城鎮供水末端水質保障技術的現狀與需求?

 

 

0 引言

        飲用水安全保障是國家公共衛生安全保障體系的重要組成部分，是促進經濟社會可持續發展、保障人民群眾身體健康和穩定社會秩序的基本條件，也是全面建設小康社會、構建和諧社會的一項重要內容。在黨的十八大報告中，將水源地保護與用水總量管理，建設節水城市，建立水的循環利用納入生態文明的建設中，反映出黨中央在建設有中國特色社會主義實踐中對水資源的高度關注。隨著城鎮建設的快速發展，為節約土地資源，我國城鎮建設了大量的高層建筑及超高層建筑。市政供水管網的壓力、流量難以滿足這些建筑的要求，需要對市政管網供水進行二次加壓，二次供水已經逐漸成為城鎮市政供水的最主要末端與終端。

        城鎮供水末端水質保障是飲用水質安全保障工作的重要環節。一方面，城鎮供水末端開口多、管材多樣、管道系統復雜、沒有完善的水質監測系統、污染控制難度大；另一方面隨著城鎮建設的不斷發展和建筑設施的不斷完善，其用水量還將逐步增大，水質、水量的保障與節水也是難點與重點。在我國，城鎮的二次供水（主要指生活用水部分）覆蓋面積占城鎮面積的60%以上，供水量占城鎮供水總量的50%以上。由于現代經濟社會的快速發展，我國目前飲用水水質問題突出，尤其在城鎮供水末端水質水量保障率不足，水質普遍存在健康風險。因此，解決城鎮供水末端用水水質與用水環境問題，是推進我國水質保障與節水型社會建設工作的重要組成部分。

        以末端水質健康風險控制為核心目標，探索水質安全轉化過程、途徑、方法與高效技術，構建飲用水質健康風險控制技術系統，構建水量科學保障體系，研發安全輸配水設備與管材優化技術，是飲用水質科學與技術領域的重要發展方向，也是當前在不同應用層面上保障我國飲用水質安全的重要技術需求。

1         城鎮供水末端水質的現狀

        2005~2009年間，全國在開展水質調查的城市中，二次供水平均合格率為70%，最低的只有50%，主要超標指標為濁度、鐵、游離氯、色度、總大腸菌群、細菌總數。目前，普遍關心的飲用水污染問題包括化學污染、生物污染等。但不論是哪種污染，其最基本特征都表現為低劑量、復合性和難以控制。各項指標均達到國家飲用水衛生標準的出廠水進入管網輸配系統后，仍可能發生復雜的物理、化學與微生物過程的水質變化與轉化，進而影響末端水質。水質化學轉化主要包括如下作用：①發生沉淀結晶、沉積等化學反應，并表現為細小顆粒物（如碳酸鈣等）濃度的升高或在管壁的沉積；②與管壁基體金屬發生電化學反應，并導致腐蝕產物釋放和水中金屬濃度（如銅、鉛、鋅、鐵等）的升高和管壁腐蝕層的形成；③水中某些組分與管壁溶出的金屬離子形成可溶性絡合物，導致水中重金屬濃度水平上升。

        據統計，我國城鎮凈水廠出廠水質合格率在95%以上，有的地區已達100%，與此相對應的供水末端（含住區與建筑物用水）水質合格率卻常常不到75%。根據實測，凈水廠出廠水濁度小于0.5 NTU，到用戶水龍頭水濁度多數大于或等于2 NTU，最高達6 NTU。在由國際酒店管理集團管理的酒店建設中，在其技術要求中均有對市政供水做二次水處理的要求，以保證客房龍頭處的水質。而對于沒有做二次處理的酒店，在衛生間龍頭處需標示龍頭水不能直接飲用的提示。供水末端才是真正體現供水水質的環節，技術提升與整體優化已經刻不容緩。

        “十一五”期間，城鎮供水基本解決了供水水量與水壓不能滿足需求的矛盾。隨著人民生活質量的提高，對供水水質的要求也隨之提升，人們渴望打開龍頭即可飲用，這就產生了管道直飲水技術。管道直飲水是在市政供水的基礎上采用深度水處理技術，并通過獨立的管道系統向用水點供水。但管道直飲水水費的增加限制了其在建筑物中的推廣。我國正在大力實施水資源的可持續利用和保護，使水資源不受破壞，并能進入良性的水質、水量再生循環。這一切都給二次供水工程的設計、技術及產品提出了許多新的要求。目前即使出廠水達到了106項監測指標，但是經過供配水管網以及二次供水設施之后，水質也將受到一定影響。據調查統計，二次供水全年綜合水質合格率較出廠水平均下降15個百分點，而一些指標如余氯、高錳酸鹽指數合格率等下降近50個百分點。由此可見，用水端的水質與快速發展的經濟和人民生活水平的提高相比，尤其是與發達國家和地區的終端水質相比還有很大的差距。

        城鎮末端污染日趨嚴峻，水質安全狀況堪憂，全國各地飲用水事故接連不斷，因水質、水量及二次供水設施安全方面的問題造成的居民生活風險加劇。地下供水管線受到污水滲水井污染，導致大腸桿菌超標引起飲用水污染；自來水出現渾濁、發黑的現象，還帶有臭味，居民飲用后出現嘔吐、腹瀉癥狀。飲用水從水源至用戶的過程中，在不同介質和界面尺度上發生著復雜的水質物理、化學、生物及其協同作用，導致水質轉化，并最終產生健康風險。

2         城鎮供水末端設施的現狀與復雜性

        我國城鎮供水末端供水設施數量巨大，多為屋頂水箱與低位水池合用類型，也有部分低位水池與變頻加壓供水泵合用的類型。水箱（池）的材料基本為混凝土、瓷磚和鋼板材質，少部分為不銹鋼。舊建筑使用的末端加壓供水設施和管材材質已經很難滿足現在對供水水質的要求，加上使用年份長久，腐蝕嚴重，致使出水水質降低。2008年，某市疾控中心對該地區不同街道不同小區二次供水末梢水進行檢測分析，結果發現全年四個季度所抽查的240份供水樣品中，合格份數為193份，合格率80.4%，其中余氯不合格占10%左右，另外有部分供水樣品出現濁度、鐵、色度、細菌總數、大腸菌群、pH等指標不合格現象。住宅小區二次供水出現水質不達標與水箱材質及供水管道老化現象密切相關，是二次供水引發傳染病隱患的源頭。

        隨著生活水平的不斷提高，居民用水方式不斷發展，生活用水器具種類繁多，供水末端開口眾多，給水質保障帶來了困難。由于建筑類型的不斷變化以及分質分類（冷水、熱水、直飲水）供水系統的發展，供水管路復雜性提高，造成水質污染狀況越來越復雜。用戶端飲用水往往由于處理工藝的局限性或輸配水過程的二次污染而導致水質存在安全風險。目前在二次供水系統中對水質、水量監測工作重視不足，水質監測預警技術發展滯后，水質水量監測技術管理體系混亂，加劇了水質污染帶來的危害。

        二次供水設施是供水的最終保障單元，它們性能的好壞，直接影響著用戶水量、水質保障和節水的成效。我國在給水排水設備、材料方面與國外發達國家還有較大差距，一是設備生產廠家技術研發力量薄弱，技術創新能力不足，特別是原始創新能力不夠；二是國內建筑給水排水設施市場不規范，產品質量良莠不齊。一些供水設備在簡單的組合后反而成了費水及水質受到污染的設施。因此，現有設施與設備的性能和技術參數還有待進一步提高，特別是對水質、水量整體保證設備的研發需求。目前國內正在進行全國性的水價調整，很多城市提高了生活用水水價，實施階梯水價，這也在一定程度上給予了新產品更為廣闊的市場空間，促進給水排水設施的產業化和產業升級。

3 城鎮供水末端水質保障應解決的技術問題

3.1  二次供水水質污染機理分析與模型的建立

        進行我國二次供水水質現狀的調研，結合調研結果并借鑒國外先進的研究方法和研究工具，提高二次供水水質污染機理的研究水平，并構建相關的水質模型。通過數值模擬軟件模擬二次供水水力特征，分析水質在二次供水過程中的變化規律，為優化設備的設計及運行參數提供科學依據。

3.2  建立我國城鎮供水末端的水質監測系統

        2012年10月1日實施的全文強制的技術法規《城鎮給水排水技術規范》（GB 50788）中提出城鎮給水系統（包含二次供水系統）應具有完善的水質監測制度，配備合格的檢測人員和儀器設備，對水質實施嚴格有效的監管。目前我國二次供水設施的管理，部分城市是由供水管理部門（自來水公司）來管理，而大部分城市是由物業公司來管理。由物業公司管理的現狀很難建立完善的水質監測制度，配備合格的檢測人員和儀器設備，更談不上終端水質保證。在由自來水公司管理的二次供水設施中，目前也沒有在末端建立水質監測系統與設備。由于缺乏系統的水質監測與研究，一些相關技術也是在缺乏數據支持下的臆斷，不可避免造成技術不匹配，相關技術產品滯后，水質保障率低。

3.3  城鎮末端用水量與節水節能輸配水策略研究

        我國目前沒有一個完整的國家級建筑給水排水實驗室，建筑給水排水方面的研究缺失。二次供水系統的最基礎資料，建筑物最高日生活用水定額標準仍然延續上世紀50年代從前蘇聯沿襲過來的技術參數，早已不能客觀反映我國建筑給水排水的發展現狀，偏離實際用水情況。由于用水定額直接用于二次供水系統的設計與施工、運營與管理，因此造成供水設施與使用條件不匹配、用水浪費與水質二次污染的現象頻發。同時，我國在二次供水、建筑區內供水保障方面的制度、措施及應急保障技術也不足以滿足時代發展的需求，相關的技術措施和配套政策需要進行完善。

3.4  提高供水整體系統技術研究，提升設備集成優化與創新

        我國在建筑給水排水系統設計及管理方面，重點強調水量、水壓的保證，對在不同建筑物的供水水質保障方面的技術措施不完備，目前只是強調在水池（箱）設置消毒設施，管路系統的優化幾乎不考慮。供水設施的性能和技術參數還有待提高，一些節水設備在簡單的組合后反而成了費水工程，供水水質得不到保證。在無管道直飲水系統的建筑中，采用不同種類的戶用節水、水質控制、水質凈化產品，反應了普通老百姓對水質的擔憂和水質提高的需求，也說明我國在二次供水工程方面缺乏系統的技術整合和研究，系統優化措施不足。

3.5  生活熱水水質保證技術

        我國相關的國家標準規定：建筑熱水供應應保證用水終端的水質符合現行國家生活飲用水水質標準的要求。但生活熱水系統與給水系統有著不同的特性，生活熱水系統的供水水溫一般在55～60 ºC，回水溫度在45 ºC。在一些工程中，管道中的水溫在35～40 ºC，此溫度是軍團菌的最佳繁殖溫度。冷水加熱使得水中三鹵甲烷含量增加，隨著水溫升高，余氯含量減少和消失，細菌數增多，異養菌數（22 ℃）增加，在某些場合，熱水中還出現了致病的軍團菌。熱水系統采用的消毒技術主要有化學方法和物理方法。化學消毒法（如氯、二氧化氯和臭氧）能夠殺死大多數病原體，但有消毒副產物。物理消毒法更適合住宅和公共建筑熱水系統的消毒，如紫外消毒殺菌、金屬離子消毒（銀離子和銅銀離子復合消毒）和熱力滅菌（熱水沖擊）。建立熱水系統的水質保證技術是保證人民身體健康的重要措施。

4 城鎮供水末端水質保障的建議

        保證供水水質安全已列入《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》中，這充分體現了國家對水質安全的重視。二次供水水質安全是城鎮水質保障的關鍵環節與最終體現，因此這一領域的研究將對行業及整個社會具有重要和深遠的影響。在《全國城市飲用水安全保障規劃（2006-2020）》中確立的目標為：至2020年，全面改善設市城市和縣級城市的飲用水安全狀況，建立起比較完善的飲用水安全保障體系，滿足2020年全面實現小康社會目標對飲用水安全的要求。我國在“十一五”、“十二五”國家水體污染控制與治理科技重大專項中，將水源地水質保護、城鎮給水處理廠工藝改進、城鎮給水管網優化與水質保證、城鎮給水水質監測與預警系統作為重點，在城市供水末端水質保障技術方面的研究很少涉及，即便在某些課題中有部分內容，但卻是由非從事建筑給水排水科研的機構承擔，研究技術內容不符合實際需求，滿足不了用水點處的水質要求。建議國家相關部門在“十二五”水專項中將城市供水末端水質保障技術的研究作為一個單獨的項目或課題，重點在以下幾方面開展研究工作。

（1）城市供水末端（建筑與小區）水質、用水環境安全及相關保障體系研究。

（2）開發整體系統（二次供水設施至用戶水龍頭）的水質保障技術、產品、節水節能的系統與設施的優化。

（3）城市末端輸配水管路系統安全與優化。

（4）城鎮供水末端水質水量監測預警應急管理與實施技術。

（5）生活熱水供水系統水質保證技術。

（6）結合工程實例進行系統示范與跟蹤反饋，建立全面提高城鎮供水末端水質水量綜合保障技術體系與用水環境提升的工程技術與設施集成示范。