水看世界 | 东京供水的工艺提升和环境应对策略（连载中）
《净水技术》
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编辑语
全面达到GB5749的106项水质标准要求后，为了契合对高品质生活的追求，全国各地水司纷纷起步探索更高的供水目标，其中以上海、深圳等城市为先。2018年，上海率先发布了国内第一部水质地方标准，深圳盐田区实现全区直饮的目标也计划将于年底完成，此外，江苏省、浙江省也纷纷制订了基于现代化水厂或更高标准管理要求的内部导则……
但是，我们供水行业和水司的未来发展目标究竟是什么？所谓“直饮水”或“高品质水”仅仅是用更严格的水质标准来衡量吗？
自1898年始，东京自来水已历经百年发展。作为目前全世界供水规模最大、水质标准最高、供水服务最好的知名水司之一。经过百年的探索和实践，东京自来水制订了“确保供水安全”、“提升地震发生时的应对能力”及“提供可饮用、口感好的自来水”三大整体目标，其做法和经验值得我们研读和学习。
基于此，《净水技术》杂志社粗译了Ei Yoshida和Yugi Daigo编制的《Development of Water Services towards Ensuring Stable Water Supply in the Capital City Tokyo for the Future》报告，以连载形式陆续推出，为国内水司同行提供借鉴。翻译不当之处，还望批评指正。
——阿三
前集提要（点击以下标题可直接跳转）：
为确保东京都未来稳定供水能力而发展的供水服务
（Part E）东京供水面临的挑战与对策——
工艺提升与环境策略
——Ei Yoshida、Yugi Daigo 著，邵宏、阿三 编译
4.3 多样化的水质问题
我们服务的根本目标是提供安全与更好口感的自来水，因此保有优质水源是至关重要的。
然而近年来，由于福岛第一核电站事故导致的放射性物质泄漏，Tone河水系中发生甲醛（福尔马林）污染，水源地水体中出现嗅味、隐孢子虫（病原微生物）、二恶英与内分泌干扰物等问题，围绕水源地水质的形势正变得日益复杂与多样化。此外，日本全国的湖泊与水库中出现嗅味已成为一个普遍的水质问题。
另一方面，由于人们价值观的多样化，东京居民现在不仅仅需要安全的自来水，同时还需要口感更好的自来水。
为了回应这些问题，东京自来水已引入了深度处理系统，以制水系统、水质检测为基础提高了更精细化的质控体系，并不断优化处理工艺，从而实现了提供更安全、口感更好的自来水的目标。
4.3.1 深度处理系统
引入背景
从1965年开始，作为Tone河水系支流的江户川流域迅速发展成为东京的住宅区。由于污水处理设施建造的滞后，江户川水质急剧恶化。从大约1972年开始，夏季从江户川取水的Kanamachi自来水厂在出厂自来水中会出现产生嗅味的物质，东京自来水因此每年会收到近千件投诉。另外，冬季出水的高氨氮也成为一个大问题。
基于此，我们开始在Kanamachi自来水厂应用粉末活性炭，取得了一定效果。尽管如此，要想只用这一种方法稳定地开展处理还是困难的，一是很难应对嗅味物质浓度的快速变化，二是在处理流程中提高粉末活性炭的投加量还要担心极小颗粒的穿透问题。
根据这一情况，为了减少潜在的氨氮与三卤甲烷隐患，并更稳定有效地去除嗅味物质，东京自来水于1984年开始进行臭氧-生物活性碳滤池为主的深度处理试验。
引入进展
由于5年的试验所带来令人欣喜的成果，东京自来水决定首先在Kanamachi自来水厂引入臭氧-生物活性碳滤池工艺。第一期26万立方米/天的深度处理系统设施于1992年6月完工。随后，根据江户川上游水域污水处理厂的建设状况、原水水质的每日波动情况以及东京居民日益增长的用水需求，我们在其余各厂依次引入这一系统。
以坂田自来水厂第二期设施于2014年3月完工为标志，Tone河水系沿岸所有自来水厂内的所有深度处理系统设施均已完工。自此，即使在夏季用水高峰，我们也能通过这一系统提供安全与口感更好的自来水。
经过1/4世纪，这一大规模系统终于完工，总投资为2300亿日元，总供水能力为548万立方米/天。
处理机理
深度处理系统是一种旨在去除或减少用任何常规水处理方法都不能有效应对的嗅味物质、导致自来水中有氯气味的氨氮（ammonium nitrogen that causes chlorine odour）以及诸如甲醛等各种有机物。东京自来水将臭氧-生物活性炭滤池置于絮凝-沉淀处理与快速砂滤两个工序之间。
臭氧能去除原水中的色度与嗅味，同时通过利用臭氧其仅次于氟的强氧化能力分解有机物。另外，臭氧的氧化作用能在处理流程后段提高生物活性炭滤池的处理能力，因为臭氧将原水中的有机物分解成低分子物质。
在生物活性炭滤池中，除了颗粒状活性炭具有的吸附作用之外（物理吸附），还通过利用活性炭滤池中所生长的微生物的分解能力降解有机物与氨氮（生物降解）。
由东京自来水开发的生物活性炭滤池由2.5米厚的颗粒状活性炭层及其下面的出水区组成，即将已经臭氧化处理的水以重力流形式排出而实现水处理。
为了让东京居民意识到水质的提升并使市民对优质自来水产生认同，东京自来水在水周（Water Week）与市内各种活动期间广为宣传，即将这种自来水与市场上销售的瓶装矿泉水进行比较。2013年，根据对大约58000位调研者所做的调研，其中超过一半的回答是更为偏好自来水，这证明东京自来水经得起与瓶装矿泉水在口感上的比较。
（图1 东京自来水臭氧-生物活性炭滤池示意图）
4.3.2 膜过滤处理
膜过滤处理法即让原水流经超细孔膜以分离与去除各种杂质，如原水中的悬浮物质与微生物（例如隐孢子虫等）。
2007年3月，东京自来水引入了当时日本国内最大的膜过滤设施（4万立方米/天）。另外，目前多摩川流域的8家小型自来水厂也应用了膜过滤处理法。
（图2 东京自来水膜处理设施）
4.3.3 处理工艺和设施的提升进程
（图3 1900年以来东京自来水工艺提升进程）
4.4 应对气候变
根据世界气象组织（WMO）的数据，大气温室气体（GHG）的浓度持续走高，全球平均浓度在2012年达到创纪录的高点。政府间气候变化专门委员会(IPCC)的第五次评估报告表明，全球平均温度在大约130年(1880-2012年)内上升了0.85摄氏度(从0.65升至1.06)，主要是由于温室气体浓度的增加导致的。报告还指出，过去的每一个十年都比1850以来的任何一个十年平均气温都要更高。此外，二十一世纪底，地球的地表温度预计将上升4.8摄氏度。
近年来，由于气候变化的影响，极端天气事件在世界各地频繁发生(例如酷暑、暴雨和台风)，而这些事件在日本也日益明显(例如频繁的暴雨，也称为游击暴雨（Guerrilla rainstorm）)。
为了控制全球变暖趋势下可能出现的气候灾害风险，我们需要在2100年前，将气温的增加限制在2摄氏度以内，增速回到工业时期以前的水平。
值得关注的是，全球变暖等气候变化可能对供水服务产生巨大影响（例如水资源量的变化及其水质的变化）。因此，为了以有利的方式维持和运作未来的水服务，我们需要研究和考虑应对气候变化对供水服务及其程度的影响的措施。
东京自来水将继续确保履行温室气体减排义务，并致力于有效利用资源和保护水环境。
4.4.1 水源涵养林的维护管理
落在森林上的雨水将暂时储存在土壤中，通过土壤的过滤和净化，然后流到河里。森林树木通过吸收空气中的二氧化碳来提供氧气，这在防止全球变暖方面起到了一定的作用。
为了维护和改善这些森林功能，东京水厂每十年都将制定水源涵养林管理计划，对分布在Tama河流域22000公顷水源涵养林进行长期养护。我们将继续发展水资源保护，使森林能够充分提供公共服务功能，如水资源补给功能。
在涵养林的养护过程中，我们根据人工的方式对涵养林的品种进行了持续的更新优化。此外，在Tama河上游的私有森林由于缺乏管理的情况，我们将购买业主打算出售的私有林加以综合管理，使这些林能充分发挥作用。
（图4 涵养林作用示意图）
4.4.2 缓解热岛效应
东京自来水将在已有基础上继续开展屋顶绿化，包括利用新建或翻新整修的自来水设施与各类建筑物的机会扩大绿化面积。
4.4.3 提高与改善废弃物管控与再循环
东京自来水将通过有效的资源化利用自来水厂污泥、提升建筑垃圾再循环与开展办公室节能活动等，提高与改善废弃物管控与再循环。
其中，自来水厂污泥可加工成地砖，或用于农事/园艺用土与地基土，还可以在东京红木公园内使用。
总之，气候变化对供水服务的影响是不可估量的。水是生命的本质，因此水服务是如此重要，以至于它们不能被允许停止运行。对此，水司经营者有义务采取措施确保未来的稳定服务。此外，我们必须从长远的角度采取措施应对气候变化风险。鉴于气候变化的严重挑战，东京自来水厂将尽一切可能考虑各种措施，并通过国内外水务运营商的合作收集和分析信息。
（未完待续，下一篇：Part F 东京供水的综合管理）
本篇翻译编辑：邵宏、阿三
编辑结语：长期以来，通过阅读量和转载量，《净水技术》一直在默默观察并尝试了解我们的读者的阅读兴趣点。其中，对于国外情报高价值情报资料的阅读热情在各类型的报道内容中居高不下。为此，作为“情报中心”的定位，《净水技术》花费大量精力、时间，搜集国内外的科技情报动态，并予以翻译和校对，力求坚持一本行业科技期刊的本位，用媒体的方式，为广大同行服务。
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