提高供水水质——保障供水安全

　　1.合理地确定地区或供水企业的供水水质目标
　　总的讲，随着国民经济快速发展，人民生活水平不断改善，人们对新污染物的认识不断提高，城市供水水质要相应提高。
　　为提高水质，在《饮用水卫生标准》（简称《国标》）的基础上，2001年卫生部提出《饮用水水质卫生规范》（简称《规范》），要求34项普遍执行，其余62项根据本地水源污染情况，有选择地执行。建设部于2005年提出《城市供水水质标准》（CJ/T208-2005）（简称《标准》），要求水质项目共103项，其中微生物8项，有毒有害物质74项，一般物理化学及感官性项目21项。要求城市供水企业分期达到该标准要求。
　　1.1要因地制宜科学地确定城市供水水质目标
　　当前，城市供水企业除须达到《国标》和《规范》规定的35项和34项外，如何根据《标准》要求确定本地区提高供水水质的目标。建议先对现出厂水质按《标准》103项进行全面检测，以明确是否已全面达到《标准》的要求，或还有那些项目已经超过或接近限值。首先把超过或可能超过限值的微生物和有毒有害物项目，列为当前或短期内实施的供水水质要求，抓紧采取措施予以落实。对一般物理化学项目及感官性项目，则根据条件，逐步达到。
　　供水企业在上述《国标》、《规范》、《标准》基础上，欲增加新的项目或进一步提高某项目的指标值要求，宜按照世界卫生组织、美国等制订水质标准的科学方法，按效益-投入分析结果确定限值。主要包括：
　　1调查统计当前供水水质中该项目的实际指标值；
　　2利用国际上现有污染物风险的研究成果，计算进一步把限值降低到不同值时，预计能够相应降低的病例，测算出效益（包括治疗该病所需的本人及社会直接及间接的平均医疗费以及不能工作期间社会生产的损失等）；
　　3降低到不同限值时，改善本地区供水系统所需要的工程总投资、经常费用和成本；
　　4根据效益-投入分析，求得本地区情况的合理限值。
　　1.2提高供水水质，保障供水安全，不仅要有合理的水质要求，还应有相应的合格率。
　　水质标准有诸多项目，一般可分为三类：
　　微生物。有严重的潜在后果，对其控制是最重要的。无论发达国家和发展中国家，微生物风险是首先要关注的。
　　有毒有害物。长期饮用含有毒有害物的水，可对健康产生不利影响，特别要注意有累积性污染物及可能致癌的物质。
　　一般物理化学项目及感官性项目。用户主要根据色、嗅、味的感觉评估水质，虽然感觉不好不等于水质不安全，但达到用户可接受的要求也是必不可少的。
　　过去制订水质标准，一般控制致病风险，但致癌与腹泻病造成的后果不同。近年来，国际上统一用不能健康生活的寿命DALYs（Disablity-AdjustedLife-Years）衡量。按世界卫生组织的《饮用水水质准则》（笫2版）及现行美国水质标准分析，微生物的DALYs风险远超过有毒有害物质。为使微生物DALYs的风险降到有毒有害物水平即，《准则》第3版及美国《加强地表水处理条例长期二期》（LT2ESWTR）对微生物提出更高的要求。
　　宜根据各类项目对公共健康的影响，确定相应的合格率目标。有毒有害物，特别是微生物应有很高的合格率，建议98%或95%以上。美国要求一级标准（包括微生物及有毒有害物）全部合格。美国EPA的战略目标是：到2008年，公共给水系统中95%的居民能饮用一级标准全部达标的水。对一般物理化学及感官性项目，可根据本地情况，要求95%（县镇水厂90%以上）。
　　浊度是综合性运行项目，感官性项目，又是指示微生物去除的项目。出厂水浊度的限值及合格率需按控制微生物的要求，而管网水可按感官性要求。
　　2.供水企业要保障供水安全
　　2.1供水企业必须保证供应需要的水量、水压和水质
　　供水企业是城市的重要的基础设施，供水安全保障是供水发展中各方关注的重大问题。我国国家领导人提出：“饮用水安全问题关系到广大人群众的身体健康，必须高度重视。”“我们的奋斗目标是，让人民群众喝上干净的水、呼上清新的空气，有更好的工作和生活环境。”为保障供水，国家规定，3万人停水24小时以上列为重大事故，5万人停水48小时以上列为特大事故。
　　城市供水系统从水源到用户龙头，点多面广，众多环节之一受到损坏，就可能程度不同地影响水量、水压或水质，而大多数水质项目的监测又是定期的，事后的。在正常生产情况下和发生突发事故时，怎样保障供水安全已是大家关心的重要问题。最近的世界卫生组识《饮用水水质准则》第3版中，一个重要的发展是引导进行安全分析与保障。要分析供水系统中各环节可能出现的问题、影响大小及可能机率，从而采取措施，使风险降到最低。
　　2.2分析供水系统的各环节中可能出现的问题和薄弱环节，以便采取相应措施。
　　如一般常规处理的水厂在正常生产中可能影响供水水质的问题有：工艺技术上不够完善，如混合不充分，絮凝不完善，滤池去除率低；工艺可靠性不够高，遇流量变化较大或原水水质变化较大时，水质缺乏保证；设备损坏、后备不足，或由于设备质量、维护原因导致损坏增加；运行上缺陷，如混凝剂、消毒剂加注不当，滤池运行产生气阻或滤层含泥量增加，絮凝与沉淀间穿孔墙处积泥过多，使絮凝体打碎影响沉淀效果；缺乏浊度、余氯等在线监测仪表、警报装置及自动控制加注混凝剂消毒剂设备，或这些设备损坏；所用设备或投加的药剂不符合卫生标准等等。
　　配水管网一般影响水质的问题有：生物再繁殖；化学腐蚀；水压较低时地下水渗入；污染物经虹吸进入管网；污染物进入无盖的清水池或水箱；错误的接水；新管投产前消毒不严格；管道设备维修时进入污染物；管道水流速突然改变；管道设备不合卫生标准；管道冲洗不正常等等。
　　2.3注意突发事件对供水水质的影响
　　突发事件包括：地震、狂风暴雨、干旱等重大自然灾害；工业废水、船只倾覆等严重事故性污染；水致疾病暴发期间对水源的严重污染；供水企业运行管理缺陷或爆管、断电引起的供水重大事故以及人为的破坏。
　　还要注意人为破坏可能造成的危害。美国自来水协会杂志报导：早在珍珠港事件前，美国联邦调查局长就写过：“我们很久前己认识到，在公用事业中，供水是打击的最脆弱点。而供水关系到工业生产、人民健康和信心的战略地位。”后来美国EPA在一篇短文中说：“以往认为供水企业的使命是向用户始终可靠地供应安全的水。但在‘9.11’事件后，使命突然戏剧性地扩大到安全防范和反恐怖。”
　　人为破坏可以归纳为：物理方法破坏，投放生物化学毒物，电子入侵破坏调度系统。
　　就水质保障而言，首先研究水质的保障要求；具体分析从水源到用户整个供水系统，那些环节点投入一定数量的某有毒物质，可能影响水质保障要求。
　　一般化学工业毒物毒性较低，致害剂量较大，水中含这类毒物很多表现为色、嗅、味异常，人们较易发现，有的溶解度较低。
　　生物化学毒素的毒性可能很大。考虑到毒性和溶解度，如以砷的相对毒性为1，沙林（Sarin）为100，VX为300，肉毒杆菌毒素A（BotullinustoxinA）则为10，000.该毒素的大鼠50%死亡剂量（LD50）为0.00003μg/kg.
　　一般霍乱菌、甲肝病毒等在水厂正常运行下可有效灭活，但肉毒杆菌需余氯6mg/L，有效接触时间20分钟才能灭活，在水厂已难以操作，而炭疽热菌则更难灭活。
　　物理爆破也可能破坏加氯系统的某环节，导致停止加氯并大量泄氯，不仅影供水水质还危害附近后民。电子入侵可能扰乱正常的净水运行而损害供水水质。
　　要采取相应的防范措施和制订应急预案，使事故的机率和造成的损失降到合理的最低的限度。分析进入爆破点和投毒点的途径，采取防范措施增加进入的困难、延长进入的时间，及时发现进入者。根据薄弱环节的分析，制订相应的应急预案和必要的工程措施。
　　3.充分发挥常规处理作用的首要措施是加强科学管理
　　为保障微生物安全，以地表水为水源的，常规处理是必不可少的。常规处理能去除的污染物，在常规处理中解决是经济合理的。为提高并稳定供水水质，充分发挥常规处理的作用是很必要的。为充分发挥常规处理的作用并结合以上水质安全保障的分析，对加强科学管理提出以下建议。
　　加强科学管理的根本目的是保证出厂水稳定地达到标准和目标的要求。为保证管网水水质达到要求，对经过管网可能引起变化的项目，其出厂水的指标值，要适当留有余地。
　　3.1.在日常运行中要抓住关键性运行项目
　　为保证供水水质，需定期检测水质标准（或目标）所规定的各项目，以验证所供水质是否符合要求。但检测是定期的，检测的结果也是事后的。故在水厂日常运行中，要寻找便于频繁检测或连续检测的关键性运行项目以确保供水安全。浊度和余氯是常规处理中共同的关键性运行项目。此外根据净水要求，增加pH、氨氮或其他项目。
　　3.2保证浊度稳定地达到预定的要求
　　稳定地降低过滤水浊度有二种基本方式：根据快滤池的浊度去除率确定沉淀水浊度要求；加注助凝剂或助滤剂，特别是加注有机聚合物，会改善水的混凝、沉淀和过滤性能。
　　3.3.要控制初滤水浊度
　　当出厂水浊度要求严格控制到相当低的情况下，就要注意初滤水浊度的控制。
　　控制初滤水浊度的基本措施是：降低冲洗结束时的废水浊度；为节约冲洗水，可在后期以低反冲强度冲洗一段时间，或用翻板滤池的冲洗方式，把砂面上水放掉；排放初滤水（约15分钟）；反冲水中加注混凝剂，主要是冲洗后期的水；冲洗后停役一定时间或在冲洗开始时滤速缓慢提高，可缓和初滤水浊度。供水企业可因地制宜选用。
　　3.4.为保证消毒要求，要保证出厂水维持需要的余氯幅度。
　　受粪便污染的原水很可能有病毒，而且危害严重。病毒测定很困难，多数国家的水质标准中不列病毒项目，美国列了代表性病毒，但检测也是定期的。为保证病毒及其他微生物安全，要考虑其安全的去除率。除随浊度降低去除—部分外，其余靠水厂内保证—定的消毒CT值。
　　3.5.消毒剂的合理选用
　　每种消毒剂均有它的优点、缺点、副产物和制约条件，水厂可因地制宜选用。
　　消毒一般用氯消毒。权衡风检，要在保证消毒要求的前提下，力争副产物的含量低于目标要求。有条件的，厂内用自由氯消毒更为有利。
　　3.6加强科学管理，要定期观察测定影响运行效果的关键部位
　　如沉淀池进口穿孔墙前后的积泥情况，沉淀区积泥情况，沉淀池出水均匀情况，快滤池滤层高度的变化，滤层的含泥量，非气水冲洗滤池冲洗过程中是否有气泡等。
　　定期测定滤层高度、含泥量、一格滤池的过滤全过程的进出水质、滤速、水头损失、冲洗强度以及冲洗时间与初滤水的关系。
　　3.7加强科学管理，还要安装必要的仪表、监视系统或自动化措施
　　进水、各沉淀池出水、滤后水及出厂水宜安装在线浊度仪。加氯后的沉淀水、滤后水和出厂水宜安装在线余氯仪。根据控制的需要和条件，确定pH及氨氮是否安装在线仪表。浊度、余氯以及其他主要运行参数宜有越限警报，能在水厂调度室监视，以便及时发现问题，采取措施。
　　有条件的，尤其是规模较大的水厂宜实施：混凝剂加注自动化，以稳定沉淀水浊度；加氯自动化，以稳定加氯后的余氯值；滤池运行自动化，使滤池按最佳条件自动运行；有条件的大型水厂可每格滤池装在线浊度仪。
　　3.8加强科学管理，要合理选用混凝剂、助凝剂、助滤剂和氧化剂
　　这是提高处理效率，保证处理水质的重要措施之一。可先通过搅拌试验再生产验证的方式，选择运行效果好，价格相对较低的混凝剂。
　　一般讲，使用助凝剂和助滤剂对提高处理效率有较好效果，尤其是使用有机聚合物。供水企业宜先进行搅拌试验或模型试验，然后推广应用。
　　对某些原水，氯、二氧化氯、高锰酸钾、高锰酸钾复合剂等预氧化，可明显提高处理效率并改善某些水质指标，也要研究其然使用的合理性。
　　4.必要的净水工艺技术改造是充分发挥常规处作用的另一个重要环节
　　要通过技术改造使净水工艺的每一环节在技术上处于经济合理的状态。
　　4.1混合的速度梯度要适宜，在常规处理中，短促而充分的混合是保证后续工艺处理效果的关键。
　　混合不充分，使水中部分脱稳不够的颗粒，在后续絮凝、沉淀和过滤中难以去除。
　　合适的速度梯度，当机械混合时G值宜700-1000，T值宜小于10~30s.静态混合器宜3000~5000.
　　生产运行中，当混合设施实际运行G值，有一定程度偏离合理值时，为改善混合条件，通常可采取以下措施：改造为机械混合池，效果较好的为水泵提升扩散管道混合器，机械搅拌混合器，水泵提升喷射混合器等；当有几组混凝沉淀池时，可比较停役其中一组后的综合效果；用两只管道混合器以适应不同水量。
　　4.2完善的絮凝是保证沉淀效果的重要条件
　　沉淀效果决定于絮凝体沉降特性和沉淀条件。从技术经济上讲，完善的絮凝是提高絮凝沉淀效果的首选重点。
　　水中脱稳颗粒碰撞的机率与GT成正比，而絮凝体最大稳定直径与成正比（有的试验认为，与成正比）。用搅拌试验可求得当地水源最佳絮凝条件的GT组合。以同样静止沉淀条件，用搅拌试验比较理想的混合、絮凝条件与生产絮凝池的差距，可以评估生产混合和絮凝设施的技术状态，以及改造后可能取得的效果。
　　改造絮凝池是相对投入少，而效果显著的技术和工程措施。改造内容主要调整隔板间距（在机械絮凝池则是调正转速）或延长时间。折板絮凝池是维持较均匀G值的有效形式之一，机械絮凝设备是适应流量变化的合理形式。
　　4.3沉淀池的合理改造
　　当絮凝体凝结良好，沉淀后水仍不能保证出水浊度的目标要求，则需研究沉淀池（或澄清池）改造的必要性。
　　首先检查运行上是否存在缺陷。
　　排除运行性缺陷后，宜比较用助凝剂改善的可行性。
　　提高沉淀效果的较简便措施是部分沉淀池或澄清池加装斜管，使整个水厂的沉淀池负荷处在合理的状态。
　　4.4对以浊度所指示的污染物而言，过滤是最后把关性工序
　　滤池冲冼后，滤料表层的含泥量宜<1%，>3%将降低过滤去浊率，也说明冲洗不完善，需要改善冲洗条件。为改善冲洗条件，通常的做法是：有条件的可调整冲洗强度到合理的数值；一般滤层厚度为90cm以下的水反冲滤池，加装冲洗强度为1L//s左右的旋转式表面冲洗是改善冲洗效果的合理有效措施。
　　当滤层的浊度去除率较低，宜研究应用助滤剂和滤层改造的可行性。
　　用模型滤池进行若干种滤层的过滤模型试验，求得适合本地条件的滤层和改造可能取得的效果。然后根据效益和投入分析确定改造方案。
　　5.当常规处理后的水质不能满足供水水质要求时，则需增设相应的深度处理工艺。
　　净水厂的基本任务是，以最经济合理的工艺技术，把原水中含有的各污染物的品种和浓度降低到标准允许值以下。
　　首先要对常规处理后的水，按标准（或目标）要求进行全分析，是否有超标项目。如无超标项目，说明常规处理己能满足水质标准或目标的处理要求。对经常超标项目，特别是有毒有害物质，得按超标项目的特点采取相应措施。一般可查阅该项目的溶解性，分子量，能否生物降解，氧化和吸附特性等资料，以便针对特性选择工艺，经过一定的试验，确定相应的工艺方案及主要参数。
　　6.因地制宜采取措施，缓解藻类繁殖引起的水质问题
　　6.1藻类繁殖对供水的影响要引起重视
　　在一定水温、营养条件、光照和pH条件下，藻类会相应繁殖。我国多数湖、库符合藻类繁殖的条件，相当部分已属富营养化。今后我国应用地表水和水库的比例将呈发展趋势，而环保治理需要有个过程，藻类繁殖对供水的影响要引起重视。
　　藻类繁殖的原水会给供水带来嗅味问题；蓝藻、绿藻等藻类在繁殖过程中特别死亡后会分泌藻毒素；含藻的水会降低净水设备的净水效果，甚至堵塞滤池造成净水厂运行困难；含藻的水会影响配水管网水质稳定。
　　6.2国内外在控制和处理藻类方面采取了多种方法
　　随着水源条件，藻类品种、繁殖程度和时间、净水厂工艺等不同，宜选择适合当地条件的较有效合理的方法。—般讲，能在水源部位控制藻类繁殖，可避免其后的一系列矛盾。在净水厂，也尽可能争取在前道工艺有较高的去除，以尽量提高出水水质。
　　6.2.1在库、湖中，控制藻类有以下方法可供选择：
　　1.对流域面积不大，以蓄水为主的基本上用于城市供水的水库，在进水端加注混凝剂并增设混合和—定的絮凝设备，可使进入库、湖水的磷含量降到0.05mg/L以下，甚至0.005mg/L.使水源处在贫营养和接近贫营养状态，以控制藻类繁殖。
　　2.在水深>5m的水库，可装置曝气筒（或扬水筒）。实践显示，平均水深超过10m的，控制藻类繁殖和嗅味有良好效果；平均水深为5-10m的，蓝绿藻繁殖及嗅味得到控制，但不能控制绿藻及硅藻，特别硅藻明显繁殖；平均水深在5m以下的没有控制效果。
　　3.在藻类繁殖季节，投加硫酸铜控制其繁殖。
　　4.饲养—定的鱼类和水草也有利于控制繁殖。
　　6.2.2.当藻类进入净水厂，尽可能提高前道工序的去除率，主要处理措施有：
　　1.进厂的水先用金属或合成纤维编织的微滤机过滤。
　　在日本有部分水厂用纤维编织的长毛绒（毛长7-15cm）替代微滤网，流速
　　600-800m/d.据小岛贞男试验，蓝藻去除率96%-99%，硅藻70%-85%，绿藻95%-98%.
　　2.生物预处理。在降低氨氮、可降解有机物等的同时，也降低藻类含量和臭味程度。
　　3.水中加泥或加注助凝剂有助于提高藻类去除率。前加氯可提高去除率，但可能增加藻毒素含量，反过来氯（余氯0.3mg/L，30min）（化合氯无效）和臭氧（余臭氧0.3mg/L，5min）及木质粉末活性炭可去除微囊藻毒素LR.
　　4.滤水中藻类过多，会引起滤池堵塞。把滤层改为双层滤料，可改善堵塞状况。
　　5.藻类的存在影响滤池过滤效率，如滤后水浊度升高，在待滤水中再加混凝剂（即助滤剂），可提高滤池的去除率。
　　供水企业宜根据各自条件，进行必要的试验，权衡得失，因地制宜选用。
　　7.保证供水水质，还需要有完善的配水系统和良好的管理维护
　　7.1配水系统的根本任务除保证供应用户充足的水量和足够的压力外，还要保证管网水质仍符合标准或目标要求。
　　如前所述，水质标准是指用户龙头放出来的水质。如由于管理分工，供水企业负责到水表处。为便于考核，则考核管网水。水厂处理和配水系统管理的根本目的是保证上述水质达到标准要求。
　　水质标准中多数项目的含量，在配水系统中的不再变化或变化甚微。由于水质带侵蚀性，输配水管内壁会有部分锈蚀，管网水中的色、铁、锰，浊度，可能有一定增加。
　　微生物中原生动物及病毒是在宿主体内繁殖，细菌学项目在管网中可能再繁殖。细菌学项目是否再繁殖及繁殖程度，决定于水中营养条件（如AOC，BDOC），消毒剂的品种及残余量（余氯量），细菌特性，管壁材质，水流速度，水温及pH等。当余氯含量不足以控制时，细菌、大肠菌等可能再繁殖，使水中细菌学项目超标。
　　在出厂水微生物安全的前提下，管网水的总大肠菌或耐热大肠菌、埃希大肠菌和细菌达标，可认为微生物方面是安全的。管网水较出厂水的细菌数是否增加，可指示余氯控制细菌再繁殖的情况。当可接受的余氯浓度不足以控制细菌繁殖时，则要研究降低AOC等其他合理措施。
　　7.2在出厂水符合标准的基础上，为保证管网水符合标准，须严格控制和避免：
　　7.2.1污染物特别是受粪便污染的污染物进入配水系统。
　　须严格控制和避免：
　　1.用户污水通过自来水接水管倒回到配水系统；
　　2.各清水池要加盖盖好，避免飞禽粪便等污染物进入，通气孔要用网罩，避免昆虫进入；
　　3.配水系统要维持足够的压力，避免地下水渗入；
　　4.避免管网发生水锤，以免低压或负压时地下水渗入；
　　5.新敷管道清洗消毒达到规定要求；
　　6.较困难的是，管道停水检修尤其是爆管检修时，要尽最大努力避免污染物进入或进行必要的消毒。
　　7.2.2.清水池、屋顶水箱、地下水池，每年要清洗消毒1-2次。
　　7.2.3.如管网水色度超标，要检验铁、锰值，找出增加铁、锰值的关键管段，对这类关键性管段逐步进行改造。
　　7.2.4.如发现个别地区耐热大肠菌或埃希大肠菌不合格，要进一步分析，如多次不合格要分析原因，并采取相应措施。
　　7.2.5.如发现边远地区管网余氯消失，要因地制宜采取提高出厂水余氯，改用氯胺或管网中间补充加氯等措施。
　　7.2.6.配水系统，主要是配水管，要定期放水冲洗，以改善管网水质。
　　7.2.7.尽量避免或减少流速过低现象，尤其管网断头处和阀门关闭处，这是管网水质的薄弱点。