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，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�；钚蕴�，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，活性炭將在反應(yīng)器中停留很長的時間，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，隨著時間將逐漸衰減；相反地顆粒炭上的生物膜隨時間逐漸生長成熟，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�；钚蕴课饺コ蜕锝到庥袡C(jī)物的種類性質(zhì)和數(shù)量也會隨著時間不斷變化，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)成的一個穩(wěn)定體系，達(dá)到一種動態(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�；钚蕴扛玫奶幚硇Ч� 。
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�；钚蕴可锓�(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�；钚蕴繉又斜蝗コ捎谒腥芙庋鯘舛扔邢�，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，而價格比進(jìn)口產(chǎn)品低得多，已降到可與D1代工藝競爭的價位。
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㎡膜過濾面積的價格約為150元左右。如設(shè)計采用1㎡超濾膜每小時過濾0.1m3水計算，每日每m3水的超濾膜價格為60元。超濾膜一般可使用3－5年，如按使用3年計算，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建立的，1910年由德國設(shè)計師設(shè)計建造，直到1957年才被拆除。在東直門水塔之后很長一段時期里，“水塔”成為中國當(dāng)時“大城市”的標(biāo)志。
“我的中學(xué)曾是日軍占領(lǐng)時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)的時光，青島市科技局都興恩處長的腦海里，總是會浮現(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，水塔就是一個時代的象征。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)開啟了新的時代。
密封罐供水——見證中國創(chuàng)造
陳忠潮是中國建筑設(shè)計院的D1代老專家，北京飯店的供水設(shè)計任務(wù)落在了他的身上。當(dāng)時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�大水罐放在樓房的底下，并在其旁邊建一個大蓄水池。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)委員會專家組組長姜文源回憶，在D1個五年計劃時期，北京洗印廠就開始自行設(shè)計密封罐氣壓供水。但由于當(dāng)時僅僅是自產(chǎn)自用，尚未形成商品化生產(chǎn)。直到1982年，北京建筑設(shè)計院的肖正輝在北京勁松小區(qū)推廣密封罐氣壓供水時，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)動時的形狀很像寬檐帽，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)計的囊型隔膜密封罐徹底解決了這個易損難題。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候，水龍頭里的水就開始了時粗時細(xì)、時有時無的“表演”。這就是當(dāng)時居民用水的真實(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)劃時代的進(jìn)步。
據(jù)中國建筑設(shè)計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”獲1986年廣東省科技進(jìn)步二等獎，其中的給排水設(shè)計獲國家科委“國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎”。
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〉�，這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——開啟安全供水新時代
不管是水箱供水還是密封罐供水，都需要另建一個貯水池，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，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水池呢？
實(shí)際上，當(dāng)水泵與市政管網(wǎng)直接連接時，就會產(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。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)壓的同時還可充分利用市政管網(wǎng)原有壓力節(jié)約能源。
同時，由于整個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、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，開辟了安全、健康供水的新時代。
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)鍵時機(jī)，同時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)計研究院機(jī)電設(shè)計研究院院長
進(jìn)入21世紀(jì)，我國建筑給排水設(shè)計行業(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)計體系和設(shè)計思想。建筑給排水設(shè)計的發(fā)展也從為滿足人民需求被動進(jìn)步演變成了科學(xué)發(fā)展地主動適應(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，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。