李 霞，韓 笑，孫 瑩，石宇亭

（天津理工大學環(huán)境科學與安全工程學院，300384，天津）

天津市享有“九河下梢”之名，水資源比較豐富。但隨著經(jīng)濟社會發(fā)展，天津市成為資源型和水質(zhì)型缺水城市。尤其近幾年，作為灤河水、黃河水儲蓄水庫的于橋水庫和爾王莊水庫出現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化現(xiàn)象。此外，天津市正處在快速發(fā)展階段，特別是濱海新區(qū)和規(guī)劃新城的發(fā)展，對水資源的需求大幅度增加導(dǎo)致水資源危機進一步加劇。因此，改善天津市的供水管網(wǎng)，尤其是統(tǒng)一供水的供水方式，發(fā)展分質(zhì)供水，不僅能夠高效地利用、調(diào)控水資源，而且可以提高居民的用水品質(zhì)，為建設(shè)“生態(tài)宜居城市”提供最基本的保障。

一、天津城市分質(zhì)供水模式

1.分質(zhì)供水的涵義

分質(zhì)供水是指具有兩套或兩套以上供水管網(wǎng)，分別輸送不同水質(zhì)等級的水，供給不同用戶的一種供水方式。具有代表性的有日本的多元管道系統(tǒng)和美國的二元管道系統(tǒng)。

我國分質(zhì)供水起步較晚，采用二元管道分質(zhì)供水系統(tǒng)，分質(zhì)供水系統(tǒng)的發(fā)展分為兩個階段：第一個階段是過渡階段，分質(zhì)供水系統(tǒng)為自來水與優(yōu)質(zhì)飲用水系統(tǒng)。自來水主要用于沖廁、洗車、洗漱、景觀水體、消防用水、工業(yè)用水等，優(yōu)質(zhì)飲用水主要用于烹飪和飲用。第二個階段是發(fā)展階段，為自來水與再生水系統(tǒng)。自來水主要用于烹飪、洗漱、飲用，再生水主要用于綠化、洗車、景觀水體、消防用水、沖廁、工業(yè)等。發(fā)展階段的分質(zhì)供水系統(tǒng)與美國的二元分質(zhì)供水系統(tǒng)類似。

2.天津市城市分質(zhì)供水模式

天津市城市分質(zhì)供水包括自來水與優(yōu)質(zhì)飲用水、自來水與再生水兩種二元供水模式。這兩種模式又分別包括集中式與分散式。自來水與優(yōu)質(zhì)飲用水模式屬于天津市分質(zhì)供水發(fā)展的過渡模式，自來水與再生水模式是分質(zhì)供水發(fā)展的最終目標。兩種分質(zhì)供水模式的具體特點、用途及建設(shè)情況見表1。

因分質(zhì)供水用途不同，分質(zhì)供水處理工藝包括兩種：優(yōu)質(zhì)飲用水分質(zhì)供水處理工藝和再生水分質(zhì)供水處理工藝。

①優(yōu)質(zhì)飲用水分質(zhì)供水處理工藝包括：活性炭處理、膜處理（微濾MF、超濾 UF、納濾 NF和反滲透 RO膜）和消毒處理等技術(shù)。如果自來水中含硬度和溶解性總固體過低，或自來水經(jīng)深度處理后水中上述兩項指標含量過低，則還應(yīng)有水中礦物質(zhì)和微量元素調(diào)節(jié)的保障處理技術(shù)，一般可采用含礦物質(zhì)的粒狀介質(zhì) （麥飯石、木魚石、珊瑚礁等）過濾器處理，使過濾出水增加一定量礦物鹽。

②再生水分質(zhì)供水處理工藝包括：混凝、沉淀和過濾。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，不少發(fā)達地區(qū)再生水廠開始使用膜處理工藝，如超濾膜技術(shù)、膜生物反應(yīng)器（MBR）工藝、反滲透（RO）技術(shù)及其組合工藝等。膜處理工藝雖然具有處理水質(zhì)優(yōu)異、節(jié)省占地等突出優(yōu)勢，但其工程投資和運行費用較高?；炷?、沉淀及過濾工藝投資及運行費用低、管理方便，但出水水質(zhì)不如前者。故進行再生水處理工藝選擇時應(yīng)根據(jù)原水及出水水質(zhì)要求進行充分的技術(shù)經(jīng)濟論證，根據(jù)工程特點選擇適宜的處理工藝。

二、存在問題

①天津市城市分質(zhì)供水正處于發(fā)展階段，雖然國家已經(jīng)頒布許多水環(huán)境質(zhì)量標準、排放標準、檢測標準、飲用標準、回用標準、處理標準等，但專門針對分質(zhì)供水的標準只制定了再生水回用的統(tǒng)一標準，在維護、管理方面有所缺失。再加上經(jīng)濟、技術(shù)、社會等因素的限制，城市分質(zhì)供水模式呈現(xiàn)出多樣性的特點，既存在自來水與優(yōu)質(zhì)飲用水模式，又存在自來水與再生水模式。標準規(guī)范的不完善和分質(zhì)供水模式的多樣性均會導(dǎo)致在實施分質(zhì)供水過程中出現(xiàn)難統(tǒng)一、難管理的問題，最終造成管網(wǎng)終端水質(zhì)不達標的現(xiàn)象。

②天津市正處在新建、改建、擴建再生水廠的階段，中心城區(qū)已建成紀莊子、咸陽路、北辰、東郊等4座再生水廠，總處理規(guī)模19萬m3/d，已鋪設(shè)再生水主干管網(wǎng)近400 km。對再生水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計主要采取就近分配原則，并且主要集中在主干線或者再生水廠附近，再生水服務(wù)半徑非常有限，且對再生水管網(wǎng)未進行系統(tǒng)的綜合規(guī)劃。不僅如此，由于再生水用戶不穩(wěn)定、工業(yè)用水量大，導(dǎo)致鋪設(shè)干管管徑較大、流速較低，從而導(dǎo)致水齡較高、水質(zhì)較差。

表1 天津市城市分質(zhì)供水模式

③城市分質(zhì)供水管網(wǎng)作為城市發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，一次性投資建設(shè)費用高，其管網(wǎng)投資建設(shè)費用可占總投資建設(shè)費用的70%左右。目前，城市分質(zhì)供水管網(wǎng)的鋪設(shè)多數(shù)僅考慮成本費用，忽略城市分質(zhì)供水系統(tǒng)的安全可靠性和對碳排放的影響。分質(zhì)供水系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，僅考慮成本費用，在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計過程中將會導(dǎo)致管網(wǎng)的拓撲性下降，最終優(yōu)化方案向樹狀管網(wǎng)傾斜，從而管網(wǎng)安全可靠性降低。另外分質(zhì)供水管網(wǎng)全生命周期對碳排放的影響不應(yīng)忽視。

三、對 策

1.健全并落實水法規(guī)

健全的分質(zhì)供水規(guī)范標準能夠保障天津市城市分質(zhì)供水的健康發(fā)展。盡管我國水法以及各種國家性、地方性的水法律規(guī)范已經(jīng)頒布，但針對城市分質(zhì)供水這一新的供水形式，有關(guān)水質(zhì)、檢測、處理工藝、設(shè)備管理維護等規(guī)范標準有待進一步健全。不僅要健全這些水務(wù)規(guī)范，更應(yīng)該在現(xiàn)狀調(diào)查與分析、規(guī)范標準的基礎(chǔ)上落實法制水務(wù)規(guī)范，確保分質(zhì)供水順利發(fā)展。

2.統(tǒng)籌規(guī)劃天津市城市分質(zhì)供水系統(tǒng)

隨著社會的快速發(fā)展和城市化進程不斷加快，天津市現(xiàn)有統(tǒng)一供水方式已經(jīng)不能滿足當今發(fā)展需要。另外，2014年南水北調(diào)工程通水后，天津市水源系統(tǒng)將發(fā)生重大調(diào)整，勢必引起城市供水結(jié)構(gòu)相應(yīng)調(diào)整。針對新形勢，天津市應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃和優(yōu)化城市分質(zhì)供水系統(tǒng)。首先，應(yīng)采用統(tǒng)計預(yù)測法或者指標分析法分析預(yù)測再生水用戶和用量；然后根據(jù)水廠的供水情況進行供需平衡分析；最后確定分質(zhì)供水的模式，天津市中心城區(qū)可以采用自來水與再生水二元供水模式，濱海新區(qū)可將海水納入到分質(zhì)供水系統(tǒng)中，采用三元分質(zhì)供水模式，從而實現(xiàn)天津市分質(zhì)供水的統(tǒng)籌規(guī)劃。

3.合理確定分質(zhì)供水模式并進行分質(zhì)供水管網(wǎng)優(yōu)化

《天津市城市供水規(guī)劃》在引灤、引江和于橋、爾王莊、北塘、北大港、王慶坨等5座調(diào)蓄水庫為總框架的原供水系統(tǒng)下，按照空間結(jié)構(gòu)將天津市劃分為11個供水區(qū)域。可根據(jù)不同區(qū)域的水廠現(xiàn)狀和管線情況，選擇合適的分質(zhì)供水模式，即集中式或分散式。已有學者對分質(zhì)供水的模式選擇判據(jù)進行研究，臨界距離可作為選擇分質(zhì)供水模式的判據(jù)。同時綜合考慮成本費用、安全可靠性、碳排放進行多目標分質(zhì)供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計。基于多目標遺傳算法、蟻群算法、混合蛙跳算法、粒子群算法、模擬退火算法等多種智能算法與MATLAB軟件的結(jié)合，獲得最優(yōu)的決策變量，例如管徑、泵站的規(guī)模、閥門的數(shù)量和位置等，使分質(zhì)供水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計更加經(jīng)濟、可靠、環(huán)保。

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