倡导中的美国分用途供水系统
国外科技
倡导中的美国分用途供水系统
郝晓地, 李 程
(北京建筑工程学院可持续环境生物技术研发中心，北京100044)
摘 要: 美国现存供水管网系统的管径是按照消防用水最大流量确定的。由于现在火灾频率已变得很低，使得管网流速变缓，导致供水被输送到用户端时水质下降、甚至恶化。为此，美国已开始倡导并应用分用途供水的双管道供水系统，以小管径的不锈钢管输送直饮水，并保留传统管道作为消防等非饮用水之用。这样不仅可以达到供应直饮水的目的，而且可大大降低非饮用水的处理成本。另外，中水也可纳入传统管道系统，使分用途供水第二条管道铺设成本有所降低。  关键词: 分用途供水; 消防用水; 直饮水; 中水; 双供水管道系统
中图分类号:TU991  文献标识码:D  文章编号:1000-4602(2009)10-0102-04
Proposal for W ater Supp l y Syste m s w ith D ifferent Goals i n U nited States
HAO X iao -d,i  LI Cheng
(R &D Center for Sustainab le Environm entalB iotechnolo gy ,Beijing Un iversit y of C ivil
Engineering and Architecture ,B eijing 100044,China )
Abst ract : Conventiona lw ater supply pipe li n e syste m i n U nited S tates w as sized to satisfy the need of fire contro lw ith lar ge flo w s .Due to l o w frequencies of fire as a disaster ,slo w w ater fl o w ve loc iti e s are often caused in the conventi o na l syste m no w,w h ic h resu lts in poor w ater qua lities a t the user ends .For th is reason ,Am erica proposes dua l w ater supp l y syste m s :a s m all sta i n less p i p eli n e for dri n k i n g w ater and another large pipe li n e (the conventi o na l syste m )for non -dri n k i n g syste m m a i n l y for fighti n g fire .I n th is w ay ,dri n king w ater quality can be easily satisfied at the user ends .M oreover ,the treat m ent cost for non -dri n king w ater can be lar ge l y reduced .Besi d es ,recla i m ed /recyc led w ater fro m w aste w ater treat m en t plants can be introduced i n to the conventi o na l syste m ,wh ich can thus avo id a large reclai m ed w ater p i p e -li n e .  K ey w ords : w ater supply syste m s w ith different goa ls ; w ater for fire contr o ;l  drinking w ater ;recla i m ed w ater ; dua lw ater supply syste m s  基金项目：国家科技支撑计划重点项目(2006B A J01B03-02); 北京市属市管高等学校人才强教计划资助项目
(BJ E10016200611)
分质供水或直饮水的概念目前在中国已不再陌生，但分质供水对大多数专业人士而言不过是增加用于冲厕等用途的中水管道系统；而对于直饮水，多数人理解为高档住宅区在城市自来水入户前增设膜
处理等小型高级处理单元。
美国针对传统供水管道系统的缺陷也提倡分质供水或直饮水的概念，但是他们所指的分质供水实际上是指自来水厂到全部用户的直饮水系统和以消
第25卷 第10期2009年5月            中国给水排水CH I NA W ATER &WA STE WAT ER
V o.l 25No.10
M ay 2009
防等非饮用水为目的的第二供水系统。铺设较小管径、优质管材的直饮水管道不仅能使自来水厂达标的水安全、快速地送到用户，而且铺设管道费用也较大管径的中水管道系统要低。更重要的是，以消防、冲厕等非饮用水为目的的低质水在使用第二供水系统(原供水管道)后可使水的综合处理成本大为降低。因此，增设直饮水管道，保留可以接纳中水的传统管道已在美国倡导并形成应用趋势。
1供水系统原始设计目的
早在18世纪末19世纪初，美国在设计城市供水系统时所考虑的最主要因素是如何满足当时城市消防用水量需要。室外消火栓遍布城市的各个角落，在任何时刻供水系统的水量和水压均需得到足够的保证，以此有效防止火灾的发生。在以消防为基础的城市供水系统基础之上，城市生活及商业用水系统逐渐发展起来，后来相继出现了建筑卫生系统和建筑污水处理系统[1]。因此，目前在美国应用最为广泛的城市供水系统的设计标准是以满足消防用水为首要前提的。第一部美国供水管道系统规范实际上也是由消防部门组织制订的。目前，消防部门仍然向美国供水协会(AWWA)提供着一份名为5供水系统如何满足消防需要6的文件。
2传统供水管网的弊端
管道直饮水目前在美国以及世界各地均有着一定的应用基础。与建立在城市供水管网末端再进行高级处理后供给用户的直饮水概念不同，美国及大多数国家强调以原供水管道作为直饮水管道使用。这对于以消防流量考虑设计供水管道、管井的美国来说，即使在管网供水端可以满足直饮水水质的需要，但水在现有管道输送过程中难免受到污染，以至于使用目前供水管网作为直饮水管道系统变得很不现实。
现有供水管网作为直饮水管道系统的一个关键问题在于管径过大[1、2]。因城市消防需要，在建筑物内及其街道上普遍要设置消火栓，且需要城市供水系统在任何时间、任何地点发生火灾时均能提供充足
流量且能满足所需水头的水流。为了满足这种要求，美国供水管道的最小管径由原始的150mm 增大至现在的200mm[3]。实际上，美国城市火灾频率目前很低，以至于在绝大部分时间里供水管网中水流速度主要由居民和商业用水量所决定，这就常常导致水在处理后和被输送到用户端的时间显得过长。北卡罗来纳州大学最近对两个大城市展开了追踪调查，结果表明，水从自来水厂到用户端停留时间长达10d以上[2、4]。在这种情形下，显然不可能保证管网末端水中存有足够的余氯，这就为细菌繁殖创造了机会。如果想要获得充足的余氯保证，势必需要加大消毒时的投氯量，但这样做的后果是会产生很多的消毒副产物，如THM s(三卤甲烷)、HAA s (卤乙酸)等[5]。
供水管道管壁上生长的生物膜是造成供水水质被污染的另一种重要原因。传统管道由于存在大量管道接缝点、阀门以及消火栓等其他附件，这给生物膜在管壁繁殖创造了附着生长的良好条件[6]。生物膜的生长会大大降低管道中余氯的消毒效果，主要是因为生物膜大量生长会使水中微生物与氯隔离。进言之，由于水在管道中停留时间过长会导致生物膜变厚，逐渐变厚的生物膜反过来也会妨碍水在管道中的流动，使水流速度更加变缓。管壁上生物膜脱落会影响到水的度、浊度，严重时还会形成/有0水，导致细菌数量上升，使水质恶化。对此，研究人员称，如果居民们能够身临其境地观察到供水管道管壁内的生物膜情况，他们宁愿购买瓶装纯净水也不会再喝城市管网所提供的自来水[5]。
美国现有供水管网管材多为钢筋混凝土管和铸铁管(普通灰口铸铁管)，每部分的长度约为4.88 m。这样，在1km管线距离内需要有大约210个接缝点(包括需要设置消火栓的节点)。灰口铸铁管属脆性管材，
其接口刚性强，易使管头被拉断或造成接头部位脱落，从而导致漏水现象。由于这些管线长时间深埋于土壤层中，管道接口处会发生渗漏。如果管道被埋设在地下水位较高的土壤层之中，地下水中的一些潜在有毒物质也可能会从接缝处渗入管道而形成对管道水质的污染[7]。尽管供水管道长时间处于稳压之下，地下水一般不会渗入，但最近研究表明，当阀门开/关和水泵开启/停止的瞬间，水流速度会发生明显的变化[8]。水流速度的变化往往会造成供水管内、外压力的变化，其后果是导致土壤中的地下水渗入管道，对供水水质构成威胁。
可见，将现有供水管道作为直饮水管网系统存在着明显的水质安全隐患。遗憾的是，目前在由消防部门所起草的现行5供水系统如何满足消防需要6文件中，强调的仍然只是水量和水压，而并没有涉及任何水质被污染的问题。
www.watergasheat郝晓地，等：倡导中的美国分用途供水系统第25卷第10期
3分用途供水与管道系统
普通居民用水按用途可分为两类：饮用水和非饮用水。饮用、厨房用水、淋浴、洗衣等用水可列入饮用水范畴，而冲洗厕所和庭院绿化用水、消防用水等属于非饮用水范畴。在日常生活中，饮用水水质要求高但用水量少。虽然目前水处理技术已完全可以生产出适合直接饮用的优质饮用水，但沿用现有供水管道系统很难在用户端保证有可以直接饮用的水质。因此，在直饮水的问题上，首先需要改革现
有供水管道系统，而不是强化自来水处理技术和工艺。在这种思路下，美国目前已开始寻求分用途供水方式，以改变传统以消防为主确定整个供水管径的输水模式。
在整个供水系统中，水质、水压与水量是最为关键的三个基本因素。管道直饮水的水质要求高，水量、水压小，而消防用水等非饮用水水质要求低，但是水量和水压要求高。在传统管网输送过程中，直饮水与非饮用水显然存在不可调和的矛盾。对直饮水而言，由于水量和水压要求低，可以采用直径较小的管道进行供水，这相对于传统以消防为主的大管径而言，不仅可以降低投资成本，还能保证较快的过水流速，防止管壁生物膜的滋生，同时也可保证到达用户端的余氯含量。而且，由于直饮水管道直径小，完全可以采用不锈钢管材，以解决目前传统管材引发的生物膜附着、接缝处渗透与污染等问题。与此同时，对于消防用水等非饮用水(包括中水回用)，仍然可以保留原有管道，满足水量和水压的要求即可。这样，供水管道系统实际上是一种双管道系统。
倡导中的美国分用途双管道供水系统如图1所示[1]。一条是直径较小、可以输送直饮水的管道，另一条是以输送消防等非饮用水为主的大管径管道。直饮水以湖泊、河流或地下水作为水源，经自来水厂深度净化处理后达到饮用水水质标准，通过独立管网系统输送给用户，使用户可以直接获得优质饮用水。传统供水管道系统仍需要保留其主要的消防功能，但由于水质要求降低，完全可以采用包括未经处理或简单处理的湖泊、河流或地下水，甚至是海水。特别是在强调中水回用的今天，也可以考虑将污水处理厂处理达标的中水作为消防等非饮用水水源。非饮用水不仅可以用于消防，还可以用来冲洗
厕所、清洗街道、清洗车辆、园林绿化，也可以作为工业冷却水使用。传统管道系统所输送的非饮用水因水质要求降低，故可以大大降低原本要全部将供水水量处理到饮用水水质所需的处理费用，从而获得
较高的经济效益。供
图1分用途供水管道系统
F ig.1W ater supply syste m s w ith d iffe rent goals
40年前在美国倡导的分质供水系统，为今天开展这种分用途供水管道系统体制变革奠定了基础。目前，在美国以及海外2000多个城市中正在采用分用途供水系统。最初这种供水体制变革只是在美国一些干旱地区进行尝试，但后来在水量最为充足的俄勒冈州和华盛顿州也开始推广。
这种分用途供水系统目前正在世界范围内逐步得到应用。由于一些小规模水厂已具备了开展膜处理的技术条件，使得水质得到大幅度提高，所以这种双管道供水系统便显得优势突出。例如,10年前在澳大利亚悉尼郊区设计应用了一套双管道供水系统，使该社区内25万人中有10万余人因此受益[1]。4结语
美国现有供水管网是在过去的两个世纪中在与火灾斗争中逐步建立起来的，然而，今天的火灾早已不再像过去那样频繁和可怕。这就造成了同时也担负生活饮用水输送任务的传统供水管道中的水质，常常由于水流在管道中长时间停留而下降、甚至是受到污染。面对这样的问题，目前唯一的解决办法就是依靠对管道的定时冲洗，无形中会浪费很多的水资源。
分用途供水的双管道系统可以解决直饮水与非饮用水在管径需求方面的不同，分门别类地供水不仅能
使自来水厂提供的达标水质直接安全地输送到用户端，而且可以大大降低非饮用水的处理成本。更为有意义的是，在缺水地区可以实现将中水纳入
第25卷第10期中国给水排水www.wa tergasheat
传统供水管道，以铺设管径较小的直饮水管道而取代专设的大管径中水管道。
下一步美国所面临的问题是如何将现存旧的供水管道系统升级改造为新的双供水管道系统。因为直饮水管道的管材可以用不锈钢管材替代，所以还需要对管道铺设成本进行经济分析后作出合理的技术经济比较。
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电话:(010)68322128
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收稿日期:2008-10-13
#企业动态#
法国PC M公司在苏州建设一家新工厂
PC M公司自2002年以来陆续在广州、上海和北京设立了3个办事处，并与昂希法)磨锐泵公司(Ens-i v a lM oret)建立了合资公司。2009年3月24日又在苏州建了一家面积达3000m2的工厂，该工厂将作为为亚洲太平洋地区提供产品的生产基地。
PC M公司是77年前由勒内#姆瓦诺(Ren M o i n eau)创立的。从创立以来,PC M公司一向是全球容积泵和流体设备的领先者。这些设备可以广泛应用于石油天然气、食品(乳制品、饮料、宠物食品、焙烤食品、糖和淀粉、水果蔬菜、个人护理、制药)领域和工业领域(水处理、矿业、造纸和石油、化工、新能源、机械)。该公司最新的两项发明是PC M Vu lca i n TM泵和Eco m o i n eau泵。前者获得了石油技术和专业协会(AFTP)的大奖。该产品最大的突破在于其全金属定转子的设计，革命性地将螺杆泵的适用温度范围从160e提升到了350e，可以应用于开采温度极高的重油。Eco m o i n eau泵则是第一款符
合生态设计原则的单螺杆泵。这一新产品的优势在于体积小、轻便、安装维护简单、运行平稳节能，用户整体维护成本大为减少。
PC M公司开拓国际市场的步伐也越来越快。如今，该公司在全球有7个生产基地、3家最新的工厂(分别在休斯顿和上海)。17家分公司或代表处、70多处分销机构使PC M公司的销售网络遍布全球。
(本刊编辑部) www.watergasheat郝晓地，等：倡导中的美国分用途供水系统第25卷第10期

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