以“4S”理念為基礎(chǔ)的未來(lái)飲用水系統(tǒng)。
2021-01-04 15:48:21力士霸泵業(yè)
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隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和生活水平不斷提高，人民對(duì)美好生活的需求日益增長(zhǎng)，群眾對(duì)安全健康要求逐漸提高。飲用水安全是人民群眾最關(guān)心、與身體健康關(guān)系最密切的重大民生問(wèn)題之一。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視飲用水安全問(wèn)題，中央領(lǐng)導(dǎo)也曾多次作出重要批示，“讓百姓喝上放心水”，是黨和國(guó)家對(duì)廣大人民群眾的莊嚴(yán)承諾。
“十一五”以來(lái)，為切實(shí)提高我國(guó)飲用水安全保障水平，國(guó)家啟動(dòng)實(shí)施了國(guó)家重大水專(zhuān)項(xiàng)，專(zhuān)門(mén)設(shè)置了飲用水安全保障主題，通過(guò)科技攻關(guān)帶動(dòng)行業(yè)快速發(fā)展，我國(guó)飲用水行業(yè)已邁入了高速發(fā)展的新時(shí)代。近年來(lái)，關(guān)于優(yōu)質(zhì)飲用水、高品質(zhì)飲用水、健康飲用水、智慧水務(wù)、超大規(guī)模供水體系、可持續(xù)供水系統(tǒng)、現(xiàn)代自來(lái)水廠等新的理念、概念不斷涌現(xiàn)，北京、上海、深圳等超大城市也相繼提出和實(shí)施了大規(guī)模新的飲用水改善工程，多個(gè)城市2035規(guī)劃明確提出飲用水整體水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于世界發(fā)達(dá)國(guó)家城市，全國(guó)飲用水行業(yè)技術(shù)和管理發(fā)展逐步進(jìn)入了新的發(fā)展階段。
一方面，小康社會(huì)的建成以及人民對(duì)美好生活的向往將推動(dòng)我國(guó)飲用水水質(zhì)的進(jìn)一步改善與提升，更大規(guī)模的飲用水設(shè)施改造與提升是未來(lái)本領(lǐng)域建設(shè)的重要內(nèi)容。
另一方面，隨著現(xiàn)代綠色發(fā)展、信息技術(shù)、人工智能、新型材料、高端制造、系統(tǒng)集成等新興行業(yè)的快速發(fā)展與滲入，智慧城市的建設(shè)如火如荼，我國(guó)飲用水行業(yè)的理念已發(fā)生新的轉(zhuǎn)變，與相關(guān)的技術(shù)結(jié)合和落地應(yīng)用已成為行業(yè)的共識(shí)。近年來(lái)，上述兩大因素極大地推動(dòng)著我國(guó)飲用水行業(yè)的發(fā)展。對(duì)于接下來(lái)15年乃至未來(lái)飲用水行業(yè)方向和供水系統(tǒng)的構(gòu)建，可基本遵循以下4個(gè)理念：
飲用水水質(zhì)發(fā)展將遵循“安全與健康（Safe & Healthy）”理念。
飲用水的工藝設(shè)施發(fā)展將遵循“低碳與綠色（Saving & Green）”理念。
飲用水系統(tǒng)的運(yùn)維將遵循“智慧與智能（Smart & Intelligent）”理念。
飲用水供水安全體系將遵循“系統(tǒng)與韌性（Systematic & Resilient）”理念。
1 “安全與健康（Safe & Healthy）”的理念
飲用水水質(zhì)的保障提升是供水領(lǐng)域持續(xù)追求的工作目標(biāo)。2007年《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5749-2006）頒布實(shí)施，水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)由原來(lái)的35項(xiàng)擴(kuò)展到106項(xiàng)。經(jīng)過(guò)十余年間的努力，我國(guó)飲用水水質(zhì)大幅提升，城市飲用水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到了目前的98%以上。為進(jìn)一步滿足人民對(duì)美好生活的向往，接下來(lái)一方面城市供水水質(zhì)發(fā)展目標(biāo)將從出廠水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)辇堫^水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，另一方面將從合格水轉(zhuǎn)變?yōu)楦觾?yōu)質(zhì)健康的飲用水，更加重視飲用水口感。為此，未來(lái)將從飲用水水質(zhì)目標(biāo)、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、水質(zhì)評(píng)價(jià)3個(gè)方面進(jìn)一步推動(dòng)提升飲用水水質(zhì)，突破健康效應(yīng)引導(dǎo)的風(fēng)險(xiǎn)污染物識(shí)別與控制技術(shù)，構(gòu)建飲用水水質(zhì)安全健康評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系等。在發(fā)展目標(biāo)方面，飲用水水質(zhì)目標(biāo)從“合格、達(dá)標(biāo)”向“安全、優(yōu)質(zhì)、健康”轉(zhuǎn)變，除了關(guān)注對(duì)人體健康有害的指標(biāo)及限值外,也需要逐步關(guān)注對(duì)人體有益的指標(biāo)及限值；標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)向方面，飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)從“常規(guī)污染物”向“常規(guī)+優(yōu)控污染物”轉(zhuǎn)變，當(dāng)前更加符合我國(guó)水質(zhì)特征和用水需求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也正在修訂完善中；健康評(píng)價(jià)方面，飲用水水質(zhì)評(píng)價(jià)從“水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)”向“健康效應(yīng)評(píng)價(jià)”轉(zhuǎn)變，在關(guān)注單一微生物造成的生物風(fēng)險(xiǎn)、水中化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致的毒理學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，更加關(guān)注基于復(fù)合污染效應(yīng)的水質(zhì)安全與健康評(píng)價(jià)等。
2 “低碳與綠色（Saving & Green）”理念
近年來(lái)，我國(guó)相繼發(fā)展了多種預(yù)處理、強(qiáng)化常規(guī)和深度處理工藝，并實(shí)現(xiàn)集成性創(chuàng)新，有效解決了高藻、高有機(jī)物、高氨氮、異嗅味、重金屬、氟砷等突出水質(zhì)污染問(wèn)題。目前各類(lèi)組合式、長(zhǎng)流程的凈水工藝已成發(fā)展趨勢(shì)，“生物或化學(xué)預(yù)處理—強(qiáng)化/常規(guī)處理—臭氧生物活性炭處理技術(shù)”已成為我國(guó)飲用水深度處理主流工藝；“預(yù)處理+強(qiáng)化/常規(guī)+超濾膜/納濾膜”處理技術(shù)也在逐步大量應(yīng)用。然而，現(xiàn)有我國(guó)凈水廠普遍存在工藝冗長(zhǎng)、運(yùn)維耗能、藥劑量大等突出問(wèn)題，與綠色可持續(xù)發(fā)展理念存在較大的差距。為此，未來(lái)將從潔凈能源、物質(zhì)節(jié)約及環(huán)境友好3方面提升未來(lái)水處理系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)水廠可持續(xù)發(fā)展。
在凈水工藝方面，凈水流程與水源水質(zhì)適配，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控，水處理工藝向近自然處理、短流程、高效能系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，讓水處理過(guò)程更簡(jiǎn)約。
在資源利用方面，系統(tǒng)能量流與物質(zhì)流朝低碳、節(jié)約、集約化等方向持續(xù)發(fā)展，綜合利用清潔能源（風(fēng)能、光伏發(fā)電等），并行開(kāi)展水泵節(jié)能降耗與精確投藥，讓水處理過(guò)程更清潔。
在環(huán)境友好方面，激發(fā)太陽(yáng)光和分子氧的氧化能力，推廣應(yīng)用無(wú)機(jī)膜，盡量“少用與不用”化學(xué)藥劑，減少新生廢物的產(chǎn)生，讓生產(chǎn)的水更健康。
3 “智慧與智能（Smart & Intelligent）”理念
隨著 21 世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)據(jù)化時(shí)代的到來(lái),現(xiàn)代信息技術(shù)已經(jīng)并將繼續(xù)深刻改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式，加速產(chǎn)業(yè)的變革。生產(chǎn)管理的智慧智能代表著未來(lái)發(fā)展方向，如何充分利用快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、人工智能和信息技術(shù)構(gòu)建智慧化供水系統(tǒng)是世界各國(guó)普遍關(guān)注的方向。針對(duì)我國(guó)城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)設(shè)施老化、漏損多發(fā)、能耗高企、管理落后等突出問(wèn)題，未來(lái)要深度融合人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)，建立供水智能物聯(lián)網(wǎng)與在線監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，突破漏損控制、優(yōu)化運(yùn)行、事故預(yù)警等供水智慧化運(yùn)營(yíng)核心關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建以智慧水廠和智慧管網(wǎng)為核心的供水系統(tǒng)智能數(shù)字孿生體。
在智慧水廠建設(shè)方面，可利用BIM、工藝單元數(shù)學(xué)建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)構(gòu)建飲用水處理工藝單元的虛擬仿真模型，結(jié)合由水質(zhì)、水位、水壓等多類(lèi)型新型傳感器組成的在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，圍繞混凝劑智能化投加、沉淀、（膜）過(guò)濾、消毒工藝參數(shù)的優(yōu)化及工藝過(guò)程的智能調(diào)控等核心應(yīng)用，構(gòu)建數(shù)字孿生飲用水廠。
在智慧管網(wǎng)建設(shè)方面，利用三維GIS、管網(wǎng)在線水力水質(zhì)模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等手段構(gòu)建供水管網(wǎng)的實(shí)時(shí)在線模型系統(tǒng)，圍繞智能優(yōu)化調(diào)度、漏損爆管偵測(cè)與定位、管網(wǎng)水質(zhì)保障與突發(fā)污染防控等核心應(yīng)用，構(gòu)建數(shù)字孿生供水管網(wǎng)。通過(guò)供水系統(tǒng)數(shù)字孿生體的構(gòu)建，為未來(lái)的供水系統(tǒng)的智能化與智慧化運(yùn)行提供技術(shù)與平臺(tái)支撐。
4 “系統(tǒng)與韌性（Systematic & Resilient）”理念
飲用水保障系統(tǒng)涉及到水源、水廠、管網(wǎng)、二次與末端供水等系列環(huán)節(jié)，涉及到規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)等多個(gè)過(guò)程，因此需要統(tǒng)籌考慮、系統(tǒng)治理，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性、協(xié)同性和整體性。針對(duì)現(xiàn)有體系應(yīng)對(duì)供水安全風(fēng)險(xiǎn)和突發(fā)事件能力弱等問(wèn)題，未來(lái)將從設(shè)施抵御風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)化、規(guī)模化系統(tǒng)集成、頂層規(guī)劃設(shè)計(jì)等方向發(fā)展，構(gòu)建高韌性、快速響應(yīng)的飲用水系統(tǒng)。以抵御風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)導(dǎo)向，供水系統(tǒng)從單元適配向源-廠-網(wǎng)聯(lián)動(dòng)、自適應(yīng)方向轉(zhuǎn)變與發(fā)展；以系統(tǒng)集成為實(shí)踐途徑，傳統(tǒng)市域獨(dú)立系統(tǒng)通過(guò)城市群的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)原水和清水的互聯(lián)互通，統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)；通過(guò)頂層謀劃，著眼頂層“規(guī)劃-設(shè)計(jì)-建設(shè)-運(yùn)行”全過(guò)程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)未來(lái)飲用水系統(tǒng)應(yīng)對(duì)隨機(jī)或確定事件韌性的特征。綜合分析城市飲用水安全保障面臨的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)、挑戰(zhàn)和機(jī)遇，從突發(fā)事件、承災(zāi)載體、應(yīng)急管理等維度出發(fā)，提出具有可操作性飲用水安全生產(chǎn)及供給的保障措施。
5 結(jié)語(yǔ)
保障飲用水安全是關(guān)系到國(guó)計(jì)民生的重要問(wèn)題，也是全面建設(shè)小康社會(huì)的重要考量指標(biāo)。隨著廣大人民群眾對(duì)飲用水質(zhì)量要求的不斷提升，在接下來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)龍頭水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)同時(shí)，未來(lái)飲用水水質(zhì)追求口感優(yōu)良、優(yōu)質(zhì)健康的趨勢(shì)日漸明顯；在保障水質(zhì)安全的前提下，不斷突破高效綠色的水處理技術(shù)，發(fā)展不加藥或少加藥、短流程、資源能源集約/綠色利用的新時(shí)代自來(lái)水廠工藝，也將是飲用水科技創(chuàng)新的重要發(fā)展方向；隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)等在供水領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展和融入，未來(lái)的飲用水系統(tǒng)將更加智能與智慧，這也將有效推動(dòng)供水行業(yè)的快速發(fā)展；通過(guò)復(fù)雜化、系統(tǒng)化、自適應(yīng)、韌性可靠系統(tǒng)的建設(shè)，構(gòu)建出源頭到龍頭的多級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管控體系，未來(lái)將極大提高供水行業(yè)的效能和供水安全保障水平。
原文標(biāo)題：基于“4S”理念的未來(lái)飲用水系統(tǒng)；作者：同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院市政工程系。刊登在《給水排水》2020年第11期水業(yè)導(dǎo)航專(zhuān)欄。
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