破解超大城市饮用水安全保障关键技术难题 上海市饮用水水质大幅提升
上海濒江临海，地处长江流域和太湖流域下游，河网稠密，水量充沛，但水质相对较差，属典型的水质型缺水城市。2010年之前，上海市供水存在水源水质不佳、水厂工艺处理保障不足、输配水质不稳定、二次供水运维粗放、水龄过长等一系列问题，面临有机物、藻类、嗅味等季节性水质超标的风险，龙头水水质不能稳定达标，与居民期盼存在较大差距。
自2008年起，在“水体污染控制与治理”科技重大专项（简称水专项）的持续支持下，上海市开展了“从源头到龙头”饮用水安全保障关键技术研究与示范，在关键水质指标识别、城市多水源综合调配、水厂处理工艺优化提升、超大城市供水管网输配稳定、二次供水运行优化与监管等方面取得了一系列技术突破，构建了超大城市饮用水安全保障技术体系，颁布了一批技术与管理标准，培养了一支“政、产、学、研、用”相结合的饮用水安全保障科技队伍，有力支撑了上海市饮用水安全。
通过水专项技术研发和成果推广应用，上海市已形成了多水源联合调度系统，全面推进了水厂深度处理工艺改造，完成了城乡一体集约化供水工程建设，初步完成了居民二次供水设施改造，并进行了高品质饮用水的探索和实践，形成了一条具有上海特色的、适合超大型城市的饮用水安全保障技术路线。
目前，上海市饮用水质量显著提升，嗅味和口感等水质指标明显改善，饮用水水质综合合格率由2010年91.77%提高到2019年99.73%，有力保障了上海市特大城市的供水安全，助推上海卓越全球城市的高质量发展，为长三角地区饮用水安全保障起到引领作用。
一、技术创新，破解超大城市饮用水安全保障关键技术难题，显著提升饮用水水质
为支撑上海市饮用水安全保障和品质提升，水专项在“十一五”至“十三五”间先后在上海部署10余项项目（课题/任务），通过“点、线、面”递进方式，逐步实现科技成果集成和综合示范应用：“十一五”聚焦“点”，着重关注水源、水厂、管网及二次供水各个环节的关键技术突破和示范，重点保障出厂水水质稳定达标。“十二五”将“点”连成“线”，着重关注黄浦江和青草沙两条供水线“从源头到龙头”的饮用水安全保障技术集成和示范，重点保障示范区150万人口龙头水水质稳定达标。“十三五”由“线”扩展到“面”，着重关注成果系统集成和推广应用，选择上海区域内原水水质相对较差的金泽水源供水区开展综合示范，补齐关键技术短板，重点保障金泽水源供水区以及推广应用区域的龙头水水质达标，基本实现上海饮用水安全保障全面覆盖和高品质饮用水目标。
通过研究、集成、示范和应用，上海市已经形成了“从源头到龙头”的超大城市饮用水安全保障的技术体系和综合管理方案：
一是破解超大城市多水源水量水质综合调配技术难题。“十一五”期间，针对长江口咸潮入侵频繁而业务化预警技术匮乏的窘境，水专项通过技术研发，突破了河口水库咸潮风险评估预警关键技术，构建了长江河口水源地咸潮预警预报业务化平台和多级水质监测预警预报业务化系统，实现了取水口咸潮短期预警（一周）和中期预报（三个月），整体提升了长江口水源“避咸蓄淡”安全保障能力，科学指导了青草沙水库、陈行水库、东风西沙水库的运行管理，为沿海城市河口淡水资源的开发利用提供了上海范例和上海经验。“十二五”期间，水专项针对上海市水源及原水系统突发风险问题，研究形成了多水源联合调度技术方案，建成了上海多水源调度可视化平台。该平台在应急工况下，调配水量达700万立方米/日，实现了由单水源调度向多水源调度、由经验调度向科学调度的转变。“十三五”期间，水专项支持上海市建设黄浦江上游金泽原水智能调度系统，通过与“十二五”调度平台对接，应急工况下调配水量达1000万立方米/日，实现上海西南五区原水互补、清水联动。
二是破解藻嗅复合污染控制和臭氧化过程中溴酸盐抑制技术难题。嗅味问题是长期困扰上海市供水行业的一个难题。水专项通过多年持续科技攻关，有效解决了该问题。针对水库藻源性嗅味问题，形成了库区水动力调控藻嗅、厂前氧化与吸附削减藻嗅、水厂臭氧生物活性炭强化去除藻嗅等工艺技术方案，并在青草沙水库和陈行水库的水源供水系统中应用，有效保障了出厂水稳定达标。针对黄浦江水源复杂嗅味与有机污染共存的难题，集成嗅味物质识别技术，形成了嗅味、有机物协同净化技术方案，有效解决异嗅难题。针对制水过程中溴酸盐风险问题，研发了溴酸盐抑制技术，提出了“混凝沉淀-（硫酸铵）-臭氧活性炭”为核心的深度处理工艺方案，在上海临江水厂（60万立方米/日）开展示范，并在14座水厂（446万立方米/日）推广应用。
三是破解管网输配与二次供水水质保障技术难题。上海市作为超大城市，管网复杂，管线超长，存在管道清洗和管理难度大、末端供水水质不稳定的问题。水专项技术成果全面支撑上海市管网水质保障和精细化管理。在管网水质方面，开展管道状态检测、气水两相冲洗、多级加氯消毒等多项技术集成与示范，解决了大口径、大高程落差复杂管线冲洗和管网余氯控制难题。在管网管理方面，提出基于水平衡的供水管网鱼骨式多级水平衡分析法，实现供水管网分区计量，建立上海市中心城区供水管网数字水质信息化平台，实现在线监控与管理。在二次供水方面，研发了二次供水在线监测设备，构建了居民二次供水监管信息化平台，提出了水质信息公示管理模式和基于水龄控制为核心的二次供水运行模式。
四是破解流域层面水源地监测预警联动难题。在水专项的支持下，“十三五”期间，上海市探索建立了流域协同、行业监管、企业行动的饮用水安全保障业务化管理模式。流域协同，即通过政府间协调，整合上海、江苏等上下游省市环保、水务部门水质监测数据，构建跨区域、跨部门的金泽水源水质水量监测与预警业务化平台，建立太浦河闸—金泽水库—松浦大桥上下游联动调度方案，实现流域层面水源监测预警与联动调度。行业监管，建设了上海市供水管理部门运行的居民二次供水监管信息化平台，实现二次供水设施全过程动态监控管理。企业行动，建设了上海市多水源供水信息化业务平台，集成水源、水厂、管网、二次供水等监管数据，提高水厂生产运营智能化水平。
二、理念创新，探索超大城市高品质饮用水技术路线，率先开展高品质饮用水示范建设
在全面保障饮用水安全与水质稳定达标的同时，自2016年开始，上海市开展高品质饮用水的探索与实践，以卓越全球城市为目标，对标国际大都市先进供水水平。水专项发挥科技创新引领作用，全面支撑上海市高品质饮用水目标实现。
一是提出了超大型城市高品质饮用水发展理念与模式。上海市树立了饮用水是“第一食品”的核心理念，明确采取“市政集中供水”的发展模式，整体提升城市公共供水水质。在“十三五”水专项科技项目支持下，上海市逐步构建了“从龙头到源头”水质提升溯源机制，提出了“法规高保障、水源高标准、水厂高能效、管网高保鲜、龙头高品质”的技术思路，通过原水水质调控、水厂工艺优化提升、管网评估与分级改造和二次供水模式优化，达到“三稳一升促保障”供水目标，即稳定原水水质、提升出厂水质、稳定输配水质、稳定二次供水水质、保障龙头水水质。
二是解决了高品质饮用水的关键核心技术。通过全流程供水环节技术优化和提升，保障高品质饮用水目标实现。水源方面，在两江四库多水源联动基础上，强化水源水库水力调控与水生态协同水质保障，确保原水水质。水厂方面，优化“臭氧-生物活性炭”“臭氧-生物活性炭＋超滤膜”“常规处理+纳滤膜”等深度处理工艺参数，提升超滤膜、纳滤膜水质提升应用效能，并完成超滤膜和纳滤膜的示范工程应用，强化去除嗅味和微量有机物，提升出厂水质。管网方面，通过检测评估、多级加氯、管道清洗、非开挖修复等技术集成应用，实现管网水质多级保障。二次供水方面，优化二次供水模式与运行方式，降低二次供水水龄，实现高品质饮用水入户。
三是建设了高品质饮用水试验示范区。业务创新，示范先行。水专项在上海市闵行区马桥大居（区域面积3.79平方公里，规划人口10万人，建成小区14个，开户25387户）建立高品质饮用水试验示范区，开展高品质饮用水安全保障技术和精细化管理的工程示范。同时，建设了大型综合技术验证基地，对不同水厂处理工艺、输配管材、二次供水模式等进行试验验证，选择最优产品和最适宜方案进行工程示范。2020年底，示范区将实现高品质饮用水目标。通过成果推广，高品质供水范围逐步由闵行示范区10万人口扩大到黄浦示范区30万人口，最终将实现上海全市高品质饮用水的规划目标。
三、管理创新，推动水专项成果应用推广，助力上海供水高质量发展
一是规范管理，形成责任主体明确、管理架构清晰的上海水专项管理办法。水专项在上海组织实施三个五年，逐步建立了政产学研用大兵团联合攻关模式，实现了技术研究、成果示范、生产运营和科技管理协同创新；建立了项目、课题、任务“三个层面”和行政、技术、财务、档案、宣传“五条线”的项目管理架构，并引入第三方监督管理机制，形成具有上海特色的专项管理办法。
二是标准引领，建立了一套前瞻性、精准化的从源头到龙头水质管理标准规范体系。编制并颁布了我国第一部地方性《生活饮用水水质标准》、第一部指导居民科学用水的《住宅户内饮用水系统建造及使用指南》，以及《金泽水源原水预处理技术规程》《制水厂运行规程》《城镇供水管网模型建设技术导则》《城镇给水管道非开挖修复更新工程技术规程》《供水管网加氯技术指南》和《居民小区二次供水设施运行维护相关管理办法》等，通过系列具有前瞻性的技术标准规范文件，支撑全流程精准管理。
三是成果推广，实现了科技创新助力上海供水高质量发展的整体格局。水专项成果在上海饮用水安全保障领域全面推广应用。截至2019年，上海市已形成“两江四库、集中取水”水源格局，原水供水规模1328万立方米/日，原水供给保障能力稳步提升；全面推进了水厂处理工艺提升改造，深度处理规模446万立方米/日，深度处理率37.7%，到2025年深度处理率将达100%；全面推进老旧供水管网改造和老旧小区二次供水设施改造，加快推进二次供水设施全面接管。
在水专项的科技支撑下，上海市饮用水水质综合合格率由2010年91.77%提高到2019年99.73%，臭和味合格率由2010年77.82%提高到2019年98.01%，系统解决了困扰上海多年的饮用水嗅味问题。上海已全面构建原水保质保量、水厂深度达标、输配稳定安全、监管规范完善的供水安全保障体系，并建立了高品质饮用水试验示范区。上海市饮用水安全保障能力和饮用水品质显著提升，服务惠及全市2400万人口，有力助推了上海卓越全球城市的高质量发展，为长三角地区饮用水安全保障起到引领作用。（上 水）
