【大家之言】实现高品质饮用水目标的逆向思维
小编导读
面对技术难题，多数人一般采用循序渐进、就事论事的解决方法。然而对于城市供水这一庞大复杂的系统工程，许多问题前因后果、环环相扣、相互依存，采用逐一解决问题的方法往往事倍功半，在解决前一个问题的同时常常会产生新的问题。在追求高品质饮用水的过程中，顾玉亮总经理运用“逆向思维”的思考方式，提出对于提高饮用水水质的破题之策，以期提供新的思路。
顾玉亮
上海青草沙原水工程总工程师，现任城市水资源开发利用（南方）国家工程研究中心主任，上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司总经理
教授级高级工程师，上海市优秀学科带头人，国务院政府特殊津贴获得者。致力于上海饮用水水源的规划、科研、保护、建设、运营与管理以及国家工程研究中心的创新能力建设36年。
追求高品质饮用水，是我们供水行业永恒的主题和为之奋斗的目标。近年来，随着供水基础设施的高强度投入，供水水量的窘境已经化解，我国供水行业的主要矛盾开始从水量矛盾转移到水质矛盾，量质并举，质量优先，已成为各地水务部门的共识。在这样的背景下，上海供水主管部门拟提出2035年全面实现高品质饮用水的规划奋斗目标，深圳也启动了在盐田区设置高品质饮用水示范区的实践工作。从整个供水行业生产流程观察，实现高品质饮用水，涉及到从水环境、水源地、净化水厂、城市供水管网和小区二次供水诸多环节，且环环相扣，相互制约，相互影响，任何单一环节出现问题，终将导致居民龙头水出水指标无法达标，影响饮用水品质。因此各地方水司、研究机构、高校，对于新工艺的优化、新产品的研发投入了大量的人力和物力。
然而在实践中可以发现，在整个供水流程中，可能影响居民龙头水水质最终达标的因素众多，采取各个击破的方法往往容易导致顾此失彼，应对不暇。在主流的水厂工艺中，我们常采用添加混凝剂、消毒剂等化学药剂的方式进行水体净化，虽然消除或降低了某一污染物的浓度，但包括已知的和未知的新型副产物却由此产生，有如跷跷板，压了这头抬了另一头，最终只得“两害相权取其轻”，剪不断理还乱，增加了实现高品质饮用水的难度。因此，打破传统思维，用新的思维方式抽丝剥茧，寻找供水过程中的核心矛盾，才能找到提升净水工艺的破题之策。
顺流而下的传统思路
在传统的寻求破题的过程中，我们通常采用“顺流而下”的思考方式和技术路线，顺着工艺流程去寻找问题并予以解决。我国绝大部分以湖库为水源地的地区，普遍面临微生物、重金属、有机污染等问题。为了有效去除这些污染物，水厂工艺中往往需大量投加混凝剂，并辅以氧化和消毒等手段。近年来，由藻类繁衍导致水源pH值上升、混凝剂粗放投加导致的出厂水铝超标，氧化和消毒等工艺带来的消毒副产物等问题，已经成为行业关切的热点，“两害相权取其轻”就成为了水厂工艺选择中的无奈之举。然而，即便符合国家标准的水厂出厂水，仍将面临后续诸多消毒副产物、微生物滋生等二次污染的挑战。在城市供水管网的长距离输送过程中，由于管道水体中的材质和结垢问题，含氧、含氯水体与微污染物质持续反应，部分地区管网水中的部分敏感指标超出国标限值的30%以上。进入小区二次供水环节，屋顶水箱或小区水池等设施的水体裸露，全封闭输水系统成为开放式系统，水质受环境影响的风险急剧增加，只能依靠提高出厂水余氯等方法，控制输水系统延程的微生物滋生风险；此外，由于饮用水屋顶水箱与消防水箱合为一体，水箱容积过大，滞留时间过长，为微生物的滋生提供了繁衍增生条件。
近年来，为应对上述已知问题，供水行业开展了大量的工作。当水库因氮磷问题发生富营养化或藻类问题时，通过原水投加粉末活性炭进行吸附；为尽可能消除微污染有机物，水厂全面推行臭氧生物活性炭深度处理工艺；当发现活性炭滤池出水可能出现微生物穿透问题时，尝试应用超滤膜和纳滤膜工艺；当发现管网和水箱的二次污染问题时，全面更换管网及屋顶水箱材质；当意识到余氯和有机物的存在容易引发消毒副产物风险时，探索多点多级加氯等更为有效的消毒方式等等。所有的应对措施，都立足于解决已暴露的问题，始终处于发现一个问题处理一个问题的被动地位，没有起到从本质上杜绝问题产生的作用。随着国内外对新型复合污染物研究的深入以及检测水平的不断提升，可以预见，未来可能暴露的水质风险问题会更多，突发性的问题也会越来越多。
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逆流而上的创新思路
与顺流而下相对，推崇“逆流而上”的逆向思维，是对司空见惯的、似乎已成定论的事物和观点作逆向思考的一种思维方式。美国投资家，巴菲特的投资智囊和最佳搭档——查理芒格，是善用逆向思维的代表。有人问查理芒格：如何找到一位优秀的伴侣？他回答：首先你要成为一个优秀的人，因为优秀的伴侣并不是傻瓜。司马光砸缸也是非常知名的逆向思维案例。如果有人落水，常规的思维模式是“救人离水”，而司马光面对紧急险情，运用了逆向思维，果断地用石头把缸砸破，“让水离人”，救了小伙伴的性命。由此可见，逆向思维能让我们想明白很多事情，更能抽丝剥茧，找到事情的根源和解决办法。
饮用水的品质问题，归根到底是二次供水的管理、输配水的保质、水厂的化学工艺、源头的复合污染等四大核心问题。将逆向思维应用到供水行业，即将常规的“从源头到龙头”的净水思考方式，转变为“从龙头到源头”的净水思考方式。每单一环节，须先搞清楚该环节自身存在的核心问题，再分析上一环节给该环节带来了什么新的问题，在解决该环节问题的同时，向上一环节提出确切的净化要求，逐级倒逼（高品质龙头水目标倒逼管网水水质，继而倒逼水厂出厂水水质，进而倒逼原水水质，直至水源地保护），一步步往源头方向筛选核心问题并予以彻底根除。
从龙头往输配水方向溯源，以上海为例， （1）对于居民龙头水，应当聚焦在入户水表至水龙头之间的管道材质、辅设方式、用水习惯等该环节自身存在的保质问题，由水务专业部门向居民提供可自由选择的整体解决方案，通过科普方式大力宣传之；（2）对于小区二次供水环节，应当聚焦在设施开闭、材质优劣、换流时间等该环节自身存在的保质问题，采取消防水箱与生活饮用水水箱的相互独立、取消小区水池（或集中设置、专业管理）等措施，大幅压缩水箱体积和换流时间，尽最大可能实现二次供水输水系统的全密闭，彻底杜绝选材不当、水体裸露、水体滞留等问题，减少饮用水被二次污染的可能，在确保“第一食品”新鲜度、提升居民龙头水品质的前提下，尚可降低上游水厂化学药剂的投放量；（3）对于城市管网环节，应当聚焦在水体流速、材质和结垢等自身存在的保质问题，采取消灭盲区、提高流速、优选管材、定期清洗等措施，减少饮用水被二次污染的可能。
再从输配水往水厂方向溯源，对于水厂工艺环节，主要矛盾焦点在于如何尽最大可能，简化化学工艺、强化物理和生物工艺、优化工艺参数、降低化学添加剂。因此，在自身工艺方面，应重点识别动态污染物的类别、特征、浓度，研究新型可替代混凝剂，研究药剂投加量和污染物浓度的匹配度问题，保证所投加的药剂纯净高效，精准投放，反应充分，在减少消毒副产物产生的同时，可以降低输水系统的二次污染风险。
从水厂往水源地方向溯源，仍以上海为例，经过近30年的努力，水源地已从开放性水源变化为单一功能的水库型水源，原水水质和稳定性大幅提升，但是，检测资料表明，上海四大水源地总氮等几项关键性指标，尚不能稳定完全达到地表水Ⅲ类标准，相对于世界发达国家（Ⅰ类水水源），影响上海饮用水水质的瓶颈仍然是水源水质问题。对于水源环节，主要矛盾焦点在于如何发挥水库得天独厚的优势，大幅降低复合污染物，为后续供水系统各个环节的净化和保质奠定基础。为此，在当前国家大力治理水环境的同时，根据上海水库型水源地特征，以国家《地表水环境质量标准（GB 3838-2002）》为基础，编制并颁布与《生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)》上下游协同的“上海市饮用水水源质量标准》，鼓励推广“避污蓄清、水力调控、水生态构建、物理和生物协同净化”等精细化、智能化技术，竭尽全力狙击包括新型复合污染物在内的水源污染物，将后续各环节风险隔绝于水厂工艺之前，这是最理想、也是最有效的治本方法。
因此，不难发现，运用逆向思维的思考方式，在找到了输配水、水厂和源头环节需要重点聚焦的主攻方向后，核心问题即如何在源头上削减污染物。对湖库型水源地而言，应尽量运用天然自净加人工干预的方式，构建水库健康生态系统，大幅提升水库水体的自净能力。一方面强化自然力，发挥植物和微生物在水体自净方面的作用，另一方面采用人工干预，为水库中水体的流动提供良好的水力条件，减少水体富营养化发生的概率。近年来，国内外相关专家学者聚焦水源型湖库的水质管理，开展了大量基础研究，并提出了一系列应用的思路，其中不乏值得借鉴和深入研究的观点[3-5]。极易推断的是，如果可以在源头实现最大化的控污效果，对于后续水厂工艺的精简、水质保持的物力投入也将大大减少，真正起到釜底抽薪的效果，将可能引发突发水质问题的隐患因素消灭于无形。
居民龙头水的高品质，是水务工作的根本出发点和落脚点。达到《生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）》，是指居民龙头水必须达标，而非水厂出厂水等中间环节的达标。居民龙头水达标，其应该解读为可以放心直接饮用。当然，随着人民生活品质的提高，饮用水标准和饮用水品质应该逐步提高。
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结语
逆向思维很多人都知道，但要培养逆向思维绝非易事。无论是工作中还是生活中，逆向思维都会给我们带来意外的惊喜。运用逆向思维去思考和解决问题，实际上就是以“出奇”去达到“致胜”，事情的结果常常会让我们大吃一惊，喜出望外，别有所得。所以不妨提出大胆设想，与其在水厂工艺、管网和二供环节大加投入，不断升级改造，不如将有限的人力和精力投入到水源地的保护和生态修复，从源头提升原水水质，或许更能事半功倍，效果卓著，这也可能将成为实现高品质饮用水目标的新思路。
讨论
新加坡公用事业局（PUB, Singapore）
Mong Hoo Lim（林孟湖）博士
输12
为实现使潜在污染源的营养物负荷最小化，PUB将重心放在对氮、磷等营养物质的源头控制上。例如，及时对污水管道进行修复以减少污水渗漏，防止餐饮业密集区域的污水和垃圾进入城市水系，提升工厂车间的清洁技术以及使用环境友好的水路交通工具减少油类污染物的排放等，尽可能减少城市日常生活对环境水系的影响。在源头控制的同时，借助曝气，及各水库间水利调度措施使水流循环强化（滨海水库循环计划）等手段，达到控制藻类生长的目的。
输入
日本鸟取大学
Hiroshi Yajima（矢岛宏）教授
水库中存在热分层现象，在不同的分层，水温、总氮、氨氮、溶解氧，以及藻类和微生物种类和数量均有不同，相关学者近年来已对热分层现象和规律开展了一定的研究。在充分了解水库热分层和其对应水质特点的前提下，在不同的气候条件下采用有选择性的从水库不同深度位置的取水方式，是保持在不同季节均能得到更优质原水的重要人工措施。对此，日本研究开发了SWS系统（Selective withdrawal systems），并在1970年后在国内多座水库进行了应用，实践证明，是一种通过人工干预方式选择性取用优质原水的有效手段。
编辑札记
当我们用常规的思维方式去寻找问题的解决方案时往往会遭遇瓶颈，如果能够及时调整思路，用逆向思维的方式，或许可以发现一条新的道路。从龙头到源头的逐层剖析，抽丝剥茧，提出集中优势实力解决源头问题，就好像用拳头打击要害，或许会成为我国供水从重量到重质转型过程中的重要新思路。
推荐参考
顾玉亮. 实现高品质饮用水目标的逆向思维[J]. 净水技术, 2018,37(1):1- 4.
Yuliang Gu. Converse Thinking in Achieving the High Quality Drinking Water Target[J]. Water Purification Technology, 2018, 37(1):1-4 .
本文发表在《净水技术》2018年第1期，如需订阅杂志可扫描下列二维码进入微店，一键订阅哦~~
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