科技引領未來，創新驅動發展。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、面向經濟主戰場，攻堅克難、致力創新。承擔了國內幾乎所有重大水利水電工程關鍵技術問題的研究，取得了一大批原創性、突破性的科技成果。專題推出“水科創新技術匯”，展示水科技術和產品，帶您領略水利科技的魅力。

農村供水水質保障關鍵技術

經過“十一五”、“十二五”農村飲水安全工程建設和“十三五”農村供水鞏固提升工程實施，我國農村飲水安全問題基本得到解決，但水質保障仍是農村供水的薄弱環節，面臨微生物指標超標等面上水質問題、高氟等區域性水質問題、小散工程水質保障難題等，亟需開展適宜水質凈化消毒、水質診斷與監控關鍵技術研發。

農村供水系統組成

中國水利水電科學研究院經過十余年研究，依托國家科技支撐計劃、國家重點研發計劃、公益性行業科研專項、水利科技推廣項目、農業科技成果轉化項目等，基于對農村供水水質問題及其成因的剖析，以問題為導向，用創新破難題，打出了“以消毒避免生物性風險、以除氟材料及裝置破解氟超標、以水柜水窖水水質凈化補小散工程短板、以智慧供水搭建水質保障網絡”的組合拳。

1.在飲用水消毒方面，現有消毒設備存在原料為危化品、維護管理不便、電耗高、無持續消毒效果、存在消毒副產物超標風險等多種問題，亟需研發運行安全可靠、管理簡便、可變量投加的消毒裝備。

2.在高氟水處理方面，吸附法是常用技術之一，但現有除氟吸附劑存在吸附容量低、水質適應性差、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、便于應用的顆粒態吸附劑。

3.在小散工程水質保障方面，傳統儲水裝置安裝、運輸不便，水質凈化設備和運行成本高、維護難，需開發出水水質穩定達標、運行安全可靠、設備簡單、少藥劑、易維護，投資和運行成本低的凈化技術。

4.在水質診斷與監控方面，缺乏自主研發系統支撐，且系統擴展兼容性不足、遠距離控制不穩定，無法適應山區或牧區的供電、通信條件，需集成云平臺、物聯網等技術，構建農村供水水質監管軟硬件體系。

主要功能與先進性

離子膜法電解次氯酸鈉消毒設備 

  以帶導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系統、陰極堿液循環系統、氯負壓吸收及次氯酸鈉循環反應系統等的次氯酸鈉發生器及其投加裝置。可制取4%以上高濃度有效氯、高純度的次氯酸鈉溶液，結合自動變量投加系統，實現次氯酸鈉消毒劑的安全投加。

■ 發生器原料：無碘食鹽，安全、易得、成本低

■ 運行成本：0.007元/m3，比其他消毒設備低30%以上

■ 鹵代消毒副產物：消毒液純度高，副產物生成量減少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，又避免過量投加產生的氯味和消毒副產物

離子膜法電解次氯酸鈉發生器

發生器電解槽及性能

多元復合吸附除氟材料及裝置    

結合稀土金屬氧化物對氟的高親和性及鋁、鎂、鐵等金屬（水合）氧化物的成本優勢，通過成型造粒，研制了顆粒態三元復合金屬氧化物除氟吸附劑，同時研發吸附除氟裝置，提出適用不同水源水質、不同供水規模的除氟技術模式，為不同區域高氟水問題提供系統解決技術方案。

■ 吸附除氟材料：顆粒態三元復合金屬氧化物GMFC、GFAC吸附性能優異，吸附容量為國內外同類產品的3-12倍。

■ 吸附除氟裝置：運行管理簡單、適用水質范圍寬，出水水質穩定，示范工程家用吸附除氟設備可實現1年內不用再生。

■ 除氟技術模式：基于高氟地下水關鍵水化學特征分析，系統提出適用不同水源水質、不同供水規模的4種除氟技術模式。

吸附除氟機理解析

與國內外商品除氟吸附劑的性能比較

家用及規模化供水工程吸附除氟設備

水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設施

  通過將水窖與生物慢濾砂槽有機結合，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。

■ 進水水質要求：濁度50NTU以下，毒理學及一般化學指標符合《生活飲用水衛生標準》要求

■ 出水水質：濁度、肉眼可見物、總大腸菌群、菌落總數和耗氧量符合《生活飲用水衛生標準》

■ 投資及運行成本：與市場同類凈化產品相比，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：結構簡單、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施

農村供水信息化監管和自動化監控技術 

融合應用自主研發的WEB組態、地圖引擎、超小體積水泵數字化控制器等創新技術，采用云平臺與智能移動終端應用實現資源共享和隨時隨地辦公，支持區域范圍農村供水信息化管理和供水工程運行狀況實時監管。以低功耗、低成本實現水質問題在線診斷與監控預警。

農村供水信息化監管與自動化監控平臺軟硬件體系

■ 管網水質監控裝置運行環境：適應野外惡劣環境，支持太陽能供電，無陽光運行1個月以上，節點間通信距離3-5km，組網后覆蓋范圍達幾十公里，不需要專門基站，后期不產生通信費。

■ 水泵數字化控制器：超小體積，水泵控制數字化改造，配套支持標準通信協議，較市場平均成本降低20%以上。

■ 小型控制采集柜：現場配套硬件通信體系，局部可擴充，模塊化設計，便于發現設備問題，便于后期維護。

成果獎勵 

 ■ 大禹水利科學技術一等獎

 ■ 大禹水利科學技術二等獎

■ 全國農業標準化示范區

    ■ 北京水利學會科學技術一等獎

應用領域與案例

01

離子膜法電解次氯酸鈉消毒設備在青海省農村供水工程中應用，出水微生物指標、消毒劑余量及消毒副產物指標滿足《生活飲用水衛生標準》要求，管理較為簡便，適合農村供水需要。

 離子膜法電解次氯酸鈉消毒設備在青海農村供水工程中的應用

02

水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設施在廣西、山東、四川等多地推廣應用，顯著改善水柜水窖水水質。與其他凈化技術及設備比，少維護、成本低。

水柜水窖水一體化生物慢濾凈水設施在廣西農村供水工程中的應用及效果

03

以多元復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備，在河北、安徽等地應用，現場運行穿透吸附容量3-6mg/g，為傳統吸附劑3倍以上，使用中基本無需維護。

多元復合吸附除氟材料及設備在河北、安徽農村供水工程中的應用

04

農村供水信息化監管和自動化監控系統在遼寧、安徽、重慶等多地應用，建立多處縣級和水廠級系統，系統覆蓋上百萬人。

農村供水信息化監管和自動化監控系統在全國推廣應用