混凝、活性炭吸附、生物炭生物降解等多級(jí)屏障。特別是生物粉末活性炭與超濾聯(lián)用，可以大大延長粉末活性炭在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間，大大提高在反應(yīng)器內(nèi)的濃度，從而可以充分利用粉末活性炭的吸附容量；同時(shí)也使以粉末炭為載體的生物膜大大增加，從而顯著提高生物降解效果。這樣，強(qiáng)化混凝可去除大分子天然有機(jī)物，而活性炭吸附及生物降解則可去除中、小分子有機(jī)物，化學(xué)預(yù)氧化則將部分大分子有機(jī)物氧化降解為中、小分子有機(jī)物，有利于后續(xù)活性炭吸附和生物降解，從而提高對有機(jī)物的去除效率。如果采用高錳酸鹽為預(yù)氧化劑，則氧化生成的新生態(tài)水合二氧化錳表面有豐富的羥基，可吸附水中有機(jī)物，從而使去除率進(jìn)一步得到提高。在上述多種預(yù)氧化劑中，臭氧與高錳酸鉀及其復(fù)合劑，既能將大分子有機(jī)物氧化降解為小分子有機(jī)物，又不會(huì)對后續(xù)生物活性炭的生物作用產(chǎn)生不利影響，所以是可以選用的預(yù)氧化劑，但從去除有機(jī)物以及安全性和經(jīng)濟(jì)性綜合考慮，無疑應(yīng)首選高錳酸鉀及其復(fù)合劑。
顆粒活性炭對有機(jī)物的物理吸附效能，隨著時(shí)間將逐漸衰減；相反地顆粒炭上的生物膜隨時(shí)間逐漸生長成熟，使生物降解對有機(jī)物的去除作用逐漸增強(qiáng)；相應(yīng)地，顆粒活性炭吸附去除和生物降解有機(jī)物的種類性質(zhì)和數(shù)量也會(huì)隨著時(shí)間不斷變化，并且較后趨于以生物降解為主。但本工藝的生物粉末活性炭則不同，在反應(yīng)器前不斷有新的粉末活性炭加入的情況下，使活性炭對有機(jī)物的物理吸附作用能長期持續(xù)下去；進(jìn)入反應(yīng)器的粉末炭上逐漸生長出生物膜，開始對有機(jī)物有生物降解作用，并且粉末炭在反應(yīng)器中持續(xù)停留的時(shí)間愈長，生長的生物膜愈多，對有機(jī)物的生物降解作用也愈大；較后，在反應(yīng)器中將存在由新粉末活性炭到各種齡期的生物炭構(gòu)成的一個(gè)穩(wěn)定體系，達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，使各種有機(jī)物在反應(yīng)器中都有相應(yīng)的去除率，即可能獲得比生物顆粒活性炭更好的處理效果 。
對水中天然有機(jī)物的有效去除，將使后續(xù)氯氨（或氯）的消毒副產(chǎn)物得到有效控制。
在水質(zhì)生物穩(wěn)定性方面，工藝中設(shè)置了生物活性炭處理單元，所以對水中包括AOC、BDOE在內(nèi)的有機(jī)物應(yīng)有很高的去除率。此外，由于生物粉末炭上有很高濃度的生物量，特別是投加粉末活性炭的量、粉末炭在反應(yīng)器中的停留時(shí)間、生成的生物膜濃度和性質(zhì)、曝氣量和曝氣方法、去除有機(jī)物的種類等等，都是可以調(diào)節(jié)和優(yōu)化的，所以本工藝生物粉末活性炭應(yīng)能獲得比生物顆粒活性炭生物穩(wěn)定性更高的出水。
5.第三代飲用水凈化工藝對水中微量有機(jī)污染物的去除作用
水中對人體有毒害的微量有機(jī)污染物，有三致物、內(nèi)分泌干擾物、藻毒素、持久性有機(jī)物、臭味物質(zhì)等。本工藝對水中微量有機(jī)污染物的去除，有化學(xué)預(yù)氧化、強(qiáng)化混凝、活性炭的吸附、生物降解等多級(jí)屏障。
常規(guī)混凝對水中微量有機(jī)污染物的去除效果很差，但臭氧與高錳酸鉀及其復(fù)合劑預(yù)氧化則能顯著提高除污染效果。活性炭也是良好的除微污染劑，再加上生物炭的生物降解，本工藝應(yīng)能獲得良好的去除微量有機(jī)污染物的效果。
近年來，水環(huán)境污染較嚴(yán)重，天然水體特別是大量用作城市水源的湖、庫水體，由于藻類大量繁殖，使水具有臭味，對飲用水的品質(zhì)影響很大，受到人們特別關(guān)注。此外，受工業(yè)廢水和城市污水污染的河段，也常有臭味的問題。本工藝化學(xué)預(yù)氧化、活性炭吸附和生物降解，是去除水中臭味的多級(jí)屏障，特別是臭氧和高錳酸鉀及其復(fù)合劑，都是良好的除臭味劑，后續(xù)的活性炭除臭味效果也很好。所以，本工藝除臭味應(yīng)是十分有效的。
本工藝組成還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是不僅使高錳酸鉀及其復(fù)合劑與活性炭以及生物活性炭除有機(jī)物污染的效能的協(xié)同作用得以發(fā)揮，即總?cè)コ矢哂趦烧邌为?dú)去除率之和，并且活性炭還能防止高錳酸鉀及其復(fù)合劑的淺漏，從而使高錳酸鉀及其復(fù)合劑的投加量可以大大提高，充分發(fā)揮其除污染效能。
6.第三代飲用水凈化工藝對水中氨氮的去除作用。
氨氮濃度是飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)新列入水質(zhì)指標(biāo)。D1代工藝基本沒有除氨氮的能力。在第二代工藝中，氨氮主要在生物顆粒活性炭層中被去除，但由于水中溶解氧濃度有限，所以只能去除很有限的氨氮。在第三代工藝中，可在生物粉末活性炭反應(yīng)器中通入空氣進(jìn)行曝氣，從而不斷向水中供應(yīng)溶解氧，再加上反應(yīng)器中有高濃度生物膜量，從而有可能去除水中很高的氨氮。
7.第三代飲用水凈化工藝的通用性和局限性。
本工藝是以Ⅲ類水體為水源，試圖與第二代工藝對比的一個(gè)通用工藝。
第三代工藝在國內(nèi)外是作為以Ⅲ類水體為水源的通用工藝提出來的。本工藝與第二代工藝相比，也是一種通用工藝，它只基本上解決了目前提出的飲用水主要水質(zhì)問題，如飲用水的微生物安全性問題、藻類污染問題、臭味問題、微量有毒害的有機(jī)物問題、氯化消毒副產(chǎn)物問題，生物穩(wěn)定性問題，高氨氮含量問題，以及部分無機(jī)毒質(zhì)問題。但對于許多特殊水質(zhì)問題，則有待在工藝系統(tǒng)中增加某些特殊處理環(huán)節(jié)，如采用GJ氧化技術(shù)去除高穩(wěn)定性有機(jī)物，對高濁度原水采用預(yù)沉技術(shù)，對廢水和污泥的安全處理處置問題等。
對于未受污染的水源水，或低濁度源水，本工藝流程可以得到簡化。
本工藝的提出，只是一個(gè)探索，有待于在今后的實(shí)踐中不斷地得到完善和發(fā)展。
8、關(guān)于超濾凈水工藝的經(jīng)濟(jì)性。
第三代工藝的特點(diǎn)是利用了超濾技術(shù)。人們早就認(rèn)識(shí)到膜濾將是飲用水凈化工藝的發(fā)展方向，有人甚至提出21世紀(jì)是膜濾的時(shí)代。但是，過去人們一直沒有將膜濾用于大型城市自來水廠，主要是認(rèn)為膜組件價(jià)格昂貴。隨著膜材料制造技術(shù)的快速發(fā)展，膜的性能不斷提高，膜價(jià)格在迅速降低。我國生產(chǎn)的超濾膜，性能和質(zhì)量已達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平，而價(jià)格比進(jìn)口產(chǎn)品低得多，已降到可與D1代工藝競爭的價(jià)位。
根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的資料，我國生產(chǎn)的中空纖維超濾膜組件，每1㎡膜過濾面積的價(jià)格約為150元左右。如設(shè)計(jì)采用1㎡超濾膜每小時(shí)過濾0.1m3水計(jì)算，每日每m3水的超濾膜價(jià)格為60元。超濾膜一般可使用3－5年，如按使用3年計(jì)算，每1㎡膜面積可過濾水量為0.1×24×365×3＝2628 m3，則為更換膜每1m3水只需增加0.057元費(fèi)用。
超濾膜工程單元，由超濾裝置，前置過濾器、進(jìn)水泵、反洗泵、化學(xué)清洗裝置以及管道、控制閥、監(jiān)測儀表、自控設(shè)備等組成。按廠家提供的資料，超濾工程單元的建設(shè)（D1部分費(fèi)用）已降至250－300元/m3/d，而D1代工藝中混凝－沉淀－過濾部分的建設(shè)費(fèi)約300元/m3/d左右，第二代工藝中深度處理部分（臭氧－活性炭）的建設(shè)費(fèi)約為250－300元/m3/d，可見超濾單元工程的建設(shè)費(fèi)與之相當(dāng)。
在蘇州市建設(shè)的1萬m3/d的超濾凈水廠，以太湖水為水源，原水較低濁度<15NTU,較高濁度300－500 NTU。超濾水廠流程如圖2。
該超濾水廠建設(shè)費(fèi)用約為300元/m3/d，與D1代工藝大體相同。
超濾水廠運(yùn)行成本為0.0782元/ m3/d，與該水廠原傳統(tǒng)工藝（即D1代工藝）的運(yùn)行成本（0.08元/ m3）也大體相同。
目前，膜濾在城市自來水的應(yīng)用規(guī)模愈來愈大，可以說城市自來水廠的膜時(shí)代已經(jīng)到來
“自來水”被人們稱之為“城市的生命線”。當(dāng)建筑技術(shù)的發(fā)展讓人們的住所平地而起，超高層大樓鱗次櫛比聳立在現(xiàn)代城市里的時(shí)候，如何將水送到同樣的高度并不是一件輕而易舉的事情。“自來水”來之不易，也絕非自來。新中國成立六十年來，我國的建筑供水事業(yè)走過了一條從沿承舊路、不斷摸索再到自主創(chuàng)新的發(fā)展之路。中國人在解決水與高度這一命題的過程中，發(fā)揮了自己的智慧與創(chuàng)造，開辟了安全供水的新時(shí)代。
轱轆搖轉(zhuǎn)，井繩結(jié)纏。自掘土挖坑打出D1眼水井開始，解決“水與高度”的問題，便成為人類生活中較重要的內(nèi)容之一。
也許你并沒有太注意，水塔供水方式的產(chǎn)生，就如同互聯(lián)網(wǎng)改變了我們的生活方式一樣，從“轆轤井”汲水到“自來水”的跨越已經(jīng)成為人類生活進(jìn)步的重要標(biāo)志。時(shí)至今日，我國不少欠發(fā)達(dá)地區(qū)還沒有解決自來水的問題，還在致力于推動(dòng)健康衛(wèi)生的“自來水工程”。
水塔供水——要蓋樓必建塔的歲月
在北京東直門立交橋的東北角，一個(gè)名叫清水苑的居民區(qū)里，聳立著兩座典型的建筑。一座是體態(tài)雍容的綠頂圓亭，這就是北京D1個(gè)自來水廠——“京師自來水公司”的舊址標(biāo)志；另一座是由原“京師自來水公司”蒸汽車間改造的“北京自來水博物館”，在這里記錄著北京供水事業(yè)的全部歷史。
歷史上，北京城區(qū)居民都自打土井，用“轆轤”取用淺層地下水。據(jù)史料記載，1908年,京師自來水公司開工興建，并較終于1910年3月正式落成供水。直到1949年，北京城區(qū)還僅有這一座水廠。
京師自來水公司的成立，可謂中國自來水事業(yè)發(fā)展史上較具濃墨重彩的一筆。自來水不僅方便了千家萬戶的飲水，更重要的是改善了人們的飲水衛(wèi)生狀況，大江南北許多因水源污染而引發(fā)的傳染病得以遏制。
北京D1座水塔是與京師自來水公司同時(shí)建立的，1910年由德國設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)建造，直到1957年才被拆除。在東直門水塔之后很長一段時(shí)期里，“水塔”成為中國當(dāng)時(shí)“大城市”的標(biāo)志。
“我的中學(xué)曾是日軍占領(lǐng)時(shí)期日本紡織廠的一座三層宿舍樓，旁邊就是一座紅磚水塔。”每當(dāng)回憶起年少求學(xué)的時(shí)光，青島市科技局都興恩處長的腦海里，總是會(huì)浮現(xiàn)出那座斑駁漬舊的水塔。
與都興恩的記憶相仿，在許多老人的眼中，水塔就是一個(gè)時(shí)代的象征。隨便翻看幾十年前的老照片，無處不是排排磚樓必配一水塔的圖景，張張記錄著那段要蓋樓必蓋塔的歲月。
所謂水塔供水就是先用水泵把經(jīng)過消毒的干凈水抽到水塔頂部箱體內(nèi)，再依據(jù)水塔自身高度產(chǎn)生的落差，自然形成水的壓力，經(jīng)過城市供水管線流到千家萬戶。
這種方式的自來水在地面建筑多為平房和低層樓房的時(shí)期無疑是完全可以滿足的。解放初期我國大多數(shù)城市大都是采取水塔供水的方式。但是隨著城市樓房的不斷升高，供水壓力的不足暴露無疑。面對越來越多的高層樓房拔地而起，如何將自來水輸送到高層樓房的頂層成為高層建筑供水技術(shù)的新命題。
1958年，以人民大會(huì)堂、北京飯店、民族飯店、華僑大廈等“十大建筑”的陸續(xù)竣工為標(biāo)志，中國高層建筑的“樓頂水箱供水”技術(shù)開啟了新的時(shí)代。
密封罐供水——見證中國創(chuàng)造
陳忠潮是中國建筑設(shè)計(jì)院的D1代老專家，北京飯店的供水設(shè)計(jì)任務(wù)落在了他的身上。當(dāng)時(shí)的北京飯店是名副其實(shí)的京城“超高層”建筑。很顯然，東直門水塔不能滿足頂層的供水需要。如果在旁邊再建一座水塔，那么既要增加建筑成本預(yù)算，又要延誤工期，整體上來看還不美觀。經(jīng)過無數(shù)次的計(jì)算，參照前蘇聯(lián)的經(jīng)驗(yàn)，陳忠潮采取樓頂建大水箱、樓下設(shè)加壓水泵的方式，將水先抽到樓頂水箱，成功解決了北京飯店的供水需求。隨后，這一技術(shù)相繼在“十大建筑”上使用推廣，直到今天，還有不少的城市舊樓房仍在使用這一供水方式。
然而，如同“水塔供水”的技術(shù)局限性一樣，樓頂“水箱供水”方式的不足很快暴露無遺。
“頭重腳輕”的建筑供水不僅給防震施工、節(jié)約成本等提出了難題，而且在用水過程中也出現(xiàn)了問題。由于頂層水壓不足，底層水壓太強(qiáng)，造成頂層房間“涓涓細(xì)流”而底層房間“噴涌而出”。
隨著文革的到來，我國供水事業(yè)從此陷入了十多年的停滯。
直到廣州東方賓館的建設(shè)完工，采用“減壓閥”減壓技術(shù)，實(shí)施分層減壓供水，以其為代表才徹底解決這一難題。
“水箱供水”的另一個(gè)問題——水質(zhì)衛(wèi)生也一直困擾著人們。由于水箱長期暴露在光天化日之下，風(fēng)沙降雨，垃圾鳥尸無所不有。甚至夏天有人竟然把它當(dāng)成澡堂子在里面洗澡。因此，高樓供水呼喚著新的技術(shù)出現(xiàn)。
上世紀(jì)八十年代初期，沐浴著改革開放的春風(fēng)，我國高層建筑供水事業(yè)又一次迎來了科技的春天，密封罐供水技術(shù)開始普及。
所謂密封罐供水，就是將原來建在樓頂?shù)拇笏涿芊獬梢粋�(gè)大水罐放在樓房的底下，并在其旁邊建一個(gè)大蓄水池。然后先從城市自來水管網(wǎng)干線中抽水把蓄水池裝滿，再用水泵注入到密封罐里，同時(shí)往密封罐里加氣壓。根據(jù)不同的樓房高度設(shè)置不同的壓力，實(shí)現(xiàn)對樓房的自來水供應(yīng)。
據(jù)建筑給排水標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)專家組組長姜文源回憶，在D1個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期，北京洗印廠就開始自行設(shè)計(jì)密封罐氣壓供水。但由于當(dāng)時(shí)僅僅是自產(chǎn)自用，尚未形成商品化生產(chǎn)。直到1982年，北京建筑設(shè)計(jì)院的肖正輝在北京勁松小區(qū)推廣密封罐氣壓供水時(shí)，采取與廠家合作、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)供貨的方式，才真正開始了普及化、商品化的進(jìn)程。
當(dāng)時(shí)由于氣壓罐里沒有隔膜，水與空氣相接觸，氣和水混合加壓，所以水龍頭里流出的是夾雜著氣體的乳白色“牛奶水”。這種密封罐雖然一定程度上解決了二次供水的污染問題，但要不斷地向罐內(nèi)補(bǔ)充氣體以保持壓力穩(wěn)定，所以非常不節(jié)能。
1983年，北京建筑設(shè)計(jì)院的李義與北京平谷縣克頭隔膜壓力供水罐廠合作開發(fā)的“帽型隔膜式氣壓供水技術(shù)”解決了“牛奶水”難題。“用一塊隔膜從中部將罐內(nèi)空間一分為二，使水與空氣隔離。通過調(diào)節(jié)水與空氣的體積變化調(diào)節(jié)壓力。”由于隔膜上下運(yùn)動(dòng)時(shí)的形狀很像寬檐帽，姜文源形象地用《上海灘》里“許文強(qiáng)的禮帽”來形容這種革新。
帽型隔膜技術(shù)的出現(xiàn)，創(chuàng)造性地將水與空氣分開，保證了罐內(nèi)氣壓的穩(wěn)定與節(jié)能。這一革新成為較初的真正意義的密封罐供水設(shè)備。但是，由于隔膜不停運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致的易磨損狀況，又成為新的難題。
1985年，由姜文源設(shè)計(jì)的囊型隔膜密封罐徹底解決了這個(gè)易損難題。河北保定太行集團(tuán)憑借非凡市場洞察力，毅然放棄已經(jīng)相對成熟的帽型隔膜產(chǎn)品，與姜文源合作牢牢把握住囊型技術(shù)，一躍成為八十年代后期供水設(shè)備行業(yè)的龍頭老大。在此期間，氣壓給水工業(yè)協(xié)會(huì)的成立，也標(biāo)志著較早的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合初現(xiàn)成效。
雖然密封罐供水日漸普及，但是它的較大缺陷是壓力不穩(wěn)。年長一些的人們一定都有著這樣的生活記憶：每當(dāng)日近中午和黃昏，大多數(shù)人家開始下廚張羅的時(shí)候，水龍頭里的水就開始了時(shí)粗時(shí)細(xì)、時(shí)有時(shí)無的“表演”。這就是當(dāng)時(shí)居民用水的真實(shí)寫照。
真正解決“不穩(wěn)問題”的是變頻技術(shù)的普及，這被業(yè)內(nèi)稱之為中國供水事業(yè)劃時(shí)代的進(jìn)步。
據(jù)中國建筑設(shè)計(jì)研究院老專家楊世興回憶，1978年，霍英東先生興建的廣州白天鵝賓館在全國D1家應(yīng)用變頻供水技術(shù)。由廣州市設(shè)計(jì)院專家李應(yīng)成主持的“廣州市白天鵝現(xiàn)代化大型旅游賓館綜合設(shè)計(jì)”獲1986年廣東省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，其中的給排水設(shè)計(jì)獲國家科委“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)”。
從此，各地紛紛引進(jìn)和采用變頻供水技術(shù)，人們撕下了水壓不穩(wěn)的舊歷，中國高層建筑供水進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。
然而，變頻供水技術(shù)雖然解決了密封罐自身供水不穩(wěn)的問題，卻沒有甩掉二次供水污染的“桎梏”,因?yàn)樽⑷朊芊夤薜乃菑呐赃叺乃刂谐槿〉模@就存在著在抽水之前的水池中二次水污染的嫌疑。
由此，一項(xiàng)由中國創(chuàng)造的安全供水新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。
無負(fù)壓供水——開啟安全供水新時(shí)代
不管是水箱供水還是密封罐供水，都需要另建一個(gè)貯水池，因而都存在著二次污染的問題。2007年3月，廣州花都區(qū)某住宅樓樓頂蓄水池中，發(fā)現(xiàn)一具已死亡4個(gè)月的女童尸體。可怕的是整棟大樓里500多人一直使用著這種被污染的“生活用水”；今年7月，河南周口市城市信用社家屬院的部分居民在接水做飯時(shí)，發(fā)現(xiàn)自來水里竟有黑渣和小蟲子，經(jīng)查是水表表池和樓頂露天蓄水池受到二次污染所致；同樣是今夏，由于連續(xù)降雨，蘇州某小區(qū)樓下供水池被污染，居民家里的自來水散發(fā)出一股“被垃圾泡過了一樣”的味道……
那么，為什么不把水泵與市政自來水管網(wǎng)直接相連而非要多此一舉再建一個(gè)水池呢？
實(shí)際上，當(dāng)水泵與市政管網(wǎng)直接連接時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓而影響周邊用戶的正常用水。因此，1994年以國務(wù)院令發(fā)布的《城市供水條例》嚴(yán)格禁止將生活用水泵直接連接在市政管網(wǎng)上。這就是另建蓄水池的原因，也是我國開創(chuàng)無負(fù)壓供水技術(shù)的起源。
時(shí)間定格在1995年的秋天，青島遠(yuǎn)洋公司宿舍樓所用的供水不銹鋼罐，正在進(jìn)行例行清洗。“噗！”工人隨口吐到罐底的一口痰，引來了旁邊一位中年人的注意與疑問：“怎么能往這里吐痰呢，這裝的可是生活用水！”“嗨，誰會(huì)管這閑事！”工人滿臉不屑地答道。看著這口痰和滿罐底的煙灰、舊飯盒，這位結(jié)實(shí)的山東漢子一聲不響地走了。
回想當(dāng)年的所見所感，山東三利集團(tuán)董事長張明亮依舊難掩激動(dòng)。三年后，由他主持研發(fā)的“變頻調(diào)速無吸程(無負(fù)壓)增壓給水設(shè)備”通過了山東省科委的成果鑒定。被一口痰所激勵(lì)的張明亮，正在用無負(fù)壓供水技術(shù)的不斷探索，去兌現(xiàn)健康安全飲水的心愿。
作為一種高效節(jié)能的給水方式，無需人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，無負(fù)壓供水泵由變頻控制系統(tǒng)電腦控制，可以直接連接在市政自來水管網(wǎng)上；在保證市政管網(wǎng)不產(chǎn)生負(fù)壓的同時(shí)還可充分利用市政管網(wǎng)原有壓力節(jié)約能源。
同時(shí)，由于整個(gè)過程都是在全密閉狀態(tài)下運(yùn)行，不需要再建蓄水池，從而避免了水質(zhì)的二次污染。今天，以昆侖飯店等高層建筑為代表，無負(fù)壓供水技術(shù)已經(jīng)逐漸成為超高層建筑的供水方式。
反觀新中國成立六十年的供水技術(shù)史，伴隨著技術(shù)的發(fā)展，高層建筑供水設(shè)計(jì)的理念也發(fā)生了很大的變化。從保證有水到節(jié)能、環(huán)保，再到安全、節(jié)約、健康、舒適。今天的供水技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從人力到自動(dòng)、從低層到高層、從原始到專業(yè)的三大跨越，在給人們提供更加舒適便捷生活的同時(shí)，開辟了安全、健康供水的新時(shí)代。
親歷者說
姜文源 我國著名給排水行業(yè)專家
我國供水行業(yè)六十年來，在供水范圍經(jīng)歷了一個(gè)從小到大，從城市至農(nóng)村，從室外集中供應(yīng)至室內(nèi)分散供應(yīng)，從底層供水至層層供水，從只供冷水至供冷熱水、直飲水，從簡易到復(fù)雜、到全方位、優(yōu)質(zhì)供水。供水技術(shù)經(jīng)歷了水箱供水、氣壓供水、變頻供水、減壓閥減壓供水和無負(fù)壓供水(或稱管網(wǎng)疊壓供水)等發(fā)展階段，這是一個(gè)既與國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)，又與人們生活緊密聯(lián)系在一起的領(lǐng)域，是一個(gè)不可缺少也無可替代的行業(yè)。
當(dāng)前，供水行業(yè)面臨著一個(gè)大幅度提高水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，全面改造供水工藝和供水管網(wǎng)的關(guān)鍵時(shí)機(jī)，同時(shí)也面臨著水資源貧乏、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化的現(xiàn)狀。如何進(jìn)一步推進(jìn)節(jié)能、節(jié)水技術(shù)，防止壟斷弊病，向人們和各行業(yè)供應(yīng)更好、更多、更優(yōu)的水是我們的企求和目標(biāo)。
趙鋰 中國建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電設(shè)計(jì)研究院院長
進(jìn)入21世紀(jì)，我國建筑給排水設(shè)計(jì)行業(yè)在不斷發(fā)展的過程中終于日臻成熟，總體水平基本達(dá)到了國際的先進(jìn)水平。我們通過新中國成立60年來不同階段對蘇聯(lián)、日本、歐美的學(xué)習(xí)，通過學(xué)習(xí)改造，兼收并蓄，逐步形成了自己的設(shè)計(jì)體系和設(shè)計(jì)思想。建筑給排水設(shè)計(jì)的發(fā)展也從為滿足人民需求被動(dòng)進(jìn)步演變成了科學(xué)發(fā)展地主動(dòng)適應(yīng)和引導(dǎo)人民的用水需求和習(xí)慣。節(jié)水、節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的思想成為建筑給排水設(shè)計(jì)的核心理念，無負(fù)壓供水技術(shù)就是響應(yīng)國家節(jié)能戰(zhàn)略的產(chǎn)物。同時(shí)，建筑給排水在生活供水方面的理念經(jīng)歷了“衛(wèi)生”“安全”階段，開始進(jìn)入了“健康”的階段。我們認(rèn)為僅僅是沒有細(xì)菌、沒有有害物質(zhì)的生活用水是不夠的，過度純凈的水對人體健康也沒有好處，供水的更高要求是各種元素有益無害，濃度適當(dāng)，舒適健康。
張明亮 青島三利集團(tuán)董事長
我國60%的城鎮(zhèn)居民采用二次供水，常常被用水難所困擾。隨著居民小區(qū)的不斷擴(kuò)建和改造，樓房層數(shù)的不斷加高，原有的自來水管網(wǎng)的壓力出現(xiàn)不足，大部分地區(qū)普遍存在著用水高峰期高層上不去水，居民經(jīng)常出現(xiàn)用水困難，這一現(xiàn)象在大中城市表現(xiàn)尤為突出。以往的解決辦法是采取傳統(tǒng)二次加壓供水方式修水池，蓋泵房。采取這種供水方式會(huì)帶來四大弊端，即：投資大、水源污染嚴(yán)重、能源嚴(yán)重浪費(fèi)和水資源浪費(fèi)的問題。
要解決城鎮(zhèn)二次供水污染問題，必須對二次供水設(shè)備進(jìn)行一次技術(shù)革命，而首要的是解決人們的傳統(tǒng)思想觀念。