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给水排水 |2035实现市政自来水直饮?

时间:2020-06-21  来源:有山环境  访问量:

035年上海市基本建成卓越的全球城市的目标愿景下,关于“城乡供水体系满足直饮要求”的规划充满挑战也令人期待。介绍了上海在实现市政自来水直饮方面拥有水源水库系统布局、水厂处理技术工艺提升、管网和二次供水系统改造升级、智慧水务平台基本建成、地方水质标准颁布实施等坚实基础及战略优势。同时,提出了针对直饮目标在管网输配和二次供水方面的技术难点,最后,从直饮水水质评估体系、供水模式、管网输配水与二次供水技术提升、技术示范和管理体系建设等方面,针对实现市政自来水直饮的目标提出了综合性对策建议。

00

前言

2018 年1月4日,上海市政府发布了《上海市城市总体规划(2017-2035年)》,提出到2035年上海市基本建成卓越的全球城市的规划要求。其中,在关于上海市城乡供水体系的讨论中明确提出要“加大二次供水设施改造力度,减少老旧供水管网二次污染,提高入户水质, 满足直饮需求”。这意味着,到 2035 年上海市全市范围内入户水水质应达到直饮要求。

上海实施市政自来水直饮在技术层面已具备一定基础,但基于目前上海市供水水质与2035年上海市“卓越全球城市”直饮发展定位以及《上海市供水规划(2019-2035)》要求还存在差距的现状,市政自来水直饮仍然面临着技术和政策上的难点。本文针对以上问题进行了探讨并对上海市政自来水直饮的实施提出了若干建议。

01

上海实现市政自来水直饮目标的

现有基础

1.1 本市水源四大水库建成,形成两江并举、长江为主的格局

2008年以前,上海市供水行业存在水源地分散、原水水质差、水厂布局分散、供水隐患多等问题,导致饮用水臭味严重、应对突发污染的风险防控和安全保障能力薄弱。经过十几年的发展,上海市已建成由长江水源青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库和黄浦江上游太浦河金泽水库构成的“两江四库”水源地,其中以长江水源为主,其供水量占全市供水70%;黄浦江水源为辅,其供水量占全市供水30%。基本形成“两江并举、集中取水、水库供水、一网调度”的原水供应格局,水源抗风险能力显著提高。并且,为进一步确保水源安全,上海市正在研究和推进长江青草沙原水系统、陈行原水系统、黄浦江上游金泽原水系统互为联动,相互备用,原水环网供应,从而提高水源地防范环境风险的能力。随着“水源地水质监测与预警预报业务化平台”的完善,集成了在线监测、移动预警、实验室检测以及生物预警方式,构建了跨区域、跨部门水质监测与预警多级网络,针对锑污染、油污染和咸潮突发的水质模型在业务化运行中得到验证和应用,大大提升了应对水污染等突发事件的防范能力。

1.2 水厂全面深度处理改造,出厂水水质显著提升

2012年前黄浦江水源水厂已完成深度处理改造,目前正积极推进长江水源水厂深度处理改造工程。截至2019年底,上海已完成全市37.76%的水厂深度处理改造,通过实施深度处理工艺改造,可以解决湖库型原水因藻类产生的2-甲基异茨醇(2-MIB)等臭味和铝偏高问题,同时可部分去除溶解性有机物,进而减少三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、卤乙酰胺等国内外广泛关注的含碳和含氮消毒副产物(C-,N-DBPs)的生成,对社会热点关注的抗生素、激素类等微量特征污染物也有较好的去除效果。按照“十三五”规划,上海2020年深度处理水厂将达到60%,到2025年将全部完成深度处理工艺改造,届时,水厂出水水质全部达到上海地方标准《生活饮用水水质标准》 (DB31/T 1091-2018,以下简称上海地标),为实现上海市政自来水直饮目标奠定扎实的基础。

1.3 老旧管网改造和二次供水系统改造升级,保障用户龙头水安全

对供水管网系统进行系统改造和管理,水务部门每年500 km的改造计划,针对部分输配管道超期服役、内壁腐蚀严重的情况,制定供水管网更新改造计划,对超期服役管道开展更新改造或者非开挖修复。供水管网改造也得到了市政、交通、财政等部门的支持,全市供水管网安全运行能力得到逐步提升。

为切实解决“从源头到龙头”的水质安全问题,2016年起,二次供水设施改造工作连续3年被列入市政府实事项目。截止2018年底,上海中心城区和郊区2000年以前投用的共计2.2亿m²老旧居民区二次供水设施完成了改造任务。到2020年,全面实现上海市住宅小区二次供水设施由供水企业管水到表。水务部门正在优化二次供水设施管理模式,确保“最后一公里”水质安全。将二次供水设施建设和管理纳入供水专业规划统筹考虑。在满足城市供水调蓄能力要求的条件下,通过水厂、泵站压力合理提升,减少部分二次供水设施。

1.4 基于大数据支撑的智慧水务平台将基本建成

经过多年努力,上海水务部门已基本实现水源-水厂-管网的全流程监控。全市四大水源地、37个水厂、94个泵站、300个管网在线监测点和900多个人工在线监测点,已实现一屏看全网、24 h动态感知水质信息。近期随着二次供水在线数据信号接入,能实现水源-水厂-管网-二次供水的全过程、全覆盖、全天候的水质动态管理。供水信息化系统集实时监控、自动预警、分析评估、应急处置等功能于一体,形成全市供水系统智能化管理平台,上海供水水质调控能力大大增强。

 

1.5 上海地标颁布实施

经过2013~2018年5年的努力,全国首部地方水质标准《生活饮用水水质标准》(DB31/T 1091-2018)于2018年6月颁布,同年10月实施。上海地标基于国标,参考了世界卫生组织(WHO) 《饮用水水质准则》、美国环境保护总署(USEPA) 《饮用水水质标准》、欧盟《饮用水水质指令》三大国际标准最新版,并部分参考了日本《生活饮用水水质标准》最新版。上海地标既满足国家标准要求,又结合上海城市规划要求和经济发展能力,积极接轨全球最新饮用水水质标准,同时也充分考虑了上海水源水质特征和供水保障能力,提出了具有上海地方需求特征的生活饮用水水质标准。该标准的颁布实施可为今后直饮水的评价提供依据。

02

上海市政自来水直饮保障技术难点

2.1 基于市政自来水直饮目标的管网输配水技术

直饮水对水质要求高,除了水厂净水工艺须保证水质合格、生物和化学性质稳定外,更重要的是进行严格的管网水质维持及控制。2025年前将全面完成水厂深度处理改造,基于直饮目标,来自净水水质的风险相对较低。但是,在管网输配环节仍存在以下明显问题:

(1)老旧供水管网亟待加快改造。上海中心城区供水管网中高危管线、隐患管线、落后管材改造量逾5 000 km,郊区也有大量老旧供水管网亟需改造。

(2)输配管网水质化学稳定性有待加强。进入管网的水质稳定性对于管网安全及生物风险控制具有重大影响,例如:水质化学性质不稳定可引起水箱、水管、阀门、泵等的构造材料腐蚀,直接影响水中某些感官指标的改变,如浊度、色度、总铁等。

(3)输配管网中微生物风险控制技术有待研究,包括微生物水平与管网余氯的关系及控制、管网水质与管网流速的关系及控制等。

(4)基于直饮目标的管网维护技术有待研究,涉及管网清洗、消毒、修复等技术。

2.2 基于市政自来水直饮目标的二次供水技术

二次供水是实现直饮水供水的瓶颈之一。基于直饮目标,当前在二次供水环节仍存在以下明显问题:

(1)老旧二次供水设施亟待加快改造。中心城区由于尚有老旧管线未改造,供水管网服务压力较低,只能满足1~3楼的供水需求,3楼以上需要二次加压。据不完全统计,全市二次供水水箱水池近20万只,部分水箱水池未能规范清洗消毒,存在细菌滋生等水质风险。目前二次供水管网系统不完全密闭,水库泵站、低位水池和屋顶水箱等多处存在敞口,这些敞口系统会导致外源污染,如摇蚊幼虫(红虫)等。有必要开展新材料与新结构装备(二次供水管网、水箱等)及管材技术经济比选研究。现有低压供水模式导致管网流速普遍偏低,水龄较长,带来管网水质微生物滋生的风险。

(2)二次供水设施运行维护管理存在盲点和薄弱点。目前,上海市政府正逐步推进“管水到表”,以中心城区为例,由自来水公司接管的二次供水设施在2亿m²以上,但仍有将近2亿m²二次供水设施由物业公司管理,专业化程度不高,是饮用水全流程管理中的薄弱点,运行维护存在盲点。

03

上海实施市政自来水直饮的对策建议

3.1 建立基于上海市直饮水水质评估体系

水质指标限值的确定主要基于毒理学数据。我国的水质标准主要是采标,及参考WHO《饮用水水质准则》、美国环保局(USEPA)的《国家饮用水水质标准》、欧盟《饮用水水质指令》等发达国家和地区的相关标准。关于直饮水评价标准,我国目前没有强制执行的直饮水国家标准。现行《建筑与小区管道直饮水系统技术规程》(CJJT 110-2017)及《铁路给水排水设计规范》(TB 10010-2016)是建设部及铁路部门制订发布的行业标准,二者均规定管道直饮水系统用户端的水质应符合《饮用净水水质标准》(CJ 94-2005)。山东省东营市在实施直饮水中使用《天然矿泉水检测标准》(GB 8537-2008);广东省深圳市在建设盐田优质饮用水示范区对“优质饮用水”的定义为:经检测,凡是符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定的106 项水质指标的水可称为优质饮用水,能否直接饮用需综合考虑小区供水设施和用户家中用水设施状况、水在管道内停留时间、个人自身情况等因素,目前正在组织编制深圳地标深圳市《饮用水卫生规范》。已实施直饮水的部分城市或组织的相关标准见表1。

表1 直饮水城市和组织的相关标准

给水排水 |2035实现市政自来水直饮?看上海这样应对挑战

 

从表1中可以看出,上海地标与目前在用的净水标准以及与国际上先进国家或城市相比,绝大部分指标已经很严格,因此可作为上海直饮水水质评估的标准。

3.2 市政直饮水供水模式选择

目前国内直饮水供应有多种方式,如“1+2模式”:1套市政管网+2套小区供水管网(1套小区自来水管网+1套直饮水管网),如包头和东营模式中小区分质直饮供水,上海世博园直饮水;“1+n模式”:1套市政管网+n个纯水机,如中小学学生使用净水器直饮供水;“1+1模式”:1套市政管网+1套小区直饮水管网,如深圳模式。但综合考虑一次投资和运维成本,市政直饮供水是最经济且可实现普惠的供水模式。根据《上海市城市总体规划(2017~2035年)》中提高入户水质,满足直饮的需求;按照十九大的部署,不断提升人民群众的获得感和幸福感,饮用水水质提升应该作为普惠制,不能作为少数人的福利,所以上海的直饮水供水模式,应基于全市范围内实施市政自来水直饮的目标,从原水、水厂、管道输送至用户水龙头,要求保障每个环节水质均达到高品质要求,不管是饮用,还是洗澡、洗菜都实行同一标准,全面提升日常饮水和用水的水质。这个模式易于推广,惠及广大用户,为市民提供更加安全健康的高品质饮用水。

3.3 基于市政自来水直饮目标的管网输配水与二次供水技术提升

3.3.1 管网结构布局优化

管网的结构布局能够影响末端饮用水的水龄、水质和水压。因此合理的管网结构布局对直饮水的稳定和安全供应有着重要的作用。管网的结构布局分为从水厂到受水小区、单位的输配管网的拓扑结构和小区、单位内部的管网和二次供水设施的布局。输配管网的拓扑结构优化应在管网新建时就予以考虑,现有的输配管网结构布局应能够满足直饮水从水厂到受水小区/单位的稳定和高效供应需求。

3.3.2 管网输配过程中的水质生物安全性保障

管网输配过程中,余氯会随着时间的推移而衰减,这使得末端饮用水水质可能存在一定的微生物风险。因此为保障直饮水的安全性,需研究遏制或延缓余氯衰减的方法。紫外线氯化组合消毒相对于普通氯化消毒的效果更加卓越,或能从源头上解决管网输配过程中微生物安全保障难题。

3.3.3 管网输配过程中的水质化学安全性保障

管网水化学性质不稳定可导致管网设施腐蚀引发黄水、黑水现象,因此应加强研究输配过程中影响管材腐蚀的相关化学风险指标。由于净水工艺对有机物指标控制的有限性和管网余氯保持的需要,各种已知或潜在具有毒性效应的含碳含氮消毒副产物也应受到持续关注,需探究供水输配管网中常规含碳消毒副产物和新兴含氮消毒副产物等化学风险源的变化规律,对比不同工艺水厂供水区内消毒副产物变趋特征的差异性,重点考察各类消毒副产物与常规水质指标、管网余氯、管网材质、输水流速、输水距离等因素的相互关系,构建输配管网中消毒副产物类化学风险指标的浓度预测模型,分析影响消毒副产物生成风险的重要影响因子,并提出适用于不同工艺水厂供水区域的消毒副产物风险防控技术方案。

3.3.4 基于市政自来水直饮目标的二次供水技术研究

目前上海市水箱水池等调蓄设施的总容积占日供水量40%以上,生活、消防水箱合用普遍存在,蓄水设施容积偏大带来水龄偏长和二次污染等问题。针对现状,应积极开展优化调蓄水量和运行控制模式,取消地下水池(取消或改为地面放置的低位水箱)、水厂附近高压供水区逐步取消多层建筑屋顶水箱的可行性研究,研究区域加压代替小区加压的技术可行性,开展新型管材、新装备和系统集成装置在二次供水中的应用研究。针对上海市居民二次供水设施种类多样、运维水平参差不齐的复杂情况,通过调研二次供水现状,改造二次供水设施与优化布局,制定二次供水设计标准,研究编制住宅室内供水系统建造和使用指南,形成居民住宅区饮水可直饮评估体系,从而为实现2035年市政供水可直饮目标提供技术支撑。

3.4 开展示范试点

一条完整的直饮水供水链条应包含供水水源(水厂)、途经供水管网、受水单位或居民小区的二次供水和户内内装管道和龙头。考虑到直饮水项目是一个复杂的系统工程,本着“统筹规划,分步实施,试点先行,区域突破”的原则,上海市直饮用水工程的推进可采取示范区的模式,率先在重点区域开展建设,并逐步推广覆盖。结合上海市直饮水项目研究和临港新片区建设,开展直饮水示范区试点,形成可借鉴、可复制、可推广模式,为上海市全市2035年供水规划目标实现提供模板。

3.5 饮用水安全保障管理技术体系建设

直饮水保障体系中,管理体系的建立和实施是整个保障体系的重点。通过加强水源地水质的保护、水厂供水工艺的优化、管网及二次供水设施的改造,确保供水全环节的风险控制,最终落实到各个环节的管理机制上。

按照WHO 的规定,建立基于市政自来水直饮目标的上海市水安全计划,包括:对上海市不同水源典型供水系统进行全面描述,评估上海市不同水源典型供水系统中影响水质达到直饮要求的潜在危害及风险。结合上海市《生活饮用水水质标准》等相关水质标准,研究分析水源、水处理、输配水、二次供水、用户等各环节中存在的直饮水供应风险,研究建立风险评估方法。结合上海市水源水质特征及历史突发危害事件,研究确定危害的控制措施,确认控制措施有效性,在考虑控制措施的前提下进行风险再评估,并对所有确认的未充分控制的风险进行优化。提出影响直饮水水质的危害控制措施监控方案,以保证风险及其控制措施都有持续监控与应对方法。针对以上内容以及正常运行和事故状态时的管理和应急计划,完善上海市供水水质保障管理技术体系。

3.6 制订基于市政自来水直饮目标的实施策略

开展自来水直饮宣传,提高公共参与程度。通过开发应用水质信息小程序、提升客户服务响应速度、完善投诉体系等措施,全面推动包括管网末梢水、二次供水及龙头水在内的水质信息公开工作,增强公众对自来水水质的信任感;通过微信公众号、微博等媒介建立多种形式的信息双向传递途径,增强供水企业与用户的对话,以城市自来水直饮为契机,逐步实现由供水企业向公共服务类企业的转型。综合考虑直饮水项目需求、经济情况、民众取向、政策支持、管理监督、经营模式等多重因素,分析潜在风险,结合规模与效益,选择适合的供应范围及供应模式,制订直饮水实施策略。

04

小结

市政自来水直饮在我国是一个新鲜事物,全面提升了日常饮水和用水的水质,使城市自来水可直接饮用,易于推广、惠及广大用户,为市民提供更加安全健康的高品质饮用水,用户又不需承担过高的水费支出,即可享受较以往更优质的水资源。这种模式已为国际各大城市和地区广泛采用。市政自来水直饮是一个系统工程,需要集合水务部门新工艺使用、新技术研究、新材料开发以及改造工程与服务,也需要政府提供资金和政策支持,同时还需要民众的广泛参与,更需要管理部门的监督,这是一个全社会参与的工程,本文只是从技术层面对直饮水进行探讨,希望给市政自来水实施直饮提供一些思考。



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