時間：2020-08-03來源：
科技引領(lǐng)未來，創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展。一直以來，中國水科院始終堅持面向世界科技前沿、面向國家重大需求、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場，攻堅克難、致力創(chuàng)新。承擔了國內(nèi)幾乎所有重大水利水電工程關(guān)鍵技術(shù)問題的研究，取得了一大批原創(chuàng)性、突破性的科技成果。專題推出“水科創(chuàng)新技術(shù)匯”，展示水科技術(shù)和產(chǎn)品，帶您領(lǐng)略水利科技的魅力。
農(nóng)村供水水質(zhì)保障關(guān)鍵技術(shù)
經(jīng)過“十一五”、“十二五”農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)和“十三五”農(nóng)村供水鞏固提升工程實施，我國農(nóng)村飲水安全問題基本得到解決，但水質(zhì)保障仍是農(nóng)村供水的薄弱環(huán)節(jié)，面臨微生物指標超標等面上水質(zhì)問題、高氟等區(qū)域性水質(zhì)問題、小散工程水質(zhì)保障難題等，亟需開展適宜水質(zhì)凈化消毒、水質(zhì)診斷與監(jiān)控關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。
農(nóng)村供水系統(tǒng)組成
中國水利水電科學(xué)研究院經(jīng)過十余年研究，依托國家科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃、公益性行業(yè)科研專項、水利科技推廣項目、農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化項目等，基于對農(nóng)村供水水質(zhì)問題及其成因的剖析，以問題為導(dǎo)向，用創(chuàng)新破難題，打出了“以消毒避免生物性風(fēng)險、以除氟材料及裝置破解氟超標、以水柜水窖水水質(zhì)凈化補小散工程短板、以智慧供水搭建水質(zhì)保障網(wǎng)絡(luò)”的組合拳。
1.在飲用水消毒方面，現(xiàn)有消毒設(shè)備存在原料為危化品、維護管理不便、電耗高、無持續(xù)消毒效果、存在消毒副產(chǎn)物超標風(fēng)險等多種問題，亟需研發(fā)運行安全可靠、管理簡便、可變量投加的消毒裝備。
2.在高氟水處理方面，吸附法是常用技術(shù)之一，但現(xiàn)有除氟吸附劑存在吸附容量低、水質(zhì)適應(yīng)性差、再生頻繁、運行管理難等問題，亟需研制吸附性能佳、具有一定強度、便于應(yīng)用的顆粒態(tài)吸附劑。
3.在小散工程水質(zhì)保障方面，傳統(tǒng)儲水裝置安裝、運輸不便，水質(zhì)凈化設(shè)備和運行成本高、維護難，需開發(fā)出水水質(zhì)穩(wěn)定達標、運行安全可靠、設(shè)備簡單、少藥劑、易維護，投資和運行成本低的凈化技術(shù)。
4.在水質(zhì)診斷與監(jiān)控方面，缺乏自主研發(fā)系統(tǒng)支撐，且系統(tǒng)擴展兼容性不足、遠距離控制不穩(wěn)定，無法適應(yīng)山區(qū)或牧區(qū)的供電、通信條件，需集成云平臺、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建農(nóng)村供水水質(zhì)監(jiān)管軟硬件體系。
主要功能與先進性
離子膜法電解次氯酸鈉消毒設(shè)備
以帶導(dǎo)流堰的離子膜電解槽為核心，形成包含陽極氯分離及鹽水循環(huán)系統(tǒng)、陰極堿液循環(huán)系統(tǒng)、氯負壓吸收及次氯酸鈉循環(huán)反應(yīng)系統(tǒng)等的次氯酸鈉發(fā)生器及其投加裝置。可制取4%以上高濃度有效氯、高純度的次氯酸鈉溶液，結(jié)合自動變量投加系統(tǒng)，實現(xiàn)次氯酸鈉消毒劑的安全投加。
■ 發(fā)生器原料：無碘食鹽，安全、易得、成本低
■ 運行成本：0.007元/m3，比其他消毒設(shè)備低30%以上
■ 鹵代消毒副產(chǎn)物：消毒液純度高，副產(chǎn)物生成量減少40%以上
■ 投加可控性：次氯酸鈉投加量與處理水量閉環(huán)控制，既保證充分滅活原水中微生物并保留安全余量，又避免過量投加產(chǎn)生的氯味和消毒副產(chǎn)物
離子膜法電解次氯酸鈉發(fā)生器
發(fā)生器電解槽及性能
多元復(fù)合吸附除氟材料及裝置
結(jié)合稀土金屬氧化物對氟的高親和性及鋁、鎂、鐵等金屬（水合）氧化物的成本優(yōu)勢，通過成型造粒，研制了顆粒態(tài)三元復(fù)合金屬氧化物除氟吸附劑，同時研發(fā)吸附除氟裝置，提出適用不同水源水質(zhì)、不同供水規(guī)模的除氟技術(shù)模式，為不同區(qū)域高氟水問題提供系統(tǒng)解決技術(shù)方案。
■ 吸附除氟材料：顆粒態(tài)三元復(fù)合金屬氧化物GMFC、GFAC吸附性能優(yōu)異，吸附容量為國內(nèi)外同類產(chǎn)品的3-12倍。
■ 吸附除氟裝置：運行管理簡單、適用水質(zhì)范圍寬，出水水質(zhì)穩(wěn)定，示范工程家用吸附除氟設(shè)備可實現(xiàn)1年內(nèi)不用再生。
■ 除氟技術(shù)模式：基于高氟地下水關(guān)鍵水化學(xué)特征分析，系統(tǒng)提出適用不同水源水質(zhì)、不同供水規(guī)模的4種除氟技術(shù)模式。
吸附除氟機理解析
與國內(nèi)外商品除氟吸附劑的性能比較
家用及規(guī)模化供水工程吸附除氟設(shè)備
水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設(shè)施
通過將水窖與生物慢濾砂槽有機結(jié)合，集成自動沖洗棄流單元、粗濾及次氯酸鈣緩釋消毒單元，克服傳統(tǒng)儲水裝置安裝、運輸不便問題，有效解決水窖水柜水的濁度、肉眼可見物、微生物等指標超標的凈化難題。
■ 進水水質(zhì)要求：濁度50NTU以下，毒理學(xué)及一般化學(xué)指標符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求
■ 出水水質(zhì)：濁度、肉眼可見物、總大腸菌群、菌落總數(shù)和耗氧量符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》
■ 投資及運行成本：與市場同類凈化產(chǎn)品相比，投資成本減少30%以上，運行成本比膜法等少80%。
■ 管理難易程度：結(jié)構(gòu)簡單、少藥劑、不需用電；維護管理簡單，對操作人員要求不高。
水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設(shè)施
農(nóng)村供水信息化監(jiān)管和自動化監(jiān)控技術(shù)
融合應(yīng)用自主研發(fā)的WEB組態(tài)、地圖引擎、超小體積水泵數(shù)字化控制器等創(chuàng)新技術(shù)，采用云平臺與智能移動終端應(yīng)用實現(xiàn)資源共享和隨時隨地辦公，支持區(qū)域范圍農(nóng)村供水信息化管理和供水工程運行狀況實時監(jiān)管。以低功耗、低成本實現(xiàn)水質(zhì)問題在線診斷與監(jiān)控預(yù)警。
農(nóng)村供水信息化監(jiān)管與自動化監(jiān)控平臺軟硬件體系
■ 管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)控裝置運行環(huán)境：適應(yīng)野外惡劣環(huán)境，支持太陽能供電，無陽光運行1個月以上，節(jié)點間通信距離3-5km，組網(wǎng)后覆蓋范圍達幾十公里，不需要專門基站，后期不產(chǎn)生通信費。
■ 水泵數(shù)字化控制器：超小體積，水泵控制數(shù)字化改造，配套支持標準通信協(xié)議，較市場平均成本降低20%以上。
■ 小型控制采集柜：現(xiàn)場配套硬件通信體系，局部可擴充，模塊化設(shè)計，便于發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，便于后期維護。
成果獎勵
■ 大禹水利科學(xué)技術(shù)一等獎
■ 大禹水利科學(xué)技術(shù)二等獎
■ 全國農(nóng)業(yè)標準化示范區(qū)
■ 北京水利學(xué)會科學(xué)技術(shù)一等獎
應(yīng)用領(lǐng)域與案例
01
離子膜法電解次氯酸鈉消毒設(shè)備在青海省農(nóng)村供水工程中應(yīng)用，出水微生物指標、消毒劑余量及消毒副產(chǎn)物指標滿足《生活飲用水衛(wèi)生標準》要求，管理較為簡便，適合農(nóng)村供水需要。
離子膜法電解次氯酸鈉消毒設(shè)備在青海農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用
02
水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設(shè)施在廣西、山東、四川等多地推廣應(yīng)用，顯著改善水柜水窖水水質(zhì)。與其他凈化技術(shù)及設(shè)備比，少維護、成本低。
水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設(shè)施在廣西農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用及效果
03
以多元復(fù)合吸附劑作為除氟材料的家用凈水裝置及集中式供水除氟設(shè)備，在河北、安徽等地應(yīng)用，現(xiàn)場運行穿透吸附容量3-6mg/g，為傳統(tǒng)吸附劑3倍以上，使用中基本無需維護。
多元復(fù)合吸附除氟材料及設(shè)備在河北、安徽農(nóng)村供水工程中的應(yīng)用
04
農(nóng)村供水信息化監(jiān)管和自動化監(jiān)控系統(tǒng)在遼寧、安徽、重慶等多地應(yīng)用，建立多處縣級和水廠級系統(tǒng)，系統(tǒng)覆蓋上百萬人。
農(nóng)村供水信息化監(jiān)管和自動化監(jiān)控系統(tǒng)在全國推廣應(yīng)用
