顾晨：HACCP体系在上海水源地管理中的创新与应用
2016年底,随着金泽水源地的投用,上海市已实现由长江口青草沙、陈行、东风西沙和黄浦江上游组成的“两江并举、集中取水、水库供水、一网调度”的水源地格局。然而由于上游来水水质和自然条件等因素,水源地实际管理和原水水质保障面临一系列风险和挑战。因此,建立完善科学的水源地管理体系,降低原水供应风险,是水源地实现精细化管理的重要基础,也为上海2035规划“提高入户水质,满足直饮需求”目标提供技术保障。
危害分析和关键控制点(hazard analysis and critical control points,HACCP)作为用于食品行业中的一套识别、评估和控制风险的方法,通过对可能存在的风险进行危害分析,确定关键控制点,建立有效的关键限值和控制措施,通过监控和纠偏措施使产品达到安全要求。自20世纪90年代,HACCP体系就被广泛应用于供水系统中,但主要集中在水厂出厂水和二次供水水质管理,针对水源地的应用较少。
本文以上海水源地为例,阐述了HACCP体系在上海水源地管理中的应用研究,基于HACCP原理识别出影响水源地水质的主要风险因素,建立关键控制点,确定了关键限值和纠偏措施,从过程管理的角度保障水源地原水供应。
1、HACCP体系的建立过程
1.1、材料准备
上海水源地分布在长江口和黄浦江上游区域,各区域选取具有代表性的青草沙水库和金泽水库。青草沙水库设计总库容为5.27亿m3,供水规模为731万m3/d,青草沙水源地所处地理位置特殊,河道较宽,暗沙较多,风、洪潮、沙等自然因素多变,动力因素机理复杂,影响面广。库内停留时间长,藻细胞增殖明显,另外,受极端气象因素影响,咸潮入侵出现新的动态,水库蓄淡避咸的运行调度难度较大。
金泽水库位于上海市青浦区金泽镇西、太浦河北岸,总库容约为910万m3,供水规模为351万m3/d,金泽水库取水口位于开放式、流动性和多功能水域,受东太湖来水、支流汇入和潮汐影响,且太浦河沿河存在众多纺织、印染企业。因此,金泽水源地面临来水水质较差、突发水污染、藻细胞超标、锑污染等水质风险。
正式应用HACCP体系之前,需完成5个准备步骤,首先应成立由公司总经理、生产经理、水库运行调度岗位、水质检测岗位、仪表岗位、档案岗等对水源地十分熟悉的技术人员组成的分析小组。
1.2水源地供水流程描述
图1为青草沙水源地原水供应流程,按照顺序对流程进行编号。长江上游来水进入水库后,经过水力调节、生态治理和物理拦截等措施后,进入到原水泵站送入各原水厂,特殊情况下,可以在泵站运输过程中加入次氯酸钠和粉末活性炭。
图1 青草沙水源地原水供应流程
图2为金泽水源地原水供应流程,金泽水源地除了多了一步强化曝气措施,其余和青草沙水源地一致。
图2 金泽水源地原水供应流程
1.3、显著风险点的识别
针对水源地原水供应流程中各环节,评估团队基于历史水质监测数据、运行记录手册和水质事故记录,从生物性、化学性和物理性3个方面评价各环节引入的危害。根据发生的可能性和危害性对危害进行评分,评分标准如表1所示，得到各危害的风险系数(风险系数=可能性评分×危害性评分),将风险系数≥6的危害列为显著风险点,并制定本环节和后续环节的控制措施,青草沙水源地如表2所示,金泽水源地如表3所示。
表1 可能性和危害性评分标准
表2 青草沙水源地显著风险点分析
注:2.1～2.3环节未引入危害,于表2中未显示。
表3 金泽水源地显著风险点分析
注:2.1～2.4环节未引入危害,于表3中未显示。
由表2和表3可知,青草沙水源地原水供应环节中,上游来水咸潮、库内藻类增殖和嗅味物质是影响原水供应的显著危害;金泽水源来水藻数目、锑、石油类和化学品是影响原水供应的显著危害。
1.4、确立关键控制点
完成显著风险点识别后,分析小组按照关键控制点判别树(图3),得出通过实行控制措施后,能减少、消除风险或者可能将风险降至可接受水平的环节,对显著风险进行判断,确定其是否为关键控制点。青草沙水源地和金泽水源地关键控制点如表4、表5所示。
表4 青草沙水源地关键控制点判断结果
表5 金泽水源地关键控制点判断结果
图3 确立关键控制点判断树
由表4和表5可知,青草沙水源地有3项关键控制点,分别是咸潮、库内藻数目异常、藻类致异嗅;金泽水源地有5项关键控制点,分别为藻数目异常、藻类致异嗅、锑超标、石油类物质超标和化学品致异嗅。值得注意的是,虽然两个水源地都有藻数目异常和藻类致异嗅这两项关键控制点,但是青草沙水源地库容大,停留时间长,两项异常主要是库内藻类增殖引起的;而金泽水源地库容小,停留时间短,藻致异嗅来源于太浦河来水中藻及其代谢产生的致嗅味。
1.5、确立关键限值
针对表4和表5中确定的关键控制点,依据相关文献、质量标准和技术规程,制定对应的关键限值,如表6和表7所示。
表6 青草沙水源地关键限值的制定
注:①应急粉末活性炭投加的启动条件之一; ②预加氯启动条件之一; ③对于常规工艺,原水中2-MIB质量浓度达200 ng/L时,仅靠原水投加粉末活性炭,难以保证出厂水质量浓度小于10 ng/L。
表7 金泽水源地关键限值的制定
1.6、关键控制点的监控系统和纠偏措施
确定关键控制点的关键限值后,基于现有条件,确定指标的监控方案。结合水源地运行管理文件、技术规程和运行经验,制定指标超出关键限值应采取的纠偏措施和对应的记录和验证程序。
表8和表9分别为青草沙和金泽水源地监控系统和纠偏措施。水源地原水供应过程中,监控指标均处于限值内,认为原水供应正常;当指标达到关键限值时,应立即采取纠偏措施,直至监控指标恢复到关键限值内。
表8 青草沙水源地监控系统和纠偏措施
表9 金泽水源地监控系统和纠偏措施
2、讨论与分析
2.1、HACCP体质实施示例
以青草沙水源地和金泽水源地近期发生的典型应用案例,说明HACCP在上海水源地的应用,分别是青草沙水源地2022年秋冬季长江特大咸潮入侵和金泽水源地突发化学品污染2-乙基-5,5-二甲基-1,3-二氧六环(2-EDD)和2-乙基-4-甲基-1,3-二氧戊环(2-EMD)异嗅味事件。在两次应用中,相关人员根据表6中“CCP3咸潮”和表7中“CCP2藻类致异嗅”监控指标超出关键限值,启动对应纠偏措施,将事故影响降至可控范围内,表10从5个方面对应用案例进行归纳分析。
表10 水源地HACCP体系应用分析
两次实施实例中,HACCP体系建立的关键限值让风险第一时间被识别出来,预先设立的纠偏措施使相关人员在处置风险时更有序。咸潮入侵时,当氯化物质量浓度超过250 mg/L,增加对取水口氯化物人工检测频率;及时对监测探头进行校准工作;增加库内移动监测,将结果和实验室检测结果进行比对,确保监测结果准确可信;此外,分步切换了原水供应,增加了黄浦江水源占比;加强和海洋预报中心的沟通,紧盯窗口期,择机补水。突发2-EDD和2-EMD事件时,第一时间调整水库运行方式,采用应急取水模式,避免异嗅水流入水库;同时投加10 mg/L的粉末活性炭,并随着嗅味的变化及时调整粉末活性炭浓度;加强水库取水口、出水口和应急取水口的嗅味监测频次,做好留样工作,水务、环境多部门协同筛查嗅味物质种类;与太湖流域管理局沟通协调,增加上游太浦闸泄水量,经过上述纠偏措施后,取水口嗅味得到好转,原水供应得到保障。
2.2、HACCP体质实施建议
基于上海水源地HACCP体系的建立过程,结合上海水源地两次具体应用案例和管理经验,HACCP体系在水源地管理中的应用建议如下。
(1)充分调研实际情况,纠偏措施要与水源地特征相符合。不同水源地的周边环境、库容和自然气候的差异对显著风险点控制措施的制定有影响。如青草沙水源地和金泽水源地虽然都会出现藻细胞数目异常的显著风险点,但是青草沙水源地库容大,主要是库内增殖引起的。因此,采取出水中投加次氯酸钠和粉末活性炭的纠偏措施更为有效。而金泽水源地受来水藻细胞数目较高,出现异常时及时调整水库运行方式,避开高藻水的进库尤为重要。因此,即便是相同显著风险,纠偏措施要和实际特征相符合。
(2)完善多部门协作机制,为实施纠偏措施保驾护航。实践经验表明,受停留时间短等因素影响,水库生物生态等净化措施效果有限,原水供应需要和其他单位共同保障,并和相关部门及时有效地沟通。一方面在风险发生前,及时准确地获取来水水质情况,保证特殊情况发生时能有缓冲的余地;另一方面,事故发生后,制定的纠偏措施多数需要相关部门的配合,比如金泽水源地化学品污染案例中,增大太浦闸下泄流量需要太湖流域管理局的配合。因此,应建立完善的多部门联动机制保障纠偏措施顺利实施。
(3)加强HACCP体系专业性建设,保障体系有效实施。HACCP体系建立后,建议请第三方进行符合性评价,并对体系文件、人员培训情况、现场设备设施进行考核,进一步保障HACCP体系的专业性。另外,可制订针对HACCP体系的实施细则和考核目标,如纠偏措施实施过程的记录、人员培训情况和体系宣贯等,保证HACCP体系有效落地。
3、结论
本文以上海典型水源地为分析目标,探索HACCP体系在水源地管理中的应用过程。通过供水环节描述、显著风险点和关键控制点识别、监控指标和关键限值的建立、纠偏措施的制定,分析了HACCP体系在水源地管理中的过程和实施建议。本文将HACCP体系创新应用在水源地管理中,同时为水源地精细化管理拓展了思路。
作者介绍
顾晨,技术经济管理硕士,高级工程师,上海市供水调度监测中心主任。主要从事全市供水运行调度、水质与水表管理工作,推进水厂的深度处理工程建设、处置影响本市供水安全的突发事件,组织实施跨区域应急供水调度工作。近年主持或主编制上海地方标准3项,分别为《净水厂煤质颗粒活性炭选择、使用及更换技术规范》《城市供水管网运行安全风险监控技术规范》《城市供水管网安全风险评估规范》,获得2022年上海市水务海洋科学技术奖二等奖1项、三等奖2项。
