高洪波：济南市泉水直饮工艺与建设模式的探索与应用
济南市地下岩溶泉水丰富，富含钾、钠、钙、镁、锶以及偏硅酸盐等对人体有益的矿物元素，但水体总硬度超标，不符合现有高品质饮用水标准的要求。为满足济南市民对高品质饮用水的诉求，从泉水直饮实施的工艺路线层面，通过采用绿色无药剂“多介质过滤、精密过滤、超滤、纳滤和臭氧+紫外线双重消杀”技术处理后，出水经304不锈钢管线循环排布至用户，保证饮水安全同时充分保留泉水水质特色。从泉水直饮实施的建设模式层面，充分结合新建小区、既有小区等需求特点，制定了管线入户式和集中式的供水模式，最后指出泉水直饮是济南城市的特色，更是普惠的民生福祉，将按照济南市市民泉水直饮规划要求因地制宜分阶段分步骤推进。
自1992年参加工作以来，先后任职于抢修、工程、客户服务、二次供水、分质供水等多个部门，受邀成为山东建筑大学水资源保护与水环境建设主讲人。为了早日让更多济南市民喝上优质泉水，济南市政府印发《济南市市民泉水直饮工程实施方案》《济南市市民泉水直饮工程规划(2021—2025)》。秉承“民生所向就是努力方向”的信念，带领普润水务使济南泉水直饮工程覆盖用户达60余万人。从公司初创到泉水直饮事业发展的过程中，参与编制《直饮水工程技术标准》《济南市泉水直饮工程技术规范》《济南市泉水直饮管理服务规范》等多项标准；自主研发20余项专利；发表科研论文多篇；研发智能泵房机器人,建成沉浸式泉水直饮体验馆、打造泉水文化新局面；探索办公终端水处理售水、销售中水、绿化水等“泉”链条多元化经营；打造以泉水特色为主题、符合“泉水直饮”文化的高端系列水，延长“泉水直饮”的产业链，发挥品牌优势及产业链协同效应。
引言
饮用水水质安全直接关系到人民群众的身体健康、经济社会的可持续发展，是国家安全和社会稳定的基石，是人民安居乐业和提高生活质量的基本保证。随着生活质量的提高和健康意识的增强，人们对饮用水的品质有着更高的要求，高品质饮用水已成为水处理领域践行水生态文明建设、持续提升人民幸福感、获得感与满足感的必由之路。
分质供水在国外有较长历史，是广义上的概念。国外现有的分质供水主要以饮用水作为城市的主体供水系统，而另设管网供应低品质水、回用水或海水作为非饮用水，用于园林绿化、喷洒道路、清洗车辆、冲洗厕所以及工业冷却等。狭义上的分质供水则是指以地下水或自来水作为供水水源，经过深度处理后,另设管网供应少量用来饮用的优质水，而将原有城市公共供水作为生活用水。
泉水是济南这座城市的独特基因，以其众多泉点、丰沛充裕的水量、优越的水质成为济南市最具特色的城市名片。济南地下泉水大都来自地下深处的岩溶水，其含有丰富的锂、锶、锌、碘化物及偏硅酸盐等有益矿物元素，矿物质含量均达到或接近天然矿泉水水平。为实现新时代新泉城“家家泉水、户户直饮”的美好愿景，济南市出台了一系列政策来推动泉水直饮工程建设。尽管泉水水质优,但水中总硬度超标，不符合高品质饮用水的要求。为最大程度地保留泉水的天然属性，迫切需要开发一种适用于济南泉水水质特色的纯物理水质调节技术和建设模式。
本文通过对定制式净水工艺及建设模式的应用研究探索，在确保首要实现工程能够充分实施之余，全面结合市民用水需求，不断探索对高效保留原水优质成分的最优解，以及对工程建设模式多元化的解决方式，为济南市政府落实此项惠民政策提供了强有力的实施依据。
泉水直饮净水工艺
济南市泉水来自地下石灰岩层，属天然岩溶水,贵在纯然、未污染，而泉水直饮工程着重解决基本净水工艺外，对于原水中优质微量元素的保留以及合理选材也是工艺研究探索中的重要一环。
1.1 泉水水文水质特点
济南市有趵突泉、黑虎泉、珍珠泉以及明水泉四大泉群，其中趵突泉泉域面积为 1220km2,地下多年平均水资源量为1. 8亿m3,月平均水资源量为1500万m3。白泉泉域总面积为496km2，多年平均水资源量为1.38亿m3，月平均水资源量为1150万m3。明水泉泉域面积为355km2，地下水资源量为1.2亿m3，月平均水资源量为1000万m3。各泉域几乎囊括了山区全部地下水，在排泄区分别以文祖断层、东梧断层、千佛山断层为界。在中上游的分界线，属变质岩、寒武系闭合流域的，以分水岭为界。断层两侧都是奥陶系石灰岩。经检测，泉水浑浊度为0.1~0.3NTU，耗氧量为0.5mg/L，总有机碳、UV254、砷、镉、铁、锰等均低于检出限,溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氯化物、硝酸盐等常规指标均符合《地下水质量标准》( GB/T 14848—2017)Ⅲ类标准和《生活饮用水卫生标准》 ( GB 5749—2022) 要求，但部分泉水总大肠菌群、大肠埃希氏菌等微生物指标超标，不建议直接饮用。
1.2 泉水直饮净水工艺
为确保泉水直饮工程的供水品质、充分保留泉水特色，工艺前端以优质活性炭、石英砂为滤料的多介质过滤器、精密过滤器作为预处理，可有效滤除原水中的悬浮物、杂质、微生物等物质。后端以“超滤+纳滤” 为主的膜过滤方式，通过纳米级过滤膜可有效滤除水中的高价离子、小分子有机物,适当保留低价离子及矿物质元素，充分发挥泉水天然的水质特点。在消毒方面,以“ 臭氧+紫外线”结合的双重消毒工艺充分去除水中有害物质。最后通过不锈钢循环供水管网将处理好的优质直饮水输送至用户家中，以保证直饮水的鲜活及品质。泉水直饮工程净水工艺流程如图 1 所示。
图 1 泉水直饮工程净水工艺流程
通过对济南市地下水水文特点的分析并充分结合市民用水需求，泉水直饮净水工艺不仅能满足市民“家家泉水，户户直饮”的美好愿景，而且核心工艺采用的是全过程绿色无添加的纳滤膜分离技术。该技术既能高效去除有机物、重金属离子等有害成分，同时又适度保留天然泉水中的优质微量元素及矿物质， 且泉水直饮工艺对偏硅酸的保留率在80%。通过定制式的工艺路线，有效做到释放泉水水质特色，因地制宜地为济南市市民提供了真正意义上的放心水、优质水、健康水。
泉水直饮工程建设模式
根据我国住房城乡建设部2017年发布的《建筑与小区管道直饮水系统技术规程》 (CJJ/T 110—2017)(以下简称《技术规程》)行业标准，并充分结合泉水直饮工程项目特色，严格参照《技术规程》第五项系统设计章节中对管材选择的标准及要求，于入户管线端采用食品级304不锈钢管优质管材、304不锈钢管线及波纹管，管件使用寿命长、耐高压、硬度强。在漂管工艺(管中管)选材中，采用食品级聚乙烯(PE)优质管材，其熔点约为130℃，具有良好的耐热性、耐寒性，稳定性良好，具有较高的刚性与韧性，机械强度高，使用寿命可达50年，以上两种管材均符合《技术规程》中对管材需达到食品级的要求。泉水直饮工程供水实施模式依据用户实际需求，共分为管道入户式、集中式供水两大类方式，为新建小区、既有小区等多种需求类型提供了多元化的选择。
2.1 管道入户式供水模式
泉水直饮工程中管道直饮水水源为地下泉水，在所需供水区域内设置深度处理净水站，通过敷设的一条专有饮用水管道，供用户直接饮用。经过实践探索，可分为新建适配模式和既有小区适配模式。
2.1.1 新建适配模式
依据政府对新建住宅配套设施的政策要求，对于此类供水区域实施泉水直饮配套式管线预埋安装，多见于户内厨房位置进行立管预装，用户购房装修后,管线置于墙体中，隐蔽性好、使用便捷，于厨房位置可直接进行接饮。
该模式已在全市52个项目中推广。这里选择融创未来壹号项目进行分析。项目位于济南市历城区章锦片区港西路以东、港源二路以南、港源六路以北，包括B3、B4两个地块。其中B3地块559户，B4地块333户。B3包括1栋商业楼和11栋住宅，B4包括1栋商业楼和7栋住宅，采用不小于1 t/h的净水处理设备。该项目服务人口为2854人。该项目采用的处理工艺是地下水-多介质过滤器-超滤-纳滤-臭氧+紫外线-净水箱-用户。主体工艺首先进行预处理，以减轻后续膜的结垢、堵塞和污染；核心膜处理工艺采用纳滤，去除水中少量有机污染物；主机组机房或分区净水箱采用臭氧+紫外线消毒，保证持续的消毒效果。供水泵组加压采用变频供水，保证压力稳定性，降低能耗。该项目采用全循环方式供水，使配水系统不易产生滞水，管道系统严密、无泄漏以保证供水安全可靠。由项目开发单位负责供水管路、计量设施及取水设施等部分的投资，直饮水公司负责水源井、原水管线、净水站的投资并承担项目的建设及运营管理，水费为0.3元/L。
2.1.2 既有小区适配模式
因既有小区存在施工难度大、用户意见难统一等入户困难的问题，综合用户多样化需求，制定吊装明管、漂管、管线机、装饰性线槽等多种施工模式以便选择。
(1)吊装明管：管线自公共区域(管井或楼梯间)引出后，入户部分沿吊顶采取明管走线的方式引至厨房或用户指定位置。该模式施工环节直接、简易，有利于日常维护、质检。
(2)漂管工艺(管中管)：在管道井自来水管入户表后，借助漂管工艺(管中管)，通过专用连接件将直饮水管穿入现有自来水管，直至户内用水端(厨房),再通过专用连接件分别接入自来水水龙头、直饮水水龙头(图2)。该模式可保护户内原有室内装修结构，避免因重装管线造成对用户室内装修的破坏及美观度下降等问题。
图2 泉水直饮工程漂管工艺(管中管)
(3)管线机：在直饮水管入户户内位置，根据用户需求就近安装管线机机器。该模式可有效缩短入户部分直饮水管长度，降低施工难度与成本，节省安装时间;且管线机体积小，节省空间，同时可实现加热、保温、制冷多种水温需求，有效提升用户产品体验感。
(4)装饰性线槽：直饮水管线沿踢脚线上方贴壁走线至厨房处，实现既有项目的管线入户安装，后以装饰线槽覆盖其上，对管线进行有效遮蔽、美化。该模式可有效解决对用户室内装修的影响，线槽颜色可根据装修风格进行定制，美观度好；施工环节直接、简易。
针对既有小区入户困难的实际情况，上述施工模式可为用户提供多种解决方式进行选择，有效推动泉水直饮工程在济南市的辐射延展并解决了既有小区入户难以推进的问题。该模式已在全市37个项目中推广。这里选择东城逸家逸雅园项目进行分析。本项目由6幢一类高层住宅楼、11幢二类高层住宅楼、4个地下车库及一部分配套商业楼构成,采用不小于2t/h的净水处理设备。项目服务人口为6022人。采用的工艺路线是原水-多介质过滤器-精密过滤器-纳滤-臭氧+紫外线-净水箱-用户。直饮水公司负责水源井、原水管线、净水站的投资,并承担项目的建设及运营管理,用户需缴纳3000元/户的安装费，水费为0.3元/L。
2.2 集中式供水模式
该供水模式主要针对既有小区及商业体建筑存在打井位置不易协调或较难选取、入户有困难的情况，所提供的一种置于公共空间的供水模式选择。目前有大罐式集中供水模式和终端机式集中供水模式两种。
2.2.1 大罐式集中供水模式
对于不具备泉水直饮施工条件的项目，可采取大罐式集中供水方式。由企业服务团队定期、定时、按需将新鲜直饮水罐装至项目公共区域处，用户可至固定取水点进行取水饮用。特点是无施工,不影响公共区域日常使用；对公共空间的面积占用小；实施进度快,前期建设、运行模式便捷直接;便于日常维护管理;对于建筑附近无取水条件的情况,此种方式可实现供给泉水满足市民饮水需求。
2.2.2 终端机式集中供水模式
在公共区域寻取合适的打井位置，净水、终端机取水完整配套放置于公共区域内。供水设备布点科学合理，同时做到外观造型与周边环境及城市风貌相协调。特点是既有项目内定点划区施工，相较泉水直饮工程入户方式，对用户的日常生活干扰较小；施工进度较快，前期建设、运行模式便捷直接；便于日常维护管理。
两种方式的对比如表1所示。
表1 集中式供水模式对比
集中供水模式已在29个项目中推广。以兴旺家园项目为例进行说明。小区总建筑面积约为0. 2171km2，共计15栋楼，970户，采用不小于1.5m3/h的净水处理设备。项目服务人口为2900人。项目使用的工艺路线是：原水-多介质过滤器-超滤-纳滤-臭氧+紫外线-净水箱-终端机，此项目共设置终端机6台。项目的建设投资及运营管理均由直饮水公司承担，水费为0.3元/L，收益归直饮水公司所有。
泉水直饮水质分析
以济南市泉水为水源的原水具有明显的地域性水质特点，如表2所示。原水中有机物和重金属离子含量低，说明经地层的天然净化过程，原水污染程度低，可以作为饮用水水源。同时，泉水中总硬度、溶解性固体和硫酸盐普遍含量较高，如不经过深度处理，居民使用过程中会存在严重的水垢问题。经直饮水工艺处理后，总硬度降低至合理范围内，浑浊度、硫酸根、溶解性总固体等指标降低至饮用水标准范围内，有效避免水垢之余，保留了出水中适度的钙、镁、锶、钾和偏硅酸等对人体有益矿物元素。直饮水工艺将原水中的偏硅酸留存率控制在 80%以上，出水后的硬度控制在80~100mg/L，pH也在饮用水最佳值内(6.5~8.5)。与现有饮用水水质标准相比，泉水直饮工程提供了更为优质和安全的饮水，既达到软硬适宜的优良口感又提供了含量丰富的健康饮用水资源，符合高品质饮用水要求。
表2 泉水直饮水质对比
注:以上数据为济南市泉水直饮项目水质指标均值,表中水质指标均依据国家检测标准进行测定。
结语
泉水中总硬度、溶解性固体和硫酸盐普遍含量较高，经以纳滤技术为核心的绿色无药剂直饮水工艺处理后，总硬度、浑浊度、溶解性总固体等指标浓度降低至饮用水标准范围内，有效避免水垢之余，保留了出水中含有适度的钙、镁和偏硅酸等对人体有益矿物元素。泉水直饮工程建设模式可根据小区面积、人口密度以及地下泉水等情况因地制宜地进行选择。直饮水中微量元素锶含量较低，未来泉水直饮工程建设中可结合原水水质特点，采用具有矿物质选择性保留的纳滤膜组件或者考虑纳滤-超滤出水共混的方式来最大程度保留泉水原有水质特色。
