2.1.2　对城市供水水质的改善效益

2.1.2.1　对北京市供水水质的影响

（1）市政给水水质对居民健康的影响[1]。

许多研究表明饮用水存在健康性，水的健康性与硬度（钙/镁离子浓度）、TDS、pH值等综合性水质指标都存在相关关系。

我国现行《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）中规定的水质指标多达106项，其中包括微生物指标6项、毒性指标74项、消毒剂指标4项、放射性指标2项及感官性状和一般理化指标20项。由于致病微生物、有毒有害无机物和有机物、放射性物质对人体可能造成直接或间接危害，一般而言，这些物质在饮用水中的浓度越低，饮用水越安全。消毒是饮用水处理最为重要的工艺单元。但由于消毒剂本身存在的潜在健康危害和致臭/味作用以及与前驱物作用生成消毒副产物等原因，在保证消毒效果的前提下，消毒剂浓度越低越好。对感官性状和一般理化指标进行规定，主要并不是基于其毒性或健康危害性，而是基于人群对这些指标或者其导致的后果（如管道腐蚀）的接受程度，包括色、嗅、味、口感、结垢和器物染色等。一般而言，低色/嗅/味、不结垢、不造成器物染色的饮用水更容易被人接受，但口感却具有很大的主观性。特别是由水中的溶解性固体引起的口感，只有当这些离子（如氯离子、硫酸根、钠离子、钙/镁离子等）浓度非常高时，大多数人群在口感上才不能接受。

饮用水中存在的许多元素是人体所需的必要元素，包括钙/镁、硒、铜、锌等。世界卫生组织（WHO）给出了这些必需元素每日摄入量的建议值，还给出了当这些必要元素在饮用水中浓度过高时的口感问题和健康危害：

1）总溶解固体（TDS）。饮用水中的TDS主要包括钙/镁、钠、钾等阳离子和碳酸氢根、氯离子、硫酸根等阴离子。一般认为当TDS浓度低于600mg/L时水的口感为好，而当TDS浓度高于1000mg/L时口感变差，且浓度越高口感越差。饮用水中TDS浓度很高时，还会导致热水器、开水壶和其他家用电器的结垢问题。

水的健康性与TDS也存在正相关关系。这是因为在一般情况下，水的TDS值越大，钙/镁离子浓度越高。同酸性水相比，碱性水更健康。这主要与水的腐蚀性有关。酸性水的腐蚀性更强，能够溶解管道材料中存在的有毒有害物质（如铅和镉）。

2）硬度。饮用水中的硬度主要由钙离子和镁离子贡献。很多人能够感觉到饮用水硬度的变化。不同人群对饮用水硬度的接受程度差异很大，部分人群能够接受硬度超过500mg/L的饮用水。受水中共存阴离子类型的影响，钙的“味”阈值在100～300mg/L之间。

3）硒。硒是人体必需的微量元素。饮用水对硒摄入的贡献很小。缺硒可能有一些潜在的不利影响，但影响程度与身体和营养状况密切相关。FAO/WHO确立的最高允许硒摄入量为400μg/d。假定饮用水提供20%的硒摄入量，饮用水中硒的最高允许浓度为40μg/L。

4）铜。铜是人体必需的微量元素。正常人群有自动维持体内铜元素平衡的机能。但如果铜元素摄入量过大，这种平衡可能会打破。WHO确立的最高允许铜摄入量为10mg/d。铜的摄入主要来源于食物。但如果使用铜质管道，饮用水中可能会含有一定浓度的铜离子。当饮用水中铜离子浓度较高时，可能会引起肠胃不适。当饮用水中铜离子浓度大于2.5mg/L时，会带有苦味。为了防止铜的过量摄入，饮用水中铜离子的浓度不应超过2mg/L。但当饮用水中铜离子的浓度高于1mg/L时，会导致卫生器具和衣物染色。建议饮用水中铜离子浓度不高于1mg/L。

5）锌。锌是人体必需的微量元素。成人的每日需锌量为15～20mg。食物是锌摄入的主要来源。地表水和地下水（饮用水源）中锌的浓度很少能分别超过0.01mg/L和0.05mg/L。当使用镀锌管时，饮用水中锌的浓度可能较高。但即便如此，也无需从健康角度对饮用水中锌离子的浓度进行限定。联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会建议的每日最高允许锌摄入量为1mg/kg体重。但当饮用水中锌的浓度高于4mg/L时，会有涩味；高于3～5mg/L时，会呈现乳白色，煮沸后会在水面形成油脂状膜层。建议饮用水中锌离子浓度不高于3mg/L。

6）钠/氯离子/硫酸根。在室温下，钠离子、氯离子（咸味）和硫酸根的味阈值分别在200mg/L左右、200～300mg/L和250～1000mg/L。食盐（而不是饮用水）是人体摄入钠离子和氯离子的主要来源。没有充足的证据证明高血压与饮用水中的钠离子浓度存在相关关系。地下水源饮用水中的硫酸根浓度可能很高。因此，饮用水可能成为人体摄入硫酸根的重要或主要来源。无需从健康角度对饮用水中的钠离子、氯离子和硫酸根离子浓度进行限定。建议饮用水中钠离子、氯离子和硫酸根离子浓度分别不高于200mg/L、250mg/L和250mg/L。

许多研究表明饮用水存在健康性，水的健康性主要与硬度（钙/镁离子浓度）、TDS、pH值等综合性水质指标都存在相关关系。

（2）南水北调进京水水质特点。

从水质研究结果来看，根据初步研究及对比分析，南水具有以下特点：

1）硬度低。南水总硬度（钙镁等离子含量）约110mg/L，本地地下水总硬度约210～410mg/L。所以，最直观的体现是水碱较少。

2）腐蚀性小。南水腐蚀性离子含量，如氯离子、硫酸盐含量均显著低于本地地下水及密云水库水。

3）口感好。南水pH值约为7.5～8.5，呈弱碱性，矿化度低，再加上硬度低、氯化物和硫酸盐含量低。具体表现为南水口感软、甜，没有苦涩感。

4）自净能力强。来水稳定在地表水Ⅱ类水平，在调蓄设施长时间存蓄后，所存水体水质一直维持在地表水Ⅱ类水平，并未变坏。

5）透明度高。

一是南水透明度约为2～4.5m；二是因水体矿物质离子含量的差异，对光线的折射率不同，南水呈现出浅绿色。

（3）南水北调进京入水口断面水质较调水前密云水库水质对比和分析。

1）水质对比[2]。密云水库原设计是以防洪、灌溉为主的具有多年调节能力的大型综合利用水利工程。近年来，该水库也是北京市生活用水的唯一地表水源，担负着向北京市供水的重要任务。“南水北调来水调入密云水库调蓄工程”是北京南水北调配套工程体系中的重要环节，按照相关规划，该调蓄工程平均每年由南水北调来水向密云水库调水3.58亿m3，每年调入密云水库的水量相当于密云水库现状的全年上游来水入库水量。

密云水库位于北京市东北部的密云县境内于1960年建成使用。该水库按千年一遇洪水设计，万年一遇洪水校核，总库容43.75亿m3，兴利库容35.45m3，调洪库容11.08亿m3，最高水位水面面积达188km2。密云水库横跨潮河、白河主河道，属于海河流域潮白河水系中游，控制流域面积1.5788万km2，占潮白河流域面积的88%。

密云水库调蓄工程主要是从颐和园内团城湖取水，将南水北调来水加压输送至北京重要水源地——密云水库，增加其蓄水量。该工程于2015年5月进入试运行调试阶段。通过这项工程，不仅可以增加密云水库蓄水量，提高北京水资源战略储备，还可以实现南水北调、密云水库、地下水的联合调度，提高全市供水保证率，扩大南水北调供水范围，使北京除延庆外，均可通过已建或新建工程使用南水北调来水。2016年全年的总调水量达1.86亿m3。

根据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅱ类水标准，南水北调中线来水水质大多数指标符合该标准要求。

2014年12月，南水北调中线工程正式通水，根据北京市水务局对密云水库的监测，密云水库的主要水质指标见表2.3。

而根据南水北调水质监测中心的水质监测结果，南水北调来水水质从2013年10月到2014年9月的主要指标见表2.4。

2014年12月，南水北调中线工程一期正式通水前，原水经过长时间长距离运输以及冲渠等过程，各项水质指标变化波动较为明显（表2.4），因此，本章将选取调蓄工程之前的密云水库水质指标与通水之后较为稳定的南水北调来水水质指标进行对比，得出北京市水源水质的主要变化。

根据南水北调水质监测中心监测到的数据，南水北调的来水水质在2015年5月到2017年4月的各项指标见表2.5。

根据北京市水务局的监测数据，对比南水北调的来水水质（表2.5）与密云水库的原水水质（表2.3），得出图2.14对比图，如图所示，4月、5月、9月、10月间，南水北调来水中的硫酸盐含量波动较大，但基本都要低于密云水库的相应指标。密云水库的硫酸盐含量波动不大，基本保持在50mg/L左右。

如图2.15所示，南水北调来水与密云水库的氯化物指数基本相近，但南水北调水随着月份的不同，在氯化物指标方面表现出较大的差异，而密云水库的氯化物含量波动不大，基本保持在13mg/L左右。

水总硬度是指水中Ca2+、Mg2+的总量，它包括暂时硬度和永久硬度。水中Ca2+、Mg2+以酸式碳酸盐形式存在的部分，因其遇热即形成碳酸盐沉淀而被除去，称之为暂时硬度；而以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在的部分，因其性质比较稳定，不能够通过加热的方式除去，故称为永久硬度。如图2.16所示，南水北调来水的总硬度明显要低于密云水库的总硬度指数。

综上所述，南水北调来水与调水前密云水库水相比较，在硫酸盐、氯化物、总硬度等指标上有一定的差异，南水北调来水的水质相关指标一般优于北京市密云水库的本地水。

2）南水北调后水源水质的变化和分析结论。通过上述部分对南水北调来水断面的水质与密云水库的水质指标进行对比分析后得出，2014年正式通水之前，在硫酸盐、氯化物、总硬度以及硝酸盐方面，南水北调来水的相关数据要显著高于密云水库水，特别是在2013年10月至2014年3月试运行期间，南水北调来水中硫酸盐和氯化物含量明显高于密云水库，但随着时间的增长，各项指标有逐渐减小的趋势。密云水库水各指标数值相对稳定，而南水北调来水各指标则有较大浮动。

根据表2.5所示，2015—2017年期间，随着南水北调来水的持续进行，各项指标也开始逐渐减低并趋于稳定。在影响饮用水口感及嗅觉的几个重要指标中，南水北调来水中的硫酸根、氯化物、总硬度等都要明显低于密云水库中各指标的含量。其中，南水北调来水中的硫酸根与密云水库中的相应指标相比，最高降低了34.5%；氯化物的含量最多减少了60.5%；水源变化后总硬度的降低尤为明显，也较为稳定，最高降低了47.4%。

（4）实地调研南水北调水对北京市居民水质影响。

2014年12月，南水北调中线工程正式通水，因此，本次调研选取的对象为饮用南水的城六区居民，本次调研主要针对2014年12月开始南水北调南水供应的北京市居民进行抽选调查，有效样本量约596份，结果如下。

1）净水设备安装情况。根据调查问卷的结果分析，受访的居民中共有58%的家庭安装有净水设备（图2.17），说明大多数居民对于饮用水的安全、口感及健康问题较为重视。

2）饮用口感变化。根据图2.18所示，2014年12月南水北调中线工程正式通水之后，受访对象中有25%的居民认为自来水作为饮用水的口感有了提升，更为甘甜；而40%的居民对于饮用水口感的变化无明显感受，说明在南水贯通前后，影响饮用水口感的硫酸根、氯化物等含量都控制在安全范围内（图2.18）。

3）热水壶结垢情况。热水壶的结垢情况能够直观地反映出水源改变之后，饮用水中的溶解性总固体和总硬度的变化。如图2.19所示，36%的居民认为南水贯通之后，结垢情况有了明显好转，证明了水源切换后，溶解性总固体和总硬度都有一定程度的降低。

4）自来水出水情况。针对2008年北京市出现的“黄水”现象，各水厂进行了水处理工艺的适应性调试，调查问卷的结果显示，68%的居民认为自来水的出水颜色没有改变（图2.20），证明水厂工艺的调试工作解决了外地水与本地水水质之间的差异问题。

5）居民对自来水安全性评价。在本次调研中，72%的居民对于自来水作为饮用水的安全问题没有感受，25%的居民认为可放心将自来水作为饮用水使用（图2.21）。因此，政府在以后的工作中，也应该加强居民对于用水安全、用水健康的认识。

6）自来水与手部触感。自来水与手部接触的感受一般取决于水中总碱度的变化。南水北调来水中总碱度有所降低，但指标与原密云水库相比变化不大，因此，58%的居民对自来水与手部的触感变化无明显感受，仅有18%的居民认为清爽感有所提升（图2.22）。

2.1.2.2　南水北调来水对水厂工艺的影响[3]

（1）常规净水工程方案。

中国城镇供水协会于2005年出版的《城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景规划》（以下简称《水规划》）从城市供水规模、人均GDP、城市地位以及对外开放程度等方面，设定三级水质目标，主要目的是为确保供水系统与我国经济发展的协调性，同时促进其国际化进程。一级目标主要对出厂水浊度、耗氧量、贾第虫及隐孢子虫做出明确规定，强调水质要符合国际标准，达到欧盟水质要求或美国EPA饮用水水质标准。所针对的是直辖市、经济发展水平较高城市、国际旅游城市、日供水规模超过100万m3，以及人均GDP超过5000美元的城市。北京市属于一级目标城市。考虑到出厂水向用户输送过程中浊度会提升0.3～0.5NTU，所以，出于确保供水安全性考虑，必须设定更低的出厂水浊度标准。

水厂进行原水水质处理应重点把握以下几点：①低温低浊水；②可能的微污染带来的藻类、色、嗅、味等污染；③突发性原水污染；④将出厂水浊度控制在0.3NTU以下（保证率大于95%）；⑤出厂水进入管网可能出现的化学稳定性问题。

常规净水工艺通常包括以下几种。

1）混凝与分离工艺。混凝与分离是常规处理水净化工艺最为关键的两部分，其中，混凝处理，可以将原水中的杂质转化为絮状形态；分离处理，主要是借助沉淀或气浮将前一步骤形成的絮状杂质予以有效去除。

固液分离是在重力作用下实现的。密度不同，悬浮物在液体中发生的变化也有所差异：悬浮物密度大于液体密度情况下，发生沉降分离变化，具体包括澄清与沉淀浓缩；悬浮物密度小于液体密度情况下出现气浮分离变化。压力溶气气浮即借助人为方式制造大量微气泡，并在固体颗粒上进行附着，从而使其密度低于液体密度而上浮，进而实现固液分离。

2）絮凝沉淀工艺。

a.机械搅拌澄清池。

基本原理：原水中的颗粒与机械搅拌澄清池中沉淀泥渣在碰撞过程中发生接触、吸附与聚合，形成与水相分离的絮粒，最终完成澄清操作。混凝与分离过程均在澄清池中发生。

b.高效澄清池。

高效澄清池属于高效沉淀池范畴，我国大量实践验证了其显著的低温低浊水处理效果。高效澄清池主要包括混合区、絮凝区、推流区、沉淀区、后絮凝区、浓缩区、泥渣回流系统以及剩余泥渣排放系统等部分。基本原理为：将混凝剂添加至原水，使二者迅速结合并引入絮凝池，再与沉淀池浓缩区沉淀泥渣混合，之后添加PAM借助螺旋桨搅拌器达到絮凝效果；搅拌完成后引入沉淀区，泥渣下沉，借助斜管区对澄清水进行分离，利用集水槽进行收集。沉淀池中泥渣，有些在螺杆泵回流过程中与原水混合，其他则借助螺杆泵排出。

c.上向流炭吸附反应澄清池。

上向流炭吸附反应澄清池由脉冲发生器系统、配水稳流系统、澄清系统以及排泥系统等四部分构成。借助脉冲配水方式对悬浮层泥渣浓度进行调节，通过周期性的充水与放水，实现悬浮层泥渣交替膨胀与收缩，以确保原水颗粒与泥渣能够有足够接触，最终达到澄清目的。

上向流炭吸附反应澄清池基本原理：向原水中添加絮凝剂（FeCl3）与粉末活性炭，并进行充分搅拌混合，引入真空室，借助配水干渠配水支管孔口均匀喷出，迅速在稳流板进行混合，此处发生初步反应；之后借助稳流板实现水流缓慢、垂直上升，在悬浮层中受“脉冲”水流影响而进行上下规律运动，在膨胀与压缩沉淀间切换，絮凝体颗粒充分碰撞、接触、凝聚，在泥炭悬浮层吸附原水颗粒中有机物，之后借助斜管组件开展固液分离并最终完成原水澄清处理。利用集水槽将完成澄清处理的水引出，同时借助穿孔排泥管将过剩泥渣排出。

上向流炭吸附反应澄清池的不足主要是：对用地面积要求高，导致粉末炭浪费，所需配管及稳流板材料多，检查真空系统与排泥系统的工作量大，并且容易导致底部沉泥问题，要定期清理。

d.气浮工艺。

气浮工艺原理是促成原水悬浮颗粒上升并浮于水面。与水相比，气泡重度低，浮力大，以微小气泡的形式黏贴在固体颗粒矾花上，可以带动絮粒迅速上浮，在较短的时间内实现固液分离目的。

絮凝G值及时间、快速混合G值及时间、水温、酸碱度、溶气水回流比、气浮紊动强度G值、气浮接触时间、静沉时间等都会对气浮效果造成一定影响。气浮工艺的不足主要是：必须具备供气、溶气及释放系统，所用设备数量及维护任务量大，能源消耗高，如果来水水质极差会导致环境问题。在水浊度较高时，必须添加预沉池，否则难以实现满意的处理效果。

混凝与分离过程构筑物性能对比见表2.6。综上所述，机械加速澄清池重力排泥含水率不高，处理效果佳，所需设备量低，成本不高，适应性强，建议在常规处理环节首选机械加速澄清池进行前期的混凝与分离处理。

3）臭氧-生物活性炭处理工艺。臭氧-生物活性炭工艺是一种融合了臭氧化学氧化、活性炭物理化学吸附、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒等技术的综合工艺。第一，借助对原水中有机物及还原物质进行氧化分解处理，这样可以减轻生物活性炭滤池负担，并且原水中生物降解难度较高的有机物会在臭氧氧化作用下完成断链、开环等生化特性转变。利用臭氧，一方面可以通过氧化有害有机物而将其转变为无害物，另一方面，还能促进小分子有机物数量增加，从而显著提升活性炭吸附性。活性炭的作用主要是对原水中可溶性有机物进行吸附，此外还对微生物具有富集效果，促进其表面生物膜形成。处于碳床中的微生物以有机物为养料，在自身充氧过程中繁殖好气菌，加快被活性炭吸附的小分子有机物的降解。水中有机物、氨氮、无机还原性物质、色度以及浊度等均能通过臭氧-生物活性炭工艺予以去除，不仅如此，水质突变活性也会得到有效控制。

臭氧-生物活性炭工艺对于水中有机污染物的去除效果已经得到全球认可，臭氧-生物活性炭工艺以活性炭吸附性为依托，兼具臭氧、活性炭二者优势，臭氧与活性炭单用其一，都无法达到这样的效果：若用臭氧，费用高，导致水中可生物同化有机碳（AOC）含量升高，降低水的生物稳定性；单用活性炭，会降低吸附与微生物降解协同效果，还会影响饱和度维持时间，需要频繁再生。而将臭氧与活性炭结合使用，能够有效解决单用二者所导致的不足，将二者优势予以有效发挥，显著提升水质处理效果。与此同时，臭氧与活性炭结合使用可以实现对AOC值的有效控制，显著增强出水生物稳定性，延长附着于活性炭微生物活性，从而达到提升活性炭再生周期目的。

臭氧-生物活性炭深度处理工艺优点可以总结为：

a.对有机物的分子结构予以调整，促进水质生物稳定性提升。

借助臭氧活性炭技术可以将原水有机物基本去除，臭氧导致的小分子有机物还需要经过生物活性炭的二次降解。国内外研究证实，在CODMn去除率方面，深度处理技术处理效果比常规处理技术提升10%～20%，对于水源水质的改变能够更好应对。

臭氧属于强氧化剂的一种，对于水中有机物可生物降解性具有显著改善作用，提升AOC含量。臭氧与活性炭吸附池结合使用，在形成生物膜后降解臭氧氧化物，从而实现对出水AOC水平的有效控制。国内外大量实践证实，臭氧-生物活性炭吸附技术去除AOC效果极为显著，对饮用水水质生物稳定性具有很好的维护作用。

b.对水中病原微生物具有显著灭活效果。

在隐孢子虫卵囊灭活能力方面，游离氯及氯氨的效果远不及臭氧。研究指出，隐孢子虫卵囊与1mg/L臭氧进行五分钟接触，可以消灭90%活性。所以，在水处理过程中借助臭氧可以显著消灭“两虫”活性，换言之，臭氧-生物活性炭吸附工艺进一步强化了常规工艺安全性。

除此之外，臭氧-生物活性炭深度处理工艺对于水中消毒副产物生产还具有明显控制效果。

臭氧-生物活性炭深度处理工艺也存在自身不足，具体体现为：

a.对于稳定性较高的农药类残余以及有机卤代物等，臭氧氧化的分解效果十分有限。

b.如果原水溴离子浓度达到一定标准，采取臭氧技术会生成具有强致癌性的溴酸盐。

c.生成的炭床生物膜存在脱落可能性，进而影响出水浊度与生物穿透几率。

对于水源水质污染，如果单纯借助常规措施远远达不到预期效果，相比较于常规处理工艺而言，深度处理工艺效果更为显著，在水质安全性以及水质规划目标的实现等方面都具有重要意义。

鉴于南水北调来水后水质具有不确定性，且可能在远距离输送过程中造成有机和微生物污染，因此，建议在原有的常规处理工艺基础之上引入臭氧-生物活性炭吸附过滤的深度处理工艺。

4）超滤膜处理工艺。超滤膜处理工艺的优点可以总结为：①借助超滤膜技术可以显著改善出水浊度，一般可以控制在0.1NTU以下，同时保持水质稳定性；②对于两虫的控制效果显著，可以有效去除隐孢子虫属、贾第鞭毛虫属、大肠杆菌等肠球菌等；③有效避免消毒副产物，显著减少常规消毒工艺药剂添加量；④用地面积小，建设费用低、建设周期短；⑤水厂自动化水平高，极大减轻管理负担。

超滤膜处理技术也存在自身缺点，主要有：

a.膜污染问题。膜表面与孔隙中沉积会吸附水中一些物质，从而加大过滤阻力，影响过滤效果，甚至会导致膜堵塞，减少膜的使用期限，从而导致膜处理成本升高。

b.低温影响。水物理性质受水温影响，水黏度随着水温的降低而增加，从而减少膜处理系统通水量，在2～5℃水温条件下，这一问题更加严重，为确保过滤效果，必须对滤膜进行多次频繁冲洗。

c.资金投入量大，并且膜组件需要定期更换，运行成本高，涉及仪表数量多，控制工作繁杂，现阶段缺乏统一的产品标准，未构建起完善的设计与验收标准。

综上所述，鉴于北京市已经成为国际化大都市，人民生活水平日益提高，对供水安全性和质量标准要求越来越高，南水北调来水后有必要实施深度处理工艺。利用臭氧-生物活性炭吸附技术，对于水质色、嗅及味等指标具有显著改善效果；利用超滤膜及活性炭工艺能够在上述基础之上，将出水浊度控制在更低水平。

（2）北京市自来水水厂工艺适应性变化。

南水北调来水与北京市本地水之间的水质差异在2008年南水北调中线一期工程通水时就已经显现。2008年，北京自来水出现“黄水”事件，通过北京市水务局组成的专家小组对北京市自来水厂的工艺流程进行全程模拟实验，试验发现，造成北京市黄水现象的关键在于混合水中硫酸根以及氯离子的大幅增加与碱度的减少，致水体腐蚀性增强，使北京市供水管网中的酸碱平衡状态出现失衡，管垢保护层脱落，内层疏松的铁锈进入水体之中，从而引发北京市的黄水现象。研究结果表明，正是由于外地水和本地水之间存在着较大的水质差异，使北京市各水厂工艺在短期内难以适应，导致供水出现问题。

针对上述情况，负责南水北调来水与本地水协同供应的田村山水厂、第三水厂、第九水厂对其净水工艺进行了有针对性的调适。

1）田村山水厂。田村山水厂位于北京市海淀区的田村山地区，建于1985年，设计能力17万m3/d，建成之初为亚洲最先进的地表水厂，主要以处理地表水水源为主。由于设计时间较早，期间也经过一些设备与工艺的改造，为了能够满足南水北调来水之后的水处理需求，田村山水厂对处理能力进行了升级。工艺流程如图2.23所示。

改造之后，新增了混合井、V型滤池、臭氧接触池、活性炭吸附池、设备间及加氯池间等。其中V型滤池、臭氧接触池、活性炭吸附池以综合池的形式布置在一个构筑物内。以三氯化铁作为混凝剂，投放剂量一般控制在17mg/L。V型滤池采用双排布置形式，每排4格，共8格，臭氧接触池以及生物活性炭吸附池的接触时间分别为10min和9min。田村山水厂改造后运行效果见表2.7。

2）第三水厂。北京市第三水厂设计能力40万m3/d，涉及地下水工艺升级改造及地表水工艺引入。其中，与南水北调来水相关的地表水处理工艺改进之后的工艺流程如图2.24所示。

如图2.24所示，该工艺主要涉及预氯化与预臭氧两项关键处理技术，其中，预氯化工艺主要是通过5～15mg/L纯度为10%的次氯酸钠溶液实现，预臭氧处理主要是利用水射器投加1.0～1.5mg/L臭氧；高密度沉淀池由4部分构成，铝盐及PAM的投加量分别是30～40mg/L、0.1mg/L，上升速度为4.16mm/s；V型滤池由6格构成，利用均质石英砂实现过滤；臭氧接触池按照2∶1∶1的比例进行布气，同时将接触时间控制在15.8min以内；活性炭吸附池同样由6格构成，采用颗粒状活性炭，接触时间12min。第三水厂工艺改造后的运行效果见表2.8。

3）第九水厂。北京市第九水厂始建于20世纪80年代，于2002年竣工，处理规模150万m3/d。第九水厂利用隧洞重力原理实现对密云水库取水，同时借助投加设备进行氯、高锰酸钾以及活性炭等物质投加，原水经75km封闭性管道之后到达水厂，在经过混凝、沉淀、过滤以及炭吸附等一系列措施之后进入清水池。第九水厂整体工程共分三期，每期工艺各有侧重，其中，一期采取机械混合池+机械搅拌澄清池+煤砂双层虹吸滤池+活性炭吸附池，具有50万m3/d的处理规模；二、三期采取机械搅拌混合池+波形板絮凝池+侧向流波形板沉淀池+无烟煤气水反冲滤池+活性炭吸附池，共计具备100万m3/d处理规模（图2.25）。2005年及2007年第九水厂分别对二期絮凝沉淀工艺实施升级改造，处理规模由之前的50万m3/d提升至66万m3/d，使整体处理能力提升至166万m3/d（表2.9、表2.10）。

（3）工艺改造之后的多水源适应性分析。

就现阶段北京市3座水厂实际运行状况而言，在分别以南水北调、河北四库、密云水库以及地下水作为水源的情况下，当前所采用的工艺都可以确保出水水质达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）。然而不同工艺的出水水质还是有所不同的，在水质存在差异的情况之下，也要综合考虑每种工艺自身的适应性问题，并且南水北调丹江口水库来水具有不确定性，所以，对每种工艺实际处理效果进行综合对比分析，进一步明确丹江口水库来水的特点及风险，可以为选择最适宜的工艺提供可靠性依据。

1）预处理工艺的适应性分析。通常实践中比较常见的方式是通过预氧化或者粉末活性炭吸附等方式进行预处理。以北京第三水厂预氧化工艺实际运行效果为例，预处理效果比较明显，通过预氯化及预臭氧可以将水中76%左右的水藻类等物质去除；与此同时，预氧化对水中有机物、异味的去除以及提升混凝度等都具有一定效果，即使是对于突发性原水污染等紧急状况，同样有效。粉末活性炭投加一般适用于臭味或者明显的有机物污染等紧急状况。鉴于南水北调来水途经数个省份，跨越里程长，所面临的风险系数也相对较高，所以设置预处理环节极为必要。

2）澄清工艺的适应性分析。北京市现阶段主要采用机械搅拌澄清池、Actilo微砂沉淀池以及高密度沉淀池等澄清工艺。

北京市第九水厂二期、第三水厂以及田村山水厂混凝沉淀工艺实践结果证实，其所采取的澄清工艺都可以确保现实需求。相比较而言，机械搅拌澄清池，不但澄清效果显著，并且运行管理难度较低，对机械设备的要求也较低，所需投资有限，运行实践时间较长，已经积累了大量的成功经验，具有很好的适应性。丹江口水库水大致符合行业Ⅱ类水质要求，机械搅拌澄清池可以充分实现今后多水源水质需求，鉴于此，在不必考虑水厂面积的前提之下，可以将机械搅拌澄清池作为首选方案。

相较于机械搅拌澄清池，高密度沉淀池与微砂循环沉淀池运行负荷高，但占地面积相对较少。对于极易出现水质显著变化的状况，也可以很好适应。所以，对于水厂改造以及用地面积有限的场合，可以对其予以优先考虑。总而言之，在实践操作过程中，要综合水厂用地等状况选择最适宜的澄清工艺。

3）过滤工艺的适应性分析。现阶段水厂过滤环节以传统过滤与超滤膜技术为主。通过前述对北京市第九水厂、第三水厂以及田村山水厂运行状况的阐述，加之我国目前滤池实际状况的综合分析，气水反冲洗滤池的效果远高于传统的单独水冲洗滤池；除此之外，相较于传统过滤技术，超滤膜技术可以实现出水浊度不超过0.1NTU的目标，同时稳定性更强，可对微生物进行有效截留，特别是对于贾第鞭毛虫以及隐孢子虫等微生物的去除效果十分明显，可以有效确保出水安全。所以，在过滤工艺方面，气水反冲洗滤池或超滤膜技术都是首选方案。在气水反冲洗滤池中，V型滤池的优势主要是滤池深度低，结构简单，工程投资低，过滤效果好，目前国内应用较为普遍，V型滤池已经成为现阶段气水反冲洗滤池的首选方案。

4）深度处理工艺的适应性分析。对于水源水质微污染等状况，单纯借助常规处理手段效果并不令人满意，相比传统水处理技术，深度处理技术的优势十分突出。现阶段北京市水厂中的深度处理工艺主要涉及活性炭吸附池、臭氧-生物活性炭吸附池等技术，北京市第三水厂以及田村山水厂的实际运行效果充分证实，臭氧-生物活性炭吸附池能够同时实现臭氧氧化以及活性炭吸附的双重效果，去除有机物的效果显著。

在深度处理工艺方面，需要对活性炭吸附池的池型设计予以高度关注。北京市第三水厂以及田村山水厂都选择了V型活性炭吸附池池型，在实际操作过程中，常出现反冲洗完成后V型槽处于进水状态时，炭面平整度不达标的问题。这一问题会进一步引发水流阻力差异问题，使炭层薄的位置水力停留时间短于设计时间，并最终对出水水质造成影响。

导致这一问题的原因大致有以下两方面：V型滤池由V型槽两边进水，常规快滤池是由洗砂排水槽进水，常规快滤池洗砂排水槽长度是V型槽的4～5倍，V型滤池侧堰长有限，所承担的流量大，滤床所承担的冲击力相应提升。颗粒活性炭密度低，相较于砂滤料而言，颗粒活性炭在反冲洗之后需要花费更多的时间才能实现着床。炭料在反冲洗且着床之前，极易被冲动，导致炭面有高有低现象的出现。所以，对于密度偏低的吸附性材料，过堰流量负荷低的丰字型滤池或翻板阀滤池是最佳备选方案。

2.1.2.3　对出厂水水质的影响

（1）南水北调水进京前的出厂水水质。

北京市市区共有自来水厂13座，自来水厂出厂水根据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006），采用单因子评价法进行评价，每月对各水厂出厂水进行42项常规指标的检测，每半年对地表水水厂出厂水进行全部106项指标的检测。每项指标均符合相应标准要求时，认为水厂出水水质合格。表2.11为北京市自来水集团公布的2014年第一季度出厂水的42项指标，根据标准，13座自来水厂的出厂水水质全部达标，达标率为100.0%。

（2）南水北调水进京后的出厂水水质。

北京市自来水集团公布的2017年第一季度出厂水的42项指标，见表2.12。根据标准，13座自来水厂的出厂水水质全部达标，达标率为100.0%。

（3）南水北调水进京前后出厂水水质对比分析。

通过对比2014年第一季度与2017年第一季度出厂水的几个主要指标（表2.13），南水北调中线工程通水之后，尽管自来水厂的出水水质达标率仍为100%，但影响水质与饮用口感的指标都有相应的改善。

出厂水中的氯化物最高值从70.1mg/L降为59.9mg/L，降低了14.6%。饮用水中硫酸盐浓度过高，易使锅炉和热水器结垢，产生不良的水味，在有镁离子或钠离子存在时，硫酸盐超过250mg/L时有致泻作用，通过北京自来水集团的出厂水水质指标显示，南水北调之后，出厂水中的硫酸盐最高值由172mg/L降低到73.8mg/L，共降低57%，变化明显。溶解性总固体指溶解于水中的固体的总量，包括不易挥发的可溶性盐类、有机物及能通过过滤器的不溶解微粒等。饮用水中溶解性总固体浓度过高时，会造成口味不佳，甚至影响饮用者的肠胃功能，还会缩短水管、热水器、热水壶等家用器具的使用寿命。水的硬度是指沉淀肥皂的程度，使肥皂沉淀的原因主要是由于水中的Ca2+、Mg2+离子，此外，Fe、Al、Mn、Sr、Zn也有同样的作用，总硬度是将上述各离子的浓度相加计算。同样，硬度高的水使肥皂沉淀，使洗涤剂的效用大大降低，也使烧水器具及管道容易结垢影响使用寿命。

数据表明，调水之后的出厂水中，溶解性总固体的最低值由274mg/L降低到178mg/L，变化率为35%；总硬度的变化也较为明显，最低值由239mg/L降低了45.2%，达到131mg/L。自来水处理过程中，为防止供水系统的微生物增长，必须保持供水系统中有一定的余氯含量，因此，市政自来水具有特有的氯嗅味。

2.1.2.4　供水安全保障格局显著提升

按照《北京市南水北调配套工程后续规划》的有关内容，2030年前构建首都多元化外调水保障体系，依靠国家调水战略，打造东、南、西、北四条调水通道；增加地表地下蓄水，形成密云、官厅两大地表水储备和密怀顺、平谷、西郊、昌平、房山五处地下水储备；实现南水北调工程与本市五大水系连通，促进城市河湖及沿线河流生态恢复；建成两道输水环线，形成“双环供水，相互调配”的城乡供水安全保障格局。

南水进京之后，已为北京输水19.4亿m3，居民饮用的自来水已有七成来自南水，人均水资源从100m3提高到150m3。依据南水北调供水规划，通州、房山、大兴、门头沟都已规划了骨干水厂，引入南水，支撑区域发展。2015年，北京市结合国家战略实施以及重点区域的城市规划、用水需求，研究优化了配套工程建设计划，提前启动南水北调通州支线和通州水厂的建设，该项目也成为北京城市副中心第一批建成的基础设施，每天增加20万m3的清水。南水北调也为大兴新机场的建设运营提供了充足的水资源。2017年初，南水北调大兴支线工程开工，将引入南水入大兴，并配套建设新机场水厂。

目前，南水北调已配套建设了供水环线、支线工程及密云水库调蓄工程，形成了“地表水、地下水、外调水”三水联调、环向输水、放射供水、高效用水的安全保障格局。除南部进京的调水线路之外，北京未来还将从东、西方向各打造一条调水线路。根据北京南水北调办公室的相关规划，还将从万家寨调山西、内蒙古等省份的黄河水到官厅水库，计划每年引水1.1亿m3，该工程于2017年启动。东侧入京的水源也是长江水，将利用南水北调东线工程，从江苏引水，经天津，再到北京，计划每年引水8亿～10亿m3。除此之外，北京还将在京北的张家口、承德地区建设水源涵养区，为官厅水库和密云水库涵养水源，增加北向来水量。随着外调水规模的逐渐扩大，北京将在2020年前后沿六环新建第二条供水环路，未来北京将形成四方来水、双环供水的新格局，进一步保障城市供水安全。

为保证南水进京之后城市供水安全，2011年北京市自来水集团在丹江口岸边建立了水处理实验基地，为南水进京提供水治理方面的技术储备。该实验基地覆盖了北京地表水水厂的处理工艺，制定南水进京方案，并切割北京城区在用的供水管网，用于丹江口水库的适应性研究，为南水进京提供重要的基础条件和治水方案。2014年，南水北调中线正式通水之后，北京共有七座地表水水厂接纳南水北调的水源，从治水工艺上，七座水厂都具备国际最先进的水处理工艺，并针对南水北调水质的特点，加强了在基础处理工艺之前的前端预处理及活性炭、紫外线、超滤膜等深度处理。除此之外，北京市自来水集团建设了水质在线体系，安装了500台实时在线检测仪器，此外，在终端水管网增设了110处水质观测点。先进的工艺处理技术为确保南水进京后的水质安全提供了极大的技术保障。