上海多水源調控超大城市飲用水安全保障與高品質飲用水技術研究與示范——太浦河金澤水源地水質安全保障綜合示范(2017ZX07207)成果宣傳

作為超大型城市，上海通過持續建設形成長江水源供水系統和黃浦江水源供水系統“兩江并舉、多源聯動”供水格局，并通過水專項支持實現了“十一五”關鍵技術點攻關和“十二五”供水線技術綜合示范，構建了長江青草沙水源飲用水安全保障技術體系，顯著提升了上海飲用水安全保障能力和飲用水品質。“十三五”期間，上海2035年城市總體規劃提出確保水資源供給安全，健全城鄉供水體系，提高入戶水質，至 2035 年全市供水水質達到國際先進標準，滿足直飲需求。為改善黃浦江供水系統水質，2016年12月黃浦江上游太浦河金澤水庫建成通水，日供水規模351萬m3，供水覆蓋上海西南五區670萬人口。金澤水庫位于典型平原河網地區，受上游河網雨水徑流污染、養殖業抗生素等新興污染物影響，存在耗氧量偏高，季節性藻類和嗅味、銻突發污染、微量有機污染物檢出等水質問題，作為上海“兩江并舉”供水格局之一的黃浦江集中供水水源，保障金澤水源受水區供水穩定達標，是全面保證上海供水安全、實現上海“卓越的全球城市”目標的重要組成和緊迫任務。為解決上述問題，項目以不少于1 000萬人龍頭水水質達標(GB 5749—2006)和不少于10萬人龍頭水水質達到高品質飲用水為總體目標，針對金澤水源地污染削減、水源地監測預警與聯合調度、水廠凈水工藝優化提升、管網與二次供水保障等方面開展技術攻關，集成金澤水庫受水區“從源頭到龍頭”飲用水安全保障技術體系并開展工程示范，并進行了高品質飲用水的探索和實踐。在此基礎上，結合“十一五”、“十二五”研究成果，集成多水源調控超大城市飲用水安全技術體系與保障方案，保障上海超大型城市供水整體安全和高質量發展。

1 標志性成果

1.1 形成金澤水源飲用水安全保障技術體系，實現黃浦江供水區龍頭水質穩定達標

針對金澤水源主要水質問題，在水源地污染削減、水質監測預警與聯合調度、水廠凈水工藝優化提升、管網與二次供水保障等方面取得關鍵技術突破與示范應用，形成金澤水源從源頭到龍頭飲用水安全保障技術體系，實現上海西南五區飲用水穩定達標。

(1)突破水源地雨水徑流污染削減和養殖業新型污染物控制技術，支撐水源地水環境質量改善

針對金澤水源地“三高一低”特征，形成強化調蓄凈化生物滯留技術、強化除磷及蒸發的滲透鋪裝技術和強化除磷及脫氮的干式植草溝技術，創新性研發無動力集成式雨水旋流處理裝置和雨水徑流污染控制一體化處理裝置，解決管道防沉積和末端防倒灌的雙重問題，提出湖蕩濕地調蓄及生態凈化技術和水源地河道生態護岸污染梯級阻控及重建技術，集成“源頭減排—過程控制—末端阻控”雨水徑流污染全過程控制思路和技術體系。通過青西郊野公園綠色基礎設施工程示范，年徑流總量控制率可達85%，CODCr、TP、SS平均去除率分別達到50.1%、40.6%、54.5%。構建金澤水源地綠色雨水基礎設施效益評估及管控平臺，為區域雨水徑流面源污染綜合防控管理決策提供“一張圖”一站式決策支持和信息化管理手段，形成《黃浦江上游飲用水水源保護區劃(2017版)》、《海綿城市技術標準》(DG/TJ 08-2298—2019)，結合技術全面推廣應用，預計可實現年入河徑流削減量約345.3萬m3，有效削減水源地面源污染。

針對養殖業新型污染物，在源頭管控方面提出了養殖業抗菌藥物管理清單，在末端處置方面研發了基于短泥齡AAO和抑硝化SBR工藝的畜禽養殖廢水抗生素和激素類新型污染物處理工藝，抗生素去除率提高90%以上，氮素損失率低于15%，實現了抗生素高效選擇性去除和畜禽養殖廢水資源化還田利用目標；研發了基于可拆卸金屬負載型多孔材質的水產養殖尾水復合型人工濕地系統，常規和新型污染物去除率分別達到60%和80%以上，實現了水產養殖業常規和新型污染物的協同凈化，技術在2個畜禽養殖場和1個水產養殖場工程示范中應用，并已在面積1000畝(1畝=666.67 m2)魚塘尾水治理改造工程中推廣應用。率先構建養殖業新型污染物防控管理體系，形成了《上海市養殖業抗菌藥物使用規范(試行)》、《畜禽養殖廢水新型污染物末端處置可行技術指南(試行)》、《水產養殖尾水新型污染物末端處置可行技術指南(試行)》在上海市和長三角生態綠色一體化發展示范區推廣應用，通過上海農委率先實施降低全市養殖業抗菌藥物年使用量約30%。

(2)突破調蓄水庫水質水量監測預警及水質調控技術，破解流域層面水源地監測預警及聯動難題，建成跨區域、跨部門金澤水源水質水量監測與預警業務化平臺，保障金澤水庫取水和運行安全

建立在線監測、實驗室檢測、移動監測、實時視頻監測等水源地水質多級監測系統，確定重金屬、藻類、有機物等多目標監測預警指標閾值，并整合太湖流域管理局、上海、江蘇等相關省市環保、水務部門水質、水文監測資源，建成跨區域、跨部門金澤水源水質水量監測與預警業務化平臺，實現流域層面水源水質水量監測預警及環境風險可視化。其中，構建的太浦河溢油模型、化學品泄漏模型、銻濃度模型，突破突發事件模擬業務化，預報作業時間最縮可短至3 h；結合模型計算分析，提出太浦閘(泵)-金澤水庫-松浦大橋取水口常規水質超標聯合調度方案集和突發水污染事件聯合調度方案集，實現流域層面聯動調度，保障金澤水庫取水安全。結合來水監測預警分析數據，形成擴容沉淀、曝氣系統、人工介質、生態凈化等調蓄水庫集成技術應用，與水庫水位、水閘等聯動調度運行，形成《金澤水庫不同季節運行規程》規范化文件及《供水水庫生態健康評估技術規程》，水庫出庫水TP、氨氮分別降低21.4%和18.5%，實現2020年金澤水源地水質年平均值優于地表水Ⅲ類標準，高藻期(6月—10月)葉綠素a平均值為4.8 μg/L，銻濃度低于3 μg/L，增強了水源地對突發事件的防范與應對能力，保障了原水安全生產。

(3)基于嗅味、新型污染物、消毒副產物控制的臭氧活性炭工藝優化，形成金澤水源水廠運行優化集成技術，提出水廠嗅味去除方案，出廠水穩定達標

針對金澤原水有機物偏高、季節性藻類、嗅味問題，提出預氧化除藻、吸附除嗅的預處理技術參數，建設金澤水庫加氯和加粉炭的原水預處理工程，出庫原水藻類削減90%，致嗅物質減少50%～90%，耗氧量削減10%，明顯改善進廠原水水質，形成《金澤水庫原水預處理技術導則》(T/SWSTA 0001—2020)團體標準。

通過強化混凝提高疏水性有機物和消毒副產物前體物去除效能，采用自由氯分段精準投加控制出廠水三鹵甲烷生成(前后段次氯酸鈉最佳投加比例為1∶2～1∶2.5)，優化前后臭氧投加量提高致嗅物質和微量有機物去除率(前臭氧為0.6～1.0 mg/L、后臭氧為0.6～1.0 mg/L)，定期更換活性炭保證耗氧量、微量有機物去除效率。編制團體標準《制水廠運行規程》(T/SWSTA 0002—2020)，形成金澤水源水廠工藝適應性技術方案、上海市飲用水嗅味控制技術方案，應用到西南五區12座水廠，顯著改善出廠水水質，出廠水穩定達到國標基礎上，消毒副產物、微生物指標、濁度、嗅味等指標達到了上海市《生活飲用水水質標準》要求。

(4)提出管網和二次供水水質調控與優化技術，保障輸配水質穩定

針對管網余氯季節性變化和微生物安全風險，通過構建最優余氯衰減模型，提出閔行示范區有效防控末端微生物風險的余氯協同控制水平(0.42～0.54 mg/L)，制定管網多級加氯消毒技術方案，提出泵站出水總氯控制目標：取用長江水源時，5月—10月出站水總氯宜控制在0.6～1.0 mg/L，其余月份控制在0.5～1.0 mg/L；取用黃浦江水源時，5月—10月出站水總氯宜控制在0.7 ～1.0 mg/L，其余月份控制在0.6～1.0 mg/L。結合水質特點、模型模擬、動態加氯等措施，集成供水管網水質調控技術，滿足管網輸配水質穩定要求。頒布《供水管網加氯技術指南》(T/SWSTA 0003—2019)，結合水質特點、模型模擬、動態加氯等措施，集成供水管網水質調控技術，滿足管網輸配水質穩定要求。

針對末端居民小區二次供水水齡過長，存在濁度、總氯、微生物安全風險問題，構建二次供水水齡模型，提出調整水池(箱)液位和進水方式兩種水齡優化方案，開發了密封性好、透氣性佳、抑菌的水箱密閉裝置，制定二次供水運行與維護技術方案。頒布《居民小區二次供水設施運行維護相關管理辦法》、《居民小區二次供水管理標準(試行)》，建立二次供水設施管養長效機制，結合技術在示范小區應用，優化二次供水運行模式和降低水池液位，有效緩解余氯衰減現象，HPC數量最高降低約90%。

(5)探索流域協同、行業監管、企業行動的飲用水安全保障業務化管理模式，建設覆蓋源頭到龍頭的上海市多水源供水信息化業務平臺，實現西南五區原水、供水聯動

探索建立了流域協同、行業監管、企業行動的飲用水安全保障業務化管理模式。流域協同，即通過政府間協調，整合上海、江蘇等相關省市環保、水務部門水質監測數據，構建跨區域、跨部門的金澤水源水質水量監測與預警業務化平臺，建立太浦河閘—金澤水庫—松浦大橋上下游聯動調度方案，實現流域層面水源監測預警與聯動調度。行業監管，建設了上海市供水管理部門運行的居民二次供水監管信息化平臺，實現二次供水設施全過程動態監控管理。企業行動，建設了覆蓋源頭到龍頭的上海市多水源供水信息化業務平臺，集成水源、水廠、管網、二次供水的監管數據，實現西南五區原水、供水聯動，提高水廠生產運營智能化水平。

1.2 集成多水源調控超大城市飲用水安全技術體系與保障方案，實現上海不少于1 000萬人口龍頭水穩定達標

為支撐上海市飲用水安全保障和品質提升，水專項在“十一五”至“十三五”間先后在上海部署10余項項目(課題/任務)，通過“點、線、面”遞進方式，逐步實現科技成果集成和綜合示范應用：“十一五”聚焦“點”，著重關注水源、水廠、管網及二次供水各個環節的關鍵技術突破和示范，重點保障出廠水水質穩定達標。“十二五”將“點”連成“線”，著重關注黃浦江和青草沙兩條供水線“從源頭到龍頭”的飲用水安全保障技術集成和示范。“十三五”由“線”擴展到“面”，針對黃浦江金澤水源供水區開展綜合示范，著重關注成果系統集成和推廣應用，補齊關鍵技術短板，實現金澤水源供水區以及推廣應用區域1 000萬人口的龍頭水水質達標。項目集成“十一五”至“十三五”水專項技術成果與示范建設，形成原水保質保量、水廠深度處理達標、管網輸配穩定、監管完善規范的上海超大城市飲用水安全保障的技術體系與保障方案：

(1)水源水質調控方面，形成多水源調度與水質調控成套技術，支撐“兩江并舉、多源聯動”水源地格局建成，顯著提升超大城市原水安全保障能級

建成長江水源陳行水庫、青草沙水庫、東風西沙水庫和黃浦江上游太浦河金澤水庫“兩江四庫”水源地格局，突破了河口水庫咸潮風險評估預警關鍵技術、流域層面水源地監測預警聯動技術、調蓄水庫水力調控與生態協同水質保障技術、多水源城市原水系統綜合調控關鍵技術等關鍵技術，構建了長江河口水源地咸潮預警預報、富營養化預控多級水質監測、黃浦江金澤水源跨區域跨部門水質水量監測預警等業務化平臺，建設加氯、加粉炭原水預處理系統，建成上海多水源調度可視化平臺。通過技術應用與業務化運行，有效保障水源水庫取水安全，顯著改善水源水庫藻類及藻源性嗅味，出庫原水水質達到或優化地表水Ⅲ類標準，實現了上海多水源原水系統的科學聯動調配，調度水量達1 000萬m3/d，支撐“兩江并舉，多源聯動”水源地格局建成，顯著提升了超大城市原水安全保障能級。

(2)水廠工藝優化方面，形成飲用水嗅味識別與去除成套技術突破溴酸鹽生成和消毒副產物控制技術，促進了深度處理工藝在上海大規模推廣應用，有效解決上海飲用水嗅味問題，飲用水口感顯著提升

嗅味問題是長期困擾上海市供水行業的一個難題，針對水庫藻源性嗅味問題，形成了庫區水動力調控藻嗅、廠前氧化與吸附削減藻嗅、水廠臭氧生物活性炭強化去除藻嗅等工藝技術方案，并在青草沙水庫和陳行水庫的水源供水系統中應用，有效保障了出廠水穩定達標。針對黃浦江水源復雜嗅味與有機污染共存的難題，集成嗅味物質識別技術，形成了嗅味、有機物協同凈化技術方案，有效解決了長期困擾上海飲用水的異嗅難題。

針對原水主要水質問題，突破加氨的溴酸鹽抑制技術、紫外和氯組合消毒的微生物多級屏障技術、消毒副產物控制技術、水廠銻突發污染控制技術等關鍵技術，確保出廠水穩定達標，促進了深度處理工藝在上海大規模推廣應用，至2020年總規模達758萬m3/d。

(3)管網安全輸配方面，形成管網分級保障技術，突破基于水齡控制的二次供水優化及監管技術難題，為老舊小區改造及運行管理提供支撐，保障輸配水質安全

形成基于水平衡的漏損控制技術，集成管網“檢測評估-清洗消毒-修復-更新改造”分級保障技術，保障供水管網微生物安全，提升管網水質。針對二次供水水質穩定性差，水質投訴明顯，提出調整水池(箱)液位和進水方式兩種水齡優化方案，突破了基于水齡控制的二次供水優化及監管技術難題，實現二次供水水質提升，為完成上海市居民老舊小區改造及運行管理提供支撐，并通過室內給水設施適應性技術，提升了居民龍頭水水質。研制形成二次供水在線監測設備、管網自動沖洗消毒一體化設備，實現管網自動沖洗，操作簡便、精準加藥、遠程監管、運輸方便、節約水量。

(4)飲用水安全管理方面，構建了業務化平臺與技術標準相結合的多級協同管理技術

源頭上，形成水源地水質水量監測預警業務化平臺、多水源調配可視化平臺，實現水源地咸潮預警預報、跨區域水質水量預測預警業務化，龍頭上形成居民二次供水監管信息化平臺，同時探索流域協同、行業監管、企業行動的飲用水安全保障業務化管理模式，建設覆蓋源頭到龍頭的上海市多水源供水信息化業務平臺，集成水源、水廠、管網、二次供水監管數據，提高供水全流程管理生產運營智能化水平。制/修訂《制水廠運行規程》、《供水管網加氯技術指南》、《居民小區二次供水設施運行維護相關管理辦法》等23項標準規范指南，形成從源頭到龍頭的先進飲用水水質管理標準體系，推進供水全流程精準運行和精細管理。

1.3 突破超大型城市高品質飲用水技術路線與關鍵技術，建成受益人口10萬人高品質飲用水示范區

在全面保障飲用水安全與水質穩定達標的同時，發揮水專項科技創新引領作用，以卓越全球城市為目標，對標國際大都市先進供水水平開展高品質飲用水的探索與實踐。

(1)理念創先，提出超大型城市上海高品質飲用水發展模式

通過對上海供水系統特點、建設運維可行性、飲用水普惠性等方面的科學研判，提出“飲用水是第一食品”的核心理念，明確采取整體提升城市公共供水水質的“市政集中供水”發展模式，構建了“從龍頭到源頭”的水質提升溯源機制，提出了“水源高標準、水廠高能效、管網高保鮮、龍頭高品質、法規高保障”的技術思路，通過原水水質調控、水廠工藝優化提升、管網輸配水質穩定、二次供水模式優化、運維標準體系建設，達到穩定原水水質、提升出廠水質、穩定輸配水質、穩定二次供水水質、保障龍頭水水質的“三穩一升促保障”供水目標，形成一條具有上海特色、適合超大型城市的高品質飲用水建設思路。

(2)技術突破，形成高品質飲用水核心關鍵技術

針對出廠水水質提升，形成“常規處理+納濾”組合工藝關鍵技術(混凝沉淀—砂濾—精密過濾器預處理—納濾)，通過納濾膜強化常規出水耗氧量、致嗅物質、抗生素等微量有機物、微生物等污染物去除，工藝出水濁度為0.01～0.02 NTU，CODMn為0.24～0.48 mg/L，總硬度為35～42 mg/L，重金屬銻去除率為100%，鋁去除率為40%，抗生素去除率為50%～99%，全氟化合物去除率為100%，2-MIB、雙醚等致嗅物質未檢出，微生物指標未檢出。建設閔行水廠(四期)1萬m3/d“常規處理+納濾”技術示范和2萬m3/d“臭氧生物活性炭+超濾”技術示范，提出滿足高品質飲用水要求的“臭氧生物活性炭+超濾”與“常規處理+納濾”混合供水方式(產水比例2∶1)，水質穩定達標(GB 5749—2006和DB31/T 1091—2018)，水質明顯改善，口感顯著提升。

針對管網穩定輸配，形成管網綜合評估-消毒清洗-修復-更新改造分級改造關鍵技術，以濁度、余氯、亞硝酸鹽、鐵和異養菌(HPC)為關鍵水質參數，關注水質異常區域和管網薄弱環節，結合模型模擬和管網診斷評估結果，科學制定針對性的管網分級改造方案：對于輕度腐蝕結垢或有生物膜的管道采取氣水沖洗方式解決水質隱患，對于腐蝕結垢嚴重或有漏點的管道采取非開挖修復等方式進行管道修復，對于超役、重度腐蝕或老化破損嚴重的管道采取更新改造。研制形成管網自動沖洗消毒一體化設備，解決市政供水管網沖洗加藥量不準確、消毒不徹底、沖洗水量浪費等問題，實現管網自動沖洗，投藥精準，消毒效果好，節約水量80%。技術在閔行高品質飲用水示范區等地區應用，效果良好。

針對二次供水水質保障，形成基于水齡控制的二次供水運行優化關鍵技術，根據居民小區用戶數量、用水特征等參數，優化水箱數量，調節二次供水水箱(池)水位，降低水池水力停留時間，緩解余氯衰減，提升微生物安全。建立居民二次供水監管信息化平臺，對余氯、濁度等水質指標進行實時監測，加強水質在線監測，掌握用戶端水質情況。

針對居民龍頭科學用水，形成室內給水設施適應性關鍵技術，以保障龍頭水水質為目標，從居民戶內飲用水系統的選型設計、施工安裝、運行維護及應急處置等方面，對居民戶內給水設施的建設和使用做出了科學指導和規范，明確給出飲用水在戶內管道停留時間超過12小時后(隔夜)，需放流后飲用的用水建議。編制完成我國第一部指導居民科學用水的《住宅戶內飲用水系統建造及使用指南》(T/SWSTA 0004—2020)，由上海供水行業協會頒布。

(3)標準引領，編制頒布我國第一部地方性飲用水水質標準

定位上海“卓越的全球城市”供水目標，積極接軌國際先進飲用水水質標準，編制頒布了我國第一部地方性《生活飲用水水質標準》(DB31/T 1091—2018)，標準針對上海原水水質特征，關注末端水質穩定和健康指標，較GB 5749—2006新增指標5項，提標常規指標17項、非常規指標23項，增加附錄A參考指標3項，為高品質飲用水提供水質目標。編制完成我國第一部指導居民科學用水的《住宅戶內飲用水系統建造及使用指南》(T/SWSTA 0004—2020)，以保障龍頭水水質為目標，對居民戶內給水設施的建設和使用做出了科學指導和規范。

(4)探索實踐，完成10萬人高品質飲用水示范區建設

通過技術應用，率先建設完成上海閔行高品質飲用水示范區，面積約5.2 km2，涉及馬橋大居等41個居民小區，服務人口10.5萬人，示范后龍頭水穩定達到國標GB 5749—2006和上海地標DB31/T 1091—2018基礎上，水質和口感進一步改善，濁度為0.05～0.19 NTU，鋁不超過0.02 mg/L，銻不超過2 μg/L，致嗅物質2-MIB和土臭素不高于2 ng/L。建設了水廠-管網-二次供水大型綜合技術驗證基地，對不同水廠處理工藝、輸配管材、二次供水模式等進行試驗驗證，選擇最優產品和最適宜方案進行工程示范。通過成果推廣，進一步開展上海黃浦高品質飲用水示范區、臨港自貿區高品質飲用水示范區建設，推動上海全市高品質飲用水規劃目標的實現。

2 實施成效與影響

2.1 提升上海黃浦江金澤水源飲用水安全保障能力，助力上海飲用水整體高質量發展

項目成果支持黃浦江金澤水源飲用水安全保障能力整體提升，實現金澤水源供水區龍頭水穩定達標，結合“十一五”至“十三五”水專項研究成果，集成多水源調控超大城市飲用水安全技術體系與保障方案，助力上海整體形成原水保質保量、水廠深度達標、輸配穩定安全、監管完善規范的飲用水安全保障體系，實現上海1 000萬人口龍頭水穩定達標，上海市飲用水水質綜合合格率由2010年91.77%提高到2020年99.79%，臭和味合格率由2010年77.82%提高到2020年98.37%，系統解決了困擾上海多年的飲用水嗅味問題，有力保障了上海市特大城市的供水安全，助推上海卓越全球城市的高質量發展，為長三角地區飲用水安全保障起到引領作用。報送《科技賦能，水專項成果助推上海飲用水高質量發展，支撐長江下游地區飲用水安全保障》(水專項成果專報第9期)。

2.2 建成上海首個高品質飲用水示范區，發揮技術輻射和建設引領作用，服務國家重點戰略

發揮了水專項科技創新引領作用，通過技術研究與示范建設，形成一條具有上海特色、適合超大型城市的高品質飲用水技術路線，完成服務人口10萬人的閔行高品質飲用水示范區建設，嗅味和口感進一步改善，直接支撐水專項高品質飲用水標志性成果目標的實現，成果與建設經驗已推廣應用至上海黃浦高品質飲用水示范區、臨港自貿區高品質飲用水示范區，有力支撐了上海2035年城市總體規劃中可直飲供水目標的實現，助推上海卓越城市的高質量發展。同時，高品質飲用水“上海理念、上海經驗”輻射服務國家千年大計雄安建設，編制《河北雄安新區生活飲用水水質指標體系(建議稿)》并頒布實施，為我國其他城市開展高品質飲用水建設提供可參考、可復制、可推廣的技術路線。

2.3 跨區域、跨部門監測預警與聯合調度技術成果與應用，助力長三角生態綠色一體化示范區發展建設

太浦河金澤水源地位于青嘉吳長三角生態綠色一體化發展示范區核心地帶，項目結合水源地保護需求和區域生態綠色發展要求。一是摸清了區域污染源分布情況，開展雨水徑流和養殖業新型污染物防控技術研究與示范應用，形成相關防控策略，科學支撐太浦河清水綠廊建設，為長三角生態綠色一體化發展示范區水環境保護與管理決策提供技術支撐。二是以太浦河金澤水源地保護為目標，整合太湖流域管理局、上海、江蘇等省市環保、水務部門，建設跨區域、跨部門水源地監測預警平臺，提出上下游聯合調度方案，支持青嘉吳長三角生態綠色一體化示范區發展建設，為跨流域水源保護提供范例和經驗。

2.4 研究成果與示范建設受到主流媒體和社會公眾關注，提升老百姓對自來水的信任度和認可度

閔行高品質飲用水示范區、跨區域跨部門金澤水源水質水量監測預警平臺等研究成果和示范建設受到社會公眾廣泛關注和媒體連續報道，取得很好的社會反饋。新冠病毒疫情期間，社會輿論廣泛關注市政自來水微生物安全問題，結合項目研究成果編制《水專項支撐上海水務全面加強病毒等病原微生物防控，確保供排水安全》(水專項成果專報第6期)，并通過多種媒體發布多篇科普文章，宣傳飲用水安全，解答來百姓疑惑，提升老百姓對自來水的信任度和認可度。