實現高品質飲用水目標的逆向思維

顧玉亮，上海青草沙原水工程總工程師，現任城市水資源開發利用（南方）國家工程研究中心主任，上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司總經理，教授級高級工程師，上海市優秀學科帶頭人，國務院政府特殊津貼獲得者。致力于上海飲用水水源的規劃、科研、保護、建設、運營與管理以及國家工程研究中心的創新能力建設36年。

追求高品質飲用水，是我們供水行業永恒的主題和為之奮斗的目標。近年來，隨著供水基礎設施的高強度投入，供水水量的窘境已經化解，我國供水行業的主要矛盾開始從水量矛盾轉移到水質矛盾，量質并舉，質量優先，已成為各地水務部門的共識。在這樣的背景下，上海供水主管部門擬提出2035年全面實現高品質飲用水的規劃奮斗目標［1］，深圳也啟動了在鹽田區設置高品質飲用水示范區的實踐工作［2］。從整個供水行業生產流程觀察，實現高品質飲用水，涉及水環境、水源地、凈化水廠、城市供水管網和小區二次供水諸多環節，且環環相扣，相互制約，相互影響，任何單一環節出現問題，終將導致居民龍頭水出水指標無法達標，影響飲用水品質。因此各地方水司、研究機構、高校，對于新工藝的優化、新產品的研發投入了大量的人力和物力。

然而實踐中可以發現，在整個供水流程中，可能影響居民龍頭水水質最終達標的因素眾多，采取各個擊破的方法往往容易導致顧此失彼，應對不暇。在主流的水廠工藝中，我們常采用添加混凝劑、消毒劑等化學藥劑的方式進行水體凈化，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物卻由此產生，有如蹺蹺板，壓了這頭抬了另一頭，最終只得“兩害相權取其輕”，剪不斷理還亂，增加了實現高品質飲用水的難度。因此，打破傳統思維，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 順流而下的傳統思路

在傳統的尋求破題的過程中，我們通常采用“順流而下”的思考方式和技術路線，順著工藝流程去尋找問題并予以解決。我國絕大部分以湖庫為水源地的地區，普遍面臨微生物、重金屬、有機污染等問題。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，由藻類繁衍導致的水源pH值上升、混凝劑粗放投加導致的出廠水鋁超標、氧化和消毒等工藝帶來的消毒副產物等問題，已經成為行業關注的熱點，“兩害相權取其輕”就成為了水廠工藝選擇中的無奈之舉。然而，即便符合國家標準的水廠出廠水，仍將面臨后續諸多消毒副產物、微生物滋生等二次污染的挑戰。在城市供水管網的長距離輸送過程中，由于管道水體中的材質和結垢問題，含氧、含氯水體與微污染物質持續反應，部分地區管網水中的部分敏感指標超出國標限值的30%以上。進入小區二次供水環節，屋頂水箱或小區水池等設施的水體裸露，全封閉輸水系統成為開放式系統，水質受環境影響的風險急劇增加，只能依靠提高出廠水余氯等方法，控制輸水系統延程的微生物滋生風險；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，滯留時間過長，為微生物的滋生提供了繁衍增生條件。

近年來，為應對上述已知問題，供水行業開展了大量的工作。當水庫因氮磷問題發生富營養化或藻類問題時，通過原水投加粉末活性炭進行吸附；為盡可能消除微污染有機物，水廠全面推行臭氧生物活性炭深度處理工藝；當發現活性炭濾池出水可能出現微生物穿透問題時，嘗試應用超濾膜和納濾膜工藝；當發現管網和水箱的二次污染問題時，全面更換管網及屋頂水箱材質；當意識到余氯和有機物的存在容易引發消毒副產物風險時，探索多點多級加氯等更為有效的消毒方式等。所有的應對措施，都立足于解決已暴露的問題，始終處于發現一個問題、處理一個問題的被動地位，沒有起到從本質上杜絕問題產生的作用。隨著國內外對新型復合污染物研究的深入以及檢測水平的不斷提升，可以預見，未來可能暴露的水質風險問題會更多，突發性的問題也會越來越多。

2 逆流而上的創新思路

與順流而下相對，推崇“逆流而上”的逆向思維，是對司空見慣的、似乎已成定論的事物和觀點作逆向思考的一種思維方式。美國投資家，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：如何找到一位優秀的伴侶？他回答：首先你要成為一個優秀的人，因為優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，常規的思維模式是“救人離水”，而司馬光面對緊急險情，運用了逆向思維，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。

飲用水的品質問題，歸根到底是二次供水的管理、輸配水的保質、水廠的化學工藝、源頭的復合污染這四大核心問題。將逆向思維應用到供水行業，即將常規的“從源頭到龍頭”的凈水思考方式，轉變為“從龍頭到源頭”的凈水思考方式。每單一環節，須先搞清楚該環節自身存在的核心問題，再分析上一環節給該環節帶來了什么新的問題，在解決該環節問題的同時，向上一環節提出確切的凈化要求，逐級倒逼（高品質龍頭水目標倒逼管網水水質，繼而倒逼水廠出廠水水質，進而倒逼原水水質，直至水源地保護），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）對于居民龍頭水，應當聚焦在入戶水表至水龍頭之間的管道材質、敷設方式、用水習慣等該環節自身存在的保質問題，由水務專業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）對于小區二次供水環節，應當聚焦在設施開閉、材質優劣、換流時間等該環節自身存在的保質問題，采取消防水箱與生活飲用水水箱的相互獨立、取消小區水池（或集中設置、專業管理）等措施，大幅壓縮水箱體積和換流時間，盡最大可能實現二次供水輸水系統的全密閉，杜絕選材不當、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的前提下，尚可降低上游水廠化學藥劑的投放量；（3）對于城市管網環節，應當聚焦在水體流速、材質和結垢等自身存在的保質問題，采取消滅盲區、提高流速、優選管材、定期清洗等措施，減少飲用水被二次污染的可能。

再從輸配水往水廠方向溯源，對于水廠工藝環節，主要矛盾焦點在于如何盡最大可能，簡化化學工藝、強化物理和生物工藝、優化工藝參數、降低化學添加劑。因此，在自身工藝方面，應重點識別動態污染物的類別、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、精準投放、反應充分，在減少消毒副產物產生的同時，降低輸水系統的二次污染風險。

從水廠往水源地方向溯源，仍以上海為例，經過近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，原水水質和穩定性大幅提升，但是，檢測資料表明，上海四大水源地總氮等幾項關鍵性指標，尚不能完全穩定達到地表水Ⅲ類標準，相對于世界發達國家（Ⅰ類水水源），影響上海飲用水水質的瓶頸仍然是水源水質問題。對于水源環節，主要矛盾焦點在于如何發揮水庫得天獨厚的優勢，大幅降低復合污染物，為后續供水系統各個環節的凈化和保質奠定基礎。為此，在當前國家大力治理水環境的同時，根據上海水庫型水源地特征，以國家《地表水環境質量標準（GB 3838—2002）》為基礎，編制并頒布與《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）上下游協同的“上海市飲用水水源質量標準”，鼓勵推廣“避污蓄清、水力調控、水生態構建、物理和生物協同凈化”等精細化、智能化技術，竭盡全力狙擊包括新型復合污染物在內的水源污染物，將后續各環節風險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，不難發現，運用逆向思維的思考方式，在找到了輸配水、水廠和源頭環節需要重點聚焦的主攻方向后，核心問題即如何在源頭上削減污染物。對湖庫型水源地而言，應盡量運用天然自凈加人工干預的方式，構建水庫健康生態系統，大幅提升水庫水體的自凈能力。一方面強化自然力，發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，為水庫中水體的流動提供良好的水力條件，減少水體富營養化發生的概率。近年來，國內外相關專家學者聚焦水源型湖庫的水質管理，開展了大量基礎研究，并提出了一系列應用的思路，其中不乏值得借鑒和深入研究的觀點［3-5］。極易推斷的是，如果可以在源頭實現最大化的控污效果，對于后續水廠工藝的精簡、水質保持的物力投入也將大大減少，真正起到釜底抽薪的效果，將可能引發突發水質問題的隱患因素消滅于無形。

居民龍頭水的高品質，是水務工作的根本出發點和落腳點。達到《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006），是指居民龍頭水必須達標，而非水廠出廠水等中間環節的達標。居民龍頭水達標，其應該解讀為可以放心直接飲用。當然，隨著人民生活品質的提高，飲用水標準和飲用水品質應該逐步提高。

3 結語

逆向思維很多人都知道，但要培養逆向思維絕非易事。無論是工作中還是生活中，逆向思維都會給我們帶來意外的驚喜。運用逆向思維去思考和解決問題，實際上就是以“出奇”去達到“制勝”，事情的結果常常會讓我們大吃一驚，喜出望外，別有所得。所以不妨提出大膽設想，與其在水廠工藝、管網和二次供水環節大加投入，不斷升級改造，不如將有限的人力和精力投入到水源地的保護和生態修復，從源頭提升原水水質，或許更能事半功倍，效果卓著，這也可能成為實現高品質飲用水目標的新思路。

【討論】

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

為實現使潛在污染源的營養物負荷最小化，PUB將重心放在對氮、磷等營養物質的源頭控制上。例如，及時對污水管道進行修復以減少污水滲漏，防止餐飲業密集區域的污水和垃圾進入城市水系，提升工廠車間的清潔技術以及使用環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環境水系的影響。在源頭控制的同時，借助曝氣，及各水庫間水利調度措施使水流循環強化（濱海水庫循環計劃）等手段，達到控制藻類生長的目的［3］。

日本鳥取大學 Hiroshi Yajima（矢島宏）教授

水庫中存在熱分層現象，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量均有不同，相關學者近年來已對熱分層現象和規律開展了一定的研究。在充分了解水庫熱分層和其對應水質特點的前提下，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，是保持在不同季節均能得到更優質原水的重要人工措施。對此，日本研究開發了SWS系統（selective withdrawal systems），并在1970年后在國內多座水庫進行了應用，實踐證明，是一種通過人工干預方式選擇性取用優質原水的有效手段。

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

［2］深圳新聞網 .打造飲用水示范區 鹽田2018年實現優質飲用水全覆蓋［EB／OL］.［2017-08-16］.http：／／mini.eastday.com／a／170816081058223.html.

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

［4］曹徐齊，阮辰旼.湖泊水庫中藍藻及藍藻毒素的監測技術和管理策略——“第四屆國際水協湖泊與水庫管理研討會”成果匯編一［J］.凈水技術，2017，36（8）：5-12.

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