■北京市自来水集团

7月中旬，中国城镇供水排水协会召开“面向管网水质稳定性的厂网系统调控关键技术及示范”科研项目成果鉴定会，该项目是北京市自来水集团（以下简称“集团”）承担国家“十三五”水专项的重要研究课题之一。经专家鉴定，项目成果对推动国内供水行业的智能升级和精细化管理具有重要引领作用和示范意义，实际应用效果明显，技术推广前景广阔，整体处于国际领先水平。

突破常规思维  收获研发硕果

2014年底，南水北调工程成功通水，千里之外的“南水”源源不断流入京城。充沛的水量令人激动振奋，但经长距离明渠输送的“南水”和本地原水水质存在一定差异，给集团提出了新的挑战。如何在大规模取用“南水”的同时，保证管网末端水质安全稳定，这一史无前例的课题摆在了集团面前。

经研究发现，管网水水质与出厂水水质密切相关。集团突破国内接纳外地水源主要从水厂运行、供水调度方面采取措施的传统思路，创新性提出构建水厂-管网协同的水质保障体系。于2014年启动了“面向管网水质稳定性的厂网系统调控关键技术及示范”项目。

经过多年艰苦研究，取得了丰硕成果。开发了水厂智能投药管控技术，提出了紫外-超滤-氯消毒新型组合工艺，研发了管网突发水质变化的风险识别及厂网协同管控措施。项目相关成果获国家专利授权5项，登记软件著作权1项，“水质腐蚀性判断指数”收录进国家标准——《室外给水设计标准》（GB 50013-2018）。

智能投药在线  无惧水质波动

“南水”水质季节性变化较大，工艺处理过程中药剂投加必须精准科学、应变及时，才能保证出厂水水质安全。由于加药量计算较为复杂，集团决定依托各工艺单元在线水质监测设备，建立一套基于水质大数据的智能投药管控技术，实现药剂投加智慧化、自动化管理。

要实现智能投药，科学、准确的算法模型是关键。集团科研人员在没有先例可循的基础上，梳理、分析上百万条水厂运行数据，筛选参数20余项，通过数学方法逐一确定各参数与加药量的关联度，并结合水厂管理需要确定了浊度、温度、pH值、高锰酸盐指数等关键参数10余项，先后尝试构建算法模型50余种，最终建立了混凝剂双药投加模型和预氧化精准投加模型。

两种模型可根据水厂各工艺段水质变化情况，第一时间计算絮凝药剂和预氧化药剂的最佳投药量，并利用自动化药剂投加设备，实现药剂投加量实时调整，提高了工作效率，降低了加药成本。两种模型还可通过管网水最佳pH值等参数，倒推出厂水相关参数要求并纳入算法模型，实现了水厂-管网的协调管控。

集团技术人员还在模型应用平台内嵌入了异常数据处理方法，研发了“智慧水厂精准投药和数据治理管控平台”，解决了在线水质监测设备偶尔出现异常数据的情况。通过实时修正和填补异常数据，强化了算法模型持续学习能力。随着数据采集量增加，模型计算数据更精准，应对“南水”水质波动更有效，保证了水厂工艺安全稳定。

新型组联模式  实现双重目标

“南水”中微生物、藻类含量较高，水厂超滤膜工艺能有效去除水中微生物和藻类，但运行中可能会因水中微粒沉积在膜表面，造成膜孔堵塞，影响运行效果。此前，水厂通常采用增加前置处理工艺、优化运行条件、定期清洗等措施，成本较高。

集团根据紫外线可抑制生物生长的特点，创新性提出紫外-超滤-氯消毒新型组联适用工艺，将紫外线工艺调整至超滤膜工艺之前。工艺调整后，水厂超滤膜工艺的膜表面微生物总数减少30%，微生物种类减少50%，延长了膜组件的清洗时间间隔，有效降低了运行成本。紫外线前置工艺实现了超滤膜污染控制及消毒的双重目标，拓展了紫外线工艺的应用范围，增加了水处理工艺选择的多样性。目前，该成果得到上海市政设计院关注，于2020年纳入上海临港水厂二期规划设计。

此外，集团技术人员在研究过程中，创新性提出净水消毒时效性，通过分析消毒后水中微生物48小时内数量变化情况及趋势，更精准确定消毒效果，目前已成为给水系统生物安全性评价重要指标之一。在研究过程中，还发现水中反硝化和产酸两种菌属分别占主导时，影响管垢形成时间，从而影响管网腐蚀状况。

协同管控系统  致力供水安全

近年来，集团大规模使用“南水”，造成管网水质环境发生一定变化。为了确保管网末梢水质安全性和稳定性，集团启动管网水质风险识别及保障技术研究，通过分析管网内部管垢构成情况，及接触南水后变化情况，确定可能出现水质突发变化的管网敏感区域，提前采取应对措施。

由于管垢受管网水质、管材等因素影响，构成情况复杂，全面准确掌握不同区域管垢情况，是研究中面临的一大难题。常规管垢取样方法需要停水作业截取运行中的管段。管段运送至实验室途中还易受到碰撞导致管垢破碎，影响试验结果。在确保管网水质安全的基础上，集团技术人员从城区管网选取160余处管段，检测水样8万余个，并开发了原位模拟设备，可在现状管段上进行水源切换试验，无须再截取管段，大大提高了工作效率，保证了试验准确性。最终，集团综合考虑十余种因素，创新性提出水质腐蚀性判定指数和水质差异度判定指数。两项指数综合了多类水质指标，适用更性强，预测更准确，并绘制了管网敏感区域图，建立了系统性管网水质风险评估体系，为集团有效采取应对措施提供了有效数据支撑。

同时，集团还依据不同区域管网内部管垢稳定性特点，结合不同区域管网突发水质变化的风险级别和处置方法，制定管网水质保障技术措施，通过建立水厂-管网系统调控体系，保证水源切换常态化条件下的供水水质安全。该方法已应用于房山、延庆和密云等地区水源切换工作中，确保了区域供水安全。

图为北京市自来水集团中试全流程工艺系统。

“面向管网水质稳定性的厂网系统调控关键技术及示范”项目多项成果已在集团推广应用，不但为“十四五”期间集团开展智慧水厂建设提供了有力支持，也为其他省、市“南水”受水区域提供了重要借鉴和有益示范。