中国具有世界上最复杂多样的水源、最庞大的供水系统、最广大的供水区域和服务人群，给饮用水安全保障技术带来了巨大挑战。城市饮用水安全是一项复杂的系统工程，涉及水源地、自来水厂、市政管网及二次供水等多个环节，任何一个环节的缺失都会影响饮用水供给。农村饮用水由于地形条件限制、水资源禀赋差异巨大和基础设施缺乏等，导致部分地区水质达标困难，饮水安全难以获得保障。
现阶段，通过不同途径进入饮用水水源的新污染物虽然浓度极低，但具有较高的健康风险，严重威胁饮用水安全。未来饮用水处理将致力于新污染物等高风险污染物高效处理技术、短流程低能耗处理工艺的研发，形成智慧化全流程控制技术体系，进一步提升饮用水品质，满足人民日益增长的美好生活需要，助力美丽中国建设。
中国饮用水安全保障技术发展现状
水源污染是中国饮用水安全保障的首要问题和最大难点。面对日益严重的水源污染问题如微污染、藻类滋生和咸潮入侵等，水源修复及水质原位调控技术相辅相成，通过水源修复去除污染物的同时，利用原位调控技术保持水源地水质的稳定性与安全性，并展现出良好的应用前景（表1）。
表1 常用水源修复及水质原位调控技术
饮用水厂是保障供水安全的中枢系统，管网输配是保障供水安全的末梢神经。现阶段已经形成了基于强化常规处理−深度净化处理−安全稳定输配的全流程饮用水安全保障技术体系（图1），解决了长期困扰供水行业的复合污染、嗅味、毒害副产物、耐氯生物、黄水、龙头水欠稳定达标等系列水质难题。
图1 水厂水质净化与管网输配技术
相较于成熟的城市供水系统，农村供水中饮用水安全面临的巨大难题是复杂的水源情况。农村供水因受自然地理、经济发展等多种因素的影响，存在水源水质差、供水设施差、运维困难等问题。
现阶段，针对砷、氟吸附处理难题，中国科学院生态环境研究中心曲久辉团队研制了一步法氧化吸附除砷技术，并创建了吸附、凝聚、膜滤等系列除氟工艺，为农村饮用水除砷除氟提供实用技术。针对农村供水设备适应性差的问题，相关研究团队研制出多相混合、电絮凝涡漩流反应等关键部件，发明低压损、抗污染超滤膜材料和组件，创制模块化分类组装的标准化、装配式水厂和水源原位直接过滤的膜法水厂，形成了农村供水的短流程和标准化建设模式（图2）。
图2 劣质水源水质净化技术
城乡统筹供水实现同源、同网、同质、同监管、同服务，是保障农村饮水安全、促进社会公平的重要举措。新版《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）中更新了对于小型集中式供水的定义，基于新标准对小型集中供水和分散供水更高的水质要求，以及城乡区域发展和生活水平差距的显著缩小，农村饮用水水质亟需提升，这也给农村供水技术带来了新挑战。
数据驱动的智慧管理和污染物高分辨率识别等新兴技术的出现，促成了水质风险识别与评价领域的传统与新兴技术相结合的多元化格局。
在水质监测预警方面，中国已突破设备严重依赖进口的困境，攻克多项关键技术，创建多参数自动化实验室，实现全流程无人化分析（图3）。
在水质督察应急方面，建立了国家/省/市三级联动的水质督察体系和信息化平台，开发了移动应急监测系统、车载水厂及痕量污染物高通量检测等应急救援方法，解决了供水全过程监管缺失和信息孤岛问题（图3）。
在供水管理方面，通过结合智能物联感知、机器学习算法和第五代移动通信（5G）等人工智能技术，构建了以智能加药和能耗管理为核心的智慧厂站、以漏损监控为核心的数字供水管网以及以危害分析和关键控制点管理为核心的全流程智能监控预警网，形成了从源头到龙头的数字化运管系统（图3）。
图3 水质风险识别与评价关键技术
未来水厂建设面临的技术挑战
过去几十年里，中国内陆地表水的水质安全问题逐渐演变为对人类健康和生态系统服务的主要环境威胁之一。生态调控技术在时空格局上均有其特异性，不同气候条件、水力特性、生物特性以及基质的物理化学特性决定技术的处理效率。
中国的生态调控技术不仅基本与国际接轨，而且在某些技术领域已经实现了对国外常用方法的突破性进展。值得注意的是，这些新兴的水源修复及水质原位调控技术目前仍面临一些挑战。
首先，尽管“活区”技术展现出良好的应用潜力，但其在不同环境和水质条件下的适应性尚需进一步验证。
其次，调光抑藻技术虽然有效，但其对水下光照的精准控制较为复杂，且高度依赖水文和气候等环境因素，可能影响实施效果的可控性。
此外，智能调度决策模型的实际应用中，缺乏全面的监测和评估体系，可能忽视潜在的生态风险。
最后，公众对新技术的认知和参与度不足，可能制约技术的推广与应用。因此，有必要进一步加强技术研发、完善监测体系和提升公众教育，以实现更高效、更可持续的水源管理。
因此，生态调控技术必须从工程、生态和社会的整体视角评估，因地制宜实现可持续的水质改善和生态环境保护。
近年来，随着国内饮用水厂的升级改造，中国城市饮用水品质得到了巨大提升，但水厂建设和改造大量采用国外的先进技术和设备，国产设备覆盖率仍然较低，尤其是自动监测设备，核心传感器仍存在明显的技术差距。同时，饮用水处理技术工艺水平和理念与发达国家也有一定的差距，需要研发更加贴近自然、少药剂、短流程的处理技术。
现阶段对饮用水中新污染物的污染特征、去除技术等已有部分研究，但存在以下几方面的技术挑战。（1）新污染物去除效率低。（2）毒性副产物缺乏风险控制。（3）处理工艺过程中化学药剂使用量高、流程繁琐。因此，如何通过优化整合现有工艺单元，提高单元处理效率，研发绿色处理技术，实现新污染物的低成本绿色去除是饮用水处理面临的挑战。
当前数字革命已经深入各行各业，如何综合利用大数据、人工智能等智能化手段建设识别−分析−反馈的智能运维技术体系已经成为各国水务行业发展的共识。
虽然人工智能算法已经在供水领域得到了一定程度的应用，但是普遍存在精度偏低及泛化性差的缺点。因此，研发或优化适配处理供水系统数据信息的模型算法，改进以往基于仿真模型的供水管网漏损模型，实现对供水系统数据信息的转化分析和深入挖掘，发现数据的潜在规律和特征，为优化供水策略及预警风险故障提供更为可靠的科学依据。
构建高品质饮用水技术体系的对策建议
水质安全保障的理论方法体系需要进一步完善，实现标准与效应协同控制是水质安全保障理论体系的发展方向。因此，需要开发饮用水密切相关的高风险污染物筛查分析方法，建立污染物基础数据库；突破传统单一污染物的毒性评价方法，构建综合毒性效应评价体系，逐步形成完善的水质风险的识别与评价方法理论体系。此外，还需要深入解析水质污染转化的微界面过程，明确污染物在水处理过程中分子转化机制及风险变化规律，改变传统以堆砌式流程为主的过度处理模式，构建污染物风险等级与技术工艺匹配的全流程逐级屏障控制方案，形成标准与效应协同控制的水质风险全流程阻控理论体系。
未来深入解析不同新污染物的结构性质，优化材料界面及结构特性，增强其对特定污染物的水质净化效率，提升其在复杂水质条件下的适应能力，研发具有高选择性净水材料是提升水质净化效率的关键，如有报道发现硅改性活性炭可提升全氟化合物吸附量。值得注意的是，需要关注处理过程中新污染物的代谢转化机制，解析其在不同过程中的中间产物及其转化行为，明确不同工艺中新污染物的毒性变化机制及关键风险因子，避免高毒性副产物的产生。针对不同新污染物结构性质，耦合其适配的生物、物理和化学处理技术，建立全流程的多级屏障技术体系，有效控制饮用水中新污染物的风险，为构建高品质饮用水技术体系奠定坚实基础。
为提升饮用水的供水服务与水质管理，构建厂网一体化供水新体系具有重要意义。该体系应结合城市发展规划与供水需求，制定中长期发展规划，明确发展目标与建设重点，以确保供水设施建设与运营管理标准的统一性。同时，根据城市供水需求及水资源分布，合理布局水厂、技术改造和管网更新，以提高供水效率并强化基础设施建设。引入物联网和大数据技术，实现供水网络的实时监测，应用人工智能等先进算法开发水处理工艺模拟器，优化处理工艺运行参数，推进智慧水务的建设。利用先进技术实现净水工艺的自动调节与参数优化，推动厂网一体化的智能低碳运行，最终有效保障饮用水的安全性与可持续性，为公众健康提供坚实基础。
当下，未来水厂应以健康安全为核心，同时追求韧性化、绿色化和智慧化的发展。水质安全保障方面，需重点关注3大方向：
首先，必须有效阻控病原微生物的饮水暴露风险，以确保饮水安全；
其次，毒害物质的极限去除是关键措施，包括砷、碘及新污染物（如全氟化合物），这些污染物对人体健康构成严重威胁，必须依赖于先进的监测和处理技术解决；
最后，消除饮用水异味，以提升水质的感官质量和公众的饮水体验。在绿色化方面，未来水厂可采用短流程和模块化的设计，以提高处理效率和灵活性。
在智慧化方面，厂网一体化技术的应用将有助于实时监测和优化水质管理，实现高效的水资源利用。同时，与地方政府和社区的合作将增强公众对饮用水安全的信任，推动社会各界共同参与饮用水安全管理。
内容为【科技导报】公众号原创，欢迎转载
白名单回复后台「转载」
精彩内容回顾
《科技导报》创刊于1980年，中国科协学术会刊，主要刊登科学前沿和技术热点领域突破性的研究成果、权威性的科学评论、引领性的高端综述，发表促进经济社会发展、完善科技管理、优化科研环境、培育科学文化、促进科技创新和科技成果转化的决策咨询建议。常设栏目有院士卷首语、科技新闻、科技评论、专稿专题、综述、论文、政策建议、科技人文等。
