走进水专项 | 饮用水安全保障技术体系综合集成与实施战略
饮用水安全保障技术体系综合集成与实施战略
（2017ZX07502003）
成果报告
饮用水综合集成课题在住房城乡建设部水专项办和饮用水主题专家组的领导和指导下，系统梳理、集成凝练和综合评估了水专项饮用水科技成果，集成构建了从源头到龙头饮用水安全保障技术体系，包括集成、凝练和评估形成的60项关键/核心技术突破、19项成套技术，筛选的218项支撑技术，技术就绪度由4~6级提升到6~9级。开发了饮用水安全保障技术体系数据库，涵盖分类技术名片、研发平台、示范工程、标准规范等分类成果。凝练形成了长江下游、南水北调受水区等重点流域和典型地区水源特征与问题，并总结提炼出分类的整体解决方案以及相应的示范工程案例。研判未来我国饮用水安全保障问题与发展需求，研究提出了饮用水安全保障中长期科技发展战略和供水行业科技发展规划建议。整合水专项形成的技术平台，积淀水专项重要成果和核心能力，形成国家饮用水安全保障技术创新中心项目建议书和建设方案。编制饮用水科技成果科普读本材料、动画视频和全流程供水系统装备模型，形象展示了水专项饮用水科技成果，在2019年全国科技宣传周上展示，获得央视等主流媒体和社会公众的广泛关注。课题编制形成《饮用水安全保障技术导则》通过评审并已报送住房城乡建设部。培养各类专业技术人才10名，发表论文15篇。课题研究成果全面支撑了水专项饮用水主题标志性成果产出和技术体系构建。
一、研究背景
针对我国饮用水水源普遍污染、水污染事件频繁发生、供水系统存在安全隐患、饮用水监管体系不健全和安全保障技术支撑能力不足等问题，2007年我国正式启动“水体污染控制与治理科技重大专项”，设立“饮用水安全保障技术研究与示范”主题，设置93个课题，组织包括科研单位、供水企业在内的数百家单位、近万名科技工作者，形成“政产学研”协同攻关团队，开展技术研发集成与综合示范应用，打响了饮用水安全保障科技攻坚战。经过15年的艰辛探索，取得了丰硕创新成果。本课题系统总结梳理水专项饮用水安全保障技术成果，集成建立从“源头到龙头”饮用水安全保障技术体系。针对我国重点流域和典型地区饮用水源水质特征与问题，形成饮用水安全保障整体解决方案。研判我国饮用水面临的新形势和新需求，提出饮用水安全保障中长期科技发展战略。积淀水专项重要成果和核心能力，形成国家级饮用水安全保障科技中心中心创建方案。形成水专项技术成果宣传推介材料，在2019年全国科技周、十三五科技成就展上展示水专项成果。
二、研究成果
（一）创建技术体系，发布技术导则
创建“从源头到龙头”全流程饮用水安全保障技术体系，为破解我国饮用水安全保障系统性问题提供技术指引。针对饮用水安全保障的系统性问题，通过系统集成，建立和完善了三套相互支撑、相互协同的技术系统：一是建立“多级屏障”工程技术系统，涵盖水源保护、水厂净化、管网输配、二次供水等关键环节，形成12项成套技术和37关键技术，为供水设施规划设计建设与水质净化提供重要技术支撑；二是创新“多级协同”管理技术系统，在水质监测、风险评估、预警应急、安全管理等重要领域，形成5项成套技术和17项关键技术，为供水企业运行管理、政府部门监督管理和突发事件的应急处置与救援提供科技支撑；三是发展材料设备开发技术系统，在关键净水材料设备、检测仪器及其集成化装备方面取得重要成果，形成2项成套技术和6项关键技术，部分设备成功实现国产化替代，显著提升了制造类企业的技术水平和市场竞争能力，部分产品填补了国内空白。开发饮用水安全保障技术体系数据库，内容涵盖成套技术、关键技术、支撑技术、示范工程、标准规范、材料设备产品等水专项技术成果名片。
针对我国饮用水安全保障的主要问题，在系统总结和评估饮用水技术成果的基础上，吸纳水专项最新的科技成果和实践经验，编制了与技术体系配套使用的《饮用水安全保障技术导则》，可指导全国城镇供水系统规划设计、运行管理和安全监管等工作，也为应对未来相当长时期我国饮用水安全面临的问题和挑战提供科学技术指引。
（二）针对水源水质特征问题，形成分类整体解决方案
在系统梳理和调研评估水专项饮用水水源水质特征相关成果的基础上，针对性进行补充采样测试，凝练形成了长江下游、南水北调受水区等重点流域和典型地区水源特征与问题分类，同时就其中识别的重点污染物分析了全国范围内分布特征，为以水质问题为导向的饮用水安全保障策略提供了基础支撑。在系统梳理、总结凝练和跟踪评估水专项饮用水安全保障技术成果与典型示范应用案例的基础上，结合城市饮用水安全保障先进经验与成熟做法调研，基于我国重点流域和典型地区饮用水水源特征，针对不同类型饮用水安全问题，综合考虑不同地区饮用水安全保障需求，按照技术可行、经济合理、因地制宜的原则，通过开展系统研究和综合集成，编制形成饮用水安全保障分类的整体解决方案研究报告，方案总数共18个，对象涵盖太湖高藻水源、平原河网水源、南水北调受水区水源、典型地下水水源等我国主要水源特征类型，以及管网安全输配主要问题。报告中解决方案针对性强，相应的技术对策和措施系统、全面、可行，为我国重点流域和典型地区的饮用水安全保障提供参考和借鉴。
（三）研编饮用水科技中长期发展战略和2035年供水行业技术进步发展规划建议
通过系统梳理国内外饮用水安全保障科技进展，分析我国饮用水安全保障问题与发展需求，研判未来发展趋势，并充分咨询和吸纳多位国内外知名专家意见和建议，编制形成了《国家饮用水安全保障中长期科技发展战略研究报告》（以下简称《战略报告》），并提交给住房城乡建设部标准定额司。《战略报告》明确了涵盖设施、技术、管理等方面的饮用水安全保障科技需求，制定了我国饮用水安全保障中长期科技发展目标，提出了总体思路和实施路径，形成了引领未来我国饮用水安全保障技术发展的六项重点战略任务。在此基础上，编著出版了《饮用水安全保障中长期科技发展战略》书籍。
另外，结合我国城镇供水行业发展状况和趋势，按照中国水协讨论确定的供水行业发展目标，编制了《中国城镇供水行业2035年技术进步发展规划建议》（以下简称《规划建议》），制订了涵盖供水设施、技术、管理和服务等方面的行业技术进步目标和指标，提出了供水行业发展重点任务、技术发展任务，以及规划实施保障措施。《规划建议》提交给中国水协，为编制《城镇水务2035年行业发展规划纲要》供水安全保障相关内容提供了有力支撑和参考。
（四）编制并向住建部主管部门提交了《国家饮用水安全保障技术创新中心建设方案》
通过依托现有的优势资源，整合水专项形成的技术平台，积淀水专项重要成果和核心能力，经过深入的调研和研究论证，形成了国家饮用水安全保障技术创新中心组建方案，并编制完成《国家饮用水安全保障技术创新中心项目建议书（申报稿）》及相关申报材料。创新中心瞄准国家可持续发展重大需求和工程技术国际发展前沿，以国家饮用水安全保障重大战略和需求为导向，集聚全国具有国际竞争力的科研力量和水专项科技创新资源，针对饮用水安全保障技术领域的共性和关键问题，重点突破“卡脖子”技术难题，创新性地开展饮用水安全保障领域的技术工艺研发、成果转化推广、政策标准研究、设备材料测试评估，努力建设成为一流的饮用水安全保障技术创新研发平台、国际合作与技术交流中心和高层次创新人才培养基地，为我国饮用水安全保障提升提供可持续技术支撑。课题编制形成的项目建议书及相关材料已报送给住房城乡建设部科技司，并向科技部重大专项办作了专题汇报。
（五）编制饮用水科普宣传读本，全方位推介水专项科技成果
先后编制3个版本的饮用水安全保障技术体系成果宣传读本，以图文并茂的方式，系统介绍饮用水安全保障技术体系、成套技术、关键技术和技术体系综合应用成效，并在2019年和2021年全国科技宣传周上广泛发放。此外，课题组联合净水技术杂志社，对水专项饮用水最新的科技进展进行科普设计，编著了科普专著《饮水知源-饮用水的“黑科技”》，书中融合了饮用水安全基本知识和最新的科技成果，在兼顾普适性和专业性的同时，力求全方位地普及饮用水安全知识，图文并茂地展示水专项饮用水科技成果。
课题设计制作了一套“从水源地到水龙头”全流程饮用水安全保障系统装备模型，相当于微缩版的城市供水系统，具有“多级屏障”安全防护功能，展示了水专项突破的饮用水净化处理、水质监测预警和管网风险控制等关键技术，以及自主研发的大型臭氧发生器、超滤膜净水组件、二次供水设备、管网漏损检测仪、生物毒性检测仪、颗粒计数仪、气相色谱-质谱仪等饮用水关键设备，展现了我国饮用水安全保障关键技术集成创新和国产化设备产业化推动的重大进展，该装备出水可以直接饮用。配合该装备模型展示，设计制作了一部“全流程饮用水安全保障系统装备”动画视频，形象展示水专项取得的重要技术成果。装备模型和动画视频在2019年和2020年的全国科技宣传周上展出，获得主流媒体和社会公众的广泛关注。
（一）促进供水行业科技进步，助力饮用水安全保障体系建设
水专项创建的饮用水安全保障技术体系及其多级屏障、多级协同和材料设备开发三个技术系统，全面支撑了国家饮用水安全保障体系建设和运行，为小康社会建设、社会安全稳定、经济高速发展提供强有力基础保障。
多级屏障工程技术系统，支撑了饮用水安全保障工程体系建设，为全国城镇供水设施改造建设和工艺技术升级做出重要贡献。水专项重点研发的两条主流深度净水工艺的处理能力的大幅度提高：臭氧活性炭深度处理规模由800万m3/d扩大到5000万m3/d；国产超滤膜水厂规模由2万m3/d快速增长到900万m3/d。同时针对农村饮水安全的“老大难”问题，研究开发相关的技术和装备，探索了城乡统筹供水和一体化设备供水两种适应模式，并支持在江苏全省、海南曾迈、重庆云阳等地进行了规模大示范应用，取得较好效果。
多级协同管技术系统，支撑了饮用水安全保障管理体系建设，全面提升了我国饮用水安全监管和应急救援能力。整体提升国家、省、市三级网络水质监测能力，支撑全国供水水质督察由35个城市扩展到全国城市和县城，实现了“水十条”提出“从水源地到水龙头全过程监管饮用水安全”的目标；支撑国家创建供水应急救援中心及八大基地，彻底扭转了我国供水系统长期被动应急的局面，成功应对了40多起突发水源污染引起的供水事故，在芦山地震、恩施洪灾等应急供水中起到“安定民心”的特殊作用。
材料设备开发技术系统，推动了饮用水关键材料设备国产化。建成18个产业化基地，饮用水深度处理大型臭氧发生器，打破国外产品长期的市场垄断；超滤膜组件及其净水装备，价格降低30%，市场占有率超过70%；便携式气-质联用仪（GC-MS）、车载式电感耦合质谱仪（ICP-MS）、“两虫”检测系统、生物毒性检测仪、颗粒物激光计数仪等产品填补了国内空白，并在此基础上集成了水质移动检测实验室，已部署到全国应急供水救援基地。相关装备为2016年杭州G20峰会、2018年青岛上合峰会等重大活动提供了关键技术支撑。
（二）服务国家战略，惠及民生福祉，全面提升我国饮用水质量
水专项显著改善了综合示范区和上海、北京、深圳、苏州等国际化大都市的饮用水质量，整体提升我国饮用水质量与标准，直接受益人口超过1亿，惠及人口超过5亿，全国城市供水水质抽查达标率从2009年的58.2%提高至近年的96%以上。
在太湖流域及长江下游示范区，系统解决了太湖流域三类受污染原水的净化处理难题，大幅提高上海的饮用水品质，示范区1000万用水人口的龙头水全面达标；解决了冬季高氨氮原水净化的技术难题，实现嘉兴湖州示范区200万用水人口饮用水全面达标；支撑江苏省实现了城乡统筹供水、深度净化处理、二次供水统管等全覆盖，惠及人口7500万。
在京津冀及南水北调受水区，有效解决了大规模水源切换后，水厂净水设施和供水管网的适应性难题，提升示范区用户龙头的质量，南水北调中线北京示范区1000万用水人口龙头水全面达标；东线山东受水区100万人口龙头水达标，1600万人口受益。
在珠江下游及粤港澳大湾区，开展的水源适应性技术研究和工程示范，为广州、深圳、珠海、东莞等城市的饮用水安全保障提供了技术支撑，深圳盐田示范区23万人实现自来水直饮，澳门、香港因同饮珠江水而间接受益。
（三）回应老百姓对饮水安全的关切，受到媒体和公众高度关注
“让老百姓喝上放心水”是党和国家对全国人民的庄严承诺！水专项是重大科技工程，也是重要民生工程，在目标设定、任务部署和实施过程中，不忘初心，积极回应人民群众的诉求，增加了老百姓的获得感和幸福感。
回应了老百姓对饮用水安全的关注。系统解决了饮用水嗅味、硬度、黄水等问题，有效避免了无锡、苏州等城市受蓝藻爆发影响可能引起的停水危机，彻底解决了长期困扰上海的饮用水高嗅味问题，有效控制了北京等南水北调受水区在水源切换过程中发生大面积“黄水”的风险，破解了华北地区饮用地下水砷、氟、铁、锰、硬度等超标的技术问题。
为抗击新型冠状病毒疫情做出努力。水专项充分利用研究成果，就饮用水安全保障各工艺环节对病毒的去除与控制，提出技术解决措施和建议，在北京、上海、武汉等应用推广，为供水企业在新型冠状病毒感染肺炎疫情期间更好地控制生物风险确保饮用水安全提供参考和借鉴，保障了疫情期间供水安全。
专项成果受到公众和媒体的广泛关注。2019年5月19日-26日在全国科技周展出的“全流程饮用水安全保障系统”形象展示了水专项饮用水科技成果，让观众和媒体“看见饮用水水质提升的全过程”，被央视“新闻联播、朝闻天下”等重要栏目多次报道。在2021年“十三五”科技成就展中，也展播了水专项饮用水科技宣传视频。示范区的水质改善也受到媒体关注和当地老百姓的好评。
（四）促进国际合作与成果交流，为供水发展战略提供科技指引
水专项经过15年的协同攻关形成的体系化的创新成果，不仅在国内的示范应用中取得显著成效，而且通过国际合作和交流，部分技术成果也开始在国外得到推广应用，也将对我国未来饮用水安全保障体系和能力现代化的进程产生积极影响。
促进了国际合作和成果交流。专项自主研发的部分技术和设备产品在“一带一路”沿线斯里兰卡、柬埔寨、缅甸、孟加拉、尼泊尔等国家推广应用，取得较好国际影响。依托水专项建立中德“清洁水创新项目”合作机制，围绕饮用水深度处理、管网漏损控制等技术方向开展合作。
为供水行业发展提供科技指引。饮用水技术体系实施和应用，突破了60项关键技术，形成19项成套技术，编制和修订了《城市供水设施改造与建设技术指南》《饮用水安全保障技术导则》等144项国家和行业标准规范指南，其中60项已正式发布实施，并支撑了国家《生活饮用水卫生标准》及其配套标准的成功修订，可为应对未来相当长时期我国饮用水安全面临的问题、满足国家战略需求提供科学技术指引，并在饮用水安全保障体系和能力现代化进程中发挥作用。
四、对标志性成果支撑情况在主题专家组指导下，集成课题总结凝练水专项饮用水关键成果，编制形成《“从源头到龙头”饮用水安全多级屏障与全过程监管技术》标志性成果报告，总结了水专项饮用水标志性成果进展与实施成效：
（一）创新多级屏障协同控制技术，提升龙头水质。
破解了我国藻类、嗅味、氨氮、砷、氟等水源污染导致的饮用水水质净化难题，突破了适合我国大型复杂供水管网的安全输配技术，创新具有中国特色的二次供水水质保障技术，攻克了30余项关键/核心技术，集成10多项成套技术/组合工艺，建成100多项示范工程。在太湖流域、京津冀、南水北调、珠江下游等重点地区实现规模化应用，显著改善上海、北京、深圳、苏州等国际化大都市的饮用水质量和安全保障能力。系统解决了太湖蓝藻爆发可能引起的供水安全和城市供水危机，实现了江苏省双水源供水、城乡统筹区域供水、深度净化处理、二次供水统接统管等四个全覆盖，受益人口7500万。有效解决了长期困扰上海的饮用水嗅味问题，上海示范区1000万用水人口的龙头水全面达标；有效保障京津冀及其南水北调受水区在大规模水源切换后供水水质稳定，北京示范区1000万用水人口的龙头水全面达标；深圳盐田示范区23万人实现自来水直饮。创新提出城乡统筹供水模式，打破了城乡供水“二元结构”，率先在江苏省实现城乡统筹供水全覆盖，为彻底改善农村龙头水水质提供了范例。形成了可复制、可推广的分类综合解决方案，服务于京津冀协同发展、长江经济带发展、粤港澳大湾区建设、长三角一体化发展、黄河流域生态保护和高质量发展等重大区域发展战略。
（二）创建饮用水应急救援体系，提高供水安全监管能级。
支撑国家创建供水应急救援中心及八大基地，在芦山地震、恩施洪水等灾区的应急供水中起到“安定民心”的特殊作用。建立了突发事故应急案例库（663项）、应急处理技术库（172种污染物），成功应对40多起突发水源污染事故。实施全国大范围水质调查，获取了我国饮用水水质标准制订关键技术参数，全面支撑了生活饮用水卫生标准修订。建成30多个协同监管平台，整合构建了城市供水监管平台并进行业务化运行，整体提升了国家、省、市三级网络的水质监测能力，供水水质督察由35个城市扩展到全国667个城市和1472个县城，全面提高各级政府对城市供水全过程的综合监管能力和信息化水平。
（三）推动供水材料设备的产业化发展，打破国外垄断。
建成18个产业化基地，推动了大型臭氧发生器、净水超滤膜组件、水质监测设备等材料设备的产业化。国产大型臭氧发生器打破国外垄断，在大型水厂应用实现“零”的突破，2019年市场占有率达到50%-60%；超滤膜组件及其装备，市场占有率超过70%，同比价格降低30%，国产超滤膜水厂规模由2万吨/日发展到900万吨/日。自主研发了水质毒性分析仪、颗粒物计数仪等水质监测检测仪器，填补国内空白，关键性能指标达到国际先进水平，价格比国外同类产品降低30%-50%。自主研发的便携式气相色谱-质谱联用仪、水质移动监测站年生产能力达到100套，国内市场占有率达90%以上。研制了模块化、一体化供水设备并实现产业化，生产能力由原来的100台（套）提高至2000台套，相关产品国内市场占有率高达90%以上，为保障村镇分散供水安全、提升水质提供了重要的支撑。
（四）强化保障能力建设，助力我国饮用水安全再上新台阶。
通过专项实施，支撑建设一批研发基地，培养科研团队上百个，科研人员近万名，培训基层技术人员近2万名，一大批优秀青年人才脱颖而出，为我国饮用水安全保障科技研发能力不断提升提供了新动能。着力培育技术就绪度，提升技术成果标准化，支撑《生活饮用水卫生标准》等144项标准化文件编制与修订，其中60项已正式发布实施，覆盖从源头到龙头供水流程，涵盖供水系统规划设计、安全监管和设备材料产业化，对持续提升我国饮用水质量和安全保障水平具有重要的指引作用。
排版：马骏驰校对：万梓薇相关阅读
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