张金松　深圳市自来水（集团）有限公司水技术研究所

1 水质安全是城市供水技术发展的主题
　　水是生命之源，城市供水技术，是饮水卫生和安全的技术保障。近代供水技术可以追溯到十九世纪，那时人类社会经历了第一次产业革命，工业化使城市的规模迅速扩大，城市附近的水源受到普遍污染，造成霍乱、伤寒等水传染流行病的多次大规模爆发和蔓延，夺去成千上万人的生命。这些惨痛教训，促使人们发现并建立了细菌学理论，也促进了饮用水去除和消灭病菌技术的发展。1832年在英国佩斯利(Pais1ey)建成世界上第一座城市慢砂滤池水厂，成为饮用水净化技术的发端1。
　　回顾近200年的历史，饮用水净化技术可分为两个显著不同的阶段2。
第一阶段是从19世纪初到20世纪60年代，饮用水的净化主要是以除去原水中的浊度和杀灭水传染病原菌为目的，其代表性的处理流程是混凝沉淀→砂滤→投氯消毒，称为常规净水技术。
　　在这一阶段，继慢滤池之后，19世纪80年代开始出现和迅速发展起来的混凝沉淀一快砂滤池水厂，以及20世纪初采用的混凝沉淀一砂滤一投氯消毒水厂都能有效地澄清水质和消灭水传染病原菌。絮凝和沉淀能使大肠杆菌和脑灰质炎病毒去除率达到99%以上；滤池则具有更高的去除效率，在滤出水浊度＜0.1NTU时，基本上能全部截留水中病原菌和病毒。用氯消毒也能有效地杀死霍乱、伤寒、副伤寒、痢疾等病原菌2。因此，采用常规净水技术，基本上消除了这些水传染病的暴发。
　　第二阶段始于20世纪60年代，饮用水净化的任务不仅是除去浊度和病原菌，而且还要除去其它病原微生物及各种有机污染物，促使一些新的净化技术得到开发和应用，其中臭氧化、活性炭吸附等成为最通用的除污染技术，或称为深度净化技术。
　　自本世纪60年代以来，随着工业和城市的迅速发展，饮用水源受到日趋严重的污染。美国从70年代开始组织进行全国性有机污染调查研究，调查结果证明自来水中有机卤代物污染广泛存在，而且是在氯消毒过程中形成的；还从各种自来水中检出有机化合物700多种，其中 2l种有机化合物具有致癌性3。此外，西欧各国、日本、加拿大等也都十分重视水中微量有机物的污染，各自在全国范围内调查了饮用水加氯消毒后挥发性卤代烃的存在情况，并根据调查结果修订了本国的水质标准，制定了控制水中有机卤代物的对策。此后，在常规的混凝沉淀－砂滤－投氯消毒处理的基础上，以去除水中有机污染物为目标的饮用水深度净化技术，得到日益广泛的研究和应用。其中，臭氧化与粒状活性炭相结合的饮用水除污染新技术，即臭氧化－生物活性炭深度净化工艺，首先在莱茵河畔的德国杜塞尔多夫市试验成功。由于当时欧洲各国的地表水源，特别是莱茵河等国际河流污染比较严重，臭氧化－生物活性炭深度净化技术从20世纪70年代开始，迅速地从理论研究走向实际应用，成为欧洲各国水厂新建、改建的首选。
　　进入20世纪90年代，欧美各国纷纷修订本国的水质标准，在继续关注消毒副产物的同时，特别强调饮用水的微生物学安全，尤其是贾第氏虫、隐孢子虫的危害。臭氧化－生物活性炭技术的应用在世界范围内呈现上升势头，以超滤、纳滤和反渗透为代表的膜技术也显示了应用的巨大潜力。

2 水质标准的提高是供水技术进步的动力
2.1 水质标准的发展与供水技术进步
　　饮用水净化技术的进步改善了人类饮水质量，而饮用水水质标准的发展对这一进程起到决定性的作用，这从美国水质标准的历史中可见一斑。
美国最早的水质标准颁布于1914年，规定每100ml水中不准超过2个大肠菌，并引入最大允许值、安全下限等概念，确定了联邦、各州和供水企业的水质基准，从而，确立了混凝沉淀→过滤→氯消毒的常规净水工艺主导地位。以后每隔10年左右标准修订一次，内容逐步完善，形成包括细菌、理化、感官、有机物、放射性等指标，对采样频率和分析方法均有明确规定的完整体系；净水工艺技术也随之不断进步，由常规净水工艺逐步向深度净化发展和过渡。
　　在这一进程中，具有划时代意义的是美国国会1974年通过的“安全饮用水法”及其修正案。美国环保局（USEPA）据此制订了“国家饮用水基本规则和二级饮用水规则”（National Primary and Secondary Drinking Water Regulations），即现行美国饮用水水质标准。标准涉及92项污染物，包括浊度、8项微生物、4项放射性、60项有机物指标。该标准对其中74种污染物规定了最大污染物浓度，对19种污染物提出了处理技术要求4。
　　1996年美国再次修正“安全饮用水法”，要求美国环保局制订并实施“消毒与消毒副产物条例”（Disinfectans/Disinfection By-products Rule）和“强化地表水处理条例”（Enhanced Surface Water Treatment Rule）。条例对近年来严重影响人体健康的隐孢子虫规定，“当水源中隐孢子虫孢囊数量为1-10个/100L时，处理设施对其应达到99.99%去除率；同时还将饮用水中的总三卤甲烷标准由0.1mg/L降为0.08mg/L，规定卤乙酸的浓度不超过0.06mg/L5。
　　这些要求和规定使美国的供水企业面临改善消毒效果与降低消毒副产物这双重压力，迫使美国各地的水厂设法改进现有常规处理工艺，增加臭氧、活性炭或膜处理等深度净化手段，美国的供水设施的改造和建设进入了一个新的高潮。
2.2 我国现行水质标准与国外的差距
　　饮用水水质标准是一个国家整体技术状况、生活水平、水资源条件的综合体现。世界上最具有代表性和权威性的是世界卫生组织（WHO）水质准则，它是世界各国制定本国饮用水水质标准的基础和依据，另外，欧共体饮水指令(EC Directive)和美国水质标准也颇具影响6。
　　我国现行的饮用水水质标准是1985年颁布执行的GB5749-85，包括35项水质指标，与世界卫生组织和欧共体、美国标准相比，差距主要表现在：
　　浊度指标我国为3NTU，特殊情况下≤5NTU；而世界卫生组织标准规定，平均浊度≤1NTU，单个水样≤5NTU；欧共体则规定，对于地表水处理厂，浊度≤1.0NTU；美国规定，有滤池的系统，浊度≤1NTU，且合格率≥95%。
　　微生物学指标我国规定细菌总数≤100个/mL，大肠菌群≤3CFU/1000mL；世界卫生组织标准规定，大肠杆菌、总大肠菌群在任意100mL水样中检测不出；欧共体则规定，埃希氏大肠杆菌、肠道球菌的数量均为0个/100mL；美国规定，大肠菌在水样中的阳性率≤5%，并要求贾第虫、病毒的灭活率应分别达到99.9%，99.99%。
　　在有害物质方面，我国有机物指标（包括消毒副产物和农药）的数量仅为5项，世界卫生组织标准有机物指标为65项；欧共体有机物指标为10项；美国有机物指标为54项。但单项有机物标准的数值来看，我们与国际水平差距并不大。
　　综合上述分析，在水质标准上我国与国际先进水平的差距主要在于，浊度偏高、微生物学指标偏低。浊度偏高的水中含有的悬浮颗粒较多，对吸咐在上面的细菌和病毒起到保护作用，影响消毒效果；微生物学指标要求偏低，使我国供水的水质安全系数低于国际先进水平，直接生饮自来水存在一定的健康风险。此外，对于现已列入美国水质标准中，近年来在世界范围内多次引发大规模的水传染疾病的贾第虫、隐孢子虫，我国尚未开始系统研究，提出有效的防治对策。这无疑是饮水水质与国际接轨过程中，我们必须面对和解决的问题。
　　1992年建设部组织制订了《城市供水行业2000技术进步发展规划》，对1类水司(供水量超过100万m3／d的直辖市或重点开放城市)在完成国标的基础上提出更高目标的要求，并参考九十年代初欧共体水质标准结合我国水中污染物控制黑名单，增加了54个目标性指标。《规划》要求，到2000年，1类水司浊度指标值为1NTU，并对水质检验项目的合格率作出具体的规定7。
　　《规划》对全国的供水企业提出了努力的方向，作为供水全行业的技术标准，缩小了与国际先进水平的差距，对各地供水水质提高起到积极的推动作用8。随着2000年的到来，我国的供水企业还要加快科技进步的步伐，为实现供水水质与国际全面接轨而努力。

3 依靠技术进步使深圳供水与国际接轨
　　按照我国“生活饮用水卫生标准”，国家建设部在《城市供水行业2000技术进步发展规划》中要求一类水司到2000年水质综合合格率达到95.94%。据统计资料，1995年全国521个自来水公司综合指标合格率99%以上的水司占统计总数的60%9。深圳自来水（集团）有限公司自1994年以来出厂水和管网水的综合指标合格率始终保持在99.5%以上，并逐年有所提高。1999年出厂水和管网水的综合指标合格率分别达到99.99%和99.95%；同时，出厂水和管网水的浊度自1995年起一直保持在1NTU以下，并逐年降低，1999年出厂水和管网水的平均浊度分别降至0.32、0.36NTU。这表明，深圳在供水水质方面居于国内同行业前矛，基本上具备了向国际先进水平冲击的实力。
　　然而，我们也要看到，与欧、美发达国家相比，深圳在源水条件、净水工艺和输配水管网等方面还存在一定差距，按照市政府提出的建设现代化国际性城市的目标，实现供水水质和供水服务与国际接轨，最终能达到自来水直接饮用的要求，我们还要依靠技术进步，在净水工艺和输配水管网方面，再迈上一个新台阶。
3.1 深化和完善净水工艺是供水水质与国际接轨的前提
　　深圳的源水属于微污染水库水。尽管这些年来，深圳市在水源保护方面做了大量工作，但水源水质下降的趋势明显，源水中有机物、氨氮等严重超标，水中藻类数量居高不下。1998年底，东深供水硝化工程投入使用，降低了源水中的氨氮浓度，使集团公司所属各水厂运行工况得到改善。但由于工程本身的局限，源水中的有机物和藻类并没有明显减少，水厂还是时常受到混凝沉淀变差，滤池过滤周期缩短的困扰；同时，在该工程检修期间，生物硝化池未能正常运行，原水对水厂工艺造成巨大冲击。不利的原水条件，是我们进一步提高供水水质的严重障碍。
　　目前，从净水工艺的角度来说，在深圳实现自来水直接饮用面临不少问题，例如消除嗅味、Ames试验转阴和水的生物稳定等。国内外的研究和实践表明，臭氧化生物活性炭深度净化技术是解决这些问题的有效方法。
 嗅味主要由水中的腐殖质等有机物、藻类和过量投氯引起。根据国内外的研究结果和运行经验，臭氧化、活性炭吸附均能有效消除腐殖质和藻类产生的嗅味；同时，臭氧化生物活性炭能去除水中低浓度氨氮、亚硝酸盐氮，从而可以大大降低出厂水的投氯量，改善饮用水口感。
　　Ames试验是对水中有毒、有害有机物致癌、致突变程度的一种综合检验，Ames试验呈阳性表明饮用水受到污染。对此，“深圳市微污染水库水水处理工艺集成技术研究”已有了初步的结论，采用臭氧化生物活性炭深度净化工艺可以将深圳饮用水Ames试验由阳性转为阴性10。臭氧化生物活性炭技术的突出优点就是臭氧化可以将大分子、难降解有机物，氧化成低分子、易降解的中间产物，进而被生物活性炭地吸附、降解。从而，有效地去除水中有机物和减少消毒副产物，消除饮用水的致癌、致突变性。
 饮用水的生物稳定性是指饮用水中的有机营养基质能支持异养细菌生长的潜力，即细菌生长的最大可能性，通常用可生物降解有机物（AOC）的浓度表示。AOC如果过高，常规的余氯标准将难以控制管网中细菌的大量繁殖，是大肠杆菌等异养细菌繁殖和突然暴发的隐患11。据有关研究结果，深圳饮用水中AOC在200μg/L以上，属于生物不稳定的饮用水。
　　研究指出，生物活性炭可将AOC去除50%以上，大大提高饮用水的生物稳定性。因此，应用臭氧化生物活性炭技术也是保证饮用水的生物稳定性的需要。

　　根据上述分析，在常规净化的基础上，采用臭氧化生物活性炭进行水的深度净化是实现深圳供水与国际接轨的必由之路。国外，应用臭氧化生物活性炭进行水的深度净化，在欧洲已经是成熟的经验12，美国在水厂的新建和改造中采用此项技术的呼声也日渐高涨13。与深圳同饮一江水的香港，在规模为45万吨/日的牛潭尾水厂建设中，已将臭氧化生物活性炭技术作为核心工艺，水厂预计今年5月投产14。时不我待，在深圳进行饮用水臭氧化生物活性炭深度净化，已成为我们日程上的一个紧迫任务。在今后一段时间内，我们要积极做好“深圳市微污染水库水水处理工艺集成研究”成果的推广应用工作，针对深圳实际进一步开展预臭化和臭氧化—生物活性炭试验研究；积极、认真地组织实施东湖水厂改造工程，特别是其中的预臭化代替预氯化单元工艺。从而，为梅林、笔架山水厂深度处理改造工程做好充分的技术准备，使这两项划时代的工程项目能够早日完成，在深圳供水与国际接轨的道路上迈出坚实的一步。
　　同时，我们也要注意到，由于投资强度大、技术难度高，现有水厂的深度净化工艺改造只能逐步推进。因此，常规净水工艺在相当长的一段时间内仍将是我们的主导工艺。我们一方面要加快臭氧化生物活性炭技术改造的步伐，同时，还要充分挖掘现有设备、构筑物的潜力，采取有效的技术措施，强化常规净化工艺。涉及的工作包括：
　　解决水厂工艺现存的一些薄弱环节，如混合强度不足，石灰投加位置不合理、沉淀池跑矾花、滤池反洗和运行周期不够理想等15。其中的一些问题已经列入集团公司水厂设备更新改造计划，将逐步得到解决。对于一时难以解决的问题，我们还要抓紧调查研究，总结运行、观测数据，尽早提出解决方案。
　　藻类是各水厂当前面临的突出问题，对于如何控制和降低藻类对净水工艺的影响，“水库水源藻类的防治技术研究”课题有了重要发现，在常规净化工艺的条件下，通过优化混凝剂的投加量可以大幅度提高藻类的去除率，投加高铁盐、高锰酸钾也是改善藻类去除效果的可能途径。
　　源水水质突变会给水厂生产运行带来很大影响，造成混凝效果恶化、嗅味增大，使出厂水水质变差，用户投诉增多。为了提高水厂工艺的应变能力，我们应就“水源水水质突变应急措施”开展研究，根据不同水源和同一水源在不同时期的水质差异，探索水厂工艺运行参数变化调整的规律，并研究粉末活性炭、混凝剂、石灰、液氯和其它预氧化剂的投加顺序及其相互影响，提出有效的应对措施。
3.2 管网更新技术和加强管理是供水水质与国际接轨的保障
　　输配水管网一直是影响我国供水水质的薄弱环节。1997年对我国各大、中城市的自来水公司的调查数据显示，浊度、细菌总数、总大肠菌群和游离余氯4项指标的全年综合合格率平均值为95.68%，较出厂水降低了3.05个百分点；其中下降量最大的总大肠菌群，下降了7.3个百分点，并且平均值已达到2.96个/L，接近标准临界值16。另外，三氯甲烷、四氯化碳，从出厂水到管网水分别增加了47.91%和38.78%，高锰酸盐指数增加了35.0%16，反映出管网中有机污染物的增加和氯化作用的存在。 这表明，城市供水经过输配水管网，水质较出厂水有一定的下降。
　　管网水质二次污染在深圳也不同各种程度地存在，涉及技术和管理诸多因素。因此，全面提高供水水质，从管网的角度，还要进行大量艰巨、复杂的工作。
3.2.1 改善管网材质，控制管道内的腐蚀及结垢
　　深圳特区的供水管网绝大部分是在特区成立20年间建设和发展起来的，供水管网的总长度已由特区创建时期的29.65公里，增加到目前的1300公里。与内地城市相比，深圳供水管网较新，这是改善和提高供水水质的一个很重要的有利条件，但存在的问题也不容忽视。深圳源水的硬度和碱度偏低，管道中水对金属管壁的腐蚀明显，实际工作中发现，由于特区建设初期敷设的许多管道当时未采取内外防腐措施，现在锈蚀已相当严重，容易诱发“红水”、“黑水”等水质事故；当时一些小区采用的冷镀锌管，已经出现腐蚀穿孔或内壁结垢，不得不重新更换17。
　　推广UPVC管是小区供水中控制管道内的腐蚀及结垢的可行措施，UPVC管材的优点是耐腐蚀、不结垢，能抑制细菌的生长，从而改善管网水质。从60年代开始，欧美等发达国家在给排水管道中就已普遍采用。今后深圳小区供水设施建设及旧管网的改造中，应大力推广使用UPVC管18，并及时总结应用中技术和管理上的经验，使这项工作稳步前进。
3.2.2 降低供水漏耗，加强管网维护
　　输配水管道的泄漏和爆裂使管网整体性受到破坏，造成饮用水的二次污染，这是国外水质事故重要原因。我国的城市管网平均漏失率约为12%，从数值上看，居国际先进水平，但由于我国工业用水比重大，人口密度高，仅用管网漏失率并不能真实地反映我国城市管网的技术和服务水平。如果按单位管长单位时间内的损失率计算，我国的统计数值是发达国家的4倍以上7。这一方面说明我国进一步降低漏耗的潜力很大，同时，也表明，对于现有的管网情况，我国如果按照国外生饮的饮水习惯，因管网的破损而发生水质事故的机率将是国外的4倍以上。
　　根据对爆管的统计分析19和检漏、抢修的实践20，深圳管网爆管的主要原因是镀锌管的腐蚀、灰铁管接口处的刚性破坏，以及钢管焊口处理不当。因此，推广UPVC、球墨铸铁管等新型管材，加强管道施工质量监控，是防患于未然的积极措施。
　　开展管网检漏，是及时发现暗漏水点、控制漏损、预防爆管的重要手段。由于公司管网检漏起步不久，而检漏工作又需要较强的技术和经验的配合，因而，加强人员培训和经验总结，提高暗漏探查的准确率十分必要。
　　上述工作是保持管网完好、保障供水的需要，同时也是改善管网水质，保证饮水安全的关键。
３.2.3强化供水设施管理，杜绝水质污染
　　供水设施的管理是影响供水水质的重要因素。管道、阀门、贮水池等环节管理不善，都可能引起管网水质的二次污染。这类二次污染原因包括：
　　新敷设管道竣工后，没有彻底冲洗、消毒，致使投入运行后对整个管网水质产生影响；没有对管网的死水区、管路末端等部位进行定期放水冲洗，水质下降；没有对管网定期进行清管，刮管和衬涂内壁；在旧管检修或更换后，急于供水，没有按要求进行管道的冲洗和消毒。
　　阀门井中的阀门渗漏和自动排气阀被污水浸泡，污水渗入或被自动排气阀吸入管内；用水端点的卫生设备，水箱，水池或压力设备阀门或逆止阀不严，将污染的水回流进入管网。
　　城市供水二次加压系统中的调贮水池、水塔和水箱如果管理不善，将是二次污染的重要部位。根据1997年对全国大中城市的调查结果，这些贮水设备中35项指标的全年综合平均合格率为93.92%，较出厂水降低了5.42%；4项指标的全年综合平均合格率为83.81%，较出厂水降低了14.92%，并且总大肠菌已超标，游离余氯量已不达标16。在南方地区，自来水中红虫的投诉，多数是贮水池未及时、彻底清洗消毒所致。
　　只有进一步健全公司供水设施管理的规章制度，充分掌握各个薄弱、关键环节的资料和信息，细化分工和责任，才能从根本上杜绝这类水质污染，为供水水质、供水服务迈上新台阶奠定基础。

　　敢于面对挑战，超越自我，是我们深圳自来水人的本色。在新世纪，我们将在“团结、奉献、务实、创新”的企业精神的鼓舞下，加快净水工艺、输配水管网的技术进步，向实现城市供水与国际接轨的目标奋进。

致谢：中国水协科技委主任宋仁元先生对本文提出了宝贵意见，在此谨致衷心的感谢。

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