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张金松关于饮用水安全保障体系现代化的思考与实践

文章来源:作者:张金松、韩小波、靳军涛;深圳市水务(集团)有限公司 发布时间:2019-03-01 08:35:52 阅读次数:526 次 [关闭]

前言

饮用水安全是最基本的民生问题。党的十九大报告提出了新时代的发展目标,为我国饮用水安全战略指明了方向:一是持续提升饮用水水质,满足人民日益增长的美好生活需要;二是强化提升饮用水安全保障支撑能力,通过全国示范应用和行业业务化运行,到2035年,实现饮用水保障技术体系现代化。

 

1 饮用水安全保障体系现代化面临的挑战

1.1 保障体系有待“从源头到龙头”全面提升

2035年基本实现现代化的战略要求来看,我国饮用水安全保障依然面临着水资源短缺、基础设施老化、日益增加的新型污染物风险以及极端气候等影响。

供水水源水质现状不容乐观。由于经济高速发展和城镇化的快速推进,我国水源普遍污染,突发水源污染风险高。2016年,全国仍有1/3水源地水质在Ⅲ类水以下;仅有7个省(区、市)未发生过饮用水水源水质超标事件;1 333处饮用水水源地,有16处水源全年12个月连续超标。我国水源仍普遍存在藻类和臭味的问题,很多水源中检测到农药、抗生素、塑化剂等新型污染物,虽然浓度不高,但存在环境和健康风险。对标国际和现代化的目标,水源水质差距巨大。

水厂深度处理工艺的规模明显不足。我国水厂工艺仍以常规工艺为主,难以应对复杂的水源水质问题。臭氧—活性炭深度处理工艺对去除微量有机污染物、预防消毒副产物产生、去除异臭味、改善口感,提升饮用水水质具有非常显著的作用。虽然供水行业通过关键技术突破和集成优化,已经破解了臭氧—活性炭深度处理工艺在不同水源水质应用的障碍,但全国来看,深度处理工艺水厂的数量和处理规模和水源水质之间的落差很大。据不完全统计,全国目前只有134座水厂采用了臭氧—活性炭深度处理工艺,处理规模约为3 580万m³/d,仅占2017年全国生活日用水量的15.5%,水厂优质饮用水稳定供给能力严重不足。

供水管网系统建设亟待整体提升。目前,供水过程中配水系统建设普遍存在安全隐患:①由管道破裂、漏损引发的二次污染;②小区物业管理不规范,采用的楼顶水箱、水池等二次供水设施因清理不及时或材质问题而产生锈蚀或滋生细菌;③输水管道管龄长。到2035年,我国早期建设的管网约65%的管龄将超过30年。这类管道内壁腐蚀老化而产生铁锈和污垢,增加了输水安全的风险;④管材良莠不齐,输水管道材料的选型没有统一完整的规范(钢筋混凝土管、球墨铸铁管、PE管、PVC管、灰口铸铁管、镀锌钢管等都有)。⑤管道设计要求和施工管理不严格,金属管道未采取管内防腐措施。

 

1.2 管理体系亟需智能化升级

作为保障民生的传统行业,供水行业生产管理信息化建设已有20多年的历史,涉及到生产、管网、服务、管理等各个方面,但物联网、云计算、大数据、移动互联等新兴信息技术应用刚刚起步,供水行业服务在与人工智能技术深度融合方面差距巨大。目前突出的问题是,不同时期建设、不同业务功能的系统信息孤岛现象仍然严重,生产运行过程中产生的大量数据,无法得到充分利用,使得现有饮用水安全保障存在信息数据与运行管理脱节,尚不能对饮用水安全保障实现精准的风险管控。各分系统的建设也缺乏整体的标准,管理系统建设使用不均衡,没有统一的发展方向。

 

1.3 区域不均衡呼唤科学发展

不同区域、不同城市资源禀赋的差异性、水源水质类型的多样性、基础设施建设能力的高低、经济社会发展水平的高低以及气象气候条件的丰富性等都各不相同,东、中、西部发展不平衡,超大城市、特大城市和中小城市之间供水保障能力存在很大差距。供水水质保障水平整体升级应当遵循“一城一策”,科学发展的理念,从城市实际出发,夯实水源保障、净水工艺、安全输配、客户服务、设备管理和智慧水务方面的科学基础并充分加以应用,也包括创新供水模式和体制机制,以最终实现供水服务的优质、公平。

 

2 饮用水安全保障体系现代化的战略定位

饮用水安全保障体系现代化的重要标志,就是龙头水可以安全直饮,这也是衡量水质安全保障水平是否达到甚至超过发达国家的关键标尺。

目前日本、阿联酋、澳大利亚、新西兰、芬兰等国家和地区的自来水是能够直接饮用的,除了这些已经明确自来水可直饮的国家外,德国、美国、英国等一些国家的居民也是有长期直饮自来水的经历。德国要求自来水标准达到“婴儿可以直接饮用”的水平。德国卫生部与环境部的最新调查显示,德国99%以上的自来水在微生物和化学物质含量上都达到饮用水的标准。欧盟将德国的自来水誉为“监控最严格的食品”。日本的水道水,即自来水是可以直接饮用的,并且在任何公共场合都会有免费的专门饮水设施。在日本,饮用自来水比矿泉水更加安全,因为矿泉水按照一般食品的标准,而自来水按照《水道法》标准执行,水道法标准更加严格。他们对自来水水质的把控及各环节维护都严格按照标准执行,自来水水质的稳定性及安全性得到保证。

在世界范围内,自来水直饮缺少一个通用的标准。并且,对于可直接饮用的自来水,国际上也没有统一的名词术语。针对本地实际情况,我们提出深圳城市自来水直饮的内涵是,原水经水厂深度处理工艺净化、消毒处理后,通过输配水管网供给用户,各项水质指标满足《深圳市生活饮用水卫生规范》(2018年版)规定的限值要求,安全卫生、感官愉悦、品质优良,可直接饮用的自来水。我国的行业标准《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005)已经提出,用户受水点,也就是供水范围内用户的用水点,即水嘴(水龙头)的水质应符合该标准(其中的指标限值与现行国标5749基本相同,部分指标限值更加严格)规定的水质要求。尽管该标准由于表后管权属关系和标准的非强制性,在实际应用和操作层面受到局限,但作为行业的努力方向,特别是我国进入新的发展时期,以人民为中心、从用户端保证水质安全,已成为供水行业和城市管理的一项紧迫任务。我们应全面审视国内水安全问题,并借鉴国外先进经验,进行系统性整改升级。

 

3 饮用水安全保障体系现代化的内涵

3.1 系统化——全链条体系支撑

面对饮用水系统条块割裂风险的影响,要形成“从源头到龙头”全覆盖全升级的饮用水安全保障体系支撑。例如,水源保护要完善水源管理办法等相关政策,建立水质监测预警系统,做到水源、水厂联动;水厂运行须密切关注水源变化,保证生产、调度的稳定性,实现技术和管理持续优化和升级;在输配环节,结合出厂水质、水压变化,优化调度管网阀、泵的开关、启停,须开发、应用新材料、新设备,控制和消除管网外源和内源污染;二次供水是供水系统中影响水质和服务的关键节点,应在物业相关政策法规框架下,对二次供水设施进行标准化改造和规范化建设,并完善配套制度和管理办法,落实设施运维保障,解决最后一公里和最后几米的问题困扰。供水企业要以水质达标为核心,以问题和目标为导向,建立全链条管理体系,解决各环节上的风险,突破“最后一公里”壁垒,实现从源头到用户终端的,具有可持续动态调整的管理全覆盖。

 

3.2 智能化——智慧管理支撑

以十九大为标志,随着我国进入新时代,宏观的经济、社会发展将发生全面且长远的变化。以用户龙头水可直饮为特征的供水系统升级,使得供水行业的质量和服务必然也必须大幅提升;随之而来的标准化管理、规范化操作对工作精细程度的要求,对传统人工而言,已无法胜任;而数量型人口红利的消失,那些供水行业既有的人工巡检、人工值守、简陋恶劣环境下操作等的工作模式,也必须走向人工智能。基于物联网、大数据、人工智能、云计算、区块链和虚拟现实等新兴信息技术的迅猛发展,也为供水企业的转型升级提供了以往难以想象的可能。因此,面对新时代的挑战,在以新兴信息技术为基础的智慧管理支撑下,供水企业必须以系统化思维,实现供水系统的全面感知,应用智慧化工具集成、洞察城市供水系统数据、信息,将系统化的技术体系和智能化的管理体系完美结合,实现全生命周期管理每一滴水的加工、配送、处理、使用,“从源头到水龙头”环环相扣,全面保障水质。

 

3.3 科学化——可持续发展理念支撑

过去的20年,我国供水行业以保障龙头饮用水稳定达标为目标,针对我国饮用水水源普遍污染、水污染事件频繁发生、供水系统存在安全隐患等突出问题,开展了饮用水安全保障体系技术科研攻关,在水源调控、水厂净化、安全输配、监测预警、应急处理、安全管理等方面取得重要阶段性成果,基本构建了我国饮用水安全保障技术体系。但是要保障自来水龙头直饮安全,应对供水系统复杂多样的风险,实现精准运行与管理难度依然很大,科技攻关和创新发展基础和能力与现代化保障的要求差距明显。供水企业需要以“理论联系实际、创新源于实践”的思路,识别、梳理、聚集影响水质安全的关键、重大问题,做好顶层设计,破解制约现代化生产运营保障中疑难杂症,加快补齐短板,并最大限度地将各地区独有的历史文化、经济状况、人口因素和城市特点等要素融入城市供水水质保障水平整体升级的理念中,实现“一城一策”,科学可持续发展。

 

4 深圳的饮用水安全保障体系现代化实践

深圳是全国七大缺水城市之一,2017年,全市用水量20.16亿m³,其中境外引水量16.33亿m³,占比81%。主要有东深、东部两大境外引水干线,境内有17条原水配置工程、35座水源水库、52座水厂和1.67万km供水管网。经过40年的高速发展,总供水能力从0.5万m³/d达到了712万m³/d,建成了一大批大中型现代化水厂和泵站,初步形成了多水源、多水厂的系统格局。

但是要实现龙头水的安全、优质、稳定、可直饮的现代化目标,深圳依然面临很多问题:

 

①原水水质存在季节性波动。全市原水80%以上来自东江,水源相对单一,同时受季节、气候等影响,水源水质出现季节性波动,呈现“低浊、高藻、微污染”特征,对水厂和管网水质造成冲击。

②水厂优质饮用水稳定供给能力不足。水厂数量多,规模小,52座水厂平均处理能力仅13.6万m³/d;中小型水厂建设标准不高,耐冲击负荷能力弱,较难应对水源水质突变。

③老旧管网尚待更新改造。早期部分市政管网金属管道未作内防腐,同一时期建设的小区管网大量使用镀锌管、灰口铸铁管而导致用户龙头“黄水”、“锈水”,漏损率偏高。

④供水“中间层”影响终端水质。全市140多万户居民用户尚未实现供水企业抄表到户;用户红线范围内供水设施建设标准低,由供水“中间层”维护,缺乏持续投入和规范管理,亟需进行改造并实行专业化管理。

针对上述问题,深水集团经过10余年的探索,以系统化、智能化、科学化为核心,着力形成具有区域特色的饮用水安全保障体系,推进深圳饮用水安全保障现代化。

 

4.1 基于HACCP的饮用水安全保障体系建设

深水集团率先推行全系统的风险识别与控制(HACCP)体系,按照食品加工环节中可能发生的危害进行评估,进而采取预防性的安全控制,以解决系统性、衔接性的问题,构建了从生产到输配全流程的饮用水质量体系、管理体系和技术体系。质量体系包括系统评估、危害控制、监测监管、纠偏行动和标准规范。管理体系涵盖了工程技术、运行管理、客户服务、风险控制和应急处置。技术体系则实现了水源保障、净水工艺、安全输配、二次优供和龙头体验的全流程覆盖。HACCP体系已经通过水源、水厂、管网和监测等方面的大规模的投入和工程建设,取得了标志性的进展。

 

1)双水源保障。为改变深圳供水水源单一、西部保障不足的原水格局,广东省将实施珠三角水资源配置工程,从西江引水,每年可为深圳新增8?47亿m3水量,形成东、西“双水源、双安全”原水保障格局。计划于2023年建成,2017年10月引水工程深圳试验段已经开工建设。

2)水厂整合升级。目前深圳市仅4座水厂完成深度处理工艺升级改造。2017年出台的《深圳市给水系统整合研究与规划》,按“大水库、大水厂、大管网”原则,到2030年全市水厂数量将由52座整合为30座,供水能力1 100万m3/d;所有水厂将建设深度处理工艺。

3)供水管网改造。深圳市于2008年启动了“原特区外城中村社区供水管网改造工程”,对全市900多个城中村社区老旧供水管网进行更新改造,目前已完成650个项目。其余项目将在2019年底前全部完成。即将启动的第二阶段工作,计划用三年时间,投资百亿元改造2 000多个居民小区、136万户老旧供水管网。

4)健全水质监测体系。为实现HACCP体系从水厂制水生产向城市供水全过程保障的拓展,深水集团建立并完善全市饮用水从水库源头、水厂、管网到用户的全流程、多层次的水质监测体系。目前全市的水质在线监测点共计154个,其中:南山区26个,福田区20个,罗湖区11个,盐田区32个,宝安区30个,光明区10个,龙华区10个,龙岗区15个,并特色化应用HACCP形成基于在线监测、人工经验、快速反应的关键控制点多维度纠偏机制。

 

4.2 智慧水务融合HACCP实现保障体系现代化

深水集团正全力打造HACCP体系和智慧水务相结合的现代化体系,保障自来水直饮工程的实施。2018年启动智慧水务示范建设,总投资5 935万元,已初步建立了“人在线、物在线、服务在线”的智慧水务保障体系。以综合调度中心为统筹,对供水生产全过程及管网运行情况进行多维度的全面监测和综合分析。推进全市水务物联网建设,实现了盐田区自来水直饮全网感知、可视可控、全流程异常事件的实时监测和闭环处置,改变了过去应急事件被动发现、被动处理的局面。开展数据治理工作,管网属性完整性有了较大幅度的提升,保障了数据完整性、准确性,显著提升了GIS数据质量,为自来水直饮工作奠定了坚实的数据基础。结合二次加压泵站的标准化、智慧化改造,建立了二次加压泵站监控平台,实现对二次加压泵站水质、水压、流量、设备运行状态的实时在线监测和全面监控,保障二次供水安全可靠、经济节能,实现了泵房可视化管理和无人值守。深水集团正在建设全市统一的线上用户服务平台,将实现服务区域全覆盖、服务业务全覆盖、线上主流服务渠道全覆盖。针对自来水直饮要求,水质信息公开实现方便、快捷,用户可通过手机微信小程序,随时查看所在地实时水质信息,或通过试点小区电子显示屏随时查看其所在小区实时水质信息。

 

4.3 科技支撑自来水直饮示范区建设

2000年以来,深水集团主持或参与国家饮用水水专项课题10余项,集团自主投入开展饮用水安全保障课题20余项,各层面的科研经费总投入超过5 000万元,开展了100余项技术攻关,涉及净水工艺安全,输配,客服,设备,智慧水务等各方面,实现了充足的技术和人才储备:从单元技术、组合技术、集成保障三个层面,建立了包括原水水质预警技术、臭味物质识别控制技术、RTB生物毒性监测技术,原水贝类防治技术等原水预警预处理关键技术;强化常规技术,短流程深度处理技术,臭氧—活性炭相关技术,生物安全性综合保障技术,膜工艺运行管理技术,消毒副产物控制技术等水处理关键技术;管网水质稳定、分区管理、漏损控制、爆管预警及二次供水运行管理等安全输配关键技术的支撑体系,并以科技引领,建立具有深圳特色的技术标准体系、工程建设体系、管理保障体系。

根据盐田区供水系统相对独立,人口和建成区面积在10区中相对较小的有利条件,围绕系统化、智能化和科学化,深水集团集中技术和管理力量,着力打造以HACCP为内核的饮用水安全保障示范体系,以点带面推进深圳饮用水安全保障现代化。自2013年以来,深圳在盐田区投入7亿元开展直饮水示范区建设,完善了盐田区双水源、原水水质预警工程、在两座水厂新增深度处理工艺;更新改造了全区15.3 km老旧市政管网;对204个小区实施管网改造,提标改造了135座二次供水泵房,并移交供水企业统一管理;在全区范围内学校、医院、公园广场、图书馆、文化馆、长途客运站、免费景区等场所安装直饮水机660台。为了加大水质监管力度,提高快速反应能力,初步建成盐田区水务物联网,完成了盐田区数据治理工作,建立了盐田区水质模型,实现全区管网水质的实时模拟、趋势分析和水质污染溯源与扩散分析。建立了全新外业综合管理平台,做到“实时跟踪、闭环运转、全程可控”。已实现工单信息的快速流转、快速处置与及时反馈,2018年平均修复时间由过去的5 h缩短至3.15 h,效率提高37%。至2018年底,在全国率先完成了深圳市自来水直饮盐田示范区的建设。

 

5 展望

实现自来水直饮是立足城市的长远发展、与国际接轨、建设国际化城市和生态宜居城市的需要,是饮用水安全保障体系现代化的必然结果。深圳的探索和实践表明,以系统化、科学化、智能化为核心,全面提升质量管理、科技支撑,城市自来水实现龙头水可直饮战略目标是完全可行的。围绕国家需求和新时代饮用水安全保障的挑战,供水行业必须持续提升饮用水水质和安全保障能力,应用HACCP体系等技术和管理理念,全面提升城市供水基础设施建设标准和精细化管理水平,逐步实现优质饮用水稳定供给和人工智能运行管理,推动自来水由出厂达标进入全城直饮时代。到2035年,实现饮用水安全保障技术体系现代化,为我国实现社会主义现代化,建成社会主义现代化强国,奠定重要的基础。



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