一种羟基自由基处理高藻水的方法和装置制造方法

一种羟基自由基处理高藻水的方法和装置制造方法
【专利摘要】一种羟基自由基处理高藻水的方法和装置，涉及水处理。所述方法：启动电源，原料气进入模块化阵列式氧等离子体发生源电离、离解，生成氧等离子体气体，再从模块化阵列式氧等离子体发生源出口，一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪，其余进入高压射流器；待处理的高藻水泵入过滤器，经过滤器的水部分流入高压射流气液混溶器与进入高压射流气液混溶器的氧等离子体气体混溶后再流入液液混溶器进一步混溶，未溶解于水中的氧等离子体气体通过气液分离器和剩余气体消除器热分解成O2排放；经过滤器的出水部分输送至主管路中的液液混溶器，与支管路输送的羟基自由基溶液混合，剩余的·OH分解成O2、H2O。
【专利说明】-种超基自由基处理高藻水的方法和装置

【技术领域】
[0001] 本发明属于气体放电学、自由基生物学和水处理应用【技术领域】，尤其是涉及一种 轻基自由基处理高藻水的方法和装置。

【背景技术】
[0002] 目前，全国75%的湖泊出现不同程度的富营养化，著名的太湖、巢湖、滨池、东湖和 洞庭湖等原本优美怡人的湖泊水景，在近20多年来都沦为劣V类地表水。2007年5?6月 间，江苏太湖爆发严重的蓝藻水华，造成无锡全城供水几乎在一夜之间变成莫水，造成整个 城市停水、数百万人饮水困难的严重后果。巢湖是合服市的饮用水备用水源，属于富营养化 水体，夏秋季节藻类生长极为胚盛，无法保证供水水质。滨池水华发生的区域已遍及全湖， 而且藻浓度日益增高、持续时间延长，已严重影响城市正常供水，多次发生自来水发腥发莫 事件，甚至昆明第H自来水厂因此关闭。
[0003] 高藻水指的是由于水体发生富营养化现象，导致水中藻密度高于1〇7个/L时，水 质恶化严重，污染源多样，超过国家地表水皿类标准的富营养化水体。高藻水是水源富营 养化的结果，水质表现为藻类高，COD高、氨氮高、亚硝酸盐高、藻毒素高和部份金属离子偏 高，超过国家地表水皿类标准，而无法作为饮用水水源。当藻类均值在3X IO6个/L W上 时，常规的饮用水处理工艺沉淀一加药反应、絮凝沉淀一过滤一消毒（氯气）已不能适应， 出水水质普遍超标。大量藻类加大了原水的处理难度，采用常规处理工艺处理后的饮用水 的各项指标特别是感官性状指标无法达到国家生活饮用水标准。释放出的藻毒素对人体有 毒副作用，藻类有机体、藻类分泌物是消毒副产物的前体物，加之高藻期氯消毒剂的投加量 剧增，导致消毒副产物（H氯甲焼）浓度随之增加，严重地危害人的身体健康。进入管网的 藻类成为微生物繁殖的基质，促进细菌生长，造成供水系统的二次污染，使管网水质恶化。
[0004] 高藻水处理技术主要分为物理法、化学法及生物法等。物理法不向水中投加任何 药剂，只通过机械筛分、强制截留的物理手段将藻类从水中去除。微滤机是一种比较典型的 物理预处理除藻方法，它采用滤网除去水中大于或等于滤网孔径的浮游动物和藻类。一般 采用网眼孔径为10?45 ym(多数为35 ym)的微滤机，除藻率约为50%?70%。德国的 Slipplingen水厂在向原水中投药之前用微滤机去除原水中大部分藻类等颗粒物。但是微 滤机对藻类的去除率随藻的种类不同而有很大区别，越细小的藻类越难去除，有时仅去除 10%。
[0005] 化学法通常采用化学氧化剂如氯气（eg、二氧化氯（Cl化)、莫氧（〇3)、高猛酸钟 (KMn〇4)及其复合药剂等，常用的盐类药剂有硫酸铜（CuS〇4)和氨氧化巧Ca (OH) 2等。存在 的主要问题是：杀灭藻类时间长在20?120mins、所需药剂量大、生成团代物等消毒副产 物，无法氧化降解有害有毒有机污染物如藻毒素、致嗅物质等；CuS化具有毒性，在水体中残 留的时间很长；莫氧法消毒设备复杂，投资大，耗电量大，运行费用高。
[0006] 在高藻水处理的有关报道中，依照采用的处理方法分类，主要有过滤、气浮、絮凝、 磁性吸附、超声波处理等物理方法，氯、过氧化氨、莫氧、硫酸铜等化学氧化方法，微生物降 解、生物反应器等生物处理方法，W及其他综合方法等。美国专利US6332980B1 "从水流中 分离藻类及其他污染物的系统"通过一个气体接触单元，利用气浮方法进行藻水分离。韩国 专利KR20030012054A "凝聚过滤除藻设备"利用絮凝剂投加装置W及过滤装置去除水中的 藻类。日本专利JP2002153704A "去除藻类装置"和韩国专利KR100636265B1 "莫氧除藻方 法及装置"分别利用氯、莫氧作为化学氧化剂进行除藻处理。美国专利US2012058248A1"减 少藻类数量的方法和系统"利用W藻类为生的微生物除藻。在授权的中国发明专利中，公开 了有关凝聚沉降、絮凝气浮、磁性吸附等物理方法，莫氧、高猛酸钟和熟石灰组合的化学氧 化方法，W及生物处理结合化学氧化方法。
[0007] 目前，高藻水处理多用于富营养水体中藻类的去除，需要较长的处理时间，处理工 艺复杂，不适用于高藻水源水的规模化快速处理。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的在于提供一种轻基自由基处理高藻水的方法。
[0009] 本发明的另一目的在于提供一种轻基自由基处理高藻水的装置。
[0010] 所述轻基自由基处理高藻水的方法，包括W下步骤：
[0011] 1)启动高频高压电源，对氧等离子体发生源施加激励功率，原料气通过管路进入 模块化阵列式氧等离子体发生源进行电离、离解，生成氧等离子体气体；
[0012] 2)将步骤1)生成的氧等离子体气体从模块化阵列式氧等离子体发生源出口经过 管路，一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪，检测氧等离子体气体浓度，其余进入高压射 流器；
[0013] 3)待处理的高藻水由粟粟入过滤器，经过滤器的水，1/20?1/10的水量流入高压 射流气液混溶器与进入高压射流气液混溶器的氧等离子体气体进行气液混溶后，再流入到 液液混溶器进一步混溶，未溶解于水中的氧等离子体气体通过气液分离器和剩余气体消除 器热分解成化排放，氧等离子体气体经过一系列水射流空化动力学及等离子体化学反应过 程在支管路中生成轻基自由基溶液；
[0014] 4)经过滤器的出水，9/10?19/20的流量经流量计输送至主管路中的液液混溶 器，与支管路输送的轻基自由基溶液混合，实现? OH在输水主管路中规模化快速致死高藻 水中的藻类，同时氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物、净化水体，最终产物变成无害 化的C〇2、&0等；剩余的? OH分解成〇2、&0。
[0015] 在步骤1)中，所述高频高压电源的功率可为100?400W ;所述原料气可采用氧气 或空气等，原料气的进气流量可为0. 03?6. OOmVh,所述管路采用聚四氣己帰管路；所述 的电离、离解气体分子是在微流注与微辉光交替协同形成的大气压强电离放电中进行的， 可通过改变放电间隙、外加激励功率、临界电场强度、高能电子占有率，及氧气进气量等调 控氧等离子体气体的浓度和各种活性粒子的比例，特别是〇2+浓度；强电离放电物理参数可 利用斯培克展宽法、光纤光谱测量结合数值模拟来调控，系统循环冷却水温度为5?IOC， 放电间隙为0. 1?0. 25mm，电场强度可达380Td (ITd = l〇-"V .Cm2)，电子平均能量达到9? IOeV,放电通道中电子密度达到IQis/cm3,电离占空比（微放电通道的总体积与放电间隙体 积的比）大于2% ;所述氧等离子体气体的浓度为80?300mg/L，氧等离子体气体包括〇2+、 0、0\ 0 (巧、0神）、〇2 W A g)和〇3等，其中〇2+是生成? OH的关键活性粒子。
[0016] 在步骤2)中，所述一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪的气体流量可为0. I? 0.5L/min。
[0017] 在步骤3)中，所述生成轻基自由基溶液的浓度可通过氧等离子体气体浓度、气液 体积比、氧等离子体气体的平衡分压、水体温度调控；氧等离子体气体与水的体积比可为 1 : (3 ?6)。
[0018] 在步骤4)中，所述经过滤器的出水，9/10?19/20的流量经流量计输送至主管路 中的液液混溶器，与支管路输送的轻基自由基溶液混合的时间为0. Ims?6s ;所述混合时 间由水流速度和液液混溶器容积大小确定；所述输送至主管路中，可分流1/20?1/10的待 处理高藻水至支路中制备高浓度? OH溶液，再均等地注入到支路上的液液混溶器中，在混 溶与管路输运的过程中快速致死微囊藻、针杆藻、四尾栅藻、佩式拟多甲藻等藻类，同时杀 灭水中的病原微生物、氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物、净化水体；所述支路处理 出水输送至主管路排出。
[0019] 所述轻基自由基处理高藻水的装置，设有高频高压电源、模块化阵列式氧等离子 体发生源、等离子体诊断设备、氧等离子体气体浓度检测仪、高压射流气液混溶器、液液混 溶器、气液分离器、剩余气体消除器、总氧化剂TRO检测仪、支管路、过滤器、粟、主管路；
[0020] 所述模块化阵列式氧等离子体发生源的进气口外接原料气源，高频高压电源与模 块化阵列式氧等离子体发生源连接，等离子体诊断设备与模块化阵列式氧等离子体发生源 电连接，模块化阵列式氧等离子体发生源的等离子体输出端分别接氧等离子体气体浓度检 测仪和高压射流气液混溶器；粟的入水口外接待处理高藻水源，粟的出水口接过滤器的入 水口，过滤器的出水口接高压射流气液混溶器的进水口，高压射流气液混溶器的出口接液 液混溶器的入口，未溶解于水中的氧等离子体气体出口通过气液分离器和剩余气体消除器 热分解成〇2排放，气液分离器的氧等离子体气体出口接支管路，生成的轻基自由基溶液从 支管路输送至主管路中的液液混溶器；由过滤器输送的待处理高藻水与支管路输送的轻基 自由基溶液在主管路上的混溶器中混合；轻基自由基溶液处理出水由主管路送出；在支管 路末端和主管路末端设有总氧化剂TRO检测仪。
[0021] 所述模块化阵列式氧等离子体发生源与原料气源之间可依次设有第1气体阀口、 气体流量计；所述模块化阵列式氧等离子体发生源与高压射流气液混溶器之间设有第2气 体阀口；所述粟与待处理高藻水之间可设有第1液体阀口；所述过滤器与高压射流气液混 溶器之间可依次设有第2液体阀口、第1液体流量计；所述过滤器与主管路上的液液混溶器 之间可依次设有第3液体阀口、第2液体流量计。
[002引本发明利用大气压强电离放电手段电离、离解化生成高浓度化\ 0\ 0、0神）、 0 (中)、化(ai A g)和化等氧等离子体气体。氧等离子体气体通过高压射流器的高压射流作用 产生大量的超微细气泡，使氧等离子体气体高传质效率溶解于水中，其中化+与水反应高效 生成-OH溶液。化等氧等离子体气体在引发剂作用下形成W -OH为主的溶液。实现-OH 在输水主管路中规模化快速致死高藻水中的藻类，同时氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机 污染物、净化水体，最终产物变成无害化的C02、&0等；剩余的? OH分解成化、&0。
[0023] 所述轻基自由基溶液的制备、藻体的致死、病原微生物的灭活及藻毒素、致嗅物质 等有机污染物的氧化降解，均在混溶和管路输运过程中实现，所需时间在0. Ims?6s。
[0024] 所述注入高藻水中总氧化剂TRO浓度可根据藻类浓度、水体浊度、化学需氧量 (COD)等进行调控。
[0025] 所述轻基自由基处理高藻水的装置，对于常规地表高藻水的处理，致死阔值浓度 在0. 2?2. Omg/L，处理后藻浓度在lOOcells/mL W下；在杀灭藻类的同时，? OH杀灭水中 的病原微生物、氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物，并净化水体，处理后高藻水的微 生物学、感官性状、有机污染物指标达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749- 2006)。
[0026] 所述轻基自由基处理高藻水的装置，处理量可达50?500mVh，单支路处理量为 lOOmVh，所需能耗小于30Wh/吨水，增加处理运行费用小于0. 03元/吨水，处理成本低。
[0027] 本发明所述气液混溶器，重点解决了水射流空化气液混溶难题，大幅提高气液传 质效率，优化混溶工艺模式和参数，强化氧等离子体气体与水激励生成? OH的效果，省去体 积鹿大的曝气鼓泡培等。
[0028] 本发明通过氧等离子体源模块并列组合的数量，气体放电功率、氧气进气量等参 数来调控氧等离子体气体的浓度；总氧化剂TRO浓度由氧等离子体气体浓度、气液体积比、 氧等离子体气体的平衡分压和水体温度来调控；总氧化剂TRO的注入浓度由待处理高藻水 中的藻类浓度、水体浊度、化学需氧量（COD)等进行调控；'OH在输运高藻水管道中规模化 快速杀灭藻类、致病微生物，氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物，并净化水体。
[0029] 本发明的技术效果和优点是：①利用大气压强电离放电的物理方法规模高效地生 成轻基自由基（? OH)，生成? OH浓度可达100 Ji mol/L，生成? OH时间极短在0. Ims?Is, 反应体系中直接生成了馬化，无需投加；②轻基自由基（? OH)在输送高藻水管路中规模化 快速杀灭藻类，杀灭时间在0. Ims?6s，杀灭阔值浓度TRO在0. 2?2mg/L，处理后藻浓度 在lOOcells/mL W下；③在杀灭藻类的同时，'OH杀灭水中的病原微生物、氧化降解藻毒素、 嗅味物质、消毒副产物等有机污染物，并净化水体，处理后高藻水的微生物学、感官性状、有 机污染物指标达到国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006);④-OH处理高藻水的处理 量可达50?500吨/小时，能耗小于30Wh/吨水，增加处理运行费用小于0. 03元/吨水。 采用本发明处理高藻水，实施简单、高效、无二次污染、对环境无负面效应、运行成本低、占 地面积小，可广泛地应用于海洋污染防治、环境工程、化学工程领域，为高级氧化技术工程 化应用提供了新方法和实用设备。

【专利附图】

【附图说明】
[0030] 图1为轻基自由基规模化快速处理高藻水流程图。
[0031] 图2为轻基自由基规模化多支管路分流处理高藻水流程图。
[0032] 图3为轻基自由基处理前后的几种典型藻类的形态图。

【具体实施方式】
[0033] W下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0034] 参见图1，所述轻基自由基处理高藻水的装置，设有高频高压电源1、模块化阵列 式氧等离子体发生源2、等离子体诊断设备3、氧等离子体气体浓度检测仪6、高压射流气液 混溶器7、液液混溶器8、气液分离器9、剩余气体消除器10、总氧化剂TRO检测仪11、支管路 12、过滤器15、粟16、主管路18。
[0035] 所述模块化阵列式氧等离子体发生源2的进气口外接原料气源，高频高压电源1 与模块化阵列式氧等离子体发生源2连接，等离子体诊断设备3与模块化阵列式氧等离子 体发生源2相关电路连接，模块化阵列式氧等离子体发生源1的等离子体输出端分别接氧 等离子体气体浓度检测仪6和高压射流气液混溶器7 ;粟16的入水口外接待处理高藻水 17,粟16的出水口接过滤器15的入水口，过滤器15的出水口接高压射流气液混溶器7的 进水口，高压射流气液混溶器7的出口接液液混溶器8的入口，未溶解于水中的氧等离子体 气体出口通过气液分离器9和剩余气体消除器10热分解成化排放，气液分离器9的氧等 离子体气体出口接支管路12,生成的轻基自由基溶液从支管路12输送至主管路18中的液 液混溶器8,由过滤器15输送的待处理高藻水与支管路12输送的轻基自由基溶液在主管路 18上的混溶器8中充分混合。轻基自由基溶液处理出水由主管路18送出，在支管路12末 端和主管路18末端设有总氧化剂TRO检测仪11。
[0036] 所述模块化阵列式氧等离子体发生源2与原料气源之间可依次设有第1气体阀口 41、气体流量计5 ;所述模块化阵列式氧等离子体发生源2与高压射流气液混溶器7之间设 有第2气体阀口 42 ;所述粟16与待处理高藻水17之间可设有第1液体阀口 131 ;所述过滤 器15与高压射流气液混溶器7之间可依次设有第2液体阀口 132、第1液体流量计141 ;所 述过滤器15与主管路18上的液液混溶器8之间可依次设有第3液体阀口 133、第2液体流 量计142。
[0037] 参见图2,所述待处理高藻水17可W通过一条输送主管路规模化快速处理，也可 W通过多条输送管路分别处理。在输送高藻水的主管路18中，分流1/20?1/10的待处理 高藻水17至支路12-1中制备高浓度.OH溶液，再均等地注入到支路12-2?12-10上的 液液混溶器8中，在混溶与管路输运的过程中快速致死微囊藻、针杆藻、四尾栅藻、佩式拟 多甲藻等藻类，同时杀灭水中的病原微生物、氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物、净 化水体。所述支路12-2?12-10处理出水输送至主管路18排出。在图2中，标记133? 139表示相应支路的液体阀口，144?1410表示相应支路的液体流量计。
[0038] W下给出所述轻基自由基处理高藻水的方法：
[0039] 1)启动高频高压电源1，对氧等离子体发生源施加激励功率，原料气通过管路进 入模块化阵列式氧等离子体发生源2进行电离、离解，生成氧等离子体气体；所述高频高 压电源的功率可为100?400W ;所述原料气可采用氧气或空气等，原料气的进气流量可为 0. 03?6. OOmVh,所述管路采用聚四氣己帰管路；所述的电离、离解气体分子是在微流注与 微辉光交替协同形成的大气压强电离放电中进行的，可通过改变放电间隙、外加激励功率、 临界电场强度、高能电子占有率，及氧气进气量等调控氧等离子体气体的浓度和各种活性 粒子的比例，特别是0/浓度；强电离放电物理参数可利用斯培克展宽法、光纤光谱测量结 合数值模拟来调控，系统循环冷却水温度为5?1(TC，放电间隙为0. 1?0. 25mm，电场强 度可达380Td(lTd = 1(T"V ^cm2)，电子平均能量达到9?IOeV,放电通道中电子密度达到 IQis/cm3,电离占空比（微放电通道的总体积与放电间隙体积的比）大于2%;所述氧等离子 体气体的浓度为80?300mg/L，氧等离子体气体包括化\ 0、0\ 0 (中）、0 Cd)、化(ai A g)和 〇3等，其中0/是生成.OH的关键活性粒子。
[0040] 2)将步骤1)生成的氧等离子体气体从模块化阵列式氧等离子体发生源2出口经 过管路，一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪6,检测氧等离子体气体浓度，其余进入高 压射流器7 ;所述一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪的气体流量可为0. 1?0.化/min。
[00川扣待处理的高藻水17由粟16粟入过滤器15,经过滤器15的水，1/20?1/10的 水量流入高压射流气液混溶器7与进入高压射流气液混溶器7的氧等离子体气体进行气液 混溶后，再流入到液液混溶器8进一步混溶，未溶解于水中的氧等离子体气体通过气液分 离器9和剩余气体消除器10热分解成化排放，氧等离子体气体经过一系列水射流空化动 力学及等离子体化学反应过程在支管路12中生成轻基自由基溶液。所述生成轻基自由基 溶液的浓度可通过氧等离子体气体浓度、气液体积比、氧等离子体气体的平衡分压、水体温 度调控；氧等离子体气体与水的体积比可为1 : (3?6)。
[0042] 4)经过滤器15的出水，9/10?19/20的流量经流量计输送至主管路18中的液液 混溶器8,与支管路12输送的轻基自由基溶液混合，实现?OH在输水主管路中规模化快速致 死高藻水中的藻类，同时氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物、净化水体，最终产物变 成无害化的C02、H20等；剩余的'0H分解成〇2、&0。所述经过滤器15的出水，9/10?19/20 的流量经流量计输送至主管路18中的液液混溶器8,与支管路12输送的轻基自由基溶液 混合的时间为0. Ims?6s ;所述混合时间由水流速度和液液混溶器容积大小确定；所述输 送至主管路18中，可分流1/20?1/10的待处理高藻水17至支路12-1中制备高浓度^OH 溶液，再均等地注入到支路12-2?12-10上的液液混溶器8中，在混溶与管路输运的过程 中快速致死微囊藻、针杆藻、四尾栅藻、佩式拟多甲藻等藻类，同时杀灭水中的病原微生物、 氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物、净化水体。所述支路12-2?12-10处理出水输 送至主管路18排出。
[0043] W下给出轻基自由基生成的等离子体化学反应过程。
[0044] 高效生成? OH的等离子体化学反应过程如下，〇2电离、离解成〇2+、0、0神）、〇2一、 化(ai A g)和化等氧等离子体气体，其中0 (3巧、0 Cd)的寿命极短，分别为5 y S、5ns，它们很 快与化结合生成化，只有化\〇3、化^活性粒子能够被输送到气液溶解单元，化能量很低基本 不发生等离子体化学反应。因此，〇2+、化是关键的活性粒子，进行下一步的等离子体化学反 应。
[004引路径1 ;在水中02+与&0反应生成水合离子簇02+化0)进而生成.0H，是主导反 应；在水中2个? OH生成&02, &02与册2一是平衡反应，册2一是生成? OH重要的引发剂，反 应速率常数为2. 2X l06L/mol . S是水中H(厂引发剂速率常数70L/mol . S的3万倍。
[004引路径2 ;03在册2-作用下生成? 02一、册2 ?、? 03一、册3 ?，进而生成? OH是主导反 应。其中，M是等离子体反应第H体，k是反应速率常数。
[0047] H02-+03+M - 册2 ? +〇3 ? -+M k>5. 5Xl〇V(mol ? s) (I)
[0048] H02. 一 〇2. + H+ ( 2 )
[0049] 〇2 . -+〇3 - 〇3 . -+〇2 k = 3. 0 X 1〇8l/ (mol . S) (3)
[0050] 〇3 ? -+H+ - 册3 ? k = 5. 2 X l〇i°L/ (mol ? S) (4)
[0051] 册3 ?一 ? 0H+02 k = 1. 4X 1〇5s_i 妨
[0052] 路径3 ;氧等离子体气体和水通过射流器的高压射流作用形成大量地冲击波和射 流，通过一系列动力学过程生成? 0H，同时又生成馬化等。
[005引综上所述，? OH是通过一系列等离子体化学反应高效生成的，? OH在水中会诱发 一系列的自由基链反应，瞬间生成&02,册2-，02 ? -，03 ?-，册3 ?，02+化20)等氧自由基，其总 浓度为总氧化剂浓度TRO。
[0054] W下给出轻基自由基致死藻细胞机制。
[0055] -OH氧化分解微囊藻、针杆藻等藻类的氨基酸活性基团，导致蛋白质的化学损伤直 至生物死亡；'0H作用于脱氧核糖核酸值NA)生成其加合物造成不可修复的化学损伤；'OH 攻击细胞膜的磯脂多帰脂肪酸侧链，导致多帰脂肪酸迅速降解，引起细胞膜的脂质过氧化， 导致细胞结构出现损伤而死亡；-OH打乱细胞内代谢的稳定，干扰细胞的信号转导；-OH 启动细胞的主动性自杀一调亡过程，甚至直接使细胞破碎死亡。
[0056] W下给出具体实施例。
[0057] 实施例1 ;
[0058] 如表1所示，试验用水来自厦口市汀溪水库，水温在28?3(TC，? OH强氧化处理 系统的处理量为50吨/小时，配置不同浓度的铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa)、针 杆藻（Syne化a sp.)和四尾栅藻（Scenedesmus qua化icauda)加入到水库水中，配置成藻 浓度分别为40 X 104、20 X IO4UOX IO4UX IO4CellsAiL的原藻。处理后的样品通过核酸染 料SYTOX" Green染色并利用英光显微镜观察判断藻细胞死活，当质膜受损时，染料能够进 入细胞与细胞DNA结合，在488nm激发光下核酸发出绿色英光；而对于活细胞，染料无法穿 透细胞膜，在激发光下核酸不发英光。
[0059] 表1.轻基自由基对不同浓度藻的杀灭效果
[0060]

【权利要求】
1. 一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 启动高频高压电源，对氧等离子体发生源施加激励功率，原料气通过管路进入模块 化阵列式氧等离子体发生源进行电离、离解，生成氧等离子体气体； 2) 将步骤1)生成的氧等离子体气体从模块化阵列式氧等离子体发生源出口经过管 路，一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪，检测氧等离子体气体浓度，其余进入高压射流 器； 3) 待处理的高藻水由泵泵入过滤器，经过滤器的水，1/20?1/10的水量流入高压射流 气液混溶器与进入高压射流气液混溶器的氧等离子体气体进行气液混溶后，再流入到液液 混溶器进一步混溶，未溶解于水中的氧等离子体气体通过气液分离器和剩余气体消除器热 分解成O2排放，氧等离子体气体经过一系列水射流空化动力学及等离子体化学反应过程在 支管路中生成羟基自由基溶液； 4) 经过滤器的出水，9/10?19/20的流量经流量计输送至主管路中的液液混溶器，与 支管路输送的羟基自由基溶液混合，实现? OH在输水主管路中规模化快速致死高藻水中的 藻类，同时氧化降解有机污染物，净化水体，最终产物变成无害化的C02、H2O ;剩余的? OH分 解成02、H2O ;所述有机污染物包括藻毒素、致嗅物质。
2. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤1)中，所 述高频高压电源的功率为100?400W ;所述原料气可采用氧气或空气等，原料气的进气流 量可为0. 03?6. 00m3/h，所述管路采用聚四氟乙烯管路。
3. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤1)中，所 述电离、离解气体分子是在微流注与微辉光交替协同形成的大气压强电离放电中进行的， 通过改变放电间隙、外加激励功率、临界电场强度、高能电子占有率，及氧气进气量等调控 氧等离子体气体的浓度和各种活性粒子的比例，特别是O2+浓度；强电离放电物理参数可利 用斯塔克展宽法、光纤光谱测量结合数值模拟来调控，系统循环冷却水温度为5?KTC，放 电间隙为〇. 1?〇. 25mm，电场强度可达380Td，ITd = KT17V ? cm2,电子平均能量达到9? IOeV,放电通道中电子密度达到1015/cm3,电离占空比即微放电通道的总体积与放电间隙体 积的比大于2%。
4. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤1)中，所 述氧等离子体气体的浓度为80?300mg/L，氧等离子体气体包括02+、0、0+、0 (3P)、0 (1D)、 O2 (a1 A g)和 O3。
5. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤2)中，所 述一部分通入氧等离子体气体浓度检测仪的气体流量为〇. 1?〇. 5L/min。
6. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤3)中，所 述生成羟基自由基溶液的浓度通过氧等离子体气体浓度、气液体积比、氧等离子体气体的 平衡分压、水体温度调控。
7. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤3)中，所 述氧等离子体气体与水的体积比为1 : (3?6)。
8. 如权利要求1所述一种羟基自由基处理高藻水的方法，其特征在于在步骤4)中，所 述经过滤器的出水，9/10?19/20的流量经流量计输送至主管路中的液液混溶器，与支管 路输送的羟基自由基溶液混合的时间为0. Ims?6s ;所述混合时间由水流速度和液液混溶 器容积大小确定，分流1/20?1/10的待处理高藻水至支路中制备高浓度^OH溶液，再均等 地注入到支路上的液液混溶器中，在混溶与管路输运的过程中快速致死微囊藻、针杆藻、四 尾栅藻、佩式拟多甲藻，同时杀灭水中的病原微生物、氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污 染物、净化水体；所述支路处理出水输送至主管路排出。
9. 一种羟基自由基处理高藻水的装置，其特征在于设有高频高压电源、模块化阵列式 氧等离子体发生源、等离子体诊断设备、氧等离子体气体浓度检测仪、高压射流气液混溶 器、液液混溶器、气液分离器、剩余气体消除器、总氧化剂TRO检测仪、支管路、过滤器、泵、 主管路； 所述模块化阵列式氧等离子体发生源的进气口外接原料气源，高频高压电源与模块化 阵列式氧等离子体发生源连接，等离子体诊断设备与模块化阵列式氧等离子体发生源电连 接，模块化阵列式氧等离子体发生源的等离子体输出端分别接氧等离子体气体浓度检测仪 和高压射流气液混溶器；泵的入水口外接待处理高藻水源，泵的出水口接过滤器的入水口， 过滤器的出水口接高压射流气液混溶器的进水口，高压射流气液混溶器的出口接液液混溶 器的入口，未溶解于水中的氧等离子体气体出口通过气液分离器和剩余气体消除器热分解 成O2排放，气液分离器的氧等离子体气体出口接支管路，生成的羟基自由基溶液从支管路 输送至主管路中的液液混溶器；由过滤器输送的待处理高藻水与支管路输送的羟基自由基 溶液在主管路上的混溶器中混合；羟基自由基溶液处理出水由主管路送出；在支管路末端 和主管路末端设有总氧化剂TRO检测仪。
10. 如权利要求9所述一种羟基自由基处理高藻水的装置，其特征在于所述模块化阵 列式氧等离子体发生源与原料气源之间依次设有第1气体阀门、气体流量计；所述模块化 阵列式氧等离子体发生源与高压射流气液混溶器之间设有第2气体阀门；所述泵与待处理 高藻水之间设有第1液体阀门；所述过滤器与高压射流气液混溶器之间依次设有第2液体 阀门、第1液体流量计；所述过滤器与主管路上的液液混溶器之间依次设有第3液体阀门、 第2液体流量计。
【文档编号】C02F1/46GK104326529SQ201410655146
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月14日 优先权日:2014年11月14日
【发明者】白敏冬, 张芝涛, 田一平, 白敏菂, 郑琦琳, 李海燕 申请人:厦门大学