居民小區高品質飲用水入戶建設與改造策略探討

飲用水是人民群眾(zhong) 最基本的民生需求,不斷提高飲用水品質,是滿足人民對美好生活向往的重要組成。為(wei) 了保障飲用水穩定達標,上海市建成“兩(liang) 江並舉(ju) 、集中取水、水庫供水、一網調度”的水源地供應格局,全麵啟動全市水廠深度處理改造工程,加快推進供水管網更新改造,有效提升了供水係統安全保障能力。2018年，《上海市城市總體(ti) 規劃(2017-2035 年)》提出,至 2035 年上海市基本建成卓越的全球城市,供水方麵要加大二次供水設施改造力度,減少老舊管網二次汙染,提高人戶水質,滿足直飲需求,二次供水“最後一公裏”環節成為(wei) 目前飲用水的重點與(yu) 焦點。本文通過對上海二次供水設施現狀的係統調查,梳理針對二次供水現狀存在的問題,提出高品質飲用水入戶改造實施策略，1 上海市現狀二次供水設施存在的問題根據上海市公共數據開放平台以及上海市統計年鑒相關(guan) 統計數據,截至2023年12月底,上海市存量住宅小區建築麵積共計7.49億(yi) m。上海市自2007 年啟動二次供水改造工作以來,共計完成 2000年前的住宅二次供水改造接管工作約2.2億(yi) m,另有約0.5億(yi) m?二次供水設施狀況較好的小區已經完成供水企業(ye) 接管工作。故總計有 2.7億(yi) m'住宅小區完成了供水企業(ye) 接管,但仍有近 4.79 億(yi) m’ 住宅二次供水設施還未改造接管。

本次研究以中心城區 2 278 個(ge) 約 2.05 億(yi) m’的2000年後住宅小區為(wei) 樣本,采用現場實地調查的方式,對2278 個(ge) 小區的二次供水設施進行了全麵調查,調查發現現狀二次供水設施在供水係統設置、涉水材質、環境衛生、運行模式及管理上均存在一定的問題,與(yu) 實現高品質飲用水人戶還存在一定的差距其具體(ti) 情況如下

(1)供水係統設置不合理,影響居民用水舒適度,且存在水質及管理安全風險

2000 年後建成住宅小區的建築類型分布與(yu) 供水方式如圖1所示。數據顯示,2000年後建成住宅小區主要以高層住宅(8層及以上)為(wei) 主,高層與(yu) 多層(8層以下)並存的混合住宅小區次之,多層住宅小區最少。供水方式上,多層住宅小區以市政直供和變頻供水為(wei) 主,占小區總數的 81%,但仍有 12%的小區為(wei) 水泵水箱聯合供水:高層住宅以水泵水箱聯合供水為(wei) 主,占小區總數的 84%,約 13%為(wei) 變頻供水。

其中,水泵水箱供水主要存在問題如下。 ①從(cong) 供水水質安全角度來看,水泵水箱聯合供水存在水池(箱)、屋頂水箱敞開等問題,增加了水質汙染的 安全風險。 大部分小區水池、水箱總調蓄容積普遍偏大,在用水低峰時容易造成水齡偏長的問題,影響供水水質安全。存在一定數量生活給水係統和消防給水係統合用情況,包括水池(箱)生消合用、管道生消合用、泵房生消合用,由於(yu) 消防係統中水為(wei) “死水”,平常不流動,生消合用容易造成消防儲(chu) 水回流生活供水的風險,存在水質安全隱患。另外,從(cong) 管理角度,兩(liang) 者的權屬及管理主體(ti) 也不一致,國家四部委《關(guan) 於(yu) 加強和改進城鎮居民二次供水設施建設與(yu) 管理確保水質安全的通知》(建城[2015]31號)要求供水企業(ye) 逐步“管水到表”生活給水係統將由供水企業(ye) 進行專(zhuan) 業(ye) 化管理。而消防給水係統是由物業(ye) 進行管理,兩(liang) 者管理主體(ti) 不一致,生消合用容易產(chan) 生職責不清、互相推諉的現象。②從(cong) 居民用水體(ti) 驗角度屋頂水箱供水方式的頂層居民用水水壓普遍偏小影響了居民用水的舒適度。③另外,在調查中還發現部分小區私自將水池廢除,采用水泵直接抽取市政管網的情況,違反了《城市供水條例》的有關(guan) 規定,給公共供水造成安全隱患。

(2)涉水設施設備材質落後,帶來水質風險調查數據顯示,2000年後住宅小區室外埋地管道仍存在一定數量的鑄鐵管、水泥管等,小區爆管或水渾投訴等情況時有發生;樓宇立管也存在一定數量鍍鋅鋼管、硬聚氣乙烯(UPVC)塑料管等禁用或落後管材(圖2)。由於(yu) 鍍鋅鋼管易腐蝕,長時間使用後產(chan) 生鐵鏽,影響了水質與(yu) 居民觀感,且其易結垢特性使得管道過水斷麵大大減少,極易發生爆管的現象,目前該管材已經被嚴(yan) 禁使用在給水管道工程中。UPVC管由於(yu) 連接方式為(wei) 黏結,黏結劑老化後管道連接處也容易發生爆管。同時,存在少量立管位於(yu) 居民家中的情況,不便於(yu) 後期維護管理。

水池 ( 箱) 中 59. 53% 為(wei) 不鏽鋼材質, 同時有 40. 47%為(wei) 鋼筋混凝土材質(圖 3)。 鋼筋混凝土材 質水池(箱)雖然內(nei) 壁貼有瓷磚,但是易出現瓷磚脫 落現象,造成水池(箱)難以清洗幹淨,並且由於(yu) 水 池(箱)內(nei) 表麵凹凸不平,容易滋生微生物,影響供 水水質安全。 部分不鏽鋼材質水池(箱) 由於(yu) 產(chan) 品 質量問題或者水中氯離子長時間聚集,不鏽鋼腐蝕 破壞漏水等現象發生。

水泵材質存在鑄鐵材質水泵,約占水泵總量的 31%(圖 4)。 由於(yu) 鑄鐵泵長期處於(yu) 潮濕環境中,泵 體(ti) 普遍出現較為(wei) 嚴(yan) 重的鏽蝕,部分出現漏水,影響了 供水水質及水壓等。 (3)泵房環境不佳,存在衛生安全隱患 調查發現,大部分泵房環境衛生狀況不佳,泵房 地麵、牆麵未作任何處理,泵房管理不到位,地下泵房陰暗潮濕,排水溝集水坑常年積水,夏季蚊蟲滋 生,部分泵房廢棄雜物堆砌,上述情況嚴(yan) 重影響供水 安全,同時也給居民用水信心造成了一定的負麵 影響。 (4)運行模式不科學,水齡較長帶來水質風險 現有水池進水采用遙控浮球閥的進水方式,但 浮球閥可調節的液位一般隻有 100 ~ 200 mm,所以隻要用戶用水,水池液位下降到浮球閥開啟液位時，水池就進行補充,導致池內(nei) 水位長期處於(yu) 高水位運行,造成水池水齡較長,餘(yu) 氣衰減,帶來水質風險。

(5)智能化管理缺乏,安全管理存在漏洞,無法進行有效監管

水質監測方麵,缺少水質在線監測,無法及時有效掌握水質情況:泵房安全管理方麵,基本采用人工管理模式,極少有設置智能化監控設施,缺少安防，門禁及人侵報警係統,安全管理存在漏洞,無法有效應對外人人侵對供水安全造成的隱患;二次供水運行監管方麵,缺少環境溫度、濕度、水浸、液位、水泵,能耗等關(guan) 鍵監測係統,缺少補充消毒設施或者補充消毒設施屬於(yu) 廢棄狀態,對設施故障、泵房浸水等突發狀況無法及時應對。

綜上,居民小區二次供水設施在供水係統、供水材質、水齡控製以及智慧化運維管理上還存在較多的問題,與(yu) 實現龍頭直飲的高品質飲用水入戶目標還有一定的差距。二次供水高品質入戶工程建設與(yu) 改造策略

為(wei) 了穩定二次供水水質,提升用戶對飲用水的信任感,針對二次供水係統與(yu) 設施設備存在的主要問題,從(cong) 供水係統模式、設施設備材質、泵房環境安全、智能化監控等方麵,提出二次供水係統改造與(yu) 建設的技術要求與(yu) 策略，

2.1 供水係統改造

2.1.1 二次供水模式對水質的影響

二次供水環節越多,水質風險點越多,同時會(hui) 增加維護管理的困難。根據張駿鵬等中開展了不同二次供水模式下的餘(yu) 氯衰減及異養(yang) 菌總數(HPC)情況對比研究,結果顯示:水池+變頻供水模式小區用戶表前總氯較泵房進水管有一定下降,下降幅度不大,為(wei) 17%左右,且質量濃度仍較高(>0.7 mgL)HPC未有顯著上升,基本位於(yu) 150CFU/mL以下:水池+水箱供水模式小區水箱供水用戶表前總氯較泵房進水管有明顯下降(下降超過 50%),HPC出現大幅度增加,基本接近了500 CFU/m限值綜合結果表明,從(cong) 水質穩定性角度,直接供水模式最優(you) ,其次是水池與(yu) 變頻泵聯合供水模式,最後是水池水箱聯合供水模式。

2.1.2 供水係統改造建議

通過上述研究,在供水模式的選擇上,在市政管網水量及水壓有充分保障時,建議充分利用市政供水管網水壓直接供水,例如,位於(yu) 水廠或加壓泵站附近小區的多層或低層建築可采取市政直接供水模式。對於(yu) 市政水壓無法滿足直接供水的,建議采用"水池(箱)+水泵變頻調速增壓”的供水方式,現狀為(wei) 屋頂水箱供水的高層或多層建築多可采取這種方式進行改造。對於(yu) 部分小區由於(yu) 場地受限,沒有條件進行水池+變頻模式改造的,在不影響市政供水管網正常供水前提下,經評估後可考慮采用疊壓供水方式,該方式無需設置調蓄水池,且占地麵積小，目前技術應用也較為(wei) 成熟。

同時,針對現狀生消合用帶來的水質風險及管理問題,應將現狀水池(箱)生消合用、管道生消合用、泵房生消合用等情況進行生消分離改造,消除因滿足消防用水儲(chu) 備要求而引起的存水水量偏大等問題。

2.2 涉水設施設備材質

供水設施材質是輸配過程水質穩定的關(guan) 鍵影響因素之一,主要包括室內(nei) 外給水管道、閥門等附屬設施、水池(箱),水泵等所有與(yu) 水接觸的設施設備,要防止因涉水材質鏽蝕、滲析等引起的水質變化。2.2.1 不同材質對水質的影響研究

給水管道是二次供水係統的重要涉水組成，目前常用供水管材包括球墨鑄鐵管、鋼塑複合管、PP.R管、PE管、PVC管,不鏽鋼管等。根據李欣等!對給水管材對供水水質的影響研究中發現,塑料管存在在水中發生溶解反應並浸出化學物質以及土壤汙染物通過管壁滲入警內(nei) 汙染水質的現象。另外童禎恭等(3分析了美國、德國、英國等國家以及我國台北市的供水管材使用情況,發現球墨鑄鐵管是城市供水管網的主要管材,並提出由於(yu) 球墨管的衛生性能、承壓力、延伸率、剛度、規格、接口及使用壽命等均較其他金屬或非金屬管材性能優(you) ,是城市供水的理想管材。鍾麗(li) 錦等(”對日本東(dong) 京供水管網漏損預防管理研究發現,東(dong) 京通過二十世紀七八十年代開始逐步將配水管更換為(wei) 球墨鑄鐵管以及將供水人戶管網更換不鏽鋼材質管道的工作後,其管網漏損率從(cong) 20%降到 2007年僅(jin) 有3.3%,這也大大減少了渾水的發生。故球墨鑄鐵管及不鏽鋼管道的使用對供水安全包括供水水質均有極大的提升和保障。

另外,針對管道生物膜及消毒副產(chan) 物的影響研究,陳停等!通過模擬了實際供水情況對 PE 管、鑄鐵管、不鏽鋼管3種管材生物膜特征及消毒副產(chan) 物生成勢影響進行研究,試驗中發現不鏽鋼管總有機碳(TOC)、HPC、三磷酸腺苷(ATP)、三鹵甲烷(THMS)及鹵乙酸(HAAS)生成明顯優(you) 於(yu) 其他兩(liang) 種管材,且不鏽鋼管在生物膜中細菌菌落豐(feng) 度最低:分析認為(wei) 主要是由於(yu) 不鏽鋼材質表麵光滑且為(wei) 疏水，在PH值為(wei) 7的條件下略帶負的表麵電荷,容易形成耐腐蝕的鉻氟化膜,使得細菌不易附著在不鏽鋼表麵,故其生物膜附著最少,且與(yu) 氯反應生產(chan) 的消毒副產(chan) 物最少。Percival 等(研究不同管材對生物膜生成的影響,認為(wei) 316 不鏽鋼管較 304 不鏽鋼管更不利於(yu) 生物膜的附著。可見,從(cong) 水質穩定性來看，不鏽鋼管具有明顯的優(you) 勢。

從(cong) 標準來看，綠色建築評價(jia) 標準》(GB/T50378-2019)已將不鏽鋼管及銅管列人評分加分項，建築與(yu) 小區管道直飲水係統技術規程》CJI/T110-2017)北京市《城鎮二次供水技術規程》(DB11/T 1494-2017)，深圳市優(you) 質飲用水人戶工程建設指引(試行修訂)》等均推薦室內(nei) 管道采用不鏽鋼管。2.2.2 涉水設施設備材質建議

通過上述研究,從(cong) 水質穩定、管道維護、用戶信任感等角度綜合考慮,高品質飲用水人戶工程建設建議:室外埋地管公稱直徑多100mm管道采用球是鑄鐵管,管道公稱直徑<100mm采用覆塑不鏽鋼管道:建築樓宇內(nei) 管道管材推薦使用不鏽鋼管材。目前的不鏽鋼管道材質主要有S30408S31603等多種牌號,根據《薄壁不鏽鋼管道技術規範》(GB/T29038-2012)規定,S30408及S30403允許的氯化物質量濃度為(wei) ≤200mgL，S31608、S31603 及S11972(SUS444)允許的氯化物質量濃度≤1000mg/L。上海市水務局官網公布近7年(2015年9月-2023年2月)中心城區出廠水水質指標數據顯示氯化物質量濃度基本維持在70mg以內(nei) ,僅(jin) 在2019年12月和2022年10月-2023年2月達到145~194 mg/L,並考慮樓宇立管一般敷設於(yu) 管道井或外敷防凍措施,對管材有一定保護作用。因此,上海供水管道不鏽鋼材質選用S30408即可,在經濟條件許可情況下可選用耐氯離子腐蝕更強的S31603不鏽鋼管。

水池(箱)是重要的調蓄設施,考慮到水池(箱)水麵與(yu) 頂蓋之間存在氣水混合麵,水箱外表麵時常接觸潮濕、灰塵等環境,均易發生點蝕,因此,水池(箱)建議采用耐腐蝕更強的S31603 或S11972(SUS444)材質。水泵及閥門等設施,其材質與(yu) 管道材質一樣,可采用 S30408 不鏽鋼材質。

2.3 泵房環境衛生

供水泵房是二次供水的核心區域,泵房環境不僅(jin) 影響供水水質,也影響居民對供水水質安全的信任度,應從(cong) 環境衛生,噪音震動防護、泵房安全等方麵提升泵房建設要求。

噪音振動方麵,為(wei) 減少泵房噪聲對居民的影響，建議泵房設置在住宅建築投影線外,選用的水泵噪聲和振動應分別符合國家標準《泵的噪聲測量與(yu) 評價(jia) 方法》GB/T 29529-2013)及:係的振動測量與(yu) 評價(jia) 方法》(GB/T 29531-2013)中的A級要求。

環境衛生方麵,應該按食品存儲(chu) 安全的環境進行要求,保證清潔、幹燥,寬敞明亮;建議泵房地麵牆麵進行瓷磚貼麵,頂板進行吊頂,房間內(nei) 保證良好的通風:潮濕地區為(wei) 防止冷凝結露等影響,還應設置除濕設備;泵房應做好防蚊、防鼠,防塵措施,泵房及周邊5m範圍內(nei) 不得存放易燃,易爆,易腐蝕的物品,距滲水坑、堆放垃圾等汙染源不應小於(yu) 10 m,泵房內(nei) 不應有排水管道穿越。泵房內(nei) 應設置獨立排水係統和地麵積水探測報警裝置。

2.4 水齡控製及智能化管理措施

高品質飲用水的建設關(guan) 係到居民的身心健康故需要對供水的各個(ge) 環節進行全時段的有效監管光靠人工的手段是無法實現的,隻有通過智能化手段進行監控才可實現用戶龍頭的水持續穩定達標2.4.1 水齡控製措施

應通過信息化手段優(you) 化水池的水齡,降低水在水池內(nei) 的停留時間,穩定水質。水齡控製係統主要包括液位傳(chuan) 感器、電控閥門、液位控製閥和邏輯控製器。電控閥門的啟閉與(yu) 設置於(yu) 水池內(nei) 的液位傳(chuan) 感器聯動,其啟閉液位可調,從(cong) 而實現水池調蓄容量可調;啟閉液位的確定主要根據水池長時段進水量和用水量,通過算法編程預測計算得出。采用水齡控製係統後,水池的調節容積可根據用水高低峰時段進行變化,即在用水高峰時段水池不進水,在其餘(yu) 時段進水,達到"低進高出”真正發揮水池的調峰作用,從(cong) 而達到控製水池水齡最優(you) 。這不僅(jin) 實現了水池容積根據用水季節及用水人數的變化可變,保證水池供水水質基本與(yu) 市政水質同質,同時削峰填穀進水模式還可以有效降低市政管網壓力波動,實現市政供水的運行安全及節能降耗(1-8]

2.4.2 二次供水智能化監管

(1)設置水質在線監測係統。二次供水設置水質在線監測係統,隨時掌握小區供水水質,並根據水質情況及時預判或處理供水環節中出現的安全隱患。水質在線監測重點指標包括渾濁度、餘(yu) 氯、水溫等,監測位置宜設置在二次供水設備出水管處。

(2)設置安防、門禁及人侵報警係統。二次供水設施量大範圍廣,傳(chuan) 統的人工監管模式無法實現安全保障,建議通過設置視頻監控、門禁及人侵報警係統來確保管理安全。

(3)設置環境監測係統。環境監測係統主要由溫濕度傳(chuan) 感器、水浸傳(chuan) 感器,數據采集及輔助設施組成,可實時監測泵房運行環境,包括溫度、濕度、地麵積水、櫃門狀態。其中,水浸傳(chuan) 感器在積水時發出報警信號,並可聯動關(guan) 閉該泵房進水總閥。溫濕度傳(chuan) 感器可與(yu) 泵房送排風,除濕設備進行聯動。通過環境監測係統,保障了泵房環境的幹燥,降低了細菌滋生的風險賽界。

(4)在泵房內(nei) 設置顯示屏,顯示在線水質實時信息,並傳(chuan) 人小區公共顯示平台中,讓物業(ye) 、居民能夠隨時掌握小區水質的具體(ti) 情況,增強居民用水信心。

(5)設置能源管理係統。基於(yu) “雙碳目標”背景,為(wei) 實現二次供水的綠色低碳發展,建議對二次供水涉及的能耗係統進行監測管理,主要包括水泵、紫外消毒設備、,除濕機、風機、照明等,通過設置智能電表等方式,掌握耗電情況,為(wei) 優(you) 化管理提供依據。

(6)建立雲(yun) 平台,存儲(chu) 記錄泵房設施、設備相關(guan) 運行參數的實時數據，

3 結論

二次供水“最後一公裏”環節成為(wei) 目前飲用水的重點與(yu) 焦點,是實現高品質飲用水目標的核心環節。目前上海市居民住宅小區二次供水設施現狀在供水係統、供水材質、水齡控製以及智慧化運維管理上還存在較多的問題,與(yu) 實現龍頭直飲的高品質飲用水人戶目標還有一定的差距。本研究通過提出優(you) 化供水模式、提高材質要求,規範泵房建設、加強水齡控製,推動智能監控等措施與(yu) 手段,來實現提升二次供水係統的水質保障能力,提升居民用水的獲得感和對飲用水安全的信任感，為(wei) 滿足直飲需求目標的高品質飲用水入戶建設提供技術解決(jue) 路徑。