楊繼富

2005年以來，全國開展了大規(guī)模的農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)。為提供強(qiáng)有力的科技支撐，2006年經(jīng)科技部批準(zhǔn)，水利部組織實(shí)施了“十一五”國家科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目“農(nóng)村安全供水集成技術(shù)研究與示范”。該項(xiàng)目國撥經(jīng)費(fèi)4 300萬元，包括9個(gè)課題，由中國水利水電科學(xué)研究院牽頭承擔(dān)，清華大學(xué)、中國疾病預(yù)防控制中心、中國灌排發(fā)展中心等60多家科研機(jī)構(gòu)、高校和企業(yè)，400多名科研及工程技術(shù)人員參加。

經(jīng)過近5年的科技研發(fā)、技術(shù)集成與示范應(yīng)用，形成新技術(shù)、新產(chǎn)品、新軟件68項(xiàng)，在貧水區(qū)找水、高氟水與污染水處理、消毒與水質(zhì)檢測、雨水集蓄利用、供水標(biāo)準(zhǔn)化與信息化等方面突破了一批關(guān)鍵技術(shù)，取得國家專利49項(xiàng)，其中發(fā)明專利21項(xiàng)、實(shí)用新型專利28項(xiàng)，取得軟件著作登記權(quán)5件，出版科技著作9部，發(fā)表論文163篇；凝練形成了8項(xiàng)農(nóng)村安全供水重大科技成果及8套成熟配套技術(shù)及設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了集成創(chuàng)新；建立新技術(shù)、新設(shè)備、新模式試點(diǎn)示范工程98處，大部分成果已在試點(diǎn)示范工程中應(yīng)用，受益人口超過10萬人，發(fā)揮了科技示范作用。

關(guān)鍵技術(shù)突破與創(chuàng)新

針對我國農(nóng)村飲水安全存在的突出問題，即高氟水、高砷水、污染水、局部地區(qū)干旱缺水、普遍缺少消毒與水質(zhì)檢測，以及供水工程標(biāo)準(zhǔn)化、信息化管理薄弱等問題，明確研發(fā)目標(biāo)，找準(zhǔn)制約因素，攻克技術(shù)難題，突破了30多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。

（1）在貧水區(qū)找水方面，解決了咸淡水共存區(qū)地下水礦化度定量評價(jià)、基巖山區(qū)裂隙水精準(zhǔn)勘察和內(nèi)蒙古高原薄層地下水精準(zhǔn)定位技術(shù)難題，為我國劣質(zhì)地下水地區(qū)、山丘區(qū)和干旱缺水地區(qū)找水提供了實(shí)用技術(shù)。

（2）在高氟水、高砷水與污染水處理方面，形成了強(qiáng)化混凝法高氟水處理成套裝置和系列復(fù)合型除氟凈水劑；研發(fā)了選擇性膜除砷技術(shù)和系列復(fù)合型除砷凈水劑；通過組合應(yīng)用生物預(yù)處理和超濾、固定化微生物高效生物濾池、多介質(zhì)過濾、反滲透等污染水凈化新技術(shù)，形成了3套微污染水凈化成套裝置，能夠有效去除水中有機(jī)物、氨氮及綜合污染物；開發(fā)了自動棄流與粗濾組合的雨水預(yù)處理技術(shù)、一體化窖水生物慢濾凈化技術(shù)，為雨水安全集蓄與利用提供了新技術(shù)、新裝置。

（3）在飲用水消毒與水質(zhì)檢測方面，開發(fā)和改進(jìn)了二氧化氯消毒、臭氧消毒副產(chǎn)物控制、離子膜法電解食鹽現(xiàn)場氯氣制備、無隔膜法電解食鹽次氯酸鈉發(fā)生器升級以及帶磁力傳動自動清洗的紫外線消毒技術(shù)；研發(fā)了臭氧快速測試方法，小型水廠實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)檢測技術(shù)，試劑、裝置以及便攜式水質(zhì)（理化指標(biāo)）快速測定技術(shù)，解決了農(nóng)村飲用水消毒與水質(zhì)檢測技術(shù)難題。

（4）在農(nóng)村供水工程標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與信息化管理方面，開發(fā)了環(huán)狀與枝狀混合型供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和軟件、組合式凈水構(gòu)筑物、供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化與信息化集成技術(shù)、全國農(nóng)村飲水安全信息管理系統(tǒng)，有效提高了農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)與管理水平。

農(nóng)村安全供水成套技術(shù)及設(shè)備

1.貧水區(qū)地下水勘察技術(shù)模式

針對我國西北內(nèi)陸盆地及濱海地區(qū)咸淡水共存，居民長期飲用苦咸水、高氟水，以及基巖山區(qū)和內(nèi)蒙古高原薄層含水區(qū)農(nóng)村嚴(yán)重缺水問題，結(jié)合不同地區(qū)水文地質(zhì)特點(diǎn)，形成了3套地下水勘察技術(shù)模式，并在工程中應(yīng)用。

（1）咸淡水共存區(qū)尋找淡水體物探勘察技術(shù)模式。首先選擇高分辨率電法獲取并識別地層有效信息；采用快速松弛法RRI等信息數(shù)據(jù)處理方法查明地層結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確求取地層真電阻率值。然后考慮不同地區(qū)地層孔隙度、泥質(zhì)系數(shù)、孔隙指數(shù)、溫度等影響因素，建立不同地質(zhì)單元地層電阻率與地下水礦化度的數(shù)學(xué)關(guān)系；開發(fā)建立了咸淡水共存區(qū)地下水礦化度評價(jià)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對地下水礦化度的定量準(zhǔn)確評價(jià)，提高了咸淡水共存區(qū)淡水體勘察精度與找水成功率。

（2）基巖山區(qū)地下水勘察技術(shù)模式。針對基巖山區(qū)地形條件復(fù)雜的影響，首先采用遙感大比例尺構(gòu)造解譯與水文地質(zhì)調(diào)查圈定地下水資源靶區(qū)；然后選取物探方法快速確定基巖構(gòu)造水平分布位置及分布規(guī)律；根據(jù)不同探測深度，分別選擇直流電阻率法、激發(fā)極化法或核磁共振法（淺層）、頻率域或時(shí)間域電磁測深法、頻率激電測深法（深層）等物探新技術(shù)，查明構(gòu)造空間分布特征，判斷富水性；最終通過專業(yè)會商確定構(gòu)造靶區(qū)和井位。

（3）薄層地下水勘察技術(shù)模式。高分辨率電法雖然能夠精確劃分電性層，但不能對含水層做出直接判斷；核磁共振法靈敏度強(qiáng)，是物探方法中唯一能夠直接反應(yīng)含水層信息的方法，解譯的含水層層位、水量與實(shí)際接近，但探測深度有一定局限。通過兩者組合應(yīng)用，形成了內(nèi)蒙古高原薄層地下水勘察技術(shù)模式。

2.高氟水處理新材料及設(shè)備

我國農(nóng)村飲用高氟水人口多、面廣、危害大。高氟水有多種類型，其中高堿度型和多項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)的高氟水處理難度大。通過研制新型高效除氟藥劑，開發(fā)強(qiáng)化混凝除氟新工藝、新設(shè)備，形成了系列復(fù)合型除氟凈水劑和高氟水處理設(shè)備。

（1）HX115系列復(fù)合型除氟凈水劑。以廉價(jià)除氟粉末吸附劑為主成分，加入無機(jī)混凝劑和有機(jī)絮凝劑，采用包覆復(fù)配技術(shù)制成，形成了HX115系列復(fù)合型除氟凈水劑。該除氟劑為粉狀，密封包裝，已定型生產(chǎn)。

（2）HX115系列高氟水處理設(shè)備。該設(shè)備采用蠕動泵或螺桿泵，輔以回流器的加藥系統(tǒng)，解決了漿料加藥難題；采用纖維濾料作為截留吸附細(xì)顆粒的高效填料，研制出不停機(jī)鼓氣反沖洗填料床的運(yùn)行方法，解決了絮凝體捕集和排出問題；研制了拼裝式條縫濾板式布水和配水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了成套設(shè)備的整體運(yùn)輸和現(xiàn)場拼裝；研制了前置淺池脫堿技術(shù)和設(shè)備，可有效降低原水的重碳酸鹽濃度，適合高堿度高氟水的預(yù)處理。集成上述技術(shù)開發(fā)形成的高氟水凈化設(shè)備，已在山西、河北等地應(yīng)用。

3.微污染水凈化技術(shù)及裝置

針對農(nóng)村地表水和地下水水源受到有機(jī)物、“三氮”及復(fù)合污染等問題，開發(fā)了微污染水凈化成套技術(shù)及裝置3套，并在重慶、河北、天津、甘肅等地應(yīng)用。

（1）以超濾技術(shù)為核心的微污染地表水凈化技術(shù)及裝置。針對地表水源有機(jī)物污染突出的問題，開發(fā)了以超濾凈化技術(shù)為核心，組合應(yīng)用生物預(yù)處理、活性炭吸附及自動控制等技術(shù)的微污染地表水凈化成套技術(shù)及裝置。該裝置處理能力200m3/d，已在重慶農(nóng)村供水中應(yīng)用。

（2）微污染地下水生物濾池凈化技術(shù)及裝置。以改性聚氨酯（FPU）載體固定化微生物形成高效生物濾池為核心，組合應(yīng)用離子交換技術(shù)和活性炭吸附技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對地下水中COD、痕量有機(jī)物、微生物及礦化物的有效凈化。該技術(shù)及設(shè)備已在甘肅農(nóng)村供水中應(yīng)用。

（3）微污染地下水多介質(zhì)過濾凈化技術(shù)及裝置。針對地下水中高TDS、有機(jī)物、“三氮”等復(fù)合污染，開發(fā)形成了多介質(zhì)過濾與活性炭吸附及反滲透模塊集成應(yīng)用的污染地下水凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)凈水能力10m3/d，適用于單村小型供水工程，已在河北、天津農(nóng)村供水中應(yīng)用。

4.農(nóng)村安全供水成套消毒技術(shù)與設(shè)備

針對我國農(nóng)村供水普遍缺乏消毒措施的實(shí)際，形成了適合農(nóng)村供水的成套消毒技術(shù)及設(shè)備，已在較大范圍示范應(yīng)用，并列入2011—2013年水利部科技推廣計(jì)劃項(xiàng)目。

（1）農(nóng)村安全供水成套消毒技術(shù)。通過對次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧、紫外線4種消毒技術(shù)的系統(tǒng)研究，形成了農(nóng)村安全供水成套消毒技術(shù)。其中規(guī)模較大的集中供水工程推薦選用化學(xué)法二氧化氯（高純型和復(fù)合型）和次氯酸鈉消毒，小規(guī)模單村集中供水工程推薦選用紫外線、次氯酸鈉溶液投加等方式消毒。

（2）農(nóng)村安全供水消毒成套設(shè)備。開發(fā)形成了4套集中供水消毒裝置和3套家用消毒裝置。①借鑒制堿工業(yè)的電解技術(shù)，首次研制了離子膜法電解食鹽現(xiàn)場制備次氯酸鈉裝置，提高了有效氯濃度和純度，降低了鹽耗和電耗，運(yùn)行成本比傳統(tǒng)方法降低40%以上；②改進(jìn)無隔膜法電解食鹽次氯酸鈉發(fā)生器，解決了電解槽結(jié)垢和腐蝕出黑水難題；③改進(jìn)復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器，有效提高了反應(yīng)器的熱傳導(dǎo)效率、曝氣效果、反映效率和次氯酸鈉轉(zhuǎn)換率，并配套開發(fā)了高純型和復(fù)合型二氧化氯發(fā)生器自動投加裝置；④開發(fā)帶磁力自動清洗裝置的紫外線消毒裝置，解決了過流式紫外線消毒裝置的結(jié)垢清洗難題；⑤研發(fā)了家用消毒裝置——新型緩釋消毒劑及投加裝置、超濾膜凈水裝置和靜態(tài)紫外線消毒裝置。

5.農(nóng)村供水水質(zhì)檢測技術(shù)及設(shè)備

針對目前市場上已有水質(zhì)檢測設(shè)備價(jià)格昂貴、檢測時(shí)間長、操作方法復(fù)雜、樣品處理及檢測費(fèi)用高等問題，開發(fā)形成了適用于農(nóng)村大中型供水工程、中小型供水工程和分散供水的水質(zhì)檢測技術(shù)及設(shè)備。

（1）農(nóng)村大中型供水工程水質(zhì)在線監(jiān)測裝置。重點(diǎn)開發(fā)余氯、濁度等多參數(shù)集成監(jiān)測及遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)，形成了水質(zhì)在線自動監(jiān)測裝置，能夠監(jiān)測余氯、二氧化氯、渾濁度、pH值、電導(dǎo)率、水量等6項(xiàng)指標(biāo)。該裝置已在重慶農(nóng)村供水工程中應(yīng)用。

（2）農(nóng)村中小型供水工程水質(zhì)檢測技術(shù)及設(shè)備。依據(jù)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按照突出重點(diǎn)指標(biāo)、兼顧常規(guī)指標(biāo)的原則，選定了農(nóng)村中小型供水工程水質(zhì)檢驗(yàn)的35項(xiàng)指標(biāo)，其中感官指標(biāo)4項(xiàng)，一般理化指標(biāo)15項(xiàng)，毒理指標(biāo)4項(xiàng)，綜合性指標(biāo)1項(xiàng)，消毒劑指標(biāo)7項(xiàng)，微生物指標(biāo)4項(xiàng)。研制了便攜式余氯、二氧化氯等五參數(shù)快速測試儀，微生物培養(yǎng)箱，便攜式多參數(shù)消毒劑余量比色計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)比色板，成品試劑，四種微生物檢驗(yàn)固體培養(yǎng)基，水樣采集用品，水質(zhì)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化成品試劑，便攜式臭氧快速測試方法、光催化實(shí)驗(yàn)室純水裝置等。該成套設(shè)備價(jià)格較低，適宜推廣應(yīng)用。

（3）便攜式快速測定裝置和方法。研制了便攜式理化快速測定裝置和簡易微生物檢驗(yàn)裝置，建立了15種水質(zhì)理化指標(biāo)的快速檢驗(yàn)方法，能夠檢測17項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，適用于農(nóng)村分散供水檢測及現(xiàn)場檢測。

6.雨水安全集蓄與利用技術(shù)模式

針對農(nóng)村雨水集蓄利用中普遍存在的供水保證率低、水質(zhì)狀況差等問題，研發(fā)了效果好、成本低的雨水預(yù)處理與水質(zhì)凈化技術(shù)及裝置，形成了單戶和村級雨水安全集蓄與利用技術(shù)模式。

（1）單戶雨水安全集蓄與利用技術(shù)模式。包括一體化窖水生物慢濾技術(shù)模式、終端多級精濾凈化技術(shù)模式和利用固化土集雨材料的雨水利用模式。其中一體化窖水生物慢濾技術(shù)模式采用自動棄流、粗濾、一體化窖水慢濾技術(shù)及裝置，大幅度提高了水質(zhì)安全保證程度；具有投資低、使用管理方便等特點(diǎn)，已在山東省長島縣示范應(yīng)用。

（2）村級雨水安全集蓄與利用技術(shù)模式。研究形成了集中式雨水集蓄利用生物慢濾凈化成套技術(shù)模式。由天然林草地山坡匯集雨水、小水塘蓄水、自流管道輸水、生物慢濾水質(zhì)凈化系統(tǒng)、清水池/高位水池（可接觸消毒）組成，自流供水到村集中供水點(diǎn)或供水入戶，解決了山東省長島縣某村500多人的飲水安全問題。

7.農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)與管理標(biāo)準(zhǔn)化、信息化集成技術(shù)

為有效提高農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)與管理水平，研究編制了農(nóng)村供水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)指南、設(shè)計(jì)圖集和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，創(chuàng)建了全國農(nóng)村飲水安全信息管理系統(tǒng)，得到了行業(yè)主管部門及設(shè)計(jì)單位的認(rèn)可和應(yīng)用。

（1）農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化集成技術(shù)。包括農(nóng)村供水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)指南、設(shè)計(jì)圖集和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，三者相輔相成，形成有機(jī)整體。其中，設(shè)計(jì)指南用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員系統(tǒng)掌握農(nóng)村供水工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法、依據(jù)及要求；設(shè)計(jì)圖集為設(shè)計(jì)人員編制初步設(shè)計(jì)圖紙及說明提供范例，有效提高制圖能力和水平；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件引導(dǎo)設(shè)計(jì)人員按照設(shè)計(jì)指南與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求選擇和輸入設(shè)計(jì)參數(shù)等，完成取水、輸水、凈水、配水及調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等各環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，自動生成可研報(bào)告和初步設(shè)計(jì)文件等，可有效提高設(shè)計(jì)水平和工作效率。該集成技術(shù)已列入《2011年度水利先進(jìn)適用技術(shù)重點(diǎn)推廣指導(dǎo)目錄》，《農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)圖集》已于2012年由中國水利水電出版社出版發(fā)行。

（2）全國農(nóng)村飲水安全信息管理系統(tǒng)。由行業(yè)概況、項(xiàng)目概況、工程規(guī)劃、工程建設(shè)、運(yùn)行管理、通知公告、網(wǎng)上辦公、數(shù)據(jù)采集、資料檔案、系統(tǒng)管理、幫助11個(gè)模塊組成，具備農(nóng)村供水信息收集、發(fā)布、智能查詢、統(tǒng)計(jì)分析、數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)恢復(fù)等功能；能夠?qū)崿F(xiàn)飲水安全現(xiàn)狀、工程規(guī)劃、工程建設(shè)及運(yùn)行管理數(shù)據(jù)的分級采集、處理、分析等管理功能；具備通知公告、網(wǎng)上辦公、資料管理等辦公自動化功能。該系統(tǒng)已在全國農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)與管理中運(yùn)行，對提高行業(yè)管理水平和工作效率發(fā)揮了重要作用，引領(lǐng)和帶動了全國農(nóng)村供水管理信息化的發(fā)展。

8.農(nóng)村安全供水工程技術(shù)集成模式

根據(jù)南方平原河網(wǎng)區(qū)和劣質(zhì)水地區(qū)的實(shí)際，研究建立了規(guī)?；泄┧头仲|(zhì)供水工程技術(shù)模式，并示范應(yīng)用。

（1）平原區(qū)農(nóng)村規(guī)模化集中供水工程技術(shù)模式。針對南方平原區(qū)地表水源普遍存在低濁、高藻、微污染的特點(diǎn)，開展了地表水源水質(zhì)變化規(guī)律、常規(guī)水處理工藝與活性炭及高錳酸鉀優(yōu)化組合技術(shù)研究，形成了混凝沉淀+過濾+活性炭吸附+消毒的微污染水處理工程技術(shù)模式，并在江蘇省宿遷農(nóng)村供水工程中應(yīng)用。

（2）農(nóng)村分質(zhì)供水工程技術(shù)模式。以普遍存在地下高氟水、苦咸水地區(qū)的河北省滄州市為研究對象，研究形成了2種分質(zhì)供水工程技術(shù)模式。一是采用常規(guī)管道供應(yīng)日常生活用水+反滲透處理的桶裝水供飲用水模式，在河北省東光縣普及應(yīng)用。二是在地下水中氟、鹽含量超標(biāo)較低的情況下，通過采用反滲透等技術(shù)處理后，按一定比例與原水混合，直接供水到戶，該模式已在滄州地區(qū)得到應(yīng)用。

展望

“農(nóng)村安全供水集成技術(shù)研究與示范”項(xiàng)目是我國農(nóng)村供水領(lǐng)域第一個(gè)國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目。由于立項(xiàng)目標(biāo)任務(wù)突出農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)需要，組織實(shí)施突出科研與工程建設(shè)緊密結(jié)合，研發(fā)工作突出關(guān)鍵技術(shù)突破、集成創(chuàng)新與試點(diǎn)示范應(yīng)用，取得了一批先進(jìn)實(shí)用技術(shù)和成果，有力支撐了行業(yè)發(fā)展，促進(jìn)了企業(yè)技術(shù)及產(chǎn)品升級換代。但受項(xiàng)目規(guī)模和時(shí)間的限制，以及國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高、水污染加劇等因素的影響，農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)和管理還有許多關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。一是水源保護(hù)、污染防治與生態(tài)修復(fù)技術(shù)相對缺乏；二是劣質(zhì)水、微污染水處理關(guān)鍵技術(shù)有待突破，常規(guī)凈水工藝有待更新和強(qiáng)化；三是應(yīng)對突發(fā)事件的應(yīng)急供水技術(shù)研究需要加強(qiáng)；四是供水工程安全持續(xù)運(yùn)行管理、節(jié)能節(jié)水與標(biāo)準(zhǔn)化、信息化等方面的技術(shù)還需強(qiáng)化。為此，科技部和水利部正在組織實(shí)施“十二五”國家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目“村鎮(zhèn)飲用水安全保障重大科技工程”（2012—2015年），將鞏固和擴(kuò)大農(nóng)村安全供水科技成果，攻克和解決一批共性關(guān)鍵技術(shù)問題，進(jìn)一步提升農(nóng)村供水科技水平。