一种氧活性粒子处理污水设备制造技术

本实用新型专利技术涉及一种氧活性粒子处理污水的设备，属于气体电离放电、等离子体化学和水处理技术领域。其特征是该处理污水的设备包括氧活性粒子发生设备和羟基溶液产生设备；氧活性粒子发生设备包括空气压缩机、高压储气罐、三级空气过滤器、氧活性粒子发生器、氧活性粒子分析仪、示波器以及高频高压电源；高频高压电源控制氧活性粒子发生器生成浓度达108～1014/cm3的氧活性粒子；羟基溶液产生设备主要由文丘里气液混合器、从输水管道取水进入文丘里气液混合器的泵、流量计等组成。由氧活性粒子发生器生成的氧活性粒子O2+、O3等与水反应生成羟基自由基·OH，反应速率快，生成·OH的浓度高(达到2～60mg/L)，流程短，设备少，成本低，能耗小，无二次污染。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于气体电离放电、等离子体化学和水处理
，涉及一种氧活 性粒子注入输水管道中产生羟基自由基致死微小生物氧化、降解水中污染物的设备。
技术介绍
随着全球人口的急剧增长，工业发展迅速，全球水资源状况迅速恶化，“水危机”日 趋严重。一方面，人类对水资源的需求以惊人的速度扩大；另一方面，日益严重的水污染蚕 食大量可供消费的水资源。污水处理已成为与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于 同等重要的地位。当前处理污水的方法主要有物理处理法、生化处理法和化学处理法。物理法主要 包括吸附、吹脱、重力分离等，其结果并没有彻底去除污染物，只是改变了污染物存在形态 和方式。目前我国自来水处理工艺基本上都是混凝、沉淀、过滤这些物理法为主，再加氯消 毒的传统工艺。这种工艺虽然对去除水中的浊度，悬浮物、胶体、色度等具有良好的效果，但 是对去除水中有机物的作用却很低。许多天然大分子有机物、氯化消毒副产物、藻类及藻毒 素、致病微生物等给饮用水处理带来了极大不利；特别是许多藻类在水中大量繁殖后，会产 生水藻臭、鱼腥臭等不同臭味，而且在含藻量大的水中，普遍具有色度高的特点，增大了水 处理的难度。藻类不但给饮用水造成处理上的难点，其过量繁殖可引发赤潮，更给海洋环境 造成巨大破坏。生化处理法，即利用细菌来分解污染物是最经济和最常用的污水处理方法。但是， 生物处理法在废水中含有高浓度有机或有毒化合物时并不十分有效。如制药废水，制药生 产过程中的许多药物为有机合成物，其中有机污染物造成了制药废水的COD值高且波动性 大，可生化性差，色度深，毒性大；并且出于其行业的特殊性，许多生产抗生素的废水，难以 被降解，给废水的生化处理带来了很大的难度。污水必须使用氯气等化学物质经过反复处 理，这样治理成本便大大增加了。而且，在含有高浓度蛋白质、PH值非常高或非常低的废水 中，细菌很难存活。化学法中的高级氧化技术能够产生具强氧化性的羟自由基(·0Η)，· OH(Etl = 2. 80V)与氟的氧化能力相当，是进攻性最强的化学物质之一，它几乎能和所有的生物大分 子、有机物和无机物发生不同类型的化学反应，将有机污染物最终氧化成二氧化碳、水和矿 物盐，具有处理时间短、无选择性的优点，因而对处理制药、印染等工业废水十分有效，近年 来发展迅速。高级氧化技术的核心是羟基自由基(· 0Η)的制备，它的规模高效生成一直 是学术界研究的热点和难点。常用的制备方法如过氧化氢(H2O2)、紫外线(UV)、Fenton法 (H202+Fe+2,Cu+2催化剂)、臭氧(O3)、水激励方法等成熟技术和工艺协同作用，及光+半导体 催化(TiO2)、电子束辐射等方法生成· 0H，都存在这样那样的问题，如1)制取· OH浓度小、产生量低，处于实验室研究和小规模应用阶段；2)生化反应时长20 360min ；3)需外加大量药剂及催化剂如H2O2等，易爆炸、成本高；34)UV照射穿透能力差，难以用于污水处理工程；5)工艺系统庞大(鼓泡塔、氧化塔等)，运行费用高、占地面大。除饮用水、生活污水和工业废水外，海水的污染也已引起广泛重视。上世纪70年 代北美水母入侵黑海，嗜食浮游生物、鱼卵及育苗，给凤尾鱼和鲱鱼养殖业带来了灭顶之 灾。船舶压载水是造成地理性隔离水体间有害生物传播的最主要途径。据国际海事组织资 料报道，每年有10亿吨船舶压载水被搬运，每天可有3000多种动植物随压载水被运到世 界各地不同的海域，入侵当地水域并大量繁殖扩散，破坏当地水域的生态平衡，影响公众健 康。而现有的压载水处理设备和方法都存在许多问题1) ‘在航深海更换压载水的方法’耗能高，且操作、运行时间过长；2)为保证杀灭微生物而过量加氯的方法不但加重腐蚀船舱中的设施更会产生致 癌有机氯化物，在船上存放数吨的液氯会存在泄露、爆炸等安全问题；3)目前可采用的方法如在航更换处理或在目的地港口进行岸上处理都存在安全 和能耗大，或当地政府投资几样口维护设置管理等问题。因此，开发一种简单、有效的在线 治理压载水的装备迫在眉睫。
技术实现思路
本技术提供一种氧活性粒子注入输水管道中的羟基自由基致死微小生物，氧 化、降解有机污染物的设备。本装备的设计遵循了国际化学界研究前沿“绿色化学”原则， 采用天然物质02、H2O为原料，在绿色环境友好的常温常压及无催化剂条件下，利用大气压 强电场放电的极端物理手段，将O2离解电离(8. 4eV, 12. 5eV)、H2O电离(12. 6eV)生成O2+、 0 (1D)、0 (3P)、H20+、H2O*等活性粒子，将所生成的高浓度氧活性粒子(O2+、O3等)注入输水管 道分支后，氧活性粒子O2+与水反应生成高初始反应速率常数为2. 2X106L/mol. s的过氧羟 基离子H02_引发剂，氧活性粒子与引发剂进行等离子体反应生成以·0Η为主的活性粒子基 团，杀灭微小生物，氧化、降解有机污染物质；此装备简单、高效，适用于多种水处理环境，不 但解决了现有高级氧化技术装备存在的多种问题，更实现了不用催化剂、吸收剂和还原剂， 不产生任何再污染的副产品，不对环境产生任何负面影响的资源化污水处理设备。本技术解决技术问题所采用技术方案是一种氧活性粒子处理污水的设备，该氧活性粒子处理污水的设备包括氧活性粒子 发生设备和羟基溶液产生设备；所述的氧活性粒子发生设备包括空气压缩机、高压储气罐、 电离电场为精度ι. ο μ m的三级空气过滤器、200 400Td的氧活性粒子发生器、可在线检测 IO6 1015/cm3的02+、60 500mg/L的O3的氧活性粒子分析仪、与氧活性粒子分析仪连接的 示波器以及控制氧活性粒子分析仪的高频高压电源；其中高频高压电源采用频率为400 10000Hz、输出电压为1 20kV的高频高压电源，该高频高压电源与氧活性粒子发生器连 接，控制氧活性粒子发生器电离、离解成浓度达IO8 IO1Vcm3的氧活性粒子；示波器连接 在氧活性粒子发生器上；氧活性粒子分析仪连接于氧活性粒子发生器的输出管路上；氧活 性粒子发生器主要由放电极板、接地极板、电介质层和隔片组成；该氧活性粒子发生器与中 国授权专利03133447. 4在船上输送压载水过程中杀灭生物的方法及设备(授权公开号 CN1197768C)中的游离基产生器基本相同。羟基溶液产生设备主要由文丘里气液混合器、从输水管道取水进入文丘里气液混合器的泵、流量计等组成；流量计安装在文丘里气液混合器出口。氧活性粒子发生器利用高频高压电源强电场放电的极端物理手段，将空气中的 氧气电离生成小流量高浓度的02+、O3等氧活性粒子注入羟基自由基产生装备B (输水管道 分支)中，氧活性粒子中O2+与水在文丘里气液混合器中发生等离子体化学反应生成高浓度 (60mg/L 300mg/L)、高初始反应速率常数(2. 2X106L/mol. s)的H02_过氧羟基离子引发 剂，02+、O3等氧活性粒子与引发剂H02_反应生成高浓度羟基自由基· 0H(2mg/L 60mg/L)， 再注入输水主管道中杀灭微小生物，氧化、降解污染物质。在输水管道中注入氧活性粒子， 与水反应生成高浓度HO2-引发剂继而产生羟基自由基溶液的具体过程如下(一)氧活性粒子制取本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种氧活性粒子处理污水的设备，其特征在于：该氧活性粒子处理污水的设备包括氧活性粒子发生设备和羟基溶液产生设备；所述的氧活性粒子发生设备包括空气压缩机、高压储气罐、精度为１．０μｍ的三级空气过滤器、电场强度为２００～４００Ｔｄ的氧活性粒子发生器、可在线检测１０６～１０１５／ｃｍ３的Ｏ２＋、６０～５００ｍｇ／Ｌ的Ｏ３的氧活性粒子分析仪、与氧活性粒子发生器连接的示波器以及控制氧活性粒子发生器的高频高压电源；其中高频高压电源频率范围为０～１００００Ｈｚ、输出电压为１～２０ｋＶ，此电源控制氧活性粒子发生器将Ｏ２电离、离解成浓度达１０８～１０１４／ｃｍ３的氧活性粒子；示波器连接在氧活性粒子发生器上；氧活性粒子分析仪连接于活性粒子发生器的输出管路上；氧活性粒子发生器主要由放电极板、接地极板、电介质层和隔片组成；羟基溶液产生设备主要由文丘里气液混合器、从输水管道取水进入文丘里气液混合器的泵、流量计等组成；流量计安装在文丘里气液混合器出口。

【技术特征摘要】
1. 一种氧活性粒子处理污水的设备，其特征在于该氧活性粒子处理污水的设备包括 氧活性粒子发生设备和羟基溶液产生设备；所述的氧活性粒子发生设备包括空气压缩机、高压储气罐、精度为Ι.Ομπι的三级空气 过滤器、电场强度为200 400Td的氧活性粒子发生器、可在线检测IO6 1015/cm3的O2+、 60 500mg/L的O3的氧活性粒子分析仪、与氧活性粒子发生器连接的示波器以及控制氧 活性粒子发生器的高频高压电源；其中高频...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芝涛，白敏冬，白敏菂，薛晓红，杨波，白希尧，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：实用新型
国别省市：91