沿海岛屿村镇饮用水净化技术研究与工程示范_邵卫云
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针对海岛平地水库、滩涂水库多为苦咸 水的现状，课题组提出了海岛苦咸水纳滤与反 渗透淡化技术比选指标评价体系，并确定了指 标权重（表1）、苦咸水反渗透淡化系统操作 压力的确定方法，开发出的海岛苦咸水反渗透 淡化装置，集成了课题组研发的抽取低盐度原 水的水面浮动式原水抽吸技术（发明专利公示 中）、PLC程序控制的利用RO产水快速冲洗残 留在膜中的浓盐水的反渗透膜自动冲洗技术等 反渗透膜污染控制技术，有效地降低了苦咸水 淡化成本，增加了海岛可用水资源量。该设备 已在六横岛蛟头千丈塘平地水库使用，出水已 供应至夏家村、翁家村自来水管网，中试电耗 1.5kWh/m3，制水成本低于2.5元/m3。
由于独特的地理位置及其气候因素，海岛饮用水普遍存在以 下问题：降水少、蒸发多，降雨径流大多直接入海，淡水资源严 重匮乏；由于海岛地形地质影响，山塘水库库容大多数仅为几百 方、几千方至几万方；占海岛数量70%-80%比例的住人海岛供水 多以坑道井水、雨水、山塘水甚至地下苦咸水、滩涂水为饮用水 源；干旱时有发生，如舟山十年就有八年旱，应急供水（输水） 和净水技术没有安全保障；除近岸海岛外，其余海岛对外交通不 便，班船由于气候原因经常停航，且经常限电。为此，分散海岛 渔农民、边缘海岛驻军的饮用水问题一直悬而未决。此外，快速 发展的岛际供水的海底供水/输水管道的安全得不到保障，漏损发 生后，漏损点的定位时间长、修复困难。而在21世纪建设海岛、 开发海洋的国家战略目标下，海岛饮用水的水量与水质问题显得 更加突出。因此，经济、适用的海岛村镇饮用水安全保障技术 的研发，是造福于海岛民众的民心工程。据此，课题通过技术研 发、集成和提升，重点开展了海岛水资源利用规划与饮用水源保
护技术、海岛苦咸水淡化及屋顶接水、坑道井和村级供水站的淡 水净化、海岛饮水应急水质净化及其决策技术、海底输水/供水管 道突发泄漏的监测与定位技术，并进行了工程示范和中试，初步 形成了海岛饮水安全保障技术体系。本文将主要介绍海岛典型水 源水的净化技术及其设备的示范应用。
二、研究成果
1、太阳能动力屋顶接水供水系统与相关技术 针对散列海岛旱季水电两缺的现状，以及海岛家用自备井与
一、前言
课题属于村镇给水排水工程领域，隶属于国家水污染控制与 治理科技重大专项饮用水安全保障技术研究与示范主题中的典型 村镇饮用水安全保障适用技术集成与示范项目。
沿海岛屿村镇由于其自然地理和气候条件，具有不同于大陆 村镇的特殊性。据统计，我国面积在500m2以上的海岛有6961 个，大多数因缺乏淡水水源而无法居住和开发，有常驻居民的为 420多个，海岛人口已经超过3000万。建设海岛、开发海洋是我 国21世纪十分重要的战略任务，同时也是我国国防的最前沿之 一。
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3、海岛苦咸水反渗透淡化技术及其设备 针对海岛部分山塘水质呈现出季节性咸淡
交替、导致常规淡水净化装置在水源水质盐度 超标情况下出水无法达标的现象，课题组研制 出海岛山塘苦咸水淡化/淡水净化一体化技术及 其装置（已获发明专利授权）[2]，且在湖泥岛 农村饮用水工程中得到应用。该装置采用反渗 透淡化与超滤净化串/并联集成工艺，根据水源 盐度变化可实现超滤与反渗透切换或产水混合 调配，保证了海岛渔农民在任何季节的水质安 全。
2、自带膜丝断裂检测系统的海岛超滤膜净化技术与装置 针对海岛用水冲击负荷大,中空纤维膜膜丝易断裂的问题，
课题组研发出超滤膜水处理设备中空纤维膜膜丝断裂的检测技术 （图4），解决了膜丝断裂、破损等造成的杂质穿透而引起的水
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特别关注 水 科 技 发 展
The Special Focus
质污染问题，同时结合变频泵组解决了海岛驻 军用水冲击负荷造成的高能耗问题，成功研制 出ZJU-UF系列坑道井水/山塘水处理设备（已获 发明专利授权）（图5）。所研设备ZJU-UF-30 自2010年5月起在庙子湖岛海防营示范应用； ZJU-UF-20自2011年6月23日起在东极镇水厂 得到了推广应用，设备24小时运行，其水源水 库水浊度15-50NTU，在未使用任何药剂的情况 下，设备产水浊度0.1 NTU，20分钟自动反洗20 秒。
常通过海水淡化水来供给，同时，也会取用受 到深度污染的淡水。为解决散列小岛在旱季饮 用水问题，课题研发了海岛移动式净化技术及 其设备:船载式海水反渗透淡化设备与车载式应 急深度水处理设备。这些设备既可以在旱季应 急使用，还可以以供海岛居民出海作业时制取 生活用水，或固定在海岛上常规使用。与常规
图4 膜丝检测装置示意图（左）和膜丝断裂时检测到的气泡（右）
（a）（b）保证率GR=90% 图1（a）散列海岛屋顶接水系统概化图；（b）屋顶接水系统蓄水设施设计计算图
图2 海岛屋顶接水供水系统家用雨水净化装置工艺流程图（左）与正冲反洗原理图（右）
图3 太阳能动力屋顶接水供水系统：太阳能硅板（左）、 电源控制器核心处理器原理图（中）、水净化系统（右）
4、海岛应急净化技术及其设备 在海岛旱季，散列海岛的饮用水应急供给
屋顶接水供水系统无处理设施等问题，课题组开发了以中空纤维 膜为核心的家用净水器、以太阳能供电为动力的家用屋顶接水收 集处理系统，成功解决了传统中空纤维膜家用水处理装置无法正 冲反洗及二次污染的问题，突破了家用净水器的正冲反洗与分质 供水技术（已获实用新型专利授权）（图2）、以及太阳能屋顶 接水供水系统的太阳能、蓄电池与常规电源的稳定切换技术（图 3），解决了散列海岛村镇夏季水电两缺的矛盾，保证了渔农民 的饮水安全。同时,提出了屋顶接水供水系统储水井优化设计理论 （图1）[1],确保设计的科学性和合理性.目前有3套家用净水器和2 套太阳能动力屋顶接水供水系统安装在舟山庙子湖岛和青浜岛使 用。
小型海水淡化装置不同，本课题研发的船载式海水反渗透淡化装置引入了国内新研 发的小型能量回收装置，因此能耗远小于常规小型海水淡化装置；同时，该装置可 灵活连接三种预处理系统：外海船用时采用砂滤器加袋式过滤器，体积小巧；应急 使用时仅采用袋式过滤器作预处理，便于轻巧快捷安装；在近海海岛长期作为饮用 水处理设备时，可增加专门设计的一体化塑胶高效澄清池作前处理。
自动冲洗技术，形成了海岛村镇典型水源水净化适用技术集成体系及其设备，在舟山庙子湖岛、青浜岛、湖泥岛、
六横岛进行了相应的示范与中试，得到当地部门、渔农民与海岛驻兵的肯定，取得了良好的社会反响和巨大的社会
效益，也为我国海岛建设、海洋开发和驻岛官兵提供了饮用水安全保障技术。
关键词
沿海岛屿村镇；饮用水净化；工程示范 注：本文为国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07425-008）
[2] 蓝俊，周志军，江增，赵海洋，徐 小青. 超滤和反渗透联用的海岛饮用水处理 示范装置.水处理技术. 2012, 38(4):126129,132.
（上接28页）
化2007第四次评估报告(AR4)》和2008年《气候变化与水》的专项技术报告中都 对污水处理过程中产生的CH4和N2O进行了评估；许多国家和国际组织对城市给水 排水系统发展面对气候变化的挑战开展了广泛研究，并分析研究城市给水排水系 统温室气体的排放规律和相关减排措施。
水务篇
沿海岛屿村镇饮用水净化技术研究与工程示范
□ 浙江大学 邵卫云 周永潮 周志军
摘要
针对海岛村镇典型水源（坑道井水、屋顶接水ຫໍສະໝຸດ Baidu苦咸水、咸淡交替山塘水）水的特点，以经济、适用为目标，
研发出海岛太阳能动力屋顶接水净化技术、海岛膜净化装置的膜丝断裂检测与膜污染防治技术、海岛山塘苦咸水淡
化/淡水净化的一体化技术、海岛家用净水装置的正冲反洗与分质供水技术、海岛苦咸水反渗透淡化设备的RO产水
3、“低影响开发”（LID）理念。“低影响开发”(Low Impact Development), 是指基于模拟自然水文条件原理,采用源头控制综合措施，努力降低开发建设场地 径流水量、径流污染物负荷以及对受纳水体的影响，尽可能地维持或恢复某个开 发区域开发前的水文特征。LID 同时倡导应有效的在源头去除雨水中营养物质、病
本《规范》在“基本规定”章节中明确规定城镇给水排水工程建设和运行 过程中“应采取措施减少温室气体的排放”的要求。城镇给水排水设施建设和运 行过程温室气体的排放主要是能源消耗间接产生的CO2 和污水贮存、输送、处 理和排放过程产生的CH4和N2O。CH4和N2O的温室效应分别为CO2的23~62倍和 280~310倍。因此，城镇给水排水设施建设和运行过程要采取综合措施减排温室 气体，为适应和减缓气候变化承担相应的责任。
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水务篇
图5 集成膜丝检测的超滤膜净化设备ZJU-UF系列工艺流程图
表1 海岛苦咸水纳滤与反渗透淡化技术比选指标评价体系与权重
一级指标
二级指标
三级指标
通量0.206641
截留率0.232696
苦咸水 淡化方法 (纳滤膜法、 超低压 反渗透法)
膜与膜 组件性能
0.667
膜材料性能 0.833
产水水质0.286334 膜抗污染性能0.089778
原体、重金属离子等,最大程度减少和降低场地开 发建设对于周围水生态环境的影响。该方法已在 美国、德国、瑞典、新西兰、 加拿大等一些发达 国家广泛采用。
本《规范》“城镇排水”章节“一般规定” 中规定“城镇雨水系统的建设应利于雨水就近入 渗、调蓄或收集利用，降低雨水径流总量和峰值 流量，减少对水生态环境的影响”，即按照“低 影响开发”理念，要求从源头着手，加大雨水就 近入渗、调蓄或收集利用，尽可能地减少雨水径 流总量和峰值流量；充分利用绿地和土壤对雨水 径流的生态净化作用，不仅节省雨水系统设施建 设和维护资金，减少暴雨灾害风险，还能有效降 低城镇建设对水环境的冲击，有利于水环境生态 安全和健康。 C
膜寿命0.091783 使用pH范围0.020625 使用温度范围0.028315 使用压力范围0.043827
成本 0.333
膜组件性能 0.167 运行成本0.75 投资成本0.25
膜系统回收率0.167 操作压力0.25
单位产水量能耗0.75 膜的费用0.5 增压泵0.5
三、结语
本课题实现了海岛水资源利用规划、海岛水 源水质的保护与修复、岛际输水与供水管道的突 发渗漏的检测与定位，研制出了海岛典型水源水 系列净化设备与装置，申请专利10项，已获发明 专利授权2项、实用新型专利5授权项，发表论 文12篇，形成技术指南与预案草稿5项，建成示 范工程与中试基地7个，为保障海岛分散供水的 水量、水源保护、水质净化与输配水、应急净水 等提供了有力的技术支持，其示范与中试工程为 缓解沿海岛屿村镇饮用水安全问题提供了良好范 例，产生了显著的社会效益。 C
参考文献： [1] Yong-chao ZHOU, Wei-yun
SHAO, Tu-qiao ZHANG. Analysis of a rainwater harvesting system for domestic water supply in Zhoushan, China. Journal of Zhejiang UniversitySCIENCE A . 2010, 11(5):342-348. (SCI)
由于独特的地理位置及其气候因素，海岛饮用水普遍存在以 下问题：降水少、蒸发多，降雨径流大多直接入海，淡水资源严 重匮乏；由于海岛地形地质影响，山塘水库库容大多数仅为几百 方、几千方至几万方；占海岛数量70%-80%比例的住人海岛供水 多以坑道井水、雨水、山塘水甚至地下苦咸水、滩涂水为饮用水 源；干旱时有发生，如舟山十年就有八年旱，应急供水（输水） 和净水技术没有安全保障；除近岸海岛外，其余海岛对外交通不 便，班船由于气候原因经常停航，且经常限电。为此，分散海岛 渔农民、边缘海岛驻军的饮用水问题一直悬而未决。此外，快速 发展的岛际供水的海底供水/输水管道的安全得不到保障，漏损发 生后，漏损点的定位时间长、修复困难。而在21世纪建设海岛、 开发海洋的国家战略目标下，海岛饮用水的水量与水质问题显得 更加突出。因此，经济、适用的海岛村镇饮用水安全保障技术 的研发，是造福于海岛民众的民心工程。据此，课题通过技术研 发、集成和提升，重点开展了海岛水资源利用规划与饮用水源保
护技术、海岛苦咸水淡化及屋顶接水、坑道井和村级供水站的淡 水净化、海岛饮水应急水质净化及其决策技术、海底输水/供水管 道突发泄漏的监测与定位技术，并进行了工程示范和中试，初步 形成了海岛饮水安全保障技术体系。本文将主要介绍海岛典型水 源水的净化技术及其设备的示范应用。
二、研究成果
1、太阳能动力屋顶接水供水系统与相关技术 针对散列海岛旱季水电两缺的现状，以及海岛家用自备井与
一、前言
课题属于村镇给水排水工程领域，隶属于国家水污染控制与 治理科技重大专项饮用水安全保障技术研究与示范主题中的典型 村镇饮用水安全保障适用技术集成与示范项目。
沿海岛屿村镇由于其自然地理和气候条件，具有不同于大陆 村镇的特殊性。据统计，我国面积在500m2以上的海岛有6961 个，大多数因缺乏淡水水源而无法居住和开发，有常驻居民的为 420多个，海岛人口已经超过3000万。建设海岛、开发海洋是我 国21世纪十分重要的战略任务，同时也是我国国防的最前沿之 一。
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3、海岛苦咸水反渗透淡化技术及其设备 针对海岛部分山塘水质呈现出季节性咸淡
交替、导致常规淡水净化装置在水源水质盐度 超标情况下出水无法达标的现象，课题组研制 出海岛山塘苦咸水淡化/淡水净化一体化技术及 其装置（已获发明专利授权）[2]，且在湖泥岛 农村饮用水工程中得到应用。该装置采用反渗 透淡化与超滤净化串/并联集成工艺，根据水源 盐度变化可实现超滤与反渗透切换或产水混合 调配，保证了海岛渔农民在任何季节的水质安 全。
2、自带膜丝断裂检测系统的海岛超滤膜净化技术与装置 针对海岛用水冲击负荷大,中空纤维膜膜丝易断裂的问题，
课题组研发出超滤膜水处理设备中空纤维膜膜丝断裂的检测技术 （图4），解决了膜丝断裂、破损等造成的杂质穿透而引起的水
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特别关注 水 科 技 发 展
The Special Focus
质污染问题，同时结合变频泵组解决了海岛驻 军用水冲击负荷造成的高能耗问题，成功研制 出ZJU-UF系列坑道井水/山塘水处理设备（已获 发明专利授权）（图5）。所研设备ZJU-UF-30 自2010年5月起在庙子湖岛海防营示范应用； ZJU-UF-20自2011年6月23日起在东极镇水厂 得到了推广应用，设备24小时运行，其水源水 库水浊度15-50NTU，在未使用任何药剂的情况 下，设备产水浊度0.1 NTU，20分钟自动反洗20 秒。
常通过海水淡化水来供给，同时，也会取用受 到深度污染的淡水。为解决散列小岛在旱季饮 用水问题，课题研发了海岛移动式净化技术及 其设备:船载式海水反渗透淡化设备与车载式应 急深度水处理设备。这些设备既可以在旱季应 急使用，还可以以供海岛居民出海作业时制取 生活用水，或固定在海岛上常规使用。与常规
图4 膜丝检测装置示意图（左）和膜丝断裂时检测到的气泡（右）
（a）（b）保证率GR=90% 图1（a）散列海岛屋顶接水系统概化图；（b）屋顶接水系统蓄水设施设计计算图
图2 海岛屋顶接水供水系统家用雨水净化装置工艺流程图（左）与正冲反洗原理图（右）
图3 太阳能动力屋顶接水供水系统：太阳能硅板（左）、 电源控制器核心处理器原理图（中）、水净化系统（右）
4、海岛应急净化技术及其设备 在海岛旱季，散列海岛的饮用水应急供给
屋顶接水供水系统无处理设施等问题，课题组开发了以中空纤维 膜为核心的家用净水器、以太阳能供电为动力的家用屋顶接水收 集处理系统，成功解决了传统中空纤维膜家用水处理装置无法正 冲反洗及二次污染的问题，突破了家用净水器的正冲反洗与分质 供水技术（已获实用新型专利授权）（图2）、以及太阳能屋顶 接水供水系统的太阳能、蓄电池与常规电源的稳定切换技术（图 3），解决了散列海岛村镇夏季水电两缺的矛盾，保证了渔农民 的饮水安全。同时,提出了屋顶接水供水系统储水井优化设计理论 （图1）[1],确保设计的科学性和合理性.目前有3套家用净水器和2 套太阳能动力屋顶接水供水系统安装在舟山庙子湖岛和青浜岛使 用。
小型海水淡化装置不同，本课题研发的船载式海水反渗透淡化装置引入了国内新研 发的小型能量回收装置，因此能耗远小于常规小型海水淡化装置；同时，该装置可 灵活连接三种预处理系统：外海船用时采用砂滤器加袋式过滤器，体积小巧；应急 使用时仅采用袋式过滤器作预处理，便于轻巧快捷安装；在近海海岛长期作为饮用 水处理设备时，可增加专门设计的一体化塑胶高效澄清池作前处理。
自动冲洗技术，形成了海岛村镇典型水源水净化适用技术集成体系及其设备，在舟山庙子湖岛、青浜岛、湖泥岛、
六横岛进行了相应的示范与中试，得到当地部门、渔农民与海岛驻兵的肯定，取得了良好的社会反响和巨大的社会
效益，也为我国海岛建设、海洋开发和驻岛官兵提供了饮用水安全保障技术。
关键词
沿海岛屿村镇；饮用水净化；工程示范 注：本文为国家水体污染控制与治理科技重大专项（2008ZX07425-008）
[2] 蓝俊，周志军，江增，赵海洋，徐 小青. 超滤和反渗透联用的海岛饮用水处理 示范装置.水处理技术. 2012, 38(4):126129,132.
（上接28页）
化2007第四次评估报告(AR4)》和2008年《气候变化与水》的专项技术报告中都 对污水处理过程中产生的CH4和N2O进行了评估；许多国家和国际组织对城市给水 排水系统发展面对气候变化的挑战开展了广泛研究，并分析研究城市给水排水系 统温室气体的排放规律和相关减排措施。
水务篇
沿海岛屿村镇饮用水净化技术研究与工程示范
□ 浙江大学 邵卫云 周永潮 周志军
摘要
针对海岛村镇典型水源（坑道井水、屋顶接水ຫໍສະໝຸດ Baidu苦咸水、咸淡交替山塘水）水的特点，以经济、适用为目标，
研发出海岛太阳能动力屋顶接水净化技术、海岛膜净化装置的膜丝断裂检测与膜污染防治技术、海岛山塘苦咸水淡
化/淡水净化的一体化技术、海岛家用净水装置的正冲反洗与分质供水技术、海岛苦咸水反渗透淡化设备的RO产水
3、“低影响开发”（LID）理念。“低影响开发”(Low Impact Development), 是指基于模拟自然水文条件原理,采用源头控制综合措施，努力降低开发建设场地 径流水量、径流污染物负荷以及对受纳水体的影响，尽可能地维持或恢复某个开 发区域开发前的水文特征。LID 同时倡导应有效的在源头去除雨水中营养物质、病
本《规范》在“基本规定”章节中明确规定城镇给水排水工程建设和运行 过程中“应采取措施减少温室气体的排放”的要求。城镇给水排水设施建设和运 行过程温室气体的排放主要是能源消耗间接产生的CO2 和污水贮存、输送、处 理和排放过程产生的CH4和N2O。CH4和N2O的温室效应分别为CO2的23~62倍和 280~310倍。因此，城镇给水排水设施建设和运行过程要采取综合措施减排温室 气体，为适应和减缓气候变化承担相应的责任。
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水务篇
图5 集成膜丝检测的超滤膜净化设备ZJU-UF系列工艺流程图
表1 海岛苦咸水纳滤与反渗透淡化技术比选指标评价体系与权重
一级指标
二级指标
三级指标
通量0.206641
截留率0.232696
苦咸水 淡化方法 (纳滤膜法、 超低压 反渗透法)
膜与膜 组件性能
0.667
膜材料性能 0.833
产水水质0.286334 膜抗污染性能0.089778
原体、重金属离子等,最大程度减少和降低场地开 发建设对于周围水生态环境的影响。该方法已在 美国、德国、瑞典、新西兰、 加拿大等一些发达 国家广泛采用。
本《规范》“城镇排水”章节“一般规定” 中规定“城镇雨水系统的建设应利于雨水就近入 渗、调蓄或收集利用，降低雨水径流总量和峰值 流量，减少对水生态环境的影响”，即按照“低 影响开发”理念，要求从源头着手，加大雨水就 近入渗、调蓄或收集利用，尽可能地减少雨水径 流总量和峰值流量；充分利用绿地和土壤对雨水 径流的生态净化作用，不仅节省雨水系统设施建 设和维护资金，减少暴雨灾害风险，还能有效降 低城镇建设对水环境的冲击，有利于水环境生态 安全和健康。 C
膜寿命0.091783 使用pH范围0.020625 使用温度范围0.028315 使用压力范围0.043827
成本 0.333
膜组件性能 0.167 运行成本0.75 投资成本0.25
膜系统回收率0.167 操作压力0.25
单位产水量能耗0.75 膜的费用0.5 增压泵0.5
三、结语
本课题实现了海岛水资源利用规划、海岛水 源水质的保护与修复、岛际输水与供水管道的突 发渗漏的检测与定位，研制出了海岛典型水源水 系列净化设备与装置，申请专利10项，已获发明 专利授权2项、实用新型专利5授权项，发表论 文12篇，形成技术指南与预案草稿5项，建成示 范工程与中试基地7个，为保障海岛分散供水的 水量、水源保护、水质净化与输配水、应急净水 等提供了有力的技术支持，其示范与中试工程为 缓解沿海岛屿村镇饮用水安全问题提供了良好范 例，产生了显著的社会效益。 C
参考文献： [1] Yong-chao ZHOU, Wei-yun
SHAO, Tu-qiao ZHANG. Analysis of a rainwater harvesting system for domestic water supply in Zhoushan, China. Journal of Zhejiang UniversitySCIENCE A . 2010, 11(5):342-348. (SCI)