專家觀點 | 尹文選：飲用水深度處理技術的廣州探索與實踐

在 中，廣州市市政工程設計研究總院有限公司副總工程師尹文選介紹了《飲用水深度處理技術的廣州探索與實踐》。本文根據嘉賓發言內容整理，經過專家本人審閱后發布。

尹文選

背景

1

城市供水概況

廣州市地處粵港澳大灣區核心區位，是國家中心城市和綜合性門戶城市，構建了“三江四源”的多水源供水格局，成為國內少數擁有東江、西江、北江及流溪河四大水源的超大城市，地表水源占比達99.4%。至2025年，全市共有36座水廠，總供水規模1075萬m3/d，其中中心城區市自來水公司的8間水廠，供水規模達569萬m3/d。為保障城市供水水質安全，廣州于2010年底建成西江引水工程，設計規模350萬m3/d，輸水干線全長47.6公里，為配合北部水廠二期工程擴建，近期對西江引水工程進行擴建，規模將提升至390萬m3/d。

圖1 廣州市“三江一河”水源空間布局示意圖

2

水源水質挑戰

廣州四大水源面臨有機微污染與水污染突發事件頻發的雙重壓力，常規處理工藝已難以滿足水質安全保障需求。

四大水源普遍存在有機微污染問題，2-MIB（土霉味物質）、2-EDD（酯化副產物）等致嗅物質時有檢出，混凝-沉淀-過濾等常規工藝對其去除能力有限。此外，氨氮、糞大腸菌群等常規指標偶見超標，多氯聯苯、苯胺、甲基汞等非常規指標存在檢出記錄，長期飲用安全存在潛在隱患。

各水源因流域環境差異，污染特征分化明顯（見表1）。東江受上游工業園排放影響，以造紙等工業有機微污染為主，藻類偶有爆發，最長持續時間超過3個月。西江近年來受上游水庫調水壓咸及突發污染事件困擾，嗅味物質檢出頻次上升，藻類污染呈加劇態勢，爆發年份超過90天。北江自2025年3月以來幾乎每月檢出2-EDD，大型藻類細胞數峰值達4740萬個/L，風險最為突出。流溪河屬本地河流，水體自凈能力有限，藻類波動大，近年多次爆發且持續時間超3個月。

表1 四大水源風險特征對比表

深度處理工程實踐

1

臭氧-生物活性炭工藝實踐

南洲水廠作為全國首座采用“臭氧—生物活性炭”深度處理工藝的百萬噸級水廠，自2004年投產以來持續穩定運行逾20年，為珠江水源有機微污染控制提供了可驗證的工程范例。

水廠水源取自北江順德水道，全廠總面積22萬平方米。一期設計規模100萬m3/d，采用“絮凝沉淀+V型濾池+臭氧-生物活性炭+消毒”全流程工藝，服務范圍覆蓋海珠區、天河區珠江新城、越秀區部分地區及廣州大學城，服務面積約115.5平方公里。水源水質分析顯示，北江水源檢出重金屬5項、有機物5項、致嗅物質5項，西江水源檢出有機物13項、致嗅物質5項，常規處理工藝難以有效應對如此復雜的污染譜系。而南洲水廠依托臭氧-生物活性炭工藝，出廠水三氯甲烷濃度僅為0.0177毫克/升，低于0.02毫克/升的一級標準限值，驗證了該工藝對有機污染物和消毒副產物前驅物的協同控制效果。

圖2 南洲水廠水源水質與出水水質對比

二期設計規模20萬m3/d，充分利用一期臭氧-生物活性炭系統的設計冗余，在不新增用地的前提下完成深度處理系統的擴容。經設計復核，擴容后臭氧接觸時間由11.82分鐘調整為9.85分鐘，活性炭濾池濾速由9.5米/小時調整為12.0米/小時，活性炭空床接觸時間由12.6分鐘調整為10.0分鐘，三項核心參數均滿足設計規范要求。該實踐為同類水廠利用系統冗余實現擴容提供了可參照的技術示范。

圖3 南洲水廠擴容前后設計參數對比與臭氧-活性炭系統實景

2021至2023年運行數據顯示，水廠日均供水量達96.9萬m3/d，出水高錳酸鹽指數常年穩定在0.8毫克/升左右，氨氮低于0.05毫克/升，濁度低于0.10 NTU，pH值穩定在7.79。各指標均處于穩定且優良的區間，驗證了工藝長期運行的可靠性。

圖4 南洲水廠2021-2023年運行水量與水質趨勢圖

在消毒副產物控制方面，出水三氯甲烷濃度長期低于0.02毫克/升，優于《城市供水廠水質關鍵指標控制工作指南》一級標準限值，表明臭氧-生物活性炭工藝對三氯甲烷等消毒副產物前驅物的去除效果持續穩定。

2

超濾膜工藝規模化應用

在物理截留深度處理技術路線上，廣州分別于北部水廠和江村水廠部署了不同規模的超濾膜系統。

圖5 北部水廠與江村水廠超濾膜車間實景

北部水廠總規模150萬m3/d，一期工程設計規模60萬m3/d，于2019年投產。超濾膜系統共配置40個膜堆，分4個系列布置，每系列10個膜堆，總計安裝10880支壓力式超濾膜柱。單支膜柱有效過濾面積40平方米，系統總過濾面積達43.52萬平方米。自運行以來，出水濁度穩定維持在0.01至0.05 NTU，顆粒數基本為零，出廠水水質實現100%達標。

2021至2023年運行數據顯示，水廠日均供水量44.6萬m3/d，出水高錳酸鹽指數1.0毫克/升，pH值7.89。

圖6 北部水廠2021-2023年運行水量與水質趨勢圖

江村水廠超濾膜系統規模5萬m3/d，于2012年投產，是國內較早采用短流程超濾膜的應用案例，為后續北部水廠的大規模部署積累了工程經驗。兩座水廠一先一后、一小一大，共同構成了廣州超濾膜技術從試點探索到規模化應用的完整實踐。

3

陶瓷膜與分質供水探索

在陶瓷膜技術基礎上，廣州市政院依托黃閣水廠開展了平板陶瓷膜在分質供水場景中的工程探索。黃閣水廠位于南沙區，2011年1月投產，初期規模20萬m3/d，2017年12月擴建至40萬m3/d，2024年7月二期擴建后總規模達60萬m3/d。

水廠采用分質供水模式，設置兩套獨立深度處理系統：優質供水系統規模50萬m3/d，采用“絮凝沉淀+翻板砂濾+臭氧-生物活性炭”工藝，服務一般市政供水區域；高品質供水系統規模10萬m3/d，在臭氧-生物活性炭工藝后端增設平板陶瓷膜單元，專供慶盛片區等對水質有更高要求的用戶。

該模式在不整體推高制水成本的前提下，實現特定區域飲用水的品質化提升，為大型城市不同功能片區的差異化供水需求提供了可參照的技術路徑。

圖7 黃閣水廠鳥瞰圖與陶瓷膜車間功能分區示意

黃閣水廠采用集約化膜車間布置方案，膜處理區、設備管線區及輔助功能區按照工藝流程順序進行布設，實現了膜系統運行、設備維護及管線組織的協同優化。

圖8 黃閣水廠平板陶瓷膜系統現場實景

現場運行結果表明，平板陶瓷膜系統在濁度波動條件下仍保持較穩定運行，膜組件布置緊湊，設備維護通道便捷。

深度處理工藝的試驗研究

1

中試評估體系與方法

為篩選適用于珠江流域水源特征的深度處理技術路線，廣州市自來水有限公司在硬頸海試驗基地建設了處理規模為5 m3/h的深度處理中試平臺，并以西江與西航道原水雙水源開展長期的試驗研究。中試系統圍繞臭氧-生物活性炭、超濾膜、納濾膜及UV/H?O?高級氧化四種主流深度處理工藝進行平行對比，以系統評估不同工藝對復雜水源條件的適應能力及應用潛力。

評估體系重點涵蓋四個方面：

• （1）有機污染物去除能力，包括高錳酸鹽指數、UV???及典型微量有機污染物去除效果；

• （2）無機鹽及溶解性物質去除能力，包括電導率及離子截留特性；

• （3）感官指標改善效果，包括色度、嗅味物質及藻類相關污染物控制能力；

• （4）工程運行經濟性，包括運行穩定性、膜污染控制、藥劑與能耗水平以及運行維護成本等。

圖9 中試裝置工藝流程圖

中試系統整體采用“預處理—深度處理—消毒”的組合工藝路線。原水經常規處理后，分別進入臭氧-生物活性炭、UV/H?O?高級氧化、超濾膜及納濾膜等不同深度處理單元進行平行試驗。系統同時設置反沖洗水回收及濃液回收單元，以模擬實際工程運行條件下的水資源循環利用過程。通過長期連續運行，對不同工藝的污染物去除效果、運行穩定性及工程適應性進行了系統研究，為廣州后續深度處理工藝路線選擇提供了關鍵中試依據。

中試研究同步確定了全流程最佳運行參數（見表2），為后續工程設計提供了依據。

表2 全流程處理技術最佳運行參數匯總

2

污染物去除效能對比

在有機污染物去除方面，不同深度處理工藝表現出明顯差異。納濾膜工藝對有機物去除效果最優，出水高錳酸鹽指數最低降至1.02 mg/L，UV???最低降至0.001 cm?1，對溶解性有機物及芳香族有機物具有顯著截留能力。UV/H?O?高級氧化工藝次之，對CODMn去除率約為29.5%～39.8%，對氨氮去除率約為33.3%～52.0%，并對UV???具有一定削減作用，表明其對部分難降解有機污染物具有較好的氧化分解能力。臭氧-生物活性炭工藝對UV???及部分小分子有機物具有一定去除效果，但對溶解性有機物總體削減能力相對有限。超濾膜主要依靠物理篩分機制，對顆粒物及膠體去除效果較好，但對溶解性有機污染物去除作用較弱。

圖10 不同深度處理工藝對有機效指標的去除效能對比圖

三維熒光光譜分析結果進一步驗證了上述規律。從對熒光物質（酪氨酸類蛋白質、色氨酸類蛋白質以及類腐殖酸物質等）的去除來看，經預處理及常規處理后可去除部分熒光物質，再經臭氧活性炭或超濾處理后變化較小，而再經納濾處理后可去除大部分熒光物質，納濾出水各區域熒光峰強度基本消失，表明納濾對溶解性有機物及腐殖質類污染物具有更強的去除能力。

在無機鹽及常規水質指標控制方面，不同工藝同樣表現出明顯差異。預處理與常規工藝出水中，氨氮、錳離子及鐵離子仍存在一定殘留濃度。經進一步深度處理后，納濾膜對上述指標的去除效果最為穩定，出水氨氮最低降至0.02 mg/L，錳離子降至0.03 mg/L，鐵離子降至0.04 mg/L，顯示出較強的離子截留能力。

相比之下，臭氧-生物活性炭與UV/H?O?高級氧化工藝對部分無機指標具有一定改善作用，但總體去除能力有限；超濾膜對溶解性離子去除效果不明顯，其優勢主要體現在顆粒物及膠體物質的截留。

圖11 不同深度處理工藝對無機鹽指標的去除效能對比圖

綜合有機污染物與無機鹽去除結果可以看出，納濾膜在污染物綜合削減能力方面整體表現最優，尤其在溶解性有機物、芳香族有機物及離子型污染物控制方面優勢明顯；UV/H?O?高級氧化工藝在難降解有機物氧化方面具有較好潛力；臭氧-生物活性炭工藝在運行穩定性、工程成熟度及綜合經濟性方面更具工程應用優勢；超濾膜則更適合作為顆粒物與微生物屏障工藝使用。

圖12 不同深度處理工藝出水水質指標對比

圖12對不同深度處理工藝出水的濁度、色度、高錳酸鹽指數（CODMn）、UV???、氨氮及電導率等指標進行了連續運行對比分析。結果表明，不同工藝對各類污染物的去除能力存在明顯差異。

總體來看，納濾工藝在多數指標中均表現出較優的去除效果，尤其在色度、CODMn、UV???及氨氮控制方面優勢明顯，表現出較好的穩定性與抗沖擊能力。UV高級氧化工藝在有機物控制方面效果較好，對UV???及CODMn具有較好的削減能力。臭氧-生物活性炭與超濾工藝則在部分指標中具有一定改善效果，但整體去除深度及穩定性相對較弱。

3

經濟性與適用性綜合評估

運行成本是工藝選擇的重要約束條件。中試裝置對不同深度處理工藝的藥耗與電耗進行了逐項核算，結果見表3。

綜合藥耗與電耗，納濾制水成本最高，超濾膜與臭氧-生物活性炭在經濟性上具有明顯優勢。

表3 不同深度處理工藝藥耗與電耗成本對比

綜合污染物去除效能與運行成本，工藝比選結論如下：臭氧-生物活性炭工藝能有效去除消毒副產物前驅物，降低三氯甲烷等副產物生成風險，電耗適中，被確定為最適合廣州水源水質的主體工藝。超濾膜在濁度控制與生物安全方面優勢顯著，電耗最低，可作為提升用戶感官體驗的升級選項，其推廣需綜合考慮水價支撐能力。納濾膜去除效果最優但制水成本最高，建議在高品質供水示范項目中選用。

在經濟條件允許的前提下，“臭氧-生物活性炭+超濾膜”組合工藝可實現化學安全性與生物安全性的雙重保障，是面向高品質供水目標的技術路徑。

水廠升級改造方案

1

水質風險與升級需求

近年來，西江水源水質波動呈上升趨勢，常規指標異常與藻類污染問題逐漸突出。監測結果顯示，濁度、高錳酸鹽指數、氨氮及溶解氧等指標均存在不同程度波動，其中高錳酸鹽指數與藻類爆發事件呈現增加趨勢，說明有機污染負荷與藻類風險正在同步上升。藻類大量繁殖過程中易產生2-MIB等致嗅物質，進一步增加常規工藝運行壓力。

圖13 近五年西江水源常規指標與藻類風險變化情況

除常規指標波動外，北江水源近年來持續檢出2-EDD等污染物。監測結果表明，自2025年3月以來幾乎每月均有檢出，部分出廠水濃度已超過5～10 ng/L的臭味閾值，可能對用戶感官體驗產生直接影響，常規處理工藝在異味物質控制方面已面臨明顯壓力。

圖14 北江水源2-EDD檢出情況與臭味風險分析

東江水源中還檢出了多氯聯苯、苯胺及甲基汞等非常規有毒有機污染物，表明水源存在一定工業有機污染風險。雖然相關指標未持續超標，但傳統混凝—沉淀—過濾工藝對該類微量有機污染物去除能力有限，供水系統面臨潛在化學安全風險。

圖15 東江水源非常規污染物檢出情況

除原水風險外，常規處理工藝在消毒副產物控制方面也暴露出一定局限性。2023—2025年監測數據顯示，中心城區自來水三氯甲烷共監測284次，其中19次超過一級標準限值（≤0.02 mg/L），最高檢出值達0.034 mg/L，傳統工藝對消毒副產物前驅物的去除能力有限。

圖16 2023—2025年中心城區水廠三氯甲烷監測情況

綜合上述風險分析可以看出，廣州中心城區供水系統已由傳統單一水質風險逐步轉變為“有機污染、藻類污染、異味物質及非常規微量有毒污染物”并存的復合型風險結構。常規處理工藝在有機污染物去除、異味控制及消毒副產物控制等方面顯現局限性。

因此，本輪水廠升級改造的核心目標明確為：強化有機污染物及消毒副產物前驅物去除能力；提升藻類及異味物質控制水平； 增強系統應對突發性有機污染的韌性； 提高出水化學安全性、生物安全性及用戶感官體驗。

2

中心城區水廠升級改造方案

針對現有常規處理工藝在有機污染物、異味物質及消毒副產物控制方面的不足，廣州對臭氧-生物活性炭、超濾膜、UV/H?O?高級氧化及納濾膜等多種深度處理工藝進行了系統比選。

綜合比選結果表明，臭氧-生物活性炭工藝對有機污染物、異味物質及消毒副產物前驅物具有較好的綜合去除效果，運行經驗成熟，適用于大規模城市水廠改造；超濾膜對顆粒物及微生物去除效果較好，但對溶解性有機污染物去除能力有限；UV/H?O?高級氧化雖具有較強氧化能力，但運行成本較高，且對原水條件敏感；納濾膜綜合去除效果最佳，但存在能耗較高、濃水處理復雜及工程投資較大的問題，不適用于現階段超大規模城市供水系統全面推廣。

綜合技術成熟度、工程投資、運行穩定性及廣州原水特征，臭氧-生物活性炭工藝在污染物綜合去除能力與工程可實施性之間實現了較優平衡，因此確定臭氧-生物活性炭為中心城區水廠升級改造的主體技術路線。

根據各水廠現狀工藝、水源條件及供水布局，計劃對中心城區的8間水廠升級改造。多數水廠采用“常規處理+臭氧-生物活性炭”處理工藝，部分水廠進一步疊加超濾膜工藝，采用“常規處理+臭氧-生物活性炭+超濾膜”的深度處理工藝。

全部工程完成后，廣州市中心城區供水規模將達到635萬m3/d，實現中心城區飲用水深度處理工藝全覆蓋。其中，北部水廠將形成“常規處理+臭氧-生物活性炭+超濾膜”的深度處理工藝，成為兼顧化學安全性與生物安全性的示范性工程。

結語

廣州在飲用水深度處理領域的探索與實踐，歷經二十余年工程積累與系統研究，形成了從水源風險識別、工藝效能比選到水廠升級改造的完整技術閉環，為超大城市的供水安全保障提供了可參照的實踐路徑。回顧深度處理工藝的試驗研究與實踐，可凝練以下三條經驗：

其一，深度處理工藝路線的選擇必須建立在對本地水源水質風險的系統識別的基礎上。廣州四大水源雖保障了供水韌性，但存在有機微污染普遍、藻類頻繁爆發、消毒副產物前驅物偏高等共性問題，以及2-EDD等新型致嗅物質的持續檢出，構成了常規工藝難以應對的水質風險。以風險識別為先導，方能確保工藝選擇的針對性與有效性。

其二，工程實證與中試研究并重，是規避技術路線失誤的關鍵機制。南洲水廠二十余年的運行數據、北部水廠超大規模超濾膜系統的長期驗證，為深度處理工藝的選擇提供了工程層面的堅實證據；而硬頸海試驗基地的系統比選研究，則以量化數據明確了各工藝的效能邊界與經濟區間，最終確立了臭氧-生物活性炭為主體、超濾膜為升級選項的技術路線。

其三，水廠升級改造是一項需要分階段實施的系統工程。廣州中心城區8間水廠升級改造總投資約72億元，按照“先重后輕、急用先行”原則逐步實施。改造完成后，廣州市中心城區將實現飲用水深度處理工藝全覆蓋，供水系統應對復雜水源污染及突發性水質風險的能力將得到系統性提升。

編輯整理：《凈 水技術》編輯 楊潔

排版：李濱妤

審核：孫麗華

歡迎廣大水務企業加盟合作