楚文海,楊旭,肖融,金偉
(1.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200092;2.污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海 200092;3.長江水環(huán)境教育部重點實驗室,上海 200092;4.上海污染控制與生態(tài)安全研究院,上海 200092)
長三角地處長江下游,是我國經(jīng)濟發(fā)展最活躍、開放程度最高、創(chuàng)新能力最強的區(qū)域之一,在國家現(xiàn)代化建設(shè)大局和全方位開放格局中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位[1]。改革開放以來,隨著長三角地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的高度集聚,流域污染負荷不斷增加,各種已知和未知的、人工和天然的、傳統(tǒng)和新型的、原生和次生的污染物進入環(huán)境水體,加劇了流域水環(huán)境的惡化和湖泊富營養(yǎng)化,導(dǎo)致太湖藍藻暴發(fā)頻繁,復(fù)合污染、突發(fā)污染、跨界污染等問題突顯,進而影響到飲用水水源和區(qū)域的供水安全。
黨中央、國務(wù)院對生態(tài)環(huán)境保護、水污染防治和飲用水安全保障工作高度重視,近年來更是提出了一系列新思想、新舉措。2015年以來,出臺了《關(guān)于加快推進生態(tài)文明建設(shè)的意見》《生態(tài)文明體制改革總體方案》《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)等一系列重大決策、方案和計劃。2017年第十二屆全國人大常委會通過了《中華人民共和國水污染防治法》的第三次修訂,將“水十條”確立的各項制度措施規(guī)范化、法制化,同時也為保障我國城市供水安全提供了重要的法律保障。2019年,國務(wù)院印發(fā)《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》,提出強化生態(tài)環(huán)境共保聯(lián)治,推動環(huán)境協(xié)同治理,上海、江蘇、浙江共同制定實施示范區(qū)飲用水水源保護法規(guī),切實加強跨區(qū)域河湖水源地保護,探索建立長三角區(qū)域內(nèi)原水聯(lián)動及水資源應(yīng)急供給機制,提升供水安全保障能力,為從區(qū)域?qū)用鎱f(xié)同保障飲用水安全奠定了政策基礎(chǔ)[1]。
近年來,國家水體污染控制與治理科技重大專項(簡稱“水專項”)所研發(fā)的技術(shù)與成果對我國飲用水水質(zhì)改善與安全達標發(fā)揮了全面支撐作用,并建立了“從源頭到龍頭”全流程的飲用水安全保障技術(shù)體系,推動了我國飲用水領(lǐng)域科技水平大幅提升[2]。長三角是我國改革開放的前沿陣地,更是中國高質(zhì)量發(fā)展所依托的重要平臺;該區(qū)域的水源水質(zhì)特征和飲用水安全保障工作具有典型性和代表性。由此,本文以長三角典型水源水質(zhì)特征為切入點,總結(jié)分析長三角地區(qū)城市飲用水安全保障工作實施成效與問題難點,并據(jù)此提出措施和建議,以期為長三角超大城市群和其他重點區(qū)域的飲用水安全保障和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考。
長三角地處長江流域下游,江河湖海通達,水系縱橫交錯,水量充沛,但水源水質(zhì)相對較差。按照水源水質(zhì)特征可分為江河、湖泊和河網(wǎng)三類典型水源(見圖1)。

圖1 長三角水源水質(zhì)特征
以上海為代表的長江、黃浦江等江河型水庫水源長期受到藻嗅和有機物的影響,且因地處長江最下游,水源水中農(nóng)藥、抗生素等微量污染物常有檢出;有研究對上海水源水中的微量有機污染物進行了濃度調(diào)查,發(fā)現(xiàn)長江和黃浦江中典型農(nóng)藥阿特拉津的檢出率為100%,平均濃度分別為20 ng/L和80 ng/L[3];在常見抗生素中,磺胺類和大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的含量和檢出率較高。
以蘇南蘇錫吳為代表的湖泊型水源太湖主要受藻類和有機物的影響,部分水廠的太湖原水藻類密度年平均大于1×107個/L,高藻期為每年的7~8月,達到2×107~8×107個/L。由于藻類含量高,藻源性次生代謝產(chǎn)物多,藻源性嗅味物質(zhì)和含氮消毒副產(chǎn)物前體物也相對較多;對多個以太湖為水源的水廠進行調(diào)研發(fā)現(xiàn),水廠原水中含氮消毒副產(chǎn)物鹵乙腈前體物水平較高,其生成潛能可達32 μg/L[4]。
以浙北杭嘉湖為代表的河網(wǎng)水源,一方面地處太湖流域南部,屬太湖流域下游區(qū),受上游來水水質(zhì)影響較大,另一方面,河網(wǎng)交織,河道流速緩慢使得水體自凈能力較差,水源水中氨氮和有機物污染嚴重。調(diào)查發(fā)現(xiàn),部分河網(wǎng)型水廠原水的水質(zhì)氨氮高達5 mg/L以上,且夏季氨氮濃度較低,冬季氨氮濃度較高[5]。
2006年年底,國家衛(wèi)生部會同各有關(guān)部門修訂并頒布了《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006),大幅提升了水質(zhì)管控指標數(shù)量和限值要求,為我國飲用水安全保障能力提升帶來了新的歷史機遇,同時也為保障居民飲用水安全的國家戰(zhàn)略需求提供了重要的標準支撐。長三角亦不例外,實現(xiàn)該區(qū)域飲用水全面達標勢在必行。而2007年之前,長三角地區(qū)城市水廠多為常規(guī)工藝、管理方式相對粗放,難以將上述受污染水源處理為達標水,長三角飲用水安全保障工作面臨較大挑戰(zhàn)。
十多年來,我國城市飲用水安全保障能力取得了長足進步,在水源保護、水質(zhì)凈化、安全輸配以及監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處置、安全管理等方面的技術(shù)成熟度顯著提高,已初步形成“從源頭到龍頭”全流程的飲用水安全保障技術(shù)體系,實現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用和業(yè)務(wù)化運行,有力支撐了飲用水水質(zhì)改善與安全達標,全國城市出廠水供水水質(zhì)達標率由2009年的58.2%提高到近年的96%[6]。自“十一五”以來,長三角作為國家水體污染控制與治理科技重大專項的主要實施區(qū)域,通過“政產(chǎn)學(xué)研用”聯(lián)合攻關(guān),創(chuàng)新技術(shù)研發(fā),開展了從源頭到龍頭飲用水安全保障的關(guān)鍵技術(shù)研究和示范應(yīng)用,形成了以臭氧-活性炭為核心的飲用水安全多級屏障成套技術(shù)(見圖2);同時創(chuàng)新管理模式,編制并發(fā)布了上海市《生活飲用水水質(zhì)標準》(DB31/T1091—2018)和《江蘇省城市自來水廠關(guān)鍵水質(zhì)指標控制標準》(DB32T 3701—2019),以及《江蘇省城鎮(zhèn)供水廠臭氧-生物活性炭工藝運行管理指南》等重要技術(shù)導(dǎo)則、規(guī)范與指南,有力地支撐了長三角飲用水安全保障能力整體提升[7]。

圖2 長三角地區(qū)典型飲用水處理工藝流程
上海作為超大型城市,為了提升城市供水安全,經(jīng)過十余年的發(fā)展,目前已建成由長江水源青草沙水庫、陳行水庫、東風西沙水庫和黃浦江上游太浦河金澤水庫構(gòu)成的“兩江四庫”水源地,其中以長江水源為主,其供水量占全市供水量的70%;黃浦江水源為輔,其供水量占全市供水量的30%。基本形成“兩江并舉、集中取水、水庫供水、一網(wǎng)調(diào)度”的原水供應(yīng)格局[8],顯著提升了2400萬人口超大城市的水源抗風險能力。通過實現(xiàn)供水集約化和水廠有序深度處理改造,提高了水廠應(yīng)對藻類、致嗅物質(zhì)、典型消毒副產(chǎn)物的防控能力,出廠水水質(zhì)得到顯著提升,穩(wěn)定達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)和上海市《生活飲用水水質(zhì)標準》(DB31/T1091—2018)要求,解決了長期困擾上海的飲用水異臭味問題。
江蘇在太湖設(shè)有多個水源地,無錫市和蘇州市均主要以太湖水為水源,是典型的湖泊型水源城市。江蘇針對太湖水源水質(zhì)特點和供水特征,突破了飲用水傳統(tǒng)局限于水廠凈化的界限,開發(fā)了備用水源與原水預(yù)處理協(xié)同的多水源優(yōu)化調(diào)度技術(shù),研發(fā)了以控藻和有機物為目標的預(yù)處理和深度處理技術(shù),建立了以臭氧-生物活性炭為核心的協(xié)同凈化與多級屏障飲用水處理新工藝(見圖2),在無錫、蘇州、吳江等城市以太湖水為水源的13座水廠(4.7×106m3/d)及其供水區(qū)域進行綜合示范,出水水質(zhì)穩(wěn)定達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)和江蘇省地方標準《江蘇省城市自來水廠關(guān)鍵水質(zhì)指標控制標準》(DB32T 3701—2019)要求,受益人口超過1000萬,同時在江蘇省太湖沿線全面推廣應(yīng)用,整體提升了江蘇太湖流域飲用水安全保障能力,基本消除了飲用水藻類、嗅味、典型消毒副產(chǎn)物等廣大群眾反映強烈的水質(zhì)問題[9]。
浙江嘉興是典型的河網(wǎng)型水源地,地處太湖流域末端,河網(wǎng)交織,地勢平坦,河水流速較緩,水源水質(zhì)曾常年處在Ⅳ類到劣V類。嘉興針對重污染河網(wǎng)水源高氨氮、高耗氧量的重污染水質(zhì)特征,開展了水源地生物-生態(tài)濕地修復(fù)技術(shù)、原水生物預(yù)處理、強化常規(guī)處理及深度處理技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范,形成高氨氮高有機物河網(wǎng)水源生物-生態(tài)修復(fù)與處理集成技術(shù)體系,建成國內(nèi)首家規(guī)模性微污染水源的濕地治理工程,示范水廠飲用水水質(zhì)穩(wěn)定達到國家《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)。
江浙滬三地的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展策略以及地理位置決定了各地對水域功能的定位不同。例如,太浦河上承東太湖,下接黃浦江,流經(jīng)江蘇吳江、浙江嘉善、上海青浦等地。雖然形成了同飲一江水的格局,但上下游對太浦河的功能定位并不相同。在江蘇段主要作為泄洪通道、運輸航道和工農(nóng)業(yè)用水水源,沿岸紡織印染行業(yè)密集;下游為上海金澤水庫和浙江嘉善提供重要的飲用水源。跨界飲用水水源地存在供水方與受水方、水源涵養(yǎng)區(qū)與匯集區(qū)域分屬不同行政區(qū)域等特征,由于供水區(qū)域或水源涵養(yǎng)區(qū)要以犧牲當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展的機會為代價進行水源保護及整治,導(dǎo)致供水方或水源涵養(yǎng)區(qū)對水源保護的積極性不高。“上游要吃飯,下游要喝水”,上下游相關(guān)利益的沖突是實施跨省界飲用水水源保護的難點和堵點,存在各地分散立法和實體性制度缺失問題[10]。
我國水源污染普遍,污染物種類多,組分復(fù)雜,微量有機污染物的復(fù)合污染是該地區(qū)飲用水的基本特征。上海的長江和黃浦江水源、江蘇的太湖水源、浙江嘉興的河網(wǎng)水源中曾檢出《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)中管控指標之外的農(nóng)藥、抗生素等藥物,雙酚類/全氟類等工業(yè)品,多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、藻毒素等微量有機污染物(也被稱為新污染物),形成復(fù)合污染。其來源可大致分為以下幾類。
(1)外源污染,包括農(nóng)業(yè)面源污染和工業(yè)/生活點源污染。譬如,農(nóng)藥的不科學(xué)濫用、畜禽養(yǎng)殖糞污的不規(guī)范排放、水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料藥物的不合理使用等可導(dǎo)致農(nóng)藥、抗生素等藥物進入到水源地;以及由于上游地區(qū)工業(yè)廢水和生活污水處理對微量污染物的削減效能較低,工業(yè)化合物、個人護理用品及其中間體等污染物被排放至環(huán)境水體。
(2)內(nèi)源污染,由于上游氮、磷等污染物排放量超過受納水體環(huán)境容量,太湖、青草沙水庫(長江水源)、金澤水庫(黃浦江水源)等淺水型湖庫水源水體富營養(yǎng)化問題凸顯,藻嗅、藻毒素等代謝產(chǎn)物頻繁出現(xiàn)。
(3)次生污染,水源水中的部分原生污染物進入到水廠后,可與水廠投加的消毒劑、氧化劑等化學(xué)藥劑發(fā)生化學(xué)作用,結(jié)構(gòu)和形態(tài)產(chǎn)生變化,形成消毒副產(chǎn)物等次生污染。如某些抗生素等微量污染物經(jīng)過水廠氧化或消毒工藝后,雖然其濃度顯著降低甚至不再檢出,但是可能轉(zhuǎn)化為毒性未知的次生產(chǎn)物。
這些標準外微量污染物在水源水中的濃度水平通常為納克(ng/L)到微克(μg/L)級,由于含量較低,短期內(nèi)不會造成突發(fā)性危害,但這些微量污染物往往以混合形式存在,在環(huán)境水體中的污染行為可產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng)。微量污染物復(fù)合污染已逐漸成為各級城市關(guān)注的主要水源水質(zhì)問題之一[11]。
我國水體污染治理是一個長期而艱巨的工作,長三角亦不例外,水源復(fù)合污染問題無法在一個較短的周期得到徹底的解決,自來水廠不得不通過增加和延長工藝流程,投加氧化劑、混凝劑、助凝劑、消毒劑等化學(xué)藥劑來確保水質(zhì)達標。工藝的延展和藥劑的投加,實現(xiàn)了水廠將受污染水源處理為達標飲用水的目標,降低了目標控制污染物的濃度水平,但同時也造成了一些無機和有機二次污染物的出現(xiàn)[12,13]。
我國城市供水系統(tǒng)并不是一根管子直達居民家中,而是自來水進入到小區(qū)后儲存到水池或水箱,再加壓至居民家中,即二次供水。長三角高層建筑發(fā)展迅速,新老小區(qū)共存,水箱和水池眾多且分散,部分水齡長、水溫高、密閉性不強,內(nèi)襯材料、清洗消毒、運行維護與管理存在盲點和薄弱點,易產(chǎn)生出廠水達標而龍頭水質(zhì)超標的風險。
針對上述問題和挑戰(zhàn),從管理和技術(shù)兩個維度,以及水源、水廠、管網(wǎng)(二次供水)三個方面,提出如下策略建議。
2019年發(fā)布的《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展規(guī)劃綱要》明確要求完善跨流域跨區(qū)域生態(tài)補償機制、健全區(qū)域環(huán)境治理聯(lián)動機制[1];2021年發(fā)布的《長江三角洲區(qū)域一體化發(fā)展水安全保障規(guī)劃》提出要打造互聯(lián)互通的水資源供給保障體系,提升城鄉(xiāng)供水保障能力[14]。建議在長三角地區(qū)積極開展跨界水源生態(tài)補償試點,以太浦河為例,僅以一市一縣之力治理太浦河,效果難以保障。在《中華人民共和國水污染防治法》《太湖流域管理條例》《長江保護法》等國家立法的基礎(chǔ)上,上海、江蘇、浙江三地應(yīng)繼續(xù)加強共保聯(lián)治,通過建立上下游“成本共擔、效益共享、合作共治”的機制[15],探索制定科學(xué)的監(jiān)測、評價、考核和補償制度,在《上海市飲用水水源保護條例》《江蘇省人大常委會關(guān)于加強飲用水源地保護的決定》《浙江省飲用水水源保護條例》等各自地方立法的基礎(chǔ)上,通過跨區(qū)域協(xié)同立法打破行政區(qū)劃和職能部門的界限,解決流域上下游發(fā)展與保護失衡的問題,推動三地協(xié)同發(fā)展,保障飲用水源安全。
從長江流域尺度探索建立上下游生態(tài)補償?shù)脑u估機制,允許省際間排污交易。流域上游承擔生態(tài)環(huán)保責任,流域下游對上游地區(qū)為改善和保護生態(tài)環(huán)境和水資源付出的努力做出補償。同時需要強化流域合作協(xié)作,堅持生態(tài)補償權(quán)利與責任對等,在現(xiàn)行激勵機制基礎(chǔ)上,按照污染者、使用者、受益者付費原則,經(jīng)濟發(fā)達的下游地區(qū)向經(jīng)濟欠發(fā)達的上游地區(qū)予以補償,鼓勵跨區(qū)域、跨水系供水開展生態(tài)補償工作。
2017年修訂后的《中華人民共和國水污染防治法》第六十九條增加了“開展飲用水水源污染風險調(diào)查評估,篩查可能存在的污染風險因素,并采取相應(yīng)的風險防范措施”等內(nèi)容,為源頭防控微量污染物的復(fù)合污染問題提供了法制保障。因此,建議從國家層面開展科技攻關(guān),研究復(fù)合污染水質(zhì)分析方法和綜合健康效應(yīng)評價方法,建立效應(yīng)引導(dǎo)的高風險污染物篩查與識別技術(shù),篩選制定長江上、中、下游地區(qū)大型水源中的微量新污染物優(yōu)先控制清單。
基于新污染物優(yōu)先控制清單,開展污染物成組毒性評估與濃度限值推導(dǎo)研究,并以污染物的檢出率、濃度水平、水廠處理效果以及對其實施優(yōu)先控制的必要性和可行性等因素作為評價指標,借鑒國內(nèi)外水質(zhì)標準及準則對相關(guān)污染物的濃度限值要求,考慮我國污水及飲用水處理工藝現(xiàn)狀及其技術(shù)水平,制定優(yōu)控污染物標準限值,協(xié)同更新與修訂完善《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918—2002)《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006)有關(guān)指標和限值要求。
考慮到不同地區(qū)水源污染類型和飲用水處理技術(shù)水平不盡相同,當?shù)卣筛鶕?jù)本地區(qū)實際情況,聯(lián)合國內(nèi)具有相關(guān)研究經(jīng)驗的高校和科研院所,對照國標,制定地方飲用水水質(zhì)標準。例如,2016年上海市發(fā)布《水污染防治行動計劃實施方案》,明確提出強化水環(huán)境標準體系研究和建設(shè),并于2018年頒布了全國第一部生活飲用水水質(zhì)地方標準——上海市《生活飲用水水質(zhì)標準》(DB31/T1091—2018);同年,浙江省頒布了浙江省現(xiàn)代化水廠評價標準(2018版);2019年江蘇省頒布了全國第一部省級層面水廠內(nèi)部質(zhì)控的地方標準《江蘇省城市自來水廠關(guān)鍵水質(zhì)指標控制標準》。這些地方標準既滿足國家標準要求,又結(jié)合長三角區(qū)域規(guī)劃要求和經(jīng)濟發(fā)展能力,滿足人民對優(yōu)質(zhì)飲用水的迫切需求。未來,長三角各省市可充分考慮該地區(qū)水源水質(zhì)特征和供水保障能力,制定長三角區(qū)域標準,以標準引領(lǐng)有序推動長三角水源聯(lián)合調(diào)配、凈水工藝改造、管理水平提升和供水水質(zhì)提高。
我國改革開放四十多年來的社會經(jīng)濟高速發(fā)展給資源開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護帶來了前所未有的壓力,水源復(fù)合污染類型和復(fù)雜程度不同于其他發(fā)達國家,發(fā)達國家的飲用水處理技術(shù)經(jīng)驗并不完全適用。因此,針對我國不同類型水源復(fù)合污染特征以及凈水工藝冗長、運維耗能、藥劑量大等突出問題,未來應(yīng)以穩(wěn)定達標和健康保障為核心,并從綠色簡約、清潔低耗及環(huán)境友好等方面提升未來水處理系統(tǒng)效能。發(fā)展綠色高效水處理技術(shù),例如開發(fā)高性能、抗污染、低能耗的綠色物理分離技術(shù),研發(fā)具備廣譜性、低副產(chǎn)物和持續(xù)消毒能力的安全消毒技術(shù),攻關(guān)基于新能源、新材料、新理念的飲用水清潔凈化技術(shù)等,從而構(gòu)建適合我國水源水質(zhì)特征的城市飲用水處理技術(shù)體系,進一步提升我國飲用水安全保障能力。
解決二次供水問題,必須創(chuàng)新管理模式。管理模式的改革難點涉及到二次供水設(shè)施的產(chǎn)權(quán)歸屬、維修和改造費用籌措、居民配合以及人員安置等問題。針對二次供水設(shè)施存在的建設(shè)和管理多元化,監(jiān)管職責不明確,運行維護責任不到位,改造費用難落實等問題,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部會同國家發(fā)展和改革委員會、公安部、衛(wèi)生和計劃生育委員會于2015年2月印發(fā)了《關(guān)于加強和改進城鎮(zhèn)居民二次供水設(shè)施建設(shè)與管理確保水質(zhì)安全的通知》(建城〔2015〕31號)。各地應(yīng)依照國家和地方相關(guān)法規(guī),結(jié)合各自實際情況,有針對性地采取適合本地區(qū)的管理模式;同時要加強對二次供水管理人員的專業(yè)培訓(xùn),使水質(zhì)檢測人員、消毒人員具備專業(yè)化的上崗資格;申請信息公開,通過多媒體平臺宣傳飲用水法規(guī),使城區(qū)居民與相關(guān)單位共同監(jiān)督管理。
應(yīng)進一步加強在二次供水設(shè)備、龍頭水質(zhì)保障技術(shù)、在線監(jiān)測、遠程監(jiān)控及自動化技術(shù)等方面進行研究,發(fā)揮長三角的信息技術(shù)優(yōu)勢,深度融合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng),發(fā)展供水智能物聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺,并且通過一些城市試點形成可借鑒、可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗和做法,確保先進技術(shù)的采用落地落實,為保障城鎮(zhèn)居民飲用水“最后一千米”安全提供科技支撐。
十余年來我國以及長三角的飲用水安全保障工作取得了重大成效,切實提高了飲用水水質(zhì),讓老百姓喝上了放心水;然而人民群眾對水質(zhì)安全和健康的要求也在逐漸提高,長三角超大城市群飲用水安全保障工作依然面臨諸多挑戰(zhàn)。未來隨著我國生態(tài)環(huán)境保護力度持續(xù)加強,水源水質(zhì)將會持續(xù)改善,水處理技術(shù)工藝將會朝著更綠色、更清潔的方向發(fā)展,飲用水水質(zhì)將實現(xiàn)從“合格、達標”向“優(yōu)質(zhì)、健康”轉(zhuǎn)變。