A3：科技智慧
●漯河市清泉水务工程有限公司 马 上
摘要
随着城市化进程加快和居民健康意识提升，饮用水安全已成为社会关注焦点。本文以自来水厂生产工艺为切入点，分析当前国内自来水厂在水源水质波动、处理工艺局限、管网二次污染等方面的难点，并提出技术升级、管理优化及协同治理等应对措施，为提高饮用水安全保障水平提供参考。
一、引言
饮用水安全是民生工程的核心内容。我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）对水质指标提出更高要求，但受限于水源污染、基础设施老化及技术短板，部分地区的自来水厂仍面临水质达标压力。本文从生产端出发，探讨水质保障的难点与解决路径。
二、自来水厂水质安全问题及成因分析
1. 原水污染问题日益复杂
原水作为自来水处理的源头，其水质受多重因素威胁：
外源污染：工业废水违规排放（如化工、制药行业）、农业面源污染（化肥、农药残留）以及生活污水未经处理直接排入水体，导致原水中氨氮、有机物、重金属（如铅、汞）等污染物浓度升高。例如，长三角地区部分水源检出抗生素、全氟化合物等新污染物，传统工艺难以有效去除。
内源污染：水体富营养化引发藻类大量繁殖（如太湖蓝藻爆发），代谢产物如藻毒素、嗅味物质直接影响处理效果，低温低浊条件下混凝剂水解困难，导致沉淀效率下降。
新污染物挑战：药物残留（如抗生素、激素）、微塑料、全氟化合物（PFAS）等新兴污染物在欧亚多国自来水厂中被检出，常规工艺对这类微量污染物的去除率不足20%，存在长期健康风险。
2. 处理工艺与技术局限
传统工艺效能不足：常规“混凝-沉淀-过滤-消毒”流程对溶解性有机物、新型消毒副产物（如卤乙酸）去除效果有限，臭氧-活性炭联用、膜技术等深度处理工艺普及率低。
工艺参数控制不当：混凝剂种类选择错误（如低温低浊水未使用聚硅酸盐类混凝剂）、投加量波动，导致絮体异常（过细或上浮）；消毒环节余氯控制不精准，可能生成三氯甲烷等致癌副产物。
设备老化与维护不足：部分水厂仍使用老式滤池（如双阀滤池），反冲洗效率低；在线监测仪表（如浊度、余氯传感器）故障率高，依赖人工检测易出现滞后性。
3. 管网二次污染风险突出
输配系统老化：铸铁管、水泥管等老旧管网内壁“生长环”增厚（含铁、锰氧化物及生物膜），导致水质浊度、色度升高，余氯衰减加速。
二次供水隐患：高层建筑水箱密封性差、清洗频率不足，滋生细菌（如军团菌）；管网渗漏率高达20%-40%，暴雨时污水倒灌引发病原微生物污染。
管网设计缺陷：树状管网末端水流停滞，消毒剂残留不足；泄水阀位置不合理（如淹没在地下水中）易吸入污染物。
4. 微生物与突发污染应对不足
藻类与病原体风险：高藻期藻细胞堵塞滤池，降低过滤效率；隐孢子虫、贾第鞭毛虫等耐氯病原体可能穿透处理屏障。
应急能力薄弱：缺乏水质污染预警系统（如生物毒性在线监测），突发污染事件（如化学品泄漏）时应急处理药剂（如高锰酸钾复合剂）储备不足，响应速度滞后。
5. 管理机制与标准滞后
监测体系不完善：新污染物未纳入常规检测指标（如PFAS、内分泌干扰物），部分水厂仍以《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）为基础，未对接国际先进标准。
跨部门协同低效：水源保护涉及环保、水利、住建等多部门，监管职责交叉导致工业点源污染管控不力；农村地区分散式供水缺乏统一水质管理。
数据支撑与解决方案方向
深度处理技术：推广“臭氧-生物活性炭+超滤膜”组合工艺，对有机物去除率可提升至80%以上。
智慧化升级：建立管网GIS系统与水力模型，实时监测水质变化；采用AI算法优化混凝剂投加量，减少人工误差。
政策强化：将新污染物纳入《生活饮用水卫生标准》修订范围，强制要求水厂公开106项指标检测结果。
三、应对措施与优化路径
（一）病原微生物风险防控体系构建
精准检测与预警技术研发
针对未知病原微生物（如病毒、军团菌等），需开发高灵敏度、快速响应的检测技术，如基于基因测序的宏基因组分析技术，并结合物联网实时监测系统构建预警网络。例如，荷兰通过河岸渗滤技术实现8个对数级的病毒去除效果，该技术可推广至水源地预处理环节。
建立区域性病原微生物数据库（如长江流域项目），通过大数据分析预测风险，制定动态防控策略。
水处理工艺强化与末端保障
在常规消毒（氯、臭氧）基础上，推广紫外线-氯胺联合消毒工艺，减少消毒副产物同时确保灭活效率。对于高风险区域，可增设膜过滤（超滤/纳滤）作为屏障，截留微生物及颗粒物。
供水末端推广智能水质监测设备，实时反馈用户龙头水微生物指标，并通过二次供水设施改造（如取消屋顶水箱、采用无负压供水）减少二次污染。
（二）有毒物质极限去除技术创新
无机污染物深度处理
针对砷、氟等无机物，推广吸附-膜分离耦合技术。例如，采用改性活性氧化铝吸附剂结合纳滤膜，可将砷浓度降至1 ppb以下，满足荷兰等国际前沿标准。
开发电化学氧化、光催化等高级氧化技术，实现溴酸盐、碘代消毒副产物的靶向降解。
有机污染物高效控制
构建“臭氧-生物活性炭-反渗透”多级屏障体系，优先去除农药、药物残留等痕量有机物。同时，推动新型吸附材料（如金属有机框架材料MOFs）的工程化应用，提升去除效率。
建立水源地有机污染物清单，结合AI模型预测迁移转化规律，优化水厂工艺参数。
（三）供水系统智慧化与标准化升级
动态双值标准体系构建
借鉴“健康目标值+执行限值”模式，在国家标准（如GB 5749-2022）基础上增设地方弹性指标，例如针对长江流域高氟区域制定更严格的地方限值。
推动标准动态更新机制，将新兴污染物（如全氟化合物、微塑料）纳入候选清单，并配套说明文件明确风险评估方法。
全流程数字化管控
构建“水源-水厂-管网-用户”智慧水务平台，集成水质监测、水力模型、设备运维等模块。例如，通过GIS系统实时定位管网漏损点，结合智能泵站调控水压，减少“黄水”“浑水”现象。
推广HACCP（危害分析与关键控制点）管理体系，识别从原水到龙头水的117个潜在风险点，并制定量化控制阈值。
（四）基础设施更新与协同管理
管网改造与区域联网
优先更换30年以上服役的灰口铸铁管，推广球墨铸铁管、PE管等耐腐蚀材料，降低铁、锰析出风险。针对老旧小区，推进“一户一表”改造，实现供水企业直管到户。
实施区域联网供水工程，通过跨流域调水互补优质水源，例如长三角地区构建多水源应急调配网络，提升供水韧性。
多主体协同治理
明确政府、供水企业、物业的权责边界，修订《城市供水条例》强制要求二次供水设施移交专业机构管理，解决“最后一公里”管理碎片化问题。
建立公众参与机制，通过APP公示水质数据、开展用户满意度调查，形成社会监督合力。
（五）低碳化与应急能力建设
绿色工艺与资源回收
推广光伏驱动水厂、污泥热解碳化技术，降低能耗与碳排放。例如，反渗透浓水可回用于园林灌溉，实现水资源循环利用。
开发基于自然生态的预处理技术，如人工湿地去除氮磷、河岸缓冲带拦截面源污染，降低后续处理负荷。
分级应急响应体系
建立“预警-处置-恢复”三级预案：一级响应针对水源突发污染（如化学品泄漏），启动备用水源与应急处理车；二级响应针对管网爆管，通过DMA分区计量快速定位；三级响应针对用户端水质异常，提供瓶装水临时供应。
定期开展多部门联合演练，强化物资储备（如应急药剂、移动式膜设备）与人员培训。
四、结论与展望
我国自来水厂水质保障需从技术、管理和制度层面协同发力。未来应加快智慧化转型，推进供水系统韧性建设，同时加强政策支持与资金投入，以实现“优质供水”目标。
参考文献
生态环境部. 《2022年中国生态环境状况公报》.
住房和城乡建设部. 《城市供水统计年鉴（2021）》.
案例参考：上海市青草沙水厂、深圳市智慧水务系统等实践经验.