實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水目標(biāo)的逆向思維

顧玉亮，上海青草沙原水工程總工程師，現(xiàn)任城市水資源開發(fā)利用（南方）國(guó)家工程研究中心主任，上海城市水資源開發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司總經(jīng)理，教授級(jí)高級(jí)工程師，上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人，國(guó)務(wù)院政府特殊津貼獲得者。致力于上海飲用水水源的規(guī)劃、科研、保護(hù)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與管理以及國(guó)家工程研究中心的創(chuàng)新能力建設(shè)36年。

追求高品質(zhì)飲用水，是我們供水行業(yè)永恒的主題和為之奮斗的目標(biāo)。近年來，隨著供水基礎(chǔ)設(shè)施的高強(qiáng)度投入，供水水量的窘境已經(jīng)化解，我國(guó)供水行業(yè)的主要矛盾開始從水量矛盾轉(zhuǎn)移到水質(zhì)矛盾，量質(zhì)并舉，質(zhì)量?jī)?yōu)先，已成為各地水務(wù)部門的共識(shí)。在這樣的背景下，上海供水主管部門擬提出2035年全面實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的規(guī)劃奮斗目標(biāo)［1］，深圳也啟動(dòng)了在鹽田區(qū)設(shè)置高品質(zhì)飲用水示范區(qū)的實(shí)踐工作［2］。從整個(gè)供水行業(yè)生產(chǎn)流程觀察，實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水，涉及水環(huán)境、水源地、凈化水廠、城市供水管網(wǎng)和小區(qū)二次供水諸多環(huán)節(jié)，且環(huán)環(huán)相扣，相互制約，相互影響，任何單一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，終將導(dǎo)致居民龍頭水出水指標(biāo)無法達(dá)標(biāo)，影響飲用水品質(zhì)。因此各地方水司、研究機(jī)構(gòu)、高校，對(duì)于新工藝的優(yōu)化、新產(chǎn)品的研發(fā)投入了大量的人力和物力。

然而實(shí)踐中可以發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)供水流程中，可能影響居民龍頭水水質(zhì)最終達(dá)標(biāo)的因素眾多，采取各個(gè)擊破的方法往往容易導(dǎo)致顧此失彼，應(yīng)對(duì)不暇。在主流的水廠工藝中，我們常采用添加混凝劑、消毒劑等化學(xué)藥劑的方式進(jìn)行水體凈化，雖然消除或降低了某一污染物的濃度，但包括已知的和未知的新型副產(chǎn)物卻由此產(chǎn)生，有如蹺蹺板，壓了這頭抬了另一頭，最終只得“兩害相權(quán)取其輕”，剪不斷理還亂，增加了實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水的難度。因此，打破傳統(tǒng)思維，用新的思維方式抽絲剝繭，尋找供水過程中的核心矛盾，才能找到提升凈水工藝的破題之策。

1 順流而下的傳統(tǒng)思路

在傳統(tǒng)的尋求破題的過程中，我們通常采用“順流而下”的思考方式和技術(shù)路線，順著工藝流程去尋找問題并予以解決。我國(guó)絕大部分以湖庫為水源地的地區(qū)，普遍面臨微生物、重金屬、有機(jī)污染等問題。為了有效去除這些污染物，水廠工藝中往往需大量投加混凝劑，并輔以氧化和消毒等手段。近年來，由藻類繁衍導(dǎo)致的水源pH值上升、混凝劑粗放投加導(dǎo)致的出廠水鋁超標(biāo)、氧化和消毒等工藝帶來的消毒副產(chǎn)物等問題，已經(jīng)成為行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，“兩害相權(quán)取其輕”就成為了水廠工藝選擇中的無奈之舉。然而，即便符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的水廠出廠水，仍將面臨后續(xù)諸多消毒副產(chǎn)物、微生物滋生等二次污染的挑戰(zhàn)。在城市供水管網(wǎng)的長(zhǎng)距離輸送過程中，由于管道水體中的材質(zhì)和結(jié)垢問題，含氧、含氯水體與微污染物質(zhì)持續(xù)反應(yīng)，部分地區(qū)管網(wǎng)水中的部分敏感指標(biāo)超出國(guó)標(biāo)限值的30%以上。進(jìn)入小區(qū)二次供水環(huán)節(jié)，屋頂水箱或小區(qū)水池等設(shè)施的水體裸露，全封閉輸水系統(tǒng)成為開放式系統(tǒng)，水質(zhì)受環(huán)境影響的風(fēng)險(xiǎn)急劇增加，只能依靠提高出廠水余氯等方法，控制輸水系統(tǒng)延程的微生物滋生風(fēng)險(xiǎn)；此外，由于飲用水屋頂水箱與消防水箱合為一體，水箱容積過大，滯留時(shí)間過長(zhǎng)，為微生物的滋生提供了繁衍增生條件。

近年來，為應(yīng)對(duì)上述已知問題，供水行業(yè)開展了大量的工作。當(dāng)水庫因氮磷問題發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化或藻類問題時(shí)，通過原水投加粉末活性炭進(jìn)行吸附；為盡可能消除微污染有機(jī)物，水廠全面推行臭氧生物活性炭深度處理工藝；當(dāng)發(fā)現(xiàn)活性炭濾池出水可能出現(xiàn)微生物穿透問題時(shí)，嘗試應(yīng)用超濾膜和納濾膜工藝；當(dāng)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)和水箱的二次污染問題時(shí)，全面更換管網(wǎng)及屋頂水箱材質(zhì)；當(dāng)意識(shí)到余氯和有機(jī)物的存在容易引發(fā)消毒副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，探索多點(diǎn)多級(jí)加氯等更為有效的消毒方式等。所有的應(yīng)對(duì)措施，都立足于解決已暴露的問題，始終處于發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題、處理一個(gè)問題的被動(dòng)地位，沒有起到從本質(zhì)上杜絕問題產(chǎn)生的作用。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)新型復(fù)合污染物研究的深入以及檢測(cè)水平的不斷提升，可以預(yù)見，未來可能暴露的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)問題會(huì)更多，突發(fā)性的問題也會(huì)越來越多。

2 逆流而上的創(chuàng)新思路

與順流而下相對(duì)，推崇“逆流而上”的逆向思維，是對(duì)司空見慣的、似乎已成定論的事物和觀點(diǎn)作逆向思考的一種思維方式。美國(guó)投資家，巴菲特的投資智囊和最佳搭檔——查理芒格，是善用逆向思維的代表。有人問查理芒格：如何找到一位優(yōu)秀的伴侶？他回答：首先你要成為一個(gè)優(yōu)秀的人，因?yàn)閮?yōu)秀的伴侶并不是傻瓜。司馬光砸缸也是非常知名的逆向思維案例。如果有人落水，常規(guī)的思維模式是“救人離水”，而司馬光面對(duì)緊急險(xiǎn)情，運(yùn)用了逆向思維，果斷地用石頭把缸砸破，“讓水離人”，救了小伙伴的性命。由此可見，逆向思維能讓我們想明白很多事情，更能抽絲剝繭，找到事情的根源和解決辦法。

飲用水的品質(zhì)問題，歸根到底是二次供水的管理、輸配水的保質(zhì)、水廠的化學(xué)工藝、源頭的復(fù)合污染這四大核心問題。將逆向思維應(yīng)用到供水行業(yè)，即將常規(guī)的“從源頭到龍頭”的凈水思考方式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬凝堫^到源頭”的凈水思考方式。每單一環(huán)節(jié)，須先搞清楚該環(huán)節(jié)自身存在的核心問題，再分析上一環(huán)節(jié)給該環(huán)節(jié)帶來了什么新的問題，在解決該環(huán)節(jié)問題的同時(shí)，向上一環(huán)節(jié)提出確切的凈化要求，逐級(jí)倒逼（高品質(zhì)龍頭水目標(biāo)倒逼管網(wǎng)水水質(zhì)，繼而倒逼水廠出廠水水質(zhì)，進(jìn)而倒逼原水水質(zhì)，直至水源地保護(hù)），一步步往源頭方向篩選核心問題并予以徹底根除。

從龍頭往輸配水方向溯源，以上海為例：（1）對(duì)于居民龍頭水，應(yīng)當(dāng)聚焦在入戶水表至水龍頭之間的管道材質(zhì)、敷設(shè)方式、用水習(xí)慣等該環(huán)節(jié)自身存在的保質(zhì)問題，由水務(wù)專業(yè)部門向居民提供可自由選擇的整體解決方案，通過科普方式大力宣傳之；（2）對(duì)于小區(qū)二次供水環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)聚焦在設(shè)施開閉、材質(zhì)優(yōu)劣、換流時(shí)間等該環(huán)節(jié)自身存在的保質(zhì)問題，采取消防水箱與生活飲用水水箱的相互獨(dú)立、取消小區(qū)水池（或集中設(shè)置、專業(yè)管理）等措施，大幅壓縮水箱體積和換流時(shí)間，盡最大可能實(shí)現(xiàn)二次供水輸水系統(tǒng)的全密閉，杜絕選材不當(dāng)、水體裸露、水體滯留等問題，減少飲用水被二次污染的可能，在確保“第一食品”新鮮度、提升居民龍頭水品質(zhì)的前提下，尚可降低上游水廠化學(xué)藥劑的投放量；（3）對(duì)于城市管網(wǎng)環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)聚焦在水體流速、材質(zhì)和結(jié)垢等自身存在的保質(zhì)問題，采取消滅盲區(qū)、提高流速、優(yōu)選管材、定期清洗等措施，減少飲用水被二次污染的可能。

再?gòu)妮斉渌畯S方向溯源，對(duì)于水廠工藝環(huán)節(jié)，主要矛盾焦點(diǎn)在于如何盡最大可能，簡(jiǎn)化化學(xué)工藝、強(qiáng)化物理和生物工藝、優(yōu)化工藝參數(shù)、降低化學(xué)添加劑。因此，在自身工藝方面，應(yīng)重點(diǎn)識(shí)別動(dòng)態(tài)污染物的類別、特征、濃度，研究新型可替代混凝劑，研究藥劑投加量和污染物濃度的匹配度問題，保證所投加的藥劑純凈高效、精準(zhǔn)投放、反應(yīng)充分，在減少消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生的同時(shí)，降低輸水系統(tǒng)的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。

從水廠往水源地方向溯源，仍以上海為例，經(jīng)過近30年的努力，水源地已從開放性水源變化為單一功能的水庫型水源，原水水質(zhì)和穩(wěn)定性大幅提升，但是，檢測(cè)資料表明，上海四大水源地總氮等幾項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo)，尚不能完全穩(wěn)定達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)于世界發(fā)達(dá)國(guó)家（Ⅰ類水水源），影響上海飲用水水質(zhì)的瓶頸仍然是水源水質(zhì)問題。對(duì)于水源環(huán)節(jié)，主要矛盾焦點(diǎn)在于如何發(fā)揮水庫得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，大幅降低復(fù)合污染物，為后續(xù)供水系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的凈化和保質(zhì)奠定基礎(chǔ)。為此，在當(dāng)前國(guó)家大力治理水環(huán)境的同時(shí)，根據(jù)上海水庫型水源地特征，以國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3838—2002）》為基礎(chǔ)，編制并頒布與《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006）上下游協(xié)同的“上海市飲用水水源質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”，鼓勵(lì)推廣“避污蓄清、水力調(diào)控、水生態(tài)構(gòu)建、物理和生物協(xié)同凈化”等精細(xì)化、智能化技術(shù)，竭盡全力狙擊包括新型復(fù)合污染物在內(nèi)的水源污染物，將后續(xù)各環(huán)節(jié)風(fēng)險(xiǎn)隔絕于水廠工藝之前，這是最理想、也是最有效的治本方法。

因此，不難發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用逆向思維的思考方式，在找到了輸配水、水廠和源頭環(huán)節(jié)需要重點(diǎn)聚焦的主攻方向后，核心問題即如何在源頭上削減污染物。對(duì)湖庫型水源地而言，應(yīng)盡量運(yùn)用天然自凈加人工干預(yù)的方式，構(gòu)建水庫健康生態(tài)系統(tǒng)，大幅提升水庫水體的自凈能力。一方面強(qiáng)化自然力，發(fā)揮植物和微生物在水體自凈方面的作用；另一方面采用人工干預(yù)，為水庫中水體的流動(dòng)提供良好的水力條件，減少水體富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的概率。近年來，國(guó)內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者聚焦水源型湖庫的水質(zhì)管理，開展了大量基礎(chǔ)研究，并提出了一系列應(yīng)用的思路，其中不乏值得借鑒和深入研究的觀點(diǎn)［3-5］。極易推斷的是，如果可以在源頭實(shí)現(xiàn)最大化的控污效果，對(duì)于后續(xù)水廠工藝的精簡(jiǎn)、水質(zhì)保持的物力投入也將大大減少，真正起到釜底抽薪的效果，將可能引發(fā)突發(fā)水質(zhì)問題的隱患因素消滅于無形。

居民龍頭水的高品質(zhì)，是水務(wù)工作的根本出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749—2006），是指居民龍頭水必須達(dá)標(biāo)，而非水廠出廠水等中間環(huán)節(jié)的達(dá)標(biāo)。居民龍頭水達(dá)標(biāo)，其應(yīng)該解讀為可以放心直接飲用。當(dāng)然，隨著人民生活品質(zhì)的提高，飲用水標(biāo)準(zhǔn)和飲用水品質(zhì)應(yīng)該逐步提高。

3 結(jié)語

逆向思維很多人都知道，但要培養(yǎng)逆向思維絕非易事。無論是工作中還是生活中，逆向思維都會(huì)給我們帶來意外的驚喜。運(yùn)用逆向思維去思考和解決問題，實(shí)際上就是以“出奇”去達(dá)到“制勝”，事情的結(jié)果常常會(huì)讓我們大吃一驚，喜出望外，別有所得。所以不妨提出大膽設(shè)想，與其在水廠工藝、管網(wǎng)和二次供水環(huán)節(jié)大加投入，不斷升級(jí)改造，不如將有限的人力和精力投入到水源地的保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，從源頭提升原水水質(zhì)，或許更能事半功倍，效果卓著，這也可能成為實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)飲用水目標(biāo)的新思路。

【討論】

新加坡公用事業(yè)局（PUB，Singapore）Mong Hoo Lim（林孟湖）博士

為實(shí)現(xiàn)使?jié)撛谖廴驹吹臓I(yíng)養(yǎng)物負(fù)荷最小化，PUB將重心放在對(duì)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的源頭控制上。例如，及時(shí)對(duì)污水管道進(jìn)行修復(fù)以減少污水滲漏，防止餐飲業(yè)密集區(qū)域的污水和垃圾進(jìn)入城市水系，提升工廠車間的清潔技術(shù)以及使用環(huán)境友好的水路交通工具減少油類污染物的排放等，盡可能減少城市日常生活對(duì)環(huán)境水系的影響。在源頭控制的同時(shí)，借助曝氣，及各水庫間水利調(diào)度措施使水流循環(huán)強(qiáng)化（濱海水庫循環(huán)計(jì)劃）等手段，達(dá)到控制藻類生長(zhǎng)的目的［3］。

日本鳥取大學(xué) Hiroshi Yajima（矢島宏）教授

水庫中存在熱分層現(xiàn)象，在不同的分層，水溫、總氮、氨氮、溶解氧，以及藻類和微生物種類和數(shù)量均有不同，相關(guān)學(xué)者近年來已對(duì)熱分層現(xiàn)象和規(guī)律開展了一定的研究。在充分了解水庫熱分層和其對(duì)應(yīng)水質(zhì)特點(diǎn)的前提下，在不同的氣候條件下，采用有選擇性地從水庫不同深度位置取水的方式，是保持在不同季節(jié)均能得到更優(yōu)質(zhì)原水的重要人工措施。對(duì)此，日本研究開發(fā)了SWS系統(tǒng)（selective withdrawal systems），并在1970年后在國(guó)內(nèi)多座水庫進(jìn)行了應(yīng)用，實(shí)踐證明，是一種通過人工干預(yù)方式選擇性取用優(yōu)質(zhì)原水的有效手段。

［1］顧一峰，舒詩湖.關(guān)于全面提升上海飲用水水質(zhì)的思考［J］.凈水技術(shù)，2017，36（s1）：1-3.

［2］深圳新聞網(wǎng) .打造飲用水示范區(qū) 鹽田2018年實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)飲用水全覆蓋［EB／OL］.［2017-08-16］.http：／／mini.eastday.com／a／170816081058223.html.

［3］曹徐齊，阮辰旼.湖泊水庫中水質(zhì)變化規(guī)律及影響因素——“第四屆國(guó)際水協(xié)湖泊與水庫管理研討會(huì)”成果匯編二［J］.凈水技術(shù)，2017，36（10）：5-11，17.

［4］曹徐齊，阮辰旼.湖泊水庫中藍(lán)藻及藍(lán)藻毒素的監(jiān)測(cè)技術(shù)和管理策略——“第四屆國(guó)際水協(xié)湖泊與水庫管理研討會(huì)”成果匯編一［J］.凈水技術(shù)，2017，36（8）：5-12.

［5］曹徐齊，阮辰旼.湖泊水庫中藍(lán)藻的存在特征及生長(zhǎng)代謝的影響因素——“第四屆國(guó)際水協(xié)湖泊與水庫管理研討會(huì)”成果匯編三［J］.凈水技術(shù)，2017，36（12）：5-12.