原文發表于《科技導報》2025年第11 期 《 飲用水安全保障技術挑戰與對策建議 》

飲用水安全事關民生福祉，是保障人民健康、促進社會和諧、提升人民群眾獲得感、幸福感、安全感的重要基礎。《科技導報》邀請中國科學院生態環境研究中心區域環境安全全國重點實驗室、環境水質學重點實驗室、中國科學院大學科研人員闡述了飲用水安全保障的發展現狀，總結了飲用水安全保障領域20余年來取得的重要成果，分析了在新時代美麗中國建設目標下飲用水安全保障領域面臨的技術挑戰與難題，并提出了未來要構建高品質飲用水技術體系及未來水廠的發展方向。

中國具有世界上最復雜多樣的水源、最龐大的供水系統、最廣大的供水區域和服務人群，給飲用水安全保障技術帶來了巨大挑戰。城市飲用水安全是一項復雜的系統工程，涉及水源地、自來水廠、市政管網及二次供水等多個環節，任何一個環節的缺失都會影響飲用水供給。農村飲用水由于地形條件限制、水資源稟賦差異巨大和基礎設施缺乏等，導致部分地區水質達標困難，飲水安全難以獲得保障。

現階段，通過不同途徑進入飲用水水源的新污染物雖然濃度極低，但具有較高的健康風險，嚴重威脅飲用水安全。未來飲用水處理將致力于新污染物等高風險污染物高效處理技術、短流程低能耗處理工藝的研發，形成智慧化全流程控制技術體系，進一步提升飲用水品質，滿足人民日益增長的美好生活需要，助力美麗中國建設。

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中國飲用水安全保障技術發展現狀

1.1 水源修復及水質原位調控技術

水源污染是中國飲用水安全保障的首要問題和最大難點。面對日益嚴重的水源污染問題如微污染、藻類滋生和咸潮入侵等，水源修復及水質原位調控技術相輔相成，通過水源修復去除污染物的同時，利用原位調控技術保持水源地水質的穩定性與安全性，并展現出良好的應用前景（表1）。

表1 常用水源修復及水質原位調控技術

1.2 水廠水質凈化與管網輸配技術

飲用水廠是保障供水安全的中樞系統，管網輸配是保障供水安全的末梢神經。現階段已經形成了基于強化常規處理?深度凈化處理?安全穩定輸配的全流程飲用水安全保障技術體系（圖1），解決了長期困擾供水行業的復合污染、嗅味、毒害副產物、耐氯生物、黃水、龍頭水欠穩定達標等系列水質難題。

圖1 水廠水質凈化與管網輸配技術

1.3 小型集中式供水水質凈化關鍵技術

相較于成熟的城市供水系統，農村供水中飲用水安全面臨的巨大難題是復雜的水源情況。農村供水因受自然地理、經濟發展等多種因素的影響，存在水源水質差、供水設施差、運維困難等問題。

現階段，針對砷、氟吸附處理難題，中國科學院生態環境研究中心曲久輝團隊研制了一步法氧化吸附除砷技術，并創建了吸附、凝聚、膜濾等系列除氟工藝，為農村飲用水除砷除氟提供實用技術。針對農村供水設備適應性差的問題，相關研究團隊研制出多相混合、電絮凝渦漩流反應等關鍵部件，發明低壓損、抗污染超濾膜材料和組件，創制模塊化分類組裝的標準化、裝配式水廠和水源原位直接過濾的膜法水廠，形成了農村供水的短流程和標準化建設模式（圖2）。

圖2 劣質水源水質凈化技術

城鄉統籌供水實現同源、同網、同質、同監管、同服務，是保障農村飲水安全、促進社會公平的重要舉措。新版《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2022）中更新了對于小型集中式供水的定義，基于新標準對小型集中供水和分散供水更高的水質要求，以及城鄉區域發展和生活水平差距的顯著縮小，農村飲用水水質亟需提升，這也給農村供水技術帶來了新挑戰。

1.4 水質風險識別與評價關鍵技術

數據驅動的智慧管理和污染物高分辨率識別等新興技術的出現，促成了水質風險識別與評價領域的傳統與新興技術相結合的多元化格局。

• 在水質監測預警方面，中國已突破設備嚴重依賴進口的困境，攻克多項關鍵技術，創建多參數自動化實驗室，實現全流程無人化分析（圖3）。

• 在水質督察應急方面，建立了國家/省/市三級聯動的水質督察體系和信息化平臺，開發了移動應急監測系統、車載水廠及痕量污染物高通量檢測等應急救援方法，解決了供水全過程監管缺失和信息孤島問題（圖3）。

• 在供水管理方面，通過結合智能物聯感知、機器學習算法和第五代移動通信（5G）等人工智能技術，構建了以智能加藥和能耗管理為核心的智慧廠站、以漏損監控為核心的數字供水管網以及以危害分析和關鍵控制點管理為核心的全流程智能監控預警網，形成了從源頭到龍頭的數字化運管系統（圖3）。

圖3 水質風險識別與評價關鍵技術

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未來水廠建設面臨的技術挑戰

2.1 水源水質的生態調控技術

過去幾十年里，中國內陸地表水的水質安全問題逐漸演變為對人類健康和生態系統服務的主要環境威脅之一。生態調控技術在時空格局上均有其特異性，不同氣候條件、水力特性、生物特性以及基質的物理化學特性決定技術的處理效率。

中國的生態調控技術不僅基本與國際接軌，而且在某些技術領域已經實現了對國外常用方法的突破性進展。值得注意的是，這些新興的水源修復及水質原位調控技術目前仍面臨一些挑戰。

• 首先，盡管“活區”技術展現出良好的應用潛力，但其在不同環境和水質條件下的適應性尚需進一步驗證。

• 其次，調光抑藻技術雖然有效，但其對水下光照的精準控制較為復雜，且高度依賴水文和氣候等環境因素，可能影響實施效果的可控性。

• 此外，智能調度決策模型的實際應用中，缺乏全面的監測和評估體系，可能忽視潛在的生態風險。

• 最后，公眾對新技術的認知和參與度不足，可能制約技術的推廣與應用。因此，有必要進一步加強技術研發、完善監測體系和提升公眾教育，以實現更高效、更可持續的水源管理。

因此，生態調控技術必須從工程、生態和社會的整體視角評估，因地制宜實現可持續的水質改善和生態環境保護。

2.2 新污染物的綠色凈水技術

近年來，隨著國內飲用水廠的升級改造，中國城市飲用水品質得到了巨大提升，但水廠建設和改造大量采用國外的先進技術和設備，國產設備覆蓋率仍然較低，尤其是自動監測設備，核心傳感器仍存在明顯的技術差距。同時，飲用水處理技術工藝水平和理念與發達國家也有一定的差距，需要研發更加貼近自然、少藥劑、短流程的處理技術。

現階段對飲用水中新污染物的污染特征、去除技術等已有部分研究，但存在以下幾方面的技術挑戰。（1）新污染物去除效率低。（2）毒性副產物缺乏風險控制。（3）處理工藝過程中化學藥劑使用量高、流程繁瑣。因此，如何通過優化整合現有工藝單元，提高單元處理效率，研發綠色處理技術，實現新污染物的低成本綠色去除是飲用水處理面臨的挑戰。

2.3 水質水量同步保持的智能運維技術

當前數字革命已經深入各行各業，如何綜合利用大數據、人工智能等智能化手段建設識別?分析?反饋的智能運維技術體系已經成為各國水務行業發展的共識。

雖然人工智能算法已經在供水領域得到了一定程度的應用，但是普遍存在精度偏低及泛化性差的缺點。因此，研發或優化適配處理供水系統數據信息的模型算法，改進以往基于仿真模型的供水管網漏損模型，實現對供水系統數據信息的轉化分析和深入挖掘，發現數據的潛在規律和特征，為優化供水策略及預警風險故障提供更為可靠的科學依據。

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構建高品質飲用水技術體系的對策建議

3.1 突破水質凈化新原理和新方法

水質安全保障的理論方法體系需要進一步完善，實現標準與效應協同控制是水質安全保障理論體系的發展方向。因此，需要開發飲用水密切相關的高風險污染物篩查分析方法，建立污染物基礎數據庫；突破傳統單一污染物的毒性評價方法，構建綜合毒性效應評價體系，逐步形成完善的水質風險的識別與評價方法理論體系。此外，還需要深入解析水質污染轉化的微界面過程，明確污染物在水處理過程中分子轉化機制及風險變化規律，改變傳統以堆砌式流程為主的過度處理模式，構建污染物風險等級與技術工藝匹配的全流程逐級屏障控制方案，形成標準與效應協同控制的水質風險全流程阻控理論體系。

3.2 研發水質凈化新材料和新工藝

未來深入解析不同新污染物的結構性質，優化材料界面及結構特性，增強其對特定污染物的水質凈化效率，提升其在復雜水質條件下的適應能力，研發具有高選擇性凈水材料是提升水質凈化效率的關鍵，如有報道發現硅改性活性炭可提升全氟化合物吸附量。值得注意的是，需要關注處理過程中新污染物的代謝轉化機制，解析其在不同過程中的中間產物及其轉化行為，明確不同工藝中新污染物的毒性變化機制及關鍵風險因子，避免高毒性副產物的產生。針對不同新污染物結構性質，耦合其適配的生物、物理和化學處理技術，建立全流程的多級屏障技術體系，有效控制飲用水中新污染物的風險，為構建高品質飲用水技術體系奠定堅實基礎。

3.3 構建廠網一體化供水新體系

為提升飲用水的供水服務與水質管理，構建廠網一體化供水新體系具有重要意義。該體系應結合城市發展規劃與供水需求，制定中長期發展規劃，明確發展目標與建設重點，以確保供水設施建設與運營管理標準的統一性。同時，根據城市供水需求及水資源分布，合理布局水廠、技術改造和管網更新，以提高供水效率并強化基礎設施建設。引入物聯網和大數據技術，實現供水網絡的實時監測，應用人工智能等先進算法開發水處理工藝模擬器，優化處理工藝運行參數，推進智慧水務的建設。利用先進技術實現凈水工藝的自動調節與參數優化，推動廠網一體化的智能低碳運行，最終有效保障飲用水的安全性與可持續性，為公眾健康提供堅實基礎。

3.4 推進未來水廠技術應用和示范

當下，未來水廠應以健康安全為核心，同時追求韌性化、綠色化和智慧化的發展。水質安全保障方面，需重點關注3大方向：

• 首先，必須有效阻控病原微生物的飲水暴露風險，以確保飲水安全；

• 其次，毒害物質的極限去除是關鍵措施，包括砷、碘及新污染物（如全氟化合物），這些污染物對人體健康構成嚴重威脅，必須依賴于先進的監測和處理技術解決；

• 最后，消除飲用水異味，以提升水質的感官質量和公眾的飲水體驗。在綠色化方面，未來水廠可采用短流程和模塊化的設計，以提高處理效率和靈活性。

在智慧化方面，廠網一體化技術的應用將有助于實時監測和優化水質管理，實現高效的水資源利用。同時，與地方政府和社區的合作將增強公眾對飲用水安全的信任，推動社會各界共同參與飲用水安全管理。

本文作者：唐文忠、黃鑫、張洪、胡承志

作者簡介：唐文忠，中國科學院生態環境研究中心、區域環境安全全國重點實驗室、環境水質學重點實驗室、中國科學院大學，研究員，研究方向為流域系統治理與水生態修復;黃鑫（共同第一作者），中國科學院生態環境研究中心、區域環境安全全國重點實驗室、環境水質學重點實驗室、中國科學院大學，副研究員，研究方向為飲用水新污染物去除原理與技術；張洪，中國科學院生態環境研究中心、區域環境安全全國重點實驗室、環境水質學重點實驗室、中國科學院大學，研究員，研究方向為流域物質循環與調控；胡承志（通信作者），中國科學院生態環境研究中心、區域環境安全全國重點實驗室、環境水質學重點實驗室、中國科學院大學，研究員，研究方向為水污染控制原理與應用。

文章來 源 ： 唐文忠, 黃鑫, 張洪, 胡承志. 飲用水安全保障技術挑戰與對策建議[J]. 科技導報, 2025, 43(11): 34-44.

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