專家觀點 | 上海南匯自來水：多措并舉構建常態化水質保障體系

在6月9日舉辦的 活動中，上海南匯自來水有限公司總支委員、副總經理張華軍介紹了《多措并舉構建常態化水質保障體系》。本文根據嘉賓發言內容整理，經過專家本人審閱后發布。

張華軍

隨著飲用水水質標準持續提高，供水水質保障已經不只是把出廠水指標控制在合格范圍內的問題。原水水質波動、藻類異常增殖、應急水源切換、二次供水管理要求提升，都在推動水廠從單點控制走向全過程、常態化的體系治理。

浦東水務主營業務覆蓋供水、排水、市政建設養護、水務投資代建四大板塊，水廠設計日供水量88萬立方米，直接供水服務面積約530平方公里，惠及浦東中南部約170萬百姓。面對水質標準提高和運行風險變化，水質保障不能只依賴末端檢測或臨時處置，而要把工藝、模型、應急和檢測能力共同納入日常管理。

圖1 浦東水務供水服務場景和水廠全貌

在實際工作中，浦東水務把這項任務落到四類工作上：水廠工藝改造、水質預測模型建設、應急水源技術保障和水質檢測能力提升。

工藝改造讓水廠在原水變化時穩得住，模型建設幫助運行人員提前看見變化，應急水源技術保障極端情況下頂得上，檢測能力則用于及時驗證和反饋。四項工作連在一起，構成常態化水質保障的基本框架。

以工藝改造筑牢基礎屏障

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深度處理改造：提升有機物和嗅味控制能力

水廠工藝改造首先來自原水條件變化對常規工藝提出的新要求。2020年前，浦東水務下屬三家制水廠均采用常規工藝處理。青草沙水庫存在季節性藻類異常增殖情況，可能引起原水pH偏高，也會導致致嗅物質和藻源性有機物不同程度升高。對于這類問題，常規工藝的去除能力有限，水廠需要在原有處理流程上進一步提高有機物、嗅味和相關指標的控制能力。

圍繞這一背景，浦東水務自2020年開始，歷時5年先后完成北水廠、惠南水廠和航頭水廠的深度處理改造，提前一年實現水廠深度處理全覆蓋，并同步實施水廠二氧化碳投加工藝改造。這一階段的重點，不是簡單增加處理單元，而是針對原水中有機物、嗅味物質、pH偏高和鋁指標控制等具體問題，分別建立更穩定的工程應對手段。

深度處理改造采用的是臭氧+生物活性炭工藝。該工藝通過臭氧氧化、活性炭吸附和生物降解，進一步提升對微污染水源和水中有機物的處理能力。在常規工藝基礎上，水廠新建預臭氧池、炭濾池、消毒接觸池等工藝單元，使原來主要依靠常規混凝、沉淀、過濾和消毒的處理鏈條，增加了對有機物和嗅味指標的針對性控制。

圖2 水廠工藝流程圖

從運行效果看，深度處理工藝在水中有機污染物去除方面具有明確作用。通過與常規水廠對比，耗氧量下降約30%，三鹵甲烷下降約50%。對以2-MIB為代表的嗅味指標，臭氧—生物活性炭工藝去除率可達到85%以上，基本消除了該指標對出廠水的影響。這些數據說明，深度處理改造的意義不只在于工藝升級本身，更在于把原水風險轉化為可以被穩定識別、持續削減的工藝控制對象。

圖3 深度處理工藝效果

耗氧量、三鹵甲烷和2-MIB分別對應有機物、消毒副產物和嗅味風險，圖3把“工藝升級”的效果轉化為可見的指標變化。

深度處理改造之所以能夠成為水質保障的基礎屏障，正是因為它把這些對象放到同一條處理鏈中考慮：前端通過臭氧氧化改變部分有機物特性，中間依靠活性炭吸附和生物降解繼續削減風險，后續再與消毒和出廠控制銜接。

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二氧化碳投加：穩定pH與鋁指標控制

工藝改造的另一個重點是二氧化碳投加。青草沙水庫長期受到藻類大量繁殖影響，水中的二氧化碳被消耗，導致輸水口原水pH較進水口明顯增加。由于浦東水務水廠使用鋁鹽作為混凝劑，鋁鹽混凝劑是出廠水鋁濃度升高的誘因，而pH值則是決定性因素。上海市新修訂的水質地方標準已明確鋁指標限值為≤0.15mg/L。在這樣的約束下，控制pH就成為穩定鋁指標的重要前提。

圖4 pH值升高導致出廠水鋁偏高

二氧化碳投加工藝的技術路線包括氣/液投加和液/液投加兩類。氣/液投加利用液態二氧化碳氣化后的氣體壓力，經減壓后通過特殊噴嘴形成極微小氣泡，并借助文丘里噴射結構形成二次卷吸，促進二氧化碳在水中擴散。液/液投加則是在原水主管道上設置旁路管道，經增壓泵進入氣體投加反應器，在反應器中注入高壓二氧化碳氣體形成飽和碳酸，再混配主管道大流量原水。

從運行結果看，二氧化碳投加技術能夠把pH調節納入更精準的工藝控制。采用二氧化碳投加技術后，pH值可以穩定控制在目標值±0.1范圍內；在高溫季節水廠原水平均pH為8.39、水溫為30℃的條件下，出廠水鋁穩定低于0.08mg/L。這里的關鍵不是單一指標的改善，而是水廠在原水pH大幅波動條件下，仍然具備了較明確的調節手段和控制邊界。

圖5 二氧化碳投加運行成效

以模型建設推動主動預警

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從運行痛點出發建設分段模型

完成深度處理改造后，水廠水質管理仍然面對新的控制難點。這些痛點可以概括為三類：一是水廠水質控制主要以濁度和余氯為主，缺少對特征污染物去除情況的關注和研究；二是加藥系統智能化程度較低，仍采用較傳統的比例投加模式，難以根據水質變化進行精準控制；三是水廠難以根據原水水質變化和加藥量，對后續工藝段出水水質進行全面預測，存在不可預計性和滯后性。

這也是水質預測模型建設的出發點。模型建設不是把水廠運行簡單數字化，而是圍繞實際工藝段，把原水、水質指標、加藥量和出水結果之間的關系拆解出來，使水廠能夠從事后響應逐步轉向前端判斷和過程調控。以惠南水廠為例，其設計處理量為44萬m3/d，平均日供水量為26萬m3/d，處理工藝為臭氧—生物活性炭深度處理。這樣的深度處理工藝鏈條，為分段建模和全流程聯動提供了具體場景。

按照技術路線，水質預測模型可以先拆成幾個更容易管理的工藝段，再進一步串聯為全流程模型。預處理模型重點關注CO?、O?和PAC協同投加后，出水濁度、有機物和鋁指標之間的關系，用于服務濁度、DOC、Al以及加藥成本等控制目標。這樣處理后，模型不再只是一個籠統的預測工具，而是可以對應到具體工藝段和具體調控對象。

預處理模型的建設并不是直接把歷史數據輸入系統后得到結果，而是先把現場監測和加藥系統打通。通過全光譜在線監測、CO?投加、臭氧投加和PAC投加系統的優化，水廠能夠連續獲取原水變化、藥劑投加和出水指標之間的對應關系。在此基礎上，再通過在線正交試驗，觀察不同藥劑組合下濁度、DOC、Al等指標的變化，為模型訓練提供更貼近現場運行的數據。

圖6 預處理模型建設路徑

后臭氧—生物活性炭模型則重點面向有機物變化和臭氧利用。通過數據清洗、分類和臭氧實驗數據回灌訓練，可以形成不同季節條件下的后臭氧模型。材料顯示，有機物相關指標DOC、UV254、SUVA的預測準確率穩定在95%以上；余臭氧預測雖然容易受微小波動影響，但均方根誤差（RMSE）均在0.02以內，絕對偏差較小。這些結果說明，模型已經具備服務工藝調控的基礎。

圖7 后臭氧模型效果

游離氯—氯胺模型則圍繞消毒控制和出廠水氯胺控制展開。模型把水質特征、溫度、pH、加氯量、接觸池出水余氯等因素納入分析，并結合C.T>30mg·min/L、Cl?:NH?-N=3～5等控制關系。在輸入條件和控制參數較明確的情況下，SGD和GBDT兩種模型在所有季節分類下的預測準確率均超過95%。

圖8 游離氯—氯胺模型效果

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串聯模型服務預警和調控

分段模型還需要串聯起來使用。全流程水質預測模型將各分段模型進行串聯，使每個模塊的輸出自動作為下一模塊輸入，并引入水動力學中的水齡參數，實時評估各工藝段的流體停留時間與水質傳輸特性。這樣，模型不是只對單一工藝點進行計算，而是把原水水質、藥劑投加、工藝停留時間和后續出水變化聯系起來，服務于加藥優化、工藝調節和風險預判。

放到水廠運行中看，模型要解決的是把處置時點盡量前移：不是等問題顯現后再處理，而是根據趨勢提前判斷。它不能替代工藝本身，也離不開在線監測和運行經驗，但能把原水變化、藥劑投加和工藝出水之間的關系看得更清楚，為預警和調控提供依據。

圖9 全流程水質預測模型技術路線

以應急水源技術提升兜底能力

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超長咸潮下的應急取水

常態化水質保障體系還必須面對異常情況下的供水安全。2022年青草沙水庫第一次超長時間咸潮入侵，遠超設計極限，對上海城市供水安全形成威脅。應對過程中，相關措施包括加強河網水系調度、實施水源切換、啟動應急取水和清水一網調度。

應急取水規模體現了這一事件對供水保障體系的考驗。咸潮期間累計就地取水量為2500萬m3，占全市就地取水量50%；日均取水33萬m3/d，最高取水45萬m3/d。這些數據說明，應急水源不是小范圍、短時間的補充措施，而是在特殊水源條件下支撐供水連續性的關鍵環節。

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應急處理措施轉化為過程控制能力

啟用應急水源后，水廠面對的水質壓力也隨之變化。就地取水期間，出廠水高錳酸鹽指數上升30%～65%。針對這一情況，深度處理水廠采取了多項控制措施：應急粉炭投加量為10～15mg/L，適當提高前、后臭氧投加量，強化混凝并將混凝劑投加量控制在50～60mg/L，同時要求沉淀出水濁度<1.5NTU；排泥周期、砂濾池反沖洗周期也由48h縮短至40h。

這些措施說明，前期工藝改造和深度處理能力在應急場景中能夠轉化為可調用的控制手段。粉炭、臭氧、混凝和反沖洗周期調整，分別對應有機物控制、氧化強化、顆粒物去除和濾池運行維護，使水廠不僅能夠完成水源切換，還能夠在切換后保持對關鍵水質風險的過程控制。

圖10 應急處理措施及結果

圖10中列出的粉炭、臭氧、混凝和反沖洗周期等參數，使“應急處理”落到可調、可執行的運行措施上。應急保障的難點在于，水源條件變化往往不是單一指標變化，而是多項水質特征同時發生波動；前期形成的深度處理和過程強化能力，正是在這種情況下轉化為“平時可運行、急時可調用”的能力儲備。

以檢測能力閉合管理鏈條

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三級化驗體系支撐全流程驗證

工藝、模型和應急措施最終都需要檢測能力來驗證和閉合。浦東水務構建了車間級、廠級、公司級三級化驗體系，并依據《上海市供水水質管理細則》要求開展水質檢測。其中，公司級檢驗中心定位于原水29項、出廠水國標43項/地標48項的檢測能力；同時預留液相檢測室、兩蟲檢測室等檢測空間，保證GB5749全分析的擴展能力。

檢測能力的建設不是單純增加實驗室設備，而是把不同層級的檢測職責納入供水水質管理鏈條。車間級和廠級檢測更貼近日常運行，公司級檢驗中心則承擔更系統的能力支撐。檢驗中心現擁有58個項目參數、63個檢測方法的資質能力；2018年取得CMA資質證書，2023年圍繞GB/T 5750-2023標準變更完成13個參數擴項，2024年通過CMA復審換證評審及5個參數擴項，2025年通過4個參數擴項。

圖11 檢測機構資質認定證書

把組織層級、檢測項目、方法資質和年度擴項放在一起看，檢測能力就不再只是實驗室建設的概念。它不是終點處的一次把關，而是貫穿車間、廠級和公司級的持續驗證體系。

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二次供水檢測延伸到末端管理

二次供水檢測能力提升，是檢測能力從實驗室體系進一步嵌入供水末端管理的體現。新版《二次供水設施衛生規范》（GB 17051-2025）對二次供水管理和檢測提出更高要求。浦東水務通過設備添置及內部改造提升檢測中心功能，并由檢測中心全面接管公司二供檢測工作。

這項變化帶來的意義主要體現在三個方面：一是強化二次供水水質管理，通過數據分析提前預判二次供水可能存在的問題；二是提升水質異常響應速度，減少原先依賴第三方檢測時的溝通環節；三是在內部檢測能力支撐下實現降本增效。對于供水系統而言，二次供水處在用戶感知更直接的位置，檢測能力向這一環節延伸，有助于把水質保障的最后一公里納入更直接的管理鏈條。

檢測能力的提升也為前面三個環節提供反饋。工藝改造是否穩定發揮作用，需要檢測數據驗證；模型預測是否貼近現場，需要檢測結果校正；應急處置是否守住水質邊界，也需要快速檢測和持續跟蹤。正因為檢測貫穿原水、過程水、出廠水和二次供水等環節，它才不只是結果把關，更是水質保障體系持續修正和優化的基礎。

結語：讓水質保障嵌入常態運行

回到常態化水質保障這一主題，浦東水務近些年的實踐說明，水質提升并不只靠某一項工藝改造、某一個模型系統，或某一次應急處置。真正起作用的，是把水廠工藝、預測模型、應急處置和檢測驗證放到同一條運行鏈條中，讓每一個環節都能在日常管理中被調用、被校驗、被修正。

對供水企業而言，水質安全最難的不是一次性解決某個問題，而是在原水波動、標準提高和用戶感知變化中，持續保持穩定響應能力。圍繞“水源預警—工藝保障—應急兜底—檢測驗證”形成閉環，正是為了把風險識別、過程控制、異常應對和結果驗證前移到日常運行之中，使水質保障從階段性治理轉向常態化管理。

編輯整理：《凈水技術》實習編輯 程一帆、《凈水技術》編輯 楊潔

排版：李濱妤

審核：孫麗華

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