上海市安全饮用水保障技术

　　 1 上海市供水概况
　　城市供水是城市基础设施的重要组成部分，城市供水的发展水平是城市现代化程度的重要标志，也是城市可持续发展的重要保障。上海城市供水从“九五”时期的“在发展中提高”转向“十五”时期的“在提高中发展 ”，发展目标从水量的增长转向提高水质和供水的安全可靠性，对外服务从保证供给转向优质服务。
　　1.1 供水系统概况
　　1.1.1 水源水质特征
　　上海地处长江、太湖两大流域下游，境内河网密布，水系发达，水资源决量并不缺乏。但由于目前地表水污染较为严重，水环境质量还不能满足要求，被国家列为水质型缺水的城市。上海市河流水质污染以有机污染为主，各骨干河流主要超标项目为：氨氮、溶解氧、耗氧量（CODMn）和生化需氧量（BOD5）。占上海市原水总量76.3%的黄浦江原水基本为Ⅳ类水体，占上海市原水总量23.7%的长江原水基本为Ⅱ—Ⅲ类水体。
　　黄浦江原水的水质特征是溶解性的小分子有机物占多数，就全年平均值而言，分子量小于1000的DOC为45%，UV254为44%，黄浦江水中有机物分子量分布的变化特点是湖泊水质和工业废水、生活污水共同影响的结果，特别是小分子有机物的变化主要受到太湖和淀山湖的影响。腐殖酸含量夏季较高，冬季较低。
　　1.1.2 给水厂处理工艺
　　上海市中心城区总供水能力为716万m3/d，其中以黄浦江上游水为水源的给水厂有8座，以长江水为水源的给水厂有6座，基本采用混凝、沉淀、过滤及消毒等的常规水处理工艺，即原水经预加氯和硫酸铝后，经混合，絮凝（大部分为网格、折板、孔口等絮凝）沉淀（以平流沉淀和斜管为主），石英砂过滤（普通滤池、气水反冲滤池为主）如氯消毒后出厂。上海市给水厂为保证管网水的消毒效果，普遍采用氯胺消毒，即在预氯化点或后加氯点投加氨。
　　常规工艺对黄浦江原水的有机物（CODMn）去除率在40%左右，对长江原水的有机物（CODMn）去除率在35%～40%。
　　1.1.3 管网系统
　　市区供水管网（管径≥75mm）总长度为7463km，其中1950年前敷设的有208.71km，1950～1976年敷设的有632.27km，1976～2000年敷设的约6600km，占管网总长度的88%，供水管网管龄超过50年的约占3%，最长的甚至达100多年，从管网管材日常养护维修记录来看，管龄长的管道大部分因内壁无涂衬，漏水发生率较高。在全市供水管网中灰口铸铁管长度5962.57km，球墨铸铁管长度960.37km，钢管407.43km，其余为水泥管、PVC—U管等。灰口铸铁管占管网总长的79.9%，而20世纪60～80年代大量使用的连续浇铸的灰口铸铁管，其接口多数为石棉水泥，部分使用刚性更强的膨胀水泥，部分管道施工中对基础、覆土、防护等方面注意不够。主要问题为：爆管和漏水频率较高，增加了断水率、漏损率和养护工作量，其中有部分管道管壁（尤其是内壁）腐蚀严重，影响了管道使用寿命、供水水质和供水安全。上海市区从2001年1月～2003年5月输水管道爆管次数统计表明，DN500～700爆管次数69次，占爆管总数的71.8%，基本上都是连续浇铸的灰口铸铁管。漏水损失和爆管事故的发生，严重影响了管网运行的安全。
　　二次供水系统有屋顶水箱约10万只（10m3/只），泵房或水池6294座，小区立管14486km，可调节供水量为100万m3/d。由于历史的原因，上海门共同管理，出厂水到街坊管道由自来水公司与房管物业部门共同管理，出厂水到街坊管道由自来水公司负责，而从街坊小区内泵房及墙外1m或进水阀门到室内不了解自来水公司与房管物业部门的职责分工的提升。这种缺乏专业规划管理的体制，严重影响居民用水的质量与服务，成为提升自来水水质的“瓶颈”。
　　1.2 供水水质
　　1.2.1 出厂水水质（见表）

年 份	1999	2000	2001	2002	2003
浊度/NTU 　　CODMn/mg/L	0.42 　　3.3	0.43 　　4.0	0.30 　　3.6	0.23 　　3.5	0.18 　　3.5

年 份	1999	2000	2001	2002	2003
浊度/NTU 　　CODMn/mg/L	0.18 　　1.8	0.15 　　1.7	0.14 　　1.7	0.11 　　1.7	0.08 　　1.6

　　从表1和表2可见，目前长江原水给水厂出水浊度年平均值在0.1NTU以下，CODMn小于2mg/L，黄浦江原水给水厂出水浊度年平均值0.2NTU以下，CODMn大于3mg/L，黄浦江原水出厂水耗量明显高于长江原水给水厂。
　　资料分析表明：黄浦江原水给水厂出水水质中存在的主要问题是CODMn、氨氮、锰的含量略高，酚、色度、铁偶有超标（GB5749—85）；长江原水给水厂出水水质中存在的主要问题是氨氮、锰和酚含量有时偏高，咸潮期间氯化物较高；自来水臭与味较差。
　　自来水口感较差的主要原因：一是出厂水残余有机物含量较高；二是出厂水余氯量偏高；氯消毒形成的氯酚。水处理工艺效能决定了出厂水水质，而黄浦江原水分小子量的溶解性有机物占多数，现有常规工艺对小分子量溶解性有机物去除能力有限，出厂水中除余有机物量和自来水的臭和味有直接的关系，改善自来水的口感，进一步提高水质，应用深度处理工艺势在必行。
　　1.2.2 管网水与二次供水水质

年 份	1999	2000	2001	2002	2003
浊度/NTU	0.61	0.60	0.52	0.43	0.33

　　从表3可以看出，管网水的浊度逐年降低，但对水质资料的分析结果表明：管网水水质与出厂水相比，浊度平均增加0.15NTU左右，色度平均增加2度，铁平均增加0.01mg/L。经过二次供水设施后，居民龙头水水质与管网水相比，浊度平均增加0.57NTU，色度平均增加4度，铁平均增加0.1mg/L。
　　因此，上海管网水和二次供水严重影响了供水水质的提高，主要问题：一是中心城区管龄在百年左右的管网有100多公里和1968年前敷设的无内衬管道总长度为378km（约占管网总长度5%）；二是居民使用的自来水管和部分街坊内管材基本是镀锌管，设施老化，二次供水体制不顺。
　　1.3 上海市安全保障技术的目标
　　上海市安全饮用水保障技术围绕饮用水供给从源头到龙头的三个阶段：“原水水质改善”、“给水厂高效净化”、“管网安全输配”和“二次供水系统”，即水源地、给水厂、输配水和二次供水四大系统。根据上海市原水水质的特点，针对供水系统存在的问题以及目前的技术现状，通过采用高效、实用和经济的先进供水技术，优化供水系统工艺和设备，并建立完善的供水监测体系，集成上海市安全饮用水保障技术，将现有的常规供水系统改造成为具有安全饮用水保障技术的现代化供水系统，实现上海市供水水质与国际先进水质标准（规范）接轨的目标。
　　安全保障体系总体目标是：建立安全饮用水安全供给体系；建立安全饮用水评价体系；建立安全供水的应急机制。供水水质的目标：达到上海市供水水质目标要求，与国际先进水质标准（规范）接轨。
　　 2 上海市安全饮用水保障技术
　　针对原水、水处理工艺和管网系统的现状，以及制约上海市城市供水与国际化大都市接轨的因素，提出改善上海市供水水质的技术措施，构建上海市安全饮用水保障体系的主要对策与措施：中心城区主要通过改善原水水质，强化给水厂常规处理，全面实施给水厂深度处理，更新和改造城市供水管网，改造二次供水设施，实施从源头到龙头的供水管理新机制；效区推进供水集约化建设，建设城乡一体的供水系统；同时完善城市供水监控体系。
　　上海市安全饮用水保障体系将实现供水体系的四个提升：一是在过程控制上，从原来的管理出厂水、管网水水质提升到管理从源头到百姓龙头的每个环节；二是在水处理工艺上，从原来水厂常规处理提升到强化水厂常规处理和深度处理并举；三是在水质管理上，从原来的水质静态管理提升到水质动态管理，应用信息技术建立供水水质模型；四是在供水格局上，从原来的城乡分块供水格局提升到郊区推行供水集约化，建设城乡一体化的供水系统。
　　2.1 改善原水水质
　　黄浦江上游原水存在着有机污染和氨氮、铁、锰、酚的含量较高，以及色度略高的特征，此外，原水的Ames试验呈阳性；长江原水氨氮、铁、猛、酚的含量有时偏高，冬季咸潮影响时，氯化物超标较严重。
　　改善原不水质，使黄浦江原水水质基本达到Ⅲ类，长江原水水质基本达到Ⅱ类，抗咸保证率达到95%。
　　对540万m3/d黄浦江原水进行生物预处理，经较短时间生物接触氧化后的原水，不进行泥水分离，只补充溶解氧，利用40余公里的原水输送渠道，使之在渠道内能发生有效的生物降解，部分去除原水臭和味、氨氮、耗氧量、色、铁、猛等，并尽可能地提高原水的溶解氧，降低挥发性有机物浓度。长江原水水质属于～Ⅲ类，经长江陈行水库自然净化后，出水水质除氯化物外均符合地面水Ⅱ类标准，但由于水库库容严重不足（830万m3），在咸潮入侵期间，氯化物超标，为此将在陈行增建1座1100万m3的原水水库，提高长江原水储蓄容量，避开咸潮期取水，提高长江原水水质。
　　2.2 强化常规处理、增加深度处理工艺
　　鉴于上海市现有水源状况，常规水处理工艺按目前给水厂运行方式，出厂水虽然满足国家水质标准，但难以达到卫生部《生活饮用水卫生规范》的要求。因此必须改进给水厂净水工艺，目标到2010年，全面完成中心城区14座给水厂深度处理和污泥处理，出厂水水质达到2010年《上海市供水专业规划》供水水质标准的要求。
　　2.2.1 黄浦江原水净水艺
　　上海在周家渡水厂进行了1万m3/d臭氧生物活性炭工艺处理黄浦江原水生产性应用，结果表明：其出水水质基本达到2010年《上海市供水专业规划》供水水质标准的要求，因此将对黄浦江原水给水厂进行改造，强化常规工艺，增加臭氧生物活性炭工艺。
　　臭氧预氧化取代预加氯，可避免预氯化后产生大量三卤甲烷物质，同时臭氧可氧化许多小分子以及分解大分子有机物成为小分子有机物，从而使得水中因腐殖质引起的色、臭和味能被部分去除，改善后续工艺的混凝效果。臭氧预氧化处理黄浦江原水生产性试验结果表明：降低色度和紫外吸光度30%以上，降低铁、猛约20%，并可提高溶解氧40%。
　　应用高效澄清池等强化常规处理工艺，尽可能降低浊度和耗氧量，减少后续活性炭处理工艺污染物负荷。高效澄清池与平流沉淀池相比，絮凝与澄清结合紧密，整体布置紧凑，占地面积小；澄清速率较高，斜管区上升流速可达20～m/h；沉淀区域有较大的污泥浓缩空间，排泥水含固率不小于3%，可简化污泥处理系统；使用助凝剂，并采用污泥回流外循环，产生的矾花均匀、密实，对水质水量变化适应性强。黄浦江原水处理试验结果表明：在斜管区上升流速25m/h时，澄清池出水浊度基本小于1NTU，排泥含固率大于3%，最高可达10%以上。
　　对于现有的平流沉淀池则应用活化硅酸助凝剂，改善混凝效果，降低混凝剂硫酸铝的投加量，提高出水水质。活化硅酸处理黄浦江原水生产性应用表明：平流式沉淀池在混凝剂量一定时，投加活化硅酸助凝剂2.5g/m3（以SiO2计为0.85mg/L），沉淀池出水浊度可降低30%～40%，混凝剂投加量至少降低25%，沉淀池的水处理量可增大10%～15%。
　　臭氧生物活性炭能有效去除水中溶解性有机物，及由此引起的色、臭和味等，并对贾第虫和隐孢子虫灭活效果显著，后续氯消毒的投加量可适当减少。工艺中臭氧的作用有两个方面，一是直接将部分能被其氧化成无害物质的污染物去除，二是将大分子有机物分解成可为生物降解的小分子有机物，同时利用臭氧分解后产生的氧使水中的溶解氧充足，从而为后续活性炭处理中的生物降解提供必要的条件。实践证明：臭氧生物活性炭深度处理工艺能有效去除水中有机物，降低出水CODMn、铁、猛，改善自来水臭和味，提高出厂水的生物稳定性，出厂水Ames致突变结果可转变成阴性。
　　2.2.2 长江原水净水工艺
　　将对长江原水净水工艺改造作进一步探索，目前仅根据其水源特点和出厂水水质状况，初步考虑工艺改造，同时开展粉末活性炭在长江原水中的试验研究。
　　通过臭氧预氧化、活性炭一双层砂滤池，解决氨、氮、铁、猛、酚的含量有时偏高问题，并改善出厂水的臭和味。
　　应用了新型混凝剂聚硅硫酸铝。聚硅硫酸铝是由聚硅酸与金属铝盐复合而成的一种新型絮凝剂，具有吸附架桥和电中和等性能，能适应不同的水质和气候条件，且水中残余的铝含量可大大降低。聚硅硫酸铝絮凝效果受低温影响小，净水效果明显优于硫酸铝，节约矾剂20%～50%。结成的矾花大而密实，沉降速度快，能提高沉淀（澄清）设备的产水量，增大水处理量可达15%。解决在冬季水温较低时硫酸铝混凝效果不佳，跑矾问题，并降低水中铝离子的投回量，提高出水水质。
　　2.2.3 储备技术
　　同时，根据上海市规划供水水质要求和原水水质条件，开展不同原水的深度处理工艺的研究如超滤和纳滤在处理黄浦江和长江原水中的应用研究；新的消毒方式如多点投加氯及管网远点加氯等，在保证消毒效果前提下，尽量减少加氯量，降低消毒副产物及氯的臭和味；开发和选用新消毒剂等，进行技术储备，尤其是进一步提高长江原水自来水水质的技术积累。
　　2.3 改造城市供水管网
　　城市供水管网改造的目标是确保供水水质、降低管网漏失率，力求做到经济、合理，提高供水水质和供水安全。
　　2.3.1 管网更新与改造
　　管网更新改造应循序渐进，突出重点，积极推广新工艺、新材料，新敷设的管道采用抗腐蚀材料或防腐性能好的产品，新管尽量采用球墨铸铁管。
　　管网改造实施原则：管网改造与城市规划相结合；管网改造与降低漏损和爆管相结合；管网改造与提高水质相结合；管网改造与优化供水调度和主干管布置相结合。
　　2005年基本改造无内衬管道，更换爆管频率高的管段；2010全面完成易漏、易爆管段改造，并逐步建立管网监测系统和管网GIS系统，完善供水区域间管网调水能力。
　　2.3.2 建立供水管网爆管事故预警与快速反应机制
　　上海市城市供水管网大口径管道爆裂事故的原因主要有两个方面，一是管网中管道部分老化，以灰铸铁管为主要管道材料的管道质量差，管道耐压和耐冲击性能差，是上海市供水管网与国际先进水平存在差距的根本问题；二是科学管理水平和手段比较落后，缺乏预防爆管事故的主动条件和快速反应及处理能力，容易造成重大的社会影响和经济、财产损失，影响市民生活和城市安全。
　　研究应用供水管网GIS系统和管网运行计算机动态模拟软件，建立以运行安全保障为目标的信息化管理平台；进行管网漏水和爆裂事故数据及因素分析，建立安全保障体系和建设方案；建立管网漏水监测系统，实时反映管网漏水状态，调研和选用适合上海地方特点和需求的管网漏水状态，调研和选用适合上海地方特点和需求的管网漏水和事故监测仪器设备，健全SCADA实时监测系统，制定事故快速反应和快速处理预案；实现管网安全运行调度和安全运行。通过应用研究成果加强科学管理，降低爆管事故发生率；逐年更新改造管网材料，提高管网抗御灾害能力，最大限度减少管网爆管事故隐患。
　　2.4 二次供水设施改造与管理
　　改善二次供水的水质，显著提高居民供水龙头水质的对策：一是改造供水设施；二是改变目前二次供水设施管理机制，实现供水企业管理供水到用户，建立长效管理机制。
　　对小区二次供水系统中屋顶水箱和地下水池进行改造，采用防腐处理，使用不锈钢、环氧树指等材质；立管改造主要有两种方式，即更换管道和清管涂膜。清管涂膜就是对原有室内立管采用研磨去垢、清洗、涂衬、通水冲洗、消毒等步骤，确保供水水质经过住宅立管不发生变化。1998年开始新建住宅自来水管材不再使用镀锌管，对目前使用的镀锌管，逐步采用塑料管、复合管材或其它抗腐蚀管材以及清管涂膜等进行改造。
　　2.5 郊区水厂推进集约化供水建设
　　集约化供水是指合理进行水资源的配置，从原水统筹，水厂归并、一网分片到配套服务，形成具有规模化经营模式的自来水供应方式。主要是为了满足上海郊区用水量增加，水质提高，到2020年达到与市区统一的供水水质目标的要求。
　　主要措施是：①进行郊区原水工程建设，实现郊区给水厂水源向黄浦江、长江水源地集中；②到2010年底前新建6座，扩建16座给水厂，增加供水能力274万m3/d；③归并中小水厂171座（含89座深井水），关闭110个就近河道取水口，全市原水集约率达到100%；④改造646km主要管网和1870个村的管网。
　　2.6 加强水质监管
　　目前市区出厂水已实现浊度、余氯在线仪表监测并联网传送至监控中心，有效控制出厂水水质，但管网水没有形成完善的在线监测系统。浊度、余氯、色、铁、猛值市水质中心一般在水样采集当天下午获得，细菌、大肠菌数需要一天后才能得到，而公司水质管理人员一般在两星期后获得这些报表数据，所以有任何管网水质运行、管理方面的问题，往往错过了分析、调查的最好时机。管网水质检验方式存在着滞后反映、滞后分析、滞后预防、滞后应急等问题。
　　建立水质监控信息管理系统对各给水厂原水处理工艺过程水、出厂水、泵站及供水区代表点的水质作24h连续监测，将各水厂、泵站的生产运行状况和数据通过网络，及时准确地传送到公司，为有关部门了解生产状况，进行生产运行的决策提供有利依据。充分发挥系统监测预警及诊断功能，建立一套令人信服的净水处理控制品质保证制度，确保供水的安全、稳定。
　　进一步提高供水调度自动化程度，建立管网水质模型，监督从原水到龙头整个净水过程的水质变化，进行动态水质控制，实现自来水从源头到用户龙头的统一管理，提高供水企业水质管理水平。