仔细梳理(lǐ)各地的高品质饮用(yòng)水标准，发现主要在表1所示的水质指标上进行了提升。对应國(guó)标，高品质饮用(yòng)水在溶解性总固體(tǐ)和总硬度上进行了较大幅度的降低，这两项指标对口感的影响较大，300 mg/L左右的TDS口感最佳，因而将此指标减半，可(kě)有(yǒu)效改善饮用(yòng)水的口感。浊度的降低不仅意味饮用(yòng)水感官性能(néng)的改善，而且表明微生物(wù)风险的降低。2-MIB和GSM是嗅味有(yǒu)机物(wù)的典型代表，嗅味严重影响饮用(yòng)水的味感，极易為(wèi)饮水者所察觉，同时嗅味的存在也意味着水體(tǐ)受到污染。封闭水體(tǐ)如水库和湖(hú)泊嗅味有(yǒu)机物(wù)含量较高，从而影响饮用(yòng)水水质，因而降低嗅味可(kě)有(yǒu)效改善饮用(yòng)水的口感。高品质饮用(yòng)水的另一个显著特点是有(yǒu)机物(wù)的指标低，耗氧指标低于國(guó)标的3 mg/L，各地的降低幅度不一。各地的高品质饮用(yòng)水均将TOC作為(wèi)有(yǒu)机物(wù)的指标。虽然國(guó)标也将TOC列入，但不作為(wèi)强制性执行的指标。从表1可(kě)见，各地均将TOC定為(wèi)3 mg/L，相比于國(guó)标的5 mg/L，有(yǒu)了较大幅度的降低。一些地方还修改了消毒副产物(wù)指标，其中的上海幅度最大，将三卤甲烷减半，而深圳不变。

表1 高品质饮用(yòng)水水质标准

目前國(guó)家的水质标准采用(yòng)耗氧指数作為(wèi)有(yǒu)机物(wù)指标，总有(yǒu)机碳仅作為(wèi)参考指标。将耗氧指数作為(wèi)有(yǒu)机物(wù)指标主要是考虑到全國(guó)检测水平。图1為(wèi)不同水源的两个水厂生物(wù)活性炭出水的有(yǒu)机物(wù)，X水厂的活性炭运行了3年，而Y水厂的运行了6年。两个水厂的耗氧指数均為(wèi)1.5 mg/L，但TOC却有(yǒu)很(hěn)大的差别，X水厂的TOC為(wèi)2.5 mg/L，Y水厂的為(wèi)3 mg/L。

图1 不同水厂TOC与CODMn随活性炭运行时间的变化

另外，不同水源的CODMn和TOC的比值也不同，如图2所示。Y水厂的CODMn/TOC為(wèi)0.5，X水厂為(wèi)0.6。國(guó)标的CODMn/TOC為(wèi)0.6。这说明CODMn/TOC越低，相同的耗氧指标，TOC越高。这例子表明，TOC可(kě)全面反映水的有(yǒu)机物(wù)含量，而CODMn只能(néng)部分(fēn)反映。应该将TOC作為(wèi)高品质饮用(yòng)水强制执行的水质指标。

图2 不同水源的TOC和CODMn的比较

相比于國(guó)标，高品质水有(yǒu)了一定程度的提高，但对标國(guó)际先进國(guó)家如日本，我们还有(yǒu)很(hěn)大的差距。表2為(wèi)日本东京都的水质指标，是日本的地方标准。从表2可(kě)以看出，它是以口感為(wèi)目标来追求更高的饮用(yòng)水品质。将表1与表2进行比较，可(kě)以看出我们的高品质水和日本的还有(yǒu)较大的差距。以TOC為(wèi)例，日本将此列為(wèi)影响口感的水质指标，东京都的标准是1 mg/L，而且完全能(néng)达到此标准。

表2 日本东京都饮用(yòng)水水质标准

苏州地區(qū)的高品质饮用(yòng)水实施按照高品质水标准研究和构建高品质水技术體(tǐ)系两条線(xiàn)展开工作，如图3所示。调查苏州地區(qū)出水和管网水水质，并参考國(guó)内外饮用(yòng)水水质标准和现状，制定苏州地區(qū)高品质水准则。高品质水技术體(tǐ)系的构建按照水厂直接供应，二次供水保障和分(fēn)质水供应的3种方式开展研究。水厂直接供应通过臭氧生物(wù)活性炭和纳滤膜的深度处理(lǐ)工艺，研究这两种工艺处理(lǐ)效果、出水水质等，是否满足高品质水准则的要求。通过研究苏州地區(qū)的管网水质变化规律，了解水厂出水到用(yòng)户的水质变化情况，研究二次供水处理(lǐ)工艺，提升和保持水质，从而提供与水厂出水相同或略有(yǒu)提升的高品质饮用(yòng)水。分(fēn)质水是指根据居民(mín)的饮用(yòng)水和其他(tā)用(yòng)途水如洗涤、冲洗马桶等，按照不同的水质要求，分(fēn)质供水。分(fēn)质供水需要两套管网系统。分(fēn)质供水的饮用(yòng)部分(fēn)供水用(yòng)纳滤或反渗透制取，其余的直接用(yòng)市政供水。

图3 高品质饮用(yòng)水的技术路線(xiàn)

高品质饮用(yòng)水标准与所在地區(qū)的水源水质，经济发展水平以及水厂处理(lǐ)工艺有(yǒu)着密切的关系。图4為(wèi)高品质饮用(yòng)水标准制定的大致技术路線(xiàn)。首先是寻找差距，针对國(guó)标以及对标國(guó)际的先进标准并考虑區(qū)域特征，筛选提升的水质指标，其次是评估原水水质特征，筛选特征污染物(wù)，从而确立提升和新(xīn)增的水质指标，最后基于水厂的进出水水质，对拟提升和新(xīn)增的水质指标进行可(kě)行性的复核。

图4 高品质水标准制定的技术路線(xiàn)

实现高品质饮用(yòng)水的水厂处理(lǐ)工艺主要為(wèi)臭氧活性炭和纳滤。“十三五”水专项苏州课题组针对太湖(hú)水，对臭氧生物(wù)活性炭、纳滤及其组合，开展了長(cháng)期中试，根据试验结果，提出了高品质饮用(yòng)水可(kě)能(néng)的工艺组合，如图5所示。臭氧活性炭的处理(lǐ)工艺可(kě)分(fēn)為(wèi)常规臭氧活性炭，常规-臭氧活性炭-超滤和超滤-臭氧活性炭。常规-臭氧活性炭是目前國(guó)内最主流的深度处理(lǐ)工艺，该工艺的后面还可(kě)设置超滤，也可(kě)采用(yòng)炭砂滤池，主要防止活性炭的微生物(wù)泄漏。还有(yǒu)一种新(xīn)的深度工艺，将超滤置于臭氧活性炭的前面。由于超滤直接过滤会产生较為(wèi)严重的膜污染，超滤可(kě)与在線(xiàn)混凝联用(yòng)。十三五水专项的苏州课题的中试表明，在線(xiàn)混凝可(kě)有(yǒu)效控制膜污染，使超滤膜在较高通量下長(cháng)期稳定运行。

图5 臭氧生物(wù)活性炭深度工艺

常规-臭氧活性炭和在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭的去除比较如图6所示。图6表明，在線(xiàn)混凝/超滤去除藻密度和叶绿素明显优于常规，虽然超滤去除有(yǒu)机物(wù)的效果较常规的差，但后续的臭氧活性炭去除优于常规-臭氧活性炭。这说明，超滤能(néng)有(yǒu)效去除藻类，悬浮物(wù)和胶體(tǐ)，有(yǒu)助于提升臭氧活性炭的去除效果。在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭去除AOC的效果也遠(yuǎn)优于常规-臭氧活性炭。

图6 常规-臭氧活性炭和在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭的去除污染物(wù)效果比较

常规-臭氧活性炭和在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭的出水水质比较如表3所示。由表3可(kě)见，除了BDOC外，对于其余的水质指标，在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭均优于常规-臭氧活性炭。

表3 常规-臭氧活性炭和在線(xiàn)混凝/超滤-臭氧活性炭的出水水质比较

纳滤可(kě)有(yǒu)效去除水中的有(yǒu)机物(wù)，同时保留对人體(tǐ)有(yǒu)益的矿物(wù)质，因而是制取高品质水理(lǐ)想的膜技术。纳滤组合工艺的核心问题是如何防止纳滤膜的污染，从而决定纳滤的预处理(lǐ)以及组合工艺的组成。纳滤进水的水质有(yǒu)行业的SDI标准，应低于3。但是，SDI仅表征进水的悬浮固體(tǐ)和胶體(tǐ)，满足了SDI仅是防止膜进水通道的堵塞，而纳滤膜的污染，特别是有(yǒu)机污染如何造成，目前尚不清楚。虽然有(yǒu)许多(duō)的小(xiǎo)试研究，但这些结果对实际的生产应用(yòng)没有(yǒu)多(duō)少的参考价值，真正能(néng)说明问题的还应该是長(cháng)期的中试。

纳滤的可(kě)能(néng)组合工艺如图7所示。常规-纳滤似乎是较為(wèi)理(lǐ)想的组合，臭氧活性炭后面设置纳滤也是可(kě)能(néng)的组合工艺。法國(guó)的Mery-sur-Oise水厂是采用(yòng)纳滤工艺的典型代表，该水厂虽然采用(yòng)了臭氧以及孔径6 μm的微滤作為(wèi)预处理(lǐ)，但纳滤膜仍然季节性的发生严重污染。苏州的中试研究表明，大分(fēn)子的亲水性有(yǒu)机物(wù)是造成纳滤膜污染的主要因素，常规和臭氧活性炭深度工艺都无法完全去除这类有(yǒu)机物(wù)，因而不适合作為(wèi)纳滤的预处理(lǐ)。超滤可(kě)完全截留大分(fēn)子，因而最為(wèi)适宜作為(wèi)纳滤的预处理(lǐ)。

图7 纳滤膜深度工艺

臭氧生物(wù)活性炭是实现高品质饮用(yòng)水的主流处理(lǐ)工艺，但随着运行时间，活性炭吸附的逐渐饱和，出水的有(yǒu)机物(wù)也逐渐上升。了解生物(wù)活性炭出水有(yǒu)机物(wù)的变化规律，可(kě)為(wèi)高品质饮用(yòng)水标准相关指标的制定提供依据。為(wèi)此苏州课题组详细调查和分(fēn)析了苏州不同运行年限的生物(wù)活性炭出水水质，如图8所示。由图8可(kě)见，随着运行时间，活性炭出水的TOC逐渐增加，对于NBDOC，在某个运行时间，出水的NBDOC与进水的几乎相同，说明活性炭的吸附作用(yòng)几近丧失，而对于BDOC，活性炭依然保持一定的去除效果，说明后期的生物(wù)活性炭去除主要依靠微生物(wù)降解的作用(yòng)。纵观活性炭長(cháng)期运行的TOC变化，它是呈逐渐增加的趋势，因此，臭氧活性炭在長(cháng)期运行过程是否一直满足高品质水的要求，存在不确定性。

图8 臭氧生物(wù)活性炭長(cháng)期运行的有(yǒu)机物(wù)变化

纳滤去除有(yǒu)机物(wù)的效果如图9所示。由图9可(kě)见，纳滤出水的TOC稳定在05 mg/L以下，不随原水有(yǒu)机物(wù)的变化而变化，遠(yuǎn)优于臭氧生物(wù)活性炭。纳滤还可(kě)有(yǒu)效去除嗅味，如图10所示。两种典型的嗅味2-MIB和GSM，进纳滤的浓度变化在500~50 ng/L范围，出水的浓度均可(kě)低于5 ng/L。因此，纳滤可(kě)為(wèi)我们稳定提供高品质饮用(yòng)水。

图9 纳滤去除有(yǒu)机物(wù)的效果

图10 纳滤去除嗅味物(wù)质的效果

纳滤虽然能(néng)有(yǒu)效去除有(yǒu)机物(wù)，但它同时也会截留无机离子。纳滤出水的无机离子含量也是受到关注的。纳滤一般有(yǒu)两种类型，高脱盐和低脱盐。高脱盐纳滤膜对有(yǒu)机物(wù)和无机物(wù)，均有(yǒu)优异的去除效果，低脱盐的纳滤膜对无机物(wù)有(yǒu)较低的截留率，但仍保持较好的有(yǒu)机物(wù)的去除效果。图11為(wèi)这两种纳滤膜去除无机离子的比较。由图11可(kě)见，高脱盐的纳滤膜对无机离子有(yǒu)很(hěn)好的去除效果，无论一价还是二价离子，去除率均在90%左右，低脱盐的纳滤膜，除了硫酸根去除在90%，其余离子的去除均低于30%。不仅如此，低脱盐的纳滤膜仅需较低的驱动力，就可(kě)获得较高的通量，如图12所示。

图11 两种纳滤膜去除无机离子的比较

图12 两种纳滤膜驱动压力的比较

图12為(wèi)两种纳滤膜在通量25 L/（m²·h）时的驱动压力情况，高脱盐的驱动压力基本在5 bar，而低脱盐的仅在2~3 bar。因此低脱盐的纳滤膜非常适合作為(wèi)高品质水的制取。

為(wèi)了尽量去除有(yǒu)机物(wù)同时保障水中存在一定的矿物(wù)质，可(kě)采用(yòng)将超滤出水与纳滤出水混合的方式，混合的比例视所需的矿物(wù)质确定，如图13所示。

 图13 纳滤工艺出水的混合方式

5.1 处理(lǐ)工艺的选择

二次供水保持水质模式是指自来水经过管网后，水质产生了变化，通过在二次供水设施内设置处理(lǐ)装置，将水质恢复至出厂时的状态甚至略有(yǒu)提升。膜无疑是最适合作為(wèi)技术选择的。对于纳滤或超滤，由于纳滤膜会产生一定量的浓水，且驱动压力较大，还需要必要的预处理(lǐ)，虽然水质好，但并不适宜。超滤膜无需预处理(lǐ)，回收率高，产生的额外费用(yòng)较低，因而非常适合作為(wèi)二次供水的处理(lǐ)。图14為(wèi)苏州某小(xiǎo)區(qū)的二次供水处理(lǐ)装置。膜进水的压力驱动依靠市政管网的压力即可(kě)，膜出水后进入二次供水水箱，经紫外消毒后供水给小(xiǎo)區(qū)居民(mín)。

图14 二次供水超滤处理(lǐ)工艺

5.2 管网的水质变化

出厂水经过管网，水质会有(yǒu)一定程度的变化，了解这种变化规律，可(kě)為(wèi)我们二次供水处理(lǐ)提供依据。从水厂到示范小(xiǎo)區(qū)间隔一定距离设置若干取样点，取样分(fēn)析水质随管道距离的变化情况。图15為(wèi)消毒副产物(wù)和余氯随管道距离的变化，由此可(kě)知，消毒副产物(wù)随管道距离呈增加趋势，而余氯呈下降趋势。这表明余氯在管道中还继续与有(yǒu)机物(wù)反应，产生消毒副产物(wù)。图16為(wèi)可(kě)生物(wù)降解有(yǒu)机物(wù)随管道距离的变化，同样表明与消毒副产物(wù)相似的变化情况。

 图15 消毒副产物(wù)和余氯随管道長(cháng)度的变化

图16 可(kě)生物(wù)降解有(yǒu)机物(wù)随管道長(cháng)度的变化

5.3 处理(lǐ)效果

图17為(wèi)苏州两个小(xiǎo)區(qū)（A小(xiǎo)區(qū)和B小(xiǎo)區(qū)）二次供水超滤工艺去除消毒副产物(wù)的效果。B小(xiǎo)區(qū)距离水厂遠(yuǎn)于A小(xiǎo)區(qū)，因而管网水的消毒副产物(wù)含量高于A小(xiǎo)區(qū)。A小(xiǎo)區(qū)去除三氯甲烷，二氯一溴甲烷，一溴二氯甲烷和三溴甲烷的效果分(fēn)别為(wèi)8%，22.2%，34.6%和45.2%，B小(xiǎo)區(qū)分(fēn)别為(wèi)34%，58.2%，52.4%和61.4%。三卤甲烷的去除率分(fēn)别為(wèi)A小(xiǎo)區(qū)的31.16%和B小(xiǎo)區(qū)的64.54%。

图17 示范工程去除消毒副产物(wù)的效果

图18為(wèi)示范工程去除浊度和TOC的效果。浊度的去除效果最為(wèi)显著，分(fēn)别為(wèi)A小(xiǎo)區(qū)的42.6%和49.2%，对TOC也有(yǒu)一定的去除效果，分(fēn)别為(wèi)A小(xiǎo)區(qū)的11.8%和10.6%。

图18 示范工程去除各种污染物(wù)的效果

5.4 紫外消毒效果

对于二次供水处理(lǐ)，為(wèi)了保障居民(mín)水龙头的饮水安全，采用(yòng)紫外消毒。图19為(wèi)紫外消毒的效果。对于有(yǒu)否紫外消毒，整个流程均未检出细菌和微生物(wù)。由图19可(kě)见，当未开启紫外仅有(yǒu)余氯时，从市政进水到居民(mín)龙头，余氯持续下降；TOC经膜过滤后呈略增加趋势，三卤甲烷也呈相似的情况。当开启紫外时，经过水箱的TOC增加，但经紫外后明显下降。同时的余氯也明显下降。三卤甲烷在仅有(yǒu)余氯消毒时，水箱出水呈上升趋势；当开启紫外时，水箱出水的三卤甲烷下降。由此可(kě)见，紫外可(kě)有(yǒu)效去除TOC和抑制消毒副产物(wù)的增加。这是由于紫外和余氯的结合，产生高级氧化效果，增加了氢氧自由基，从而强化了有(yǒu)机物(wù)的去除。在二次供水中，紫外消毒可(kě)降低居民(mín)水龙头的有(yǒu)机物(wù)和消毒副产物(wù)，从而进一步保障居民(mín)的饮水安全。

 图19 紫外的消毒效果

二次供水的水质如表4所示，出厂水经过管网，浊度和消毒副产物(wù)有(yǒu)所上升，而有(yǒu)机物(wù)和铝有(yǒu)所下降，经超滤处理(lǐ)后，所有(yǒu)的水质指标都下降，居民(mín)水龙头的水质均优于出厂水。

表4 二次供水的水质

分(fēn)质供水是指饮用(yòng)和其他(tā)用(yòng)途的用(yòng)水采用(yòng)不同的水质，后者直接使用(yòng)市政供水，而前者需要进一步处理(lǐ)。图20為(wèi)苏州某學(xué)校的分(fēn)质供水处理(lǐ)工艺流程，為(wèi)砂滤-活性炭-超滤-纳滤-紫外消毒。砂滤去除浊度，有(yǒu)利于后续的活性炭吸附，活性炭去除余氯，為(wèi)避免纳滤的氧化，超滤為(wèi)纳滤的長(cháng)期稳定运行提供保障。

 图20 苏州某學(xué)校高品质水处理(lǐ)工艺

将表5与表4进行比较，可(kě)见分(fēn)质水明显优于二次供水，这是由于分(fēn)质水采用(yòng)了纳滤膜的缘故。但是，纳滤的工艺较為(wèi)复杂，要有(yǒu)超滤和活性炭等作為(wèi)预处理(lǐ)，以保证纳滤膜的稳定运行。

表5 分(fēn)质水的水质

苏州市的供水水厂已经全面实现了臭氧生物(wù)活性炭的深度工艺，出厂水水质达到了高品质饮用(yòng)水。但是，出厂水经过管网后，受管材、水龄、腐蚀结垢等的因素，导致水质变化，主要是浊度，消毒副产物(wù)的增加以及余氯的下降。改造管网，更换管材，以维持水质，由于投资巨大，并不适宜。因此，苏州要实现居民(mín)水龙头的高品质饮用(yòng)水的目标，宜采用(yòng)二次供水保持水质模式。苏州的“十三五”示范工程的实践表明，应用(yòng)超滤处理(lǐ)来保持和提升水质，可(kě)有(yǒu)效保证居民(mín)水龙头的高品质饮用(yòng)水，且投资和制水费用(yòng)较低。分(fēn)质水模式虽然水质更加优异，但采用(yòng)纳滤膜，工艺复杂，水的回收率低，更适用(yòng)于高档的商(shāng)務(wù)楼和學(xué)校等的直饮水供应。