上海多水源调控超大城市饮用水安全保障与高品质饮用水技术研究与示范——太浦河金泽水源地水质安全保障综合示范(2017ZX07207)成果宣传

作为超大型城市，上海通过持续建设形成长江水源供水系统和黄浦江水源供水系统“两江并举、多源联动”供水格局，并通过水专项支持实现了“十一五”关键技术点攻关和“十二五”供水线技术综合示范，构建了长江青草沙水源饮用水安全保障技术体系，显著提升了上海饮用水安全保障能力和饮用水品质。“十三五”期间，上海2035年城市总体规划提出确保水资源供给安全，健全城乡供水体系，提高入户水质，至 2035 年全市供水水质达到国际先进标准，满足直饮需求。为改善黄浦江供水系统水质，2016年12月黄浦江上游太浦河金泽水库建成通水，日供水规模351万m3，供水覆盖上海西南五区670万人口。金泽水库位于典型平原河网地区，受上游河网雨水径流污染、养殖业抗生素等新兴污染物影响，存在耗氧量偏高，季节性藻类和嗅味、锑突发污染、微量有机污染物检出等水质问题，作为上海“两江并举”供水格局之一的黄浦江集中供水水源，保障金泽水源受水区供水稳定达标，是全面保证上海供水安全、实现上海“卓越的全球城市”目标的重要组成和紧迫任务。为解决上述问题，项目以不少于1 000万人龙头水水质达标(GB 5749—2006)和不少于10万人龙头水水质达到高品质饮用水为总体目标，针对金泽水源地污染削减、水源地监测预警与联合调度、水厂净水工艺优化提升、管网与二次供水保障等方面开展技术攻关，集成金泽水库受水区“从源头到龙头”饮用水安全保障技术体系并开展工程示范，并进行了高品质饮用水的探索和实践。在此基础上，结合“十一五”、“十二五”研究成果，集成多水源调控超大城市饮用水安全技术体系与保障方案，保障上海超大型城市供水整体安全和高质量发展。

1 标志性成果

1.1 形成金泽水源饮用水安全保障技术体系，实现黄浦江供水区龙头水质稳定达标

针对金泽水源主要水质问题，在水源地污染削减、水质监测预警与联合调度、水厂净水工艺优化提升、管网与二次供水保障等方面取得关键技术突破与示范应用，形成金泽水源从源头到龙头饮用水安全保障技术体系，实现上海西南五区饮用水稳定达标。

(1)突破水源地雨水径流污染削减和养殖业新型污染物控制技术，支撑水源地水环境质量改善

针对金泽水源地“三高一低”特征，形成强化调蓄净化生物滞留技术、强化除磷及蒸发的渗透铺装技术和强化除磷及脱氮的干式植草沟技术，创新性研发无动力集成式雨水旋流处理装置和雨水径流污染控制一体化处理装置，解决管道防沉积和末端防倒灌的双重问题，提出湖荡湿地调蓄及生态净化技术和水源地河道生态护岸污染梯级阻控及重建技术，集成“源头减排—过程控制—末端阻控”雨水径流污染全过程控制思路和技术体系。通过青西郊野公园绿色基础设施工程示范，年径流总量控制率可达85%，CODCr、TP、SS平均去除率分别达到50.1%、40.6%、54.5%。构建金泽水源地绿色雨水基础设施效益评估及管控平台，为区域雨水径流面源污染综合防控管理决策提供“一张图”一站式决策支持和信息化管理手段，形成《黄浦江上游饮用水水源保护区划(2017版)》、《海绵城市技术标准》(DG/TJ 08-2298—2019)，结合技术全面推广应用，预计可实现年入河径流削减量约345.3万m3，有效削减水源地面源污染。

针对养殖业新型污染物，在源头管控方面提出了养殖业抗菌药物管理清单，在末端处置方面研发了基于短泥龄AAO和抑硝化SBR工艺的畜禽养殖废水抗生素和激素类新型污染物处理工艺，抗生素去除率提高90%以上，氮素损失率低于15%，实现了抗生素高效选择性去除和畜禽养殖废水资源化还田利用目标；研发了基于可拆卸金属负载型多孔材质的水产养殖尾水复合型人工湿地系统，常规和新型污染物去除率分别达到60%和80%以上，实现了水产养殖业常规和新型污染物的协同净化，技术在2个畜禽养殖场和1个水产养殖场工程示范中应用，并已在面积1000亩(1亩=666.67 m2)鱼塘尾水治理改造工程中推广应用。率先构建养殖业新型污染物防控管理体系，形成了《上海市养殖业抗菌药物使用规范(试行)》、《畜禽养殖废水新型污染物末端处置可行技术指南(试行)》、《水产养殖尾水新型污染物末端处置可行技术指南(试行)》在上海市和长三角生态绿色一体化发展示范区推广应用，通过上海农委率先实施降低全市养殖业抗菌药物年使用量约30%。

(2)突破调蓄水库水质水量监测预警及水质调控技术，破解流域层面水源地监测预警及联动难题，建成跨区域、跨部门金泽水源水质水量监测与预警业务化平台，保障金泽水库取水和运行安全

建立在线监测、实验室检测、移动监测、实时视频监测等水源地水质多级监测系统，确定重金属、藻类、有机物等多目标监测预警指标阈值，并整合太湖流域管理局、上海、江苏等相关省市环保、水务部门水质、水文监测资源，建成跨区域、跨部门金泽水源水质水量监测与预警业务化平台，实现流域层面水源水质水量监测预警及环境风险可视化。其中，构建的太浦河溢油模型、化学品泄漏模型、锑浓度模型，突破突发事件模拟业务化，预报作业时间最缩可短至3 h；结合模型计算分析，提出太浦闸(泵)-金泽水库-松浦大桥取水口常规水质超标联合调度方案集和突发水污染事件联合调度方案集，实现流域层面联动调度，保障金泽水库取水安全。结合来水监测预警分析数据，形成扩容沉淀、曝气系统、人工介质、生态净化等调蓄水库集成技术应用，与水库水位、水闸等联动调度运行，形成《金泽水库不同季节运行规程》规范化文件及《供水水库生态健康评估技术规程》，水库出库水TP、氨氮分别降低21.4%和18.5%，实现2020年金泽水源地水质年平均值优于地表水Ⅲ类标准，高藻期(6月—10月)叶绿素a平均值为4.8 μg/L，锑浓度低于3 μg/L，增强了水源地对突发事件的防范与应对能力，保障了原水安全生产。

(3)基于嗅味、新型污染物、消毒副产物控制的臭氧活性炭工艺优化，形成金泽水源水厂运行优化集成技术，提出水厂嗅味去除方案，出厂水稳定达标

针对金泽原水有机物偏高、季节性藻类、嗅味问题，提出预氧化除藻、吸附除嗅的预处理技术参数，建设金泽水库加氯和加粉炭的原水预处理工程，出库原水藻类削减90%，致嗅物质减少50%～90%，耗氧量削减10%，明显改善进厂原水水质，形成《金泽水库原水预处理技术导则》(T/SWSTA 0001—2020)团体标准。

通过强化混凝提高疏水性有机物和消毒副产物前体物去除效能，采用自由氯分段精准投加控制出厂水三卤甲烷生成(前后段次氯酸钠最佳投加比例为1∶2～1∶2.5)，优化前后臭氧投加量提高致嗅物质和微量有机物去除率(前臭氧为0.6～1.0 mg/L、后臭氧为0.6～1.0 mg/L)，定期更换活性炭保证耗氧量、微量有机物去除效率。编制团体标准《制水厂运行规程》(T/SWSTA 0002—2020)，形成金泽水源水厂工艺适应性技术方案、上海市饮用水嗅味控制技术方案，应用到西南五区12座水厂，显著改善出厂水水质，出厂水稳定达到国标基础上，消毒副产物、微生物指标、浊度、嗅味等指标达到了上海市《生活饮用水水质标准》要求。

(4)提出管网和二次供水水质调控与优化技术，保障输配水质稳定

针对管网余氯季节性变化和微生物安全风险，通过构建最优余氯衰减模型，提出闵行示范区有效防控末端微生物风险的余氯协同控制水平(0.42～0.54 mg/L)，制定管网多级加氯消毒技术方案，提出泵站出水总氯控制目标：取用长江水源时，5月—10月出站水总氯宜控制在0.6～1.0 mg/L，其余月份控制在0.5～1.0 mg/L；取用黄浦江水源时，5月—10月出站水总氯宜控制在0.7 ～1.0 mg/L，其余月份控制在0.6～1.0 mg/L。结合水质特点、模型模拟、动态加氯等措施，集成供水管网水质调控技术，满足管网输配水质稳定要求。颁布《供水管网加氯技术指南》(T/SWSTA 0003—2019)，结合水质特点、模型模拟、动态加氯等措施，集成供水管网水质调控技术，满足管网输配水质稳定要求。

针对末端居民小区二次供水水龄过长，存在浊度、总氯、微生物安全风险问题，构建二次供水水龄模型，提出调整水池(箱)液位和进水方式两种水龄优化方案，开发了密封性好、透气性佳、抑菌的水箱密闭装置，制定二次供水运行与维护技术方案。颁布《居民小区二次供水设施运行维护相关管理办法》、《居民小区二次供水管理标准(试行)》，建立二次供水设施管养长效机制，结合技术在示范小区应用，优化二次供水运行模式和降低水池液位，有效缓解余氯衰减现象，HPC数量最高降低约90%。

(5)探索流域协同、行业监管、企业行动的饮用水安全保障业务化管理模式，建设覆盖源头到龙头的上海市多水源供水信息化业务平台，实现西南五区原水、供水联动

探索建立了流域协同、行业监管、企业行动的饮用水安全保障业务化管理模式。流域协同，即通过政府间协调，整合上海、江苏等相关省市环保、水务部门水质监测数据，构建跨区域、跨部门的金泽水源水质水量监测与预警业务化平台，建立太浦河闸—金泽水库—松浦大桥上下游联动调度方案，实现流域层面水源监测预警与联动调度。行业监管，建设了上海市供水管理部门运行的居民二次供水监管信息化平台，实现二次供水设施全过程动态监控管理。企业行动，建设了覆盖源头到龙头的上海市多水源供水信息化业务平台，集成水源、水厂、管网、二次供水的监管数据，实现西南五区原水、供水联动，提高水厂生产运营智能化水平。

1.2 集成多水源调控超大城市饮用水安全技术体系与保障方案，实现上海不少于1 000万人口龙头水稳定达标

为支撑上海市饮用水安全保障和品质提升，水专项在“十一五”至“十三五”间先后在上海部署10余项项目(课题/任务)，通过“点、线、面”递进方式，逐步实现科技成果集成和综合示范应用：“十一五”聚焦“点”，着重关注水源、水厂、管网及二次供水各个环节的关键技术突破和示范，重点保障出厂水水质稳定达标。“十二五”将“点”连成“线”，着重关注黄浦江和青草沙两条供水线“从源头到龙头”的饮用水安全保障技术集成和示范。“十三五”由“线”扩展到“面”，针对黄浦江金泽水源供水区开展综合示范，着重关注成果系统集成和推广应用，补齐关键技术短板，实现金泽水源供水区以及推广应用区域1 000万人口的龙头水水质达标。项目集成“十一五”至“十三五”水专项技术成果与示范建设，形成原水保质保量、水厂深度处理达标、管网输配稳定、监管完善规范的上海超大城市饮用水安全保障的技术体系与保障方案：

(1)水源水质调控方面，形成多水源调度与水质调控成套技术，支撑“两江并举、多源联动”水源地格局建成，显著提升超大城市原水安全保障能级

建成长江水源陈行水库、青草沙水库、东风西沙水库和黄浦江上游太浦河金泽水库“两江四库”水源地格局，突破了河口水库咸潮风险评估预警关键技术、流域层面水源地监测预警联动技术、调蓄水库水力调控与生态协同水质保障技术、多水源城市原水系统综合调控关键技术等关键技术，构建了长江河口水源地咸潮预警预报、富营养化预控多级水质监测、黄浦江金泽水源跨区域跨部门水质水量监测预警等业务化平台，建设加氯、加粉炭原水预处理系统，建成上海多水源调度可视化平台。通过技术应用与业务化运行，有效保障水源水库取水安全，显著改善水源水库藻类及藻源性嗅味，出库原水水质达到或优化地表水Ⅲ类标准，实现了上海多水源原水系统的科学联动调配，调度水量达1 000万m3/d，支撑“两江并举，多源联动”水源地格局建成，显著提升了超大城市原水安全保障能级。

(2)水厂工艺优化方面，形成饮用水嗅味识别与去除成套技术突破溴酸盐生成和消毒副产物控制技术，促进了深度处理工艺在上海大规模推广应用，有效解决上海饮用水嗅味问题，饮用水口感显著提升

嗅味问题是长期困扰上海市供水行业的一个难题，针对水库藻源性嗅味问题，形成了库区水动力调控藻嗅、厂前氧化与吸附削减藻嗅、水厂臭氧生物活性炭强化去除藻嗅等工艺技术方案，并在青草沙水库和陈行水库的水源供水系统中应用，有效保障了出厂水稳定达标。针对黄浦江水源复杂嗅味与有机污染共存的难题，集成嗅味物质识别技术，形成了嗅味、有机物协同净化技术方案，有效解决了长期困扰上海饮用水的异嗅难题。

针对原水主要水质问题，突破加氨的溴酸盐抑制技术、紫外和氯组合消毒的微生物多级屏障技术、消毒副产物控制技术、水厂锑突发污染控制技术等关键技术，确保出厂水稳定达标，促进了深度处理工艺在上海大规模推广应用，至2020年总规模达758万m3/d。

(3)管网安全输配方面，形成管网分级保障技术，突破基于水龄控制的二次供水优化及监管技术难题，为老旧小区改造及运行管理提供支撑，保障输配水质安全

形成基于水平衡的漏损控制技术，集成管网“检测评估-清洗消毒-修复-更新改造”分级保障技术，保障供水管网微生物安全，提升管网水质。针对二次供水水质稳定性差，水质投诉明显，提出调整水池(箱)液位和进水方式两种水龄优化方案，突破了基于水龄控制的二次供水优化及监管技术难题，实现二次供水水质提升，为完成上海市居民老旧小区改造及运行管理提供支撑，并通过室内给水设施适应性技术，提升了居民龙头水水质。研制形成二次供水在线监测设备、管网自动冲洗消毒一体化设备，实现管网自动冲洗，操作简便、精准加药、远程监管、运输方便、节约水量。

(4)饮用水安全管理方面，构建了业务化平台与技术标准相结合的多级协同管理技术

源头上，形成水源地水质水量监测预警业务化平台、多水源调配可视化平台，实现水源地咸潮预警预报、跨区域水质水量预测预警业务化，龙头上形成居民二次供水监管信息化平台，同时探索流域协同、行业监管、企业行动的饮用水安全保障业务化管理模式，建设覆盖源头到龙头的上海市多水源供水信息化业务平台，集成水源、水厂、管网、二次供水监管数据，提高供水全流程管理生产运营智能化水平。制/修订《制水厂运行规程》、《供水管网加氯技术指南》、《居民小区二次供水设施运行维护相关管理办法》等23项标准规范指南，形成从源头到龙头的先进饮用水水质管理标准体系，推进供水全流程精准运行和精细管理。

1.3 突破超大型城市高品质饮用水技术路线与关键技术，建成受益人口10万人高品质饮用水示范区

在全面保障饮用水安全与水质稳定达标的同时，发挥水专项科技创新引领作用，以卓越全球城市为目标，对标国际大都市先进供水水平开展高品质饮用水的探索与实践。

(1)理念创先，提出超大型城市上海高品质饮用水发展模式

通过对上海供水系统特点、建设运维可行性、饮用水普惠性等方面的科学研判，提出“饮用水是第一食品”的核心理念，明确采取整体提升城市公共供水水质的“市政集中供水”发展模式，构建了“从龙头到源头”的水质提升溯源机制，提出了“水源高标准、水厂高能效、管网高保鲜、龙头高品质、法规高保障”的技术思路，通过原水水质调控、水厂工艺优化提升、管网输配水质稳定、二次供水模式优化、运维标准体系建设，达到稳定原水水质、提升出厂水质、稳定输配水质、稳定二次供水水质、保障龙头水水质的“三稳一升促保障”供水目标，形成一条具有上海特色、适合超大型城市的高品质饮用水建设思路。

(2)技术突破，形成高品质饮用水核心关键技术

针对出厂水水质提升，形成“常规处理+纳滤”组合工艺关键技术(混凝沉淀—砂滤—精密过滤器预处理—纳滤)，通过纳滤膜强化常规出水耗氧量、致嗅物质、抗生素等微量有机物、微生物等污染物去除，工艺出水浊度为0.01～0.02 NTU，CODMn为0.24～0.48 mg/L，总硬度为35～42 mg/L，重金属锑去除率为100%，铝去除率为40%，抗生素去除率为50%～99%，全氟化合物去除率为100%，2-MIB、双醚等致嗅物质未检出，微生物指标未检出。建设闵行水厂(四期)1万m3/d“常规处理+纳滤”技术示范和2万m3/d“臭氧生物活性炭+超滤”技术示范，提出满足高品质饮用水要求的“臭氧生物活性炭+超滤”与“常规处理+纳滤”混合供水方式(产水比例2∶1)，水质稳定达标(GB 5749—2006和DB31/T 1091—2018)，水质明显改善，口感显著提升。

针对管网稳定输配，形成管网综合评估-消毒清洗-修复-更新改造分级改造关键技术，以浊度、余氯、亚硝酸盐、铁和异养菌(HPC)为关键水质参数，关注水质异常区域和管网薄弱环节，结合模型模拟和管网诊断评估结果，科学制定针对性的管网分级改造方案：对于轻度腐蚀结垢或有生物膜的管道采取气水冲洗方式解决水质隐患，对于腐蚀结垢严重或有漏点的管道采取非开挖修复等方式进行管道修复，对于超役、重度腐蚀或老化破损严重的管道采取更新改造。研制形成管网自动冲洗消毒一体化设备，解决市政供水管网冲洗加药量不准确、消毒不彻底、冲洗水量浪费等问题，实现管网自动冲洗，投药精准，消毒效果好，节约水量80%。技术在闵行高品质饮用水示范区等地区应用，效果良好。

针对二次供水水质保障，形成基于水龄控制的二次供水运行优化关键技术，根据居民小区用户数量、用水特征等参数，优化水箱数量，调节二次供水水箱(池)水位，降低水池水力停留时间，缓解余氯衰减，提升微生物安全。建立居民二次供水监管信息化平台，对余氯、浊度等水质指标进行实时监测，加强水质在线监测，掌握用户端水质情况。

针对居民龙头科学用水，形成室内给水设施适应性关键技术，以保障龙头水水质为目标，从居民户内饮用水系统的选型设计、施工安装、运行维护及应急处置等方面，对居民户内给水设施的建设和使用做出了科学指导和规范，明确给出饮用水在户内管道停留时间超过12小时后(隔夜)，需放流后饮用的用水建议。编制完成我国第一部指导居民科学用水的《住宅户内饮用水系统建造及使用指南》(T/SWSTA 0004—2020)，由上海供水行业协会颁布。

(3)标准引领，编制颁布我国第一部地方性饮用水水质标准

定位上海“卓越的全球城市”供水目标，积极接轨国际先进饮用水水质标准，编制颁布了我国第一部地方性《生活饮用水水质标准》(DB31/T 1091—2018)，标准针对上海原水水质特征，关注末端水质稳定和健康指标，较GB 5749—2006新增指标5项，提标常规指标17项、非常规指标23项，增加附录A参考指标3项，为高品质饮用水提供水质目标。编制完成我国第一部指导居民科学用水的《住宅户内饮用水系统建造及使用指南》(T/SWSTA 0004—2020)，以保障龙头水水质为目标，对居民户内给水设施的建设和使用做出了科学指导和规范。

(4)探索实践，完成10万人高品质饮用水示范区建设

通过技术应用，率先建设完成上海闵行高品质饮用水示范区，面积约5.2 km2，涉及马桥大居等41个居民小区，服务人口10.5万人，示范后龙头水稳定达到国标GB 5749—2006和上海地标DB31/T 1091—2018基础上，水质和口感进一步改善，浊度为0.05～0.19 NTU，铝不超过0.02 mg/L，锑不超过2 μg/L，致嗅物质2-MIB和土臭素不高于2 ng/L。建设了水厂-管网-二次供水大型综合技术验证基地，对不同水厂处理工艺、输配管材、二次供水模式等进行试验验证，选择最优产品和最适宜方案进行工程示范。通过成果推广，进一步开展上海黄浦高品质饮用水示范区、临港自贸区高品质饮用水示范区建设，推动上海全市高品质饮用水规划目标的实现。

2 实施成效与影响

2.1 提升上海黄浦江金泽水源饮用水安全保障能力，助力上海饮用水整体高质量发展

项目成果支持黄浦江金泽水源饮用水安全保障能力整体提升，实现金泽水源供水区龙头水稳定达标，结合“十一五”至“十三五”水专项研究成果，集成多水源调控超大城市饮用水安全技术体系与保障方案，助力上海整体形成原水保质保量、水厂深度达标、输配稳定安全、监管完善规范的饮用水安全保障体系，实现上海1 000万人口龙头水稳定达标，上海市饮用水水质综合合格率由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%，系统解决了困扰上海多年的饮用水嗅味问题，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质量发展，为长三角地区饮用水安全保障起到引领作用。报送《科技赋能，水专项成果助推上海饮用水高质量发展，支撑长江下游地区饮用水安全保障》(水专项成果专报第9期)。

2.2 建成上海首个高品质饮用水示范区，发挥技术辐射和建设引领作用，服务国家重点战略

发挥了水专项科技创新引领作用，通过技术研究与示范建设，形成一条具有上海特色、适合超大型城市的高品质饮用水技术路线，完成服务人口10万人的闵行高品质饮用水示范区建设，嗅味和口感进一步改善，直接支撑水专项高品质饮用水标志性成果目标的实现，成果与建设经验已推广应用至上海黄浦高品质饮用水示范区、临港自贸区高品质饮用水示范区，有力支撑了上海2035年城市总体规划中可直饮供水目标的实现，助推上海卓越城市的高质量发展。同时，高品质饮用水“上海理念、上海经验”辐射服务国家千年大计雄安建设，编制《河北雄安新区生活饮用水水质指标体系(建议稿)》并颁布实施，为我国其他城市开展高品质饮用水建设提供可参考、可复制、可推广的技术路线。

2.3 跨区域、跨部门监测预警与联合调度技术成果与应用，助力长三角生态绿色一体化示范区发展建设

太浦河金泽水源地位于青嘉吴长三角生态绿色一体化发展示范区核心地带，项目结合水源地保护需求和区域生态绿色发展要求。一是摸清了区域污染源分布情况，开展雨水径流和养殖业新型污染物防控技术研究与示范应用，形成相关防控策略，科学支撑太浦河清水绿廊建设，为长三角生态绿色一体化发展示范区水环境保护与管理决策提供技术支撑。二是以太浦河金泽水源地保护为目标，整合太湖流域管理局、上海、江苏等省市环保、水务部门，建设跨区域、跨部门水源地监测预警平台，提出上下游联合调度方案，支持青嘉吴长三角生态绿色一体化示范区发展建设，为跨流域水源保护提供范例和经验。

2.4 研究成果与示范建设受到主流媒体和社会公众关注，提升老百姓对自来水的信任度和认可度

闵行高品质饮用水示范区、跨区域跨部门金泽水源水质水量监测预警平台等研究成果和示范建设受到社会公众广泛关注和媒体连续报道，取得很好的社会反馈。新冠病毒疫情期间，社会舆论广泛关注市政自来水微生物安全问题，结合项目研究成果编制《水专项支撑上海水务全面加强病毒等病原微生物防控，确保供排水安全》(水专项成果专报第6期)，并通过多种媒体发布多篇科普文章，宣传饮用水安全，解答来百姓疑惑，提升老百姓对自来水的信任度和认可度。