建筑给水安全保障技术.doc

摘要当市政供水压力不足需要建筑给水加压提升供水压力才能满足使用要求现代建筑几乎无例外地采用离心泵加压众所周知当水泵的额定转速一定水泵加压所能达到的压力由水泵的外特性曲线当一定时的特性曲线所制约也就是说给水加压系统的最高压力受离心泵的外特性曲线限制加压系统不会超过水泵所能达到的最高压力关键词建筑给水安全保障当市政供水压力不足需要建筑给水加压提升供水压力才能满足使用要求现代建筑几乎无例外地采用离心泵加压众所周知当水泵的额定转速一定水泵加压所能达到的压力由水泵的外特性曲线当一定时的特性曲线所制约也就是说给水加压系统的最高压力受离心泵的外特性曲线限制加压系统不会超过水泵所能达到的最高压力在使用过程当中当水泵突然开停止回阀突然开闭电磁阀快速开关等等在管网系统中可能出现水锤冲而在发生水锤时在管网系统中可能形成很高的压力引起管网爆裂应当指出发生水锤与多种因素有关很难在设计阶段确定在系统调试时如果发生水锤则应采取针对性的措施进行解决由此可见对于给水加压系统而言在通常情况下系统不会出现超压在不发生水锺的情况下其最高压力不会超过水泵的最高压压力设离心泵的额定压力为按水泵样本在零流量下的最高压力通常为为确保安全给水管网和设备必须能承受而不致于损坏在设计上无必要设置安全阀等防超压措施应当指出用设置安全阀来防水锤超压是不可靠的水锤通常是通过调试来发现并合理解决在设计阶段通常不予考虑我们认为管网系统为不能承受离心泵在零流量下的最高压力是不安全的综上所述我们认为对于给水系统无必要设置安全阀管网和设备应能承受离心泵在零流量出现的最高压力对于有驼蜂外特性的离心泵其最高压力可能在某一小流量下出现随着社会经济的发展和人民生活水平的提高中国的给水形势日益严峻在此基础上中国政府提出了以水质问题为中心的中国年水工业可持续发展战略它的一个内涵是随着水质问题的突出传统的给水排水工艺技术与工程技术已经不能完全满足新的要求虽然七五八五期间通过国家科技攻关等科研计划的实施对水工业科学技术开展了广泛的研究但由于纵深发展不够集成化水平低使得我国水工业科学技术总体水平仍然较低在对水污染进行新的理解的基础上本文从净水工艺的有限性出发提出突破大系统式水质观建立新型水质观靠人工智能等先进科技手段实现一种从整体亡把握的新水质保障思想从而达到给水服务水平的根本提高从两种水厂管理自动化意见谈起经过多年努力我国水厂自动化控制水平现在已有了很大发展如在大型水厂已较为普遍地采用了自动加矾自动加氯水泵自动变速全厂的生产运行监测和滤池自动冲洗等工艺但水厂自动化程度的提高也给设计施工使用带来一系列问题褒贬不一对于水厂的自动化目前还存在不同意见一种是极力主张如刘灿生教授等人认为随着水环境污染加剧和人们对于水质日益提高的要求水净化处理操作控制单靠手工难以达到考虑到净水工作的可靠性考虑到降低电耗药耗减少人员等问题自控将成为水厂必不可少的系统国外专家持不同意见如美国德克萨斯州奥斯汀的给水研究专家等人认为饮用水处理正变得越来越复杂必须有人作用于其中理由是水处理工作需要随时调整哪怕艺术级的给水装备使其具有类似于人的训练也不足以优化整个水厂的运行他们认为正是操作者知道什么时候处理过程可能要出问题需要人来评价周围环境作出各种运行决策采取正确行动在此思想指导下他们发展的是辅助性技术工具如这种工具系统所要达到的是通过给出水厂运行信息提供解决问题的一些线索帮助人们了解水厂运行状况提高人们的决策技能使操作者能更加独立有效地工作刘灿生等人则认为自动化控制水平的提高必然促进水处理工艺及构筑物的发展从而使人工不能控制的复杂高效的工艺得以产生甚至会完全改变现有的净化工艺流程由此水厂运行可以向智能化方向发展应该讲这就没有完全局限在现有水厂水处理的技术框架内而是看出了智能化努力的本身将可能改变水处理甚至整个技术构架当然上述仅是国内外两种代表性观点等人感觉到在现有水处理技术框架内人的作用无法取代自动化天地极为有限这也是有道理的因为从上至下的现有水处理技术构架本身就是基于人而不是机器起主要作用而构筑的在这种技术框架内根本没有办法实现高度自动化的水厂运行管理等人观点之所以得出毕竟从某种意义上反映出了现有水处理技术构架或水处理思想本身的局限刘灿生等人从具体技术工艺的智能化问题需要入手提出了整个水厂的智能化的发展方向并且认为智能化工作可能对净水工艺的整个流程都能予以改变上述两种意见或观点都是在净水思想框架内认识自动化没有从水处理所面临的根本问题或水质技术根本发展的要求来考虑可能容涵或需要发展整个自动化或智能化工作从对水厂自动化存在不同观点这一现实情况来看至少说明已有自动化工作和目前的自动化努力还没有与水工业发展的根本问题紧密联系起来以致使自动化工作方向成为了一个问题我们的观点是水厂自动化或智能化发展与水处理技术根本性发展紧密联系在一起或者可以说为后者所内在需求没考虑到水处理技术的根本发展就搞不清给水自动化或智能化发展的真正必要及整体发展朝向总言之只有在对现行水处理技术思想是否应该予以根本突破的研究过程中才能看出水厂或整个给水系统智能化的根本发展思路或前景而若想搞清这一点首先就应该从现有水处理技术到底存在哪些根本局限入手现行水处理技术的局限从本质上讲现有净水技术并不是针对或能够解决水污染问题这可以从病毒污染有机污染新型污染和重金属污染等方面来加以阐述首先现有水处理技术无法解决病毒污染问题众所周知病毒对人体健康的危害是明显严重的然而在目前要直接测定水中病原菌如伤寒霍乱痢疾等肠道传染病一般均通过饮用水进行传播并以之作为水质分析的例行项目还不能做到也就是说对于病毒目前尚无完善的技术可供例行检测所谓消毒主要是去除细菌现行水处理工艺对病毒的消除还无能为力如在西班牙阿尔卑斯河陆军营地就曾发生过因供水受病毒污染造成名士兵突然爆发传染性肝炎的事例科学美国人中文版年第期上的一篇文章也指出目前人类尚对大多数生物病毒一筹莫展其次现有水处理技术无法解决有机污染问题对此李圭白院士提出以现行城市的自来水厂常规水处理技术处理的水水中仍含有许多有毒有害物质特别是微量有机污染物可检出数百种其中有许多是具有三致作用的重点污染物有相当多的城市自来水厂出水的致突变试验试验显示阳性表明饮用这种水是不安全的由于饮用水中出现的污染物种类数量众多多数浓度极低无论检测和去除都十分困难所以饮用水除污染是一个涉及多学科的高科技项目第三现有水处理技术无法解决似激素作用的污染问题近年来科学家们讨论内分泌紊乱导致癌症不育症甲状腺机能障碍先天缺陷行为障碍神经系统压抑和生殖器官畸形等的原因认为人造化学物质可能正在严重破坏人和野生动物的激素过去曾认为低水平污染是安全的现在认识到低水平污染也危害健康近年来在自然界发现了不少畸型动物在人类社会中出现了逐渐增加的癌症病例专家们认为这是由于近似于生物激素的化学物质引起的是一种新型环境污染美国图兰大学的约翰麦克拉克伦教授等人在年月发表的一篇论文中指出用作杀虫剂的多种化学物质每个个体物质虽然浓度极低只有几百亿分之一单个来看没有不良影响但如果混合在一起就会产生相当于个体至倍的激素作用王占生教授指出如果这个结论属实那么它将彻底推翻化学物质的安全标准第四现有水处理技术还不能有效解决重金属污染问题随着中国工业经济迅速发展重金属污染问题日益突出从国内外的研究可知对水中重金属离子的去除现有的方法多是针对某种特定形态存在的重金属污染物普遍存在着对重金属离子选择性差的缺点至今人们还在寻找一种不受高背景的碱金属和碱土金属影响对重金属离子有着较高选择性的新方法另外在污水生物处理方法中由于废水中一些成份对细菌的抑制作用即使我们知道了水中某些要除去的污染物净化目的也达不到那么我们就要问为什么直到今天水处理技术还存在上述问题呢污染问题实质及其启示钟淳昌先生指出在原水和出水水质的要求下我国的水处理工艺正开始变化预计一个更完善的针对有机污染为重点的处理工艺流程将逐步形成由上述已经看到不只是有机污染使先行水处理技术遇到阻碍还有重金属污染和生物污染等问题同样使水技术显得无能为力我们认为出现这种局面的主要原因是人们没有从污染问题的实质出发没有研究开发出针对污染问题的水质保障技术而一味地在去除理念的作用下发展净化朝向的水处理技术这就无形中使水中含又杂质与水整个受到污染问题发生了不应有的混淆应该看到污染问题与水质不好或水中个别元素含量过多不是一回事污染必须是水中存在不是离散存在而是出现整体组织性变异已有的水处理常规及基于常规水处理工艺的预处理和深度处理没有达到整体把握水质的程度结果因水的组织性存在要么去不掉想去的东西要么将水中那些有益人体健康的微量元素也一并去除再说在水的组织没变的情况下去掉组织中的某个成份自有别的来顶替组织的功能即在于此现在还不知道如何超越对水中个别成份进行处理的技术境界而达到整体地改变水的组织性存在的效果也就是说现在的水处理根本不是解决污染问题而只是去水中杂质应该讲污染问题是水质工作的崭新问题需要发展新的水质保证思想和给水工程理论长期以来人们一直将水作为简单系统存在即将水分成由若多成份或要素组成的大系统现有的水处理技术都是基于一定的水质分析和指标要求即水处理工艺都是针对水中某些特定成分的去除而开发的对水质指标的依赖不仅体现了现有水处理技术的实质而且也是导致水处理技术局限性的根本原因因为随着水环境的日益恶化和人们对水质工作要求的不断提高对水中成份的浓度起限定作用的标准也正在失去意义所谓标准除了对检验项目的数量限定还落实到对所包含项目浓度的限定上人们已经注意到即使在水中成份能被检测且达标的情况下由于一些化学沾污物质在人体中的的累积效应也会对人体产生危害作用因为饮用水是参加人体内代谢过程的一种物质它所含的任何沾污成分都有可能对人体产生短期的长期的甚至遗传性的影响约翰麦克拉克伦教授等人对浓度极低人工化学物质的组成成份可以在水中合而成害的发现加上人们已经了解到在任何浓度水平上能导致体细胞遗传物质突变诱发致癌的物质都可以发挥作用即无阈值的事实这些就更从根本上否定了对水中物质的浓度加以限定的思想方法考察污染问题的实质给我们的一个直接启示就是要突破那种单独考虑水中成份的大系统水质观而代之以复杂整体和动态的能解释水污染与水中杂质不同问题类型的新的水质观只有这样才能真正有效地发展针对污染问题的新技术新型水质观及水质保障思想的建立许保玖先生在评论美国包含项沾污物的水质标准时早在年就提出对那些含有数以百计沾污物的原料水即时在制成自来水成品后对每种沾污物都有了浓度限制仍然不能对它们在人体内所起的代谢效应进行清楚的解释美国这一包括项沾污物的水质标准应该说还是基于大系统水质观还没有完整地考虑水与人体生理活动的关系问题当然也没从污染是水发生整体组织性变异与水质含有杂质问题不同这一角度考虑目前水环境问题对水质标准造成了根本性的冲击应该从新的角度来寻找和建立更有效的水质保障思想在突破大系统水质观这一问题上值得注意的是和就并不是直接表示有机物内容和量的指标也不是把有机物完全分解的方法而是根据近一个世纪的经验和研金目前在世界上被用来作为一种有价值的衡量污染程度的尺度除和之外作为新的测定法现在开始使用紫外吸光等方法这些都不是纯粹的大系统水质观但还没有达到我们所期望的地步从污染问题的实质我们可以看出水实际上一个可变组织或开放的复杂系统存在用复杂观看水是必须的所谓水污染就是水本身发生了整体转型水回用或解决污染情况下的饮水问题就不是去污或者说去除水中个别成份就可了事而是要将那个变化过去的整体水型给纠正过来我们进行的可谓是某种组织的重建工作我们暂且给这个完整的组织性存在即一定水质起一个名就叫作阵阵有相对相和的意思两个相和的阵共同成就一个文如果将人体的生命生理特点也看作一个阵的话那么所谓有益健康的水就是一个正好可以与人这个阵相和即成文的存在由此更可以看出水污染是指水阵被变动以致于不能与人体正常的生命生理活动即人这个阵成就一个文如果这样讲来的话下一步水工业工程发展的目标就应是从人体生命生理活动即人这个阵性存在出发本着与之相和成文的原则来塑造水这个阵这样的话我们对水就不是进行简单的处理而是一种整体设计不管怎么说站在使水这个复杂系统对人体生命生理活动具有服务可靠性这个观点上即使二阵相和成文来发展新的水质保障思想都是必然的趋势现在关键的问题是要在理论上对这一思想进一步阐述和论证直至最终可以工程化当然这一工作需要高级的科学技术手段加以支持才行如分布式人工智能思想和技术但反过来也同样这种新的从整体出发的水质保障思想也一定会对智能技术的发展提供原动力对原本已经落后的水工业设备制造业给以根本性的促动这一点正如张悦先生所提出的从国外发展趋势看一种新型处理工艺的问世总伴随着一批专用设备投向市场加快设备制造业的技术进步尽快提高产品的综合技术水平是污水处理设备发展的当务之急尽快形成高层次高质量的产品群满足迫在眉睫的市场需求由此兴起的我国污水处理设备产业将会超越一个发展时代迅速接近或达到国际先进水平本质上讲现在的水处理技术只是一个固定的阵其中混合絮凝沉淀过滤和消毒在各自不同的阵下存在这种技术之所以不能奏效于污染问题的解决在于存在层次的差异因为问题的解决是要求变阵的而技术手段却是一个固化的阵性存在在水平上根本就达不到生物式污水处理技术也是如此都是一个以定阵存在来试图达到变阵结果现在人们已经明白芦苇湿地示范工程是一个完整的生态系统其所有因素之间都是相互联系互为因果的在人工湿地污水处理法中存在着的是一种共生机制我们认为这种共生机制就是一种水土与植物两种阵性存在的相和成文并且在保持成文的过程中各自都得到整体改进即植物得到了生长和成熟水土也由最开始的被污染得到了恢复和再生通过初步的研究可以基本推断人工湿地法与生物处理法在原理上有着根本的不同不能简单地认定人工湿地法就单纯靠的是一种生物化学工程原理来使水质得到提高如果按着我们的说法搞清了人工湿地与生物处理的本质区别或者说更进一步弄明白了人工湿地处理洁中所蕴含着的一般道理那么就可以在此基础上进一步研究以期对污水处理或水的再生利用提供强有力的指导这种工作也许就是我们今后需要努力的一个重要方向总之本文紧密围绕解决水污染问题这个中心从要根本超越净水工艺和净水思想的角度来谈水质保障思想及给水技术的根本发展问题水工业工程技术的发展一定要从整体技术构架上进行创新要在技术思想水平上根本提高即不再进行从上到下的总体优化问题而代之以由下至上的自组织或智能行为这种技术或工程思想不仅可以适应解决水污染问题的工程需要而且能够适应外在环境的复杂多变如实现智能给水人到时所要进行的是设计是对整个技术构架的维持而并非是如今这样的运行决策如果达到此种工程技术境界就可以完满实现水工业战略即更好地进行水质保障为人体的健康为社会经济的可持续发展可靠地服务