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1、10申请公布号CN102351285A43申请公布日20120215CN102351285ACN102351285A21申请号201110278369522申请日20110920C02F1/50200601C02F1/7820060171申请人环境保护部南京环境科学研究所地址210042江苏省南京市玄武区蒋王庙街8号72发明人武志林王伟民张永春沈海风贝恩德奥朱斯卡74专利代理机构南京知识律师事务所32207代理人蒋海军54发明名称一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法57摘要本发明公开了一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，属于水处理技术领域。它包括循。
2、环水泵、臭氧发生系统、温度检测循环冷却系统、水箱；所述温度检测循环冷却系统固定安装在所述水箱的顶部，所述循环水泵通过进口法兰与循环水泵的进水端固定连接，所述水箱右侧的倒“L”型管道的下端通过出口法兰与出水端固定连接，在循环水泵的进水端或水箱上还设置有水力空化发生器；所述臭氧发生系统通过管道固定连接在循环水泵的下端管道上。本发明针对传统鼓泡臭氧法处理污水、杀菌消毒时臭氧利用率低的问题，通过水力空化的“空化效应”及其可强化臭氧氧化作用的能力，对水体中的微小生物进行灭杀，提高了臭氧利用率。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图2页CN1023512。
3、90A1/1页21一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置,其特征在于,它包括循环水泵（1）、臭氧发生系统（3）、温度检测循环冷却系统（4）、水箱（5）；所述温度检测循环冷却系统（4）固定安装在所述水箱（5）的顶部，所述温度检测循环冷却系统（4）包括不锈钢U形热交换器（17）和温度测量仪（18），所述不锈钢U形热交换器（17）和温度测量仪（18）下端伸入水箱（5）内部；所述循环水泵（1）包括进水端（7）、出水端（8），所述水箱（5）下端管道通过进口法兰（190）与循环水泵（1）的进水端（7）固定连接，所述水箱（5）右侧的倒“L”型管道的下端通过出口法兰（191）与出水端（8）固定连。
4、接，在循环水泵（1）的进水端（7）或水箱（5）上还设置有水力空化发生器（2）；所述臭氧发生系统（3）通过管道固定连接在水箱（5）的下端管道上。2根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水箱（5）的下端管道上设置有水力空化发生器（2），且所述水力空化发生器（2）位于臭氧发生系统（3）与循环水泵（1）固定连接处上方。3根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述水箱（5）右侧的倒“L”型管道上设置有水力空化发生器（2）。4根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述水箱（5）还包括流量计（15）、第二压力表（14）及第一压力表（13），所述流量计（15）、第二压力表（14）及第一压力表（13）通。
5、过三通管从上往下依次固定连接在水箱（5）右侧的倒“L”型管道上，第二压力表（14）、第一压力表（13）分别位于空化发生器（2）的上下两侧。5根据权利要求2或4所述的装置，其特征在于，所述水力空化发生器（2）的结构形式有3类，可为不同孔径的单孔孔板（201）、多孔孔板（202）、带横向刀片孔板（203）的一种。6根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述臭氧发生系统（3）与循环水泵（1）固定连接的管道上从左至右依次设置有截止阀（11）、真空表（12）。7根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述循环水泵1选用离心泵。8根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述水箱（5）的顶部边缘设置有处理水入水。
6、口（9），所述水箱（5）的顶部安装有臭氧尾气监测与吸收装置（6），并与水箱（5）通过焊接管道或软管连接，所述循环水泵（1）的下部设置有处理水出口（16）。9根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述水箱（5）材质可为选用不锈钢、工程塑料。10一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的方法，其特征在于，使用权利要求9所述的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置杀灭受处理水中的小生物。权利要求书CN102351285ACN102351290A1/6页3一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法技术领域0001本发明属于水处理技术领域里一种利用物理化学技术灭杀、抑。
7、制水体中微小生物装置和方法，尤其涉及一种采用水力空化及其强化臭氧技术清除水体中微囊藻及降解微囊藻毒素的方法。背景技术0002湖泊（水库）是重要的自然资源，随着我国工农业生产的快速发展和城市规模的扩大，大量工业、生活以及农业面源污水排入水体，使水体的富营养化现象日益严重，藻类水华是水环境受到严重污染的表现，而水华的发生又进一步加剧了水体污染。近20年来，我国湖泊等水体水华灾害已成为制约社会和国民经济进一步持续发展的重要因素。富营养化的重要特征是在春夏季高温时期藻类大量滋生，形成绿色丝带状的水华，造成了局部地区水生生态环境严重恶化。藻类漂浮在水面不仅影响水环境的美观，更重要的是大量藻类死亡后漂浮在。
8、水面上，破坏水域生态系统，加速湖泊老化。藻类尸体被水中异养菌分解，产生恶臭进一步释放体内毒素，即藻毒素，将严重恶化水质，影响净水工艺，危害人类健康。藻华频发势必造成周边地区人民群众生产生活用水困难，从而影响社会稳定。0003“空化效应”是指在液流中由于压力的突然变化而产生的空泡及其溃灭现象。水力空化可通过螺旋桨、叶轮等在水体中高速旋转产生，由此产生的强力水力空化效应对螺旋桨、叶轮等等造成严重损害。在实际应用中，水力空化多由在水流管道中安装的孔板等节制器件产生，这些节制器件在本发明在统称为空化发生器。空泡溃灭时将在空泡周围的空间内，产生瞬时高温（约5000K）和高压（500BAR以上），温度变化。
9、率高达109K/S，并伴随有强烈的冲击波和速度高达100M/S以上的微射流。同时，在此极端的环境中水分子会裂解，产生氧化性极强的无选择性氧化剂氢氧自由基（HO）。微囊藻具无色、柔软而有溶解性的胶被。细胞球形或长圆形，多数排列紧密；细胞淡蓝绿色或橄榄绿色，往往有气泡（假空胞），多悬浮在水体中。在水力空化条件下，微囊藻容易受到机械和氧化伤害。因此，水力空化灭藻就是利用上述空化效应杀灭或抑制藻类生长繁殖的技术。0004此外，臭氧是一种强氧化剂，它的氧化能力比氯强51倍，比二氧化氯强37倍。臭氧对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，能通过细胞壁，破坏细胞膜，并直接破坏RNA、DNA且可以很快地抑制蛋白质的合。
10、成等，致使藻细胞解体，使细胞死亡。微囊藻及其藻毒素对臭氧敏感，当臭氧投量大于1MG/L时，藻细胞开始呈现明显降低，只要05MG/L的臭氧经5分钟接触后就可以去除98以上的藻毒素。臭氧在水力空化环境中不稳定，产生氧化能力极强的新生态氧O和氢氧自由基（HO）等具有极强灭活作用的次生氧化物。因此，利用水力空化产生的空化效应，不仅可促进臭氧在水体中的质传递，还能促进更强氧化剂氢氧自由基的生成，而且受水力空化伤害的微囊藻细胞对臭氧更加敏感，从而提高臭氧利用率，缩短处理时间，降低处理成本，强化灭杀效果。说明书CN102351285ACN102351290A2/6页4发明内容0005要解决的技术问题针对传统。
11、鼓泡臭氧法处理污水、杀菌消毒时臭氧利用率低的问题，本发明提供了一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，通过水力空化的“空化效应”及其可强化臭氧氧化作用的能力，对水体中的微小生物进行灭杀，提高了臭氧利用率。0006技术方案本发明的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置，它包括循环水泵、臭氧发生系统、温度检测循环冷却系统、水箱；所述温度检测循环冷却系统固定安装在所述水箱的顶部，所述温度检测循环冷却系统包括不锈钢U形热交换器和温度测量仪，所述不锈钢U形热交换器和温度测量仪下端伸入水箱内部，温度检测循环冷却系统的作用是调节温度；所述循环水泵包括进水端、出水端，所述水箱。
12、下端管道通过进口法兰与循环水泵的进水端固定连接，所述水箱右侧的倒“L”型管道的下端通过出口法兰与出水端固定连接，在循环水泵的进水端或水箱上还设置有水力空化发生器；所述臭氧发生系统通过管道固定连接在水箱的下端管道上。0007所述水箱的下端管道上设置有水力空化发生器，且所述水力空化发生器位于臭氧发生系统与循环水泵固定连接处上方。当泵运行时，由于空化发生器的阻碍，泵会产生压水的作用，空化发生器前会产生很高的压力，空化发生器后压力显著下降，从而在空化发生器前后产生显著的压力差和水力空化。0008所述水箱右侧的倒“L”型管道上设置有水力空化发生器。此处水力空化发生器的作用同上。0009所述水箱还包括流量。
13、计、第二压力表及第一压力表，所述流量计、第二压力表及第一压力表通过三通管从上往下依次固定连接在水箱右侧的倒“L”型管道上，第二压力表、第一压力表分别位于空化发生器的上下两侧。0010所述水力空化发生器的结构形式有3类，可为不同孔径的单孔孔板、多孔孔板、带横向刀片孔板中的一种。0011所述臭氧发生系统与循环水泵固定连接的管道上从左至右依次设置有截止阀、真空表。0012所述循环水泵选用离心泵。0013所述水箱的顶部边缘设置有处理水入水口。待处理水从处理入水口进入装置。0014所述水箱的顶部安装有臭氧尾气监测与吸收装置，并与水箱通过焊接管道或软管连接。设置臭氧尾气监测与吸收装置的作用是检测和吸收尾气。
14、。所述循环水泵的下部设置有处理水出口。可在处理水出口取水样或依据在线监测仪器测量经过处理的水体理化指标判断水质。所述水箱材质可为选用不锈钢、工程塑料或其他防腐材料。0015本发明的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的方法，本方法使用以上所述的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置来杀灭受处理水中的小生物。提高了臭氧利用率。0016有益效果本发明相比于现有技术的优点是（1）本发明利用物理化学技术，水力空化强化臭氧处理污水，处理速度明显加快，臭氧说明书CN102351285ACN102351290A3/6页5利用率非常高，且无二次污染。0017（2）本发明的装置各部分只需。
15、经过简单连接，便可进行水处理，其结构简单，操作容易，投资和运行成本低。附图说明0018图1是本发明的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置的结构示意图；图2是单孔孔板；图3是多孔孔板；图4是带横向刀片单孔孔板。0019图中1循环水泵2水力空化发生器3臭氧发生系统4温度检测循环冷却系统5水箱6臭氧尾气监测与吸收装置7进水端8出水端9处理水入水口11截止阀12真空表13第一压力表14第二压力表15流量计16处理水出口17不锈钢U形热交换器18温度测量仪190进口法兰191出口法兰201单孔孔板202多孔孔板203带横向刀片单孔孔板。具体实施方式0020下面结合附图和实施例对本发明进一。
16、步说明。0021本发明的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，基于国家国际科技合作项目（2010DFB93700），项目名称水力空化联合臭氧灭杀富营养化水体中藻类成套技术研发。本发明根据产生水力空化的压力特性，制定了两种水力空化流程，即负压（吸水）水力空化流程和正压（压水）水力空化流程。结合图1，空化发生器2可以设置在循环水泵1进水口端7，当循环水泵1运行时，循环水泵1会产生吸水的作用，空化发生器2后会产生很高的真空度，从而在空化发生器2前后产生压力差和水力空化。空化发生器2也可安装在循环水泵1出水口端8，当循环水泵1运行时，由于空化发生器2的阻碍，循环水泵1会产生压水的。
17、作用，空化发生器2前会产生很高的压力，空化发生器2后压力显著下降，从而在空化发生器2前后产生显著的压力差和水力空化。本发明采用不锈钢管件，用于装置中各仪表、部件间的连接。0022在循环水泵1进水端7或出水端8安装一个空化发生器2，开启并调节温度检测循环冷却系统4，将一定量的受处理水倒入水力空化装置的水箱5中，取样测定初始受处理水体理化指标。开启循环水泵1运行，进行水处理，需要时通入臭氧，水体循环处理一定时间后，关闭循环水泵1和臭氧发生系统3，测定处理后的水体理化指标。0023以下实施例18采用电功率为15KW的离心泵，扬程为32米，转数为2900转/分钟，最大流量为4立方米/小时。不锈钢管件管。
18、内径为290MM，用于装置中循环水泵1与仪表和各部件间的连接。在水力空化处理的同时，在环水泵1的进水端通入臭氧，进行水力空化与臭氧化的联合处理。以下实施例18以处理含铜绿微囊藻的水为例。0024实施例1本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所说明书CN102351285ACN102351290A4/6页6包含的水力空化发生器2采用如图2的单孔孔板201的结构形式，孔径选用12MM（参数见表1），水箱5材料为不锈钢。在水力空化装置水箱5中倒入175L藻水，初始叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数分别为30G/L，18106个/ML。在20C下循环处理20分钟，测定处理后。
19、的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为147和151。处理时间延长到60分钟，在负压（吸水）水力空化工况下，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为301和306。0025在正压（压水）水力空化工况下，水力空化处理20分钟后，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为128和131。0026实施例2本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器2采用如图4的带横向刀片单孔孔板203的结构形式，孔径选用6MM，在孔面在均匀排布焊接11片剃须刀片、刀片间距05MM（参数见表2），将此孔板安装在循环。
20、水泵1进水端水箱5材料为工程塑料。在水力空化装置水箱中倒入25L藻水，铜绿微囊藻藻细胞数为35106个/ML。在25C下循环处理藻水20分钟，测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，微囊藻藻细胞数去除率为6。将1L经过和未经过水力空化处理后的藻水放在同一生物培养箱中，继续正常培养观察。经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日下降，未经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日上升，经过水力空化处理后培养到第7天，微囊藻藻细胞数去除率达到55。0027将藻水处理时间从20分钟延长到30分钟，水力空化处理后培养到第7天，微囊藻藻细胞数去除率达。
21、到60。0028实施例3本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器采用如图2的6MM孔径的单孔孔板201（参数见表1）和如图3的孔数位9、孔径为2MM的多孔孔板202（参数见表3）组合结构形式，两孔板间隔距离为30MM，将此组合孔板安装在循环水泵1进水端。在水力空化装置的水箱5中倒入25L藻水，铜绿微囊藻藻细胞数为35106个/ML。在25C下循环处理藻水20分钟，测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，微囊藻藻细胞数去除率为6。将经过和未经过水力空化处理后的藻水放在同一培养箱中，继续正常培养观察。经过水力。
22、空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日下降，未经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日上升，经过水力空化处理后培养到第7天，微囊藻藻细胞数去除率达到59。0029将藻水处理时间从20分钟延长到30分钟，处理后第7天，微囊藻藻细胞数去除率达到68。0030实施例4本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器2采用如图2的6MM孔径的单孔孔板201（参数见表1）和如图3的孔数位9孔径为2MM的多孔孔板202（参数见表3）组合结构形式，两孔板间隔距离为30MM，将此组合孔板安装在循环水泵1进水端。在水力空化装置水箱5中倒入25L藻水。
23、，铜说明书CN102351285ACN102351290A5/6页7绿微囊藻藻细胞数为35106个/ML。在25C下，在藻水中加入1MMOL/L的双氧水，循环处理藻水20分钟，测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，微囊藻藻细胞数去除率为6。将经过和未经过水力空化处理后的藻水放在同一培养箱中，继续正常培养观察。经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日下降，未经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日上升，经过水力空化处理后培养到第7天，微囊藻藻细胞数去除率达到65。0031在藻水中加入1MMOL/L的双氧水和01MMOL/L的硫酸亚铁，。
24、采用6MM孔径的孔板与9孔2MM孔径的孔板组合，经过20分钟水力空化处理，在负压（吸水）水力空化工况下，微囊藻藻细胞数去除率为15。经过水力空化处理后第7天，微囊藻藻细胞数去除率达到70。0032实施例5本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器2采用如图2的单孔孔板201的结构形式，孔径选用12MM（参数见表1）。在水力空化装置水箱5中倒入175L藻水，初始叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数分别为30G/L，18106个/ML。在20C下循环处理5分钟。处理过程中，通入臭氧/氧气混合气体，进气流量为05L/MIN，臭氧发生量为046MG/MIN。。
25、测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为884和905。处理时间延长到6分钟，则叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别上升到952和943。0033在正压（压水）水力空化工况下，处理5分钟后，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为750和625。在无孔板和无水力空化工况下，通臭氧处理5分钟后，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为297和236。0034实施例6本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器2采用如图2的单孔孔板201的结构形式，孔径选用12MM（参数见表1）。在水力。
26、空化装置水箱5中倒入175L藻水，初始叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数分别为29G/L，16106个/ML。在20C下循环处理5分钟。处理过程中，通入臭氧/氧气混合气体，进气流量为05L/MIN，臭氧发生量分别为050和058MG/MIN。测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。0035在负压（吸水）水力空化工况和050MG/MIN臭氧通量下，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别为904和924。在058MG/MIN臭氧通量下，则叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别上升到964和948。0036实施例7本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器。
27、2采用如图2的单孔孔板201的结构形式，孔径选用12MM（参数见表1）。在水力空化装置水箱5中倒入15L藻水，初始叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数分别为46G/L，363106个/ML。在20C下循环处理5分钟。处理过程中，通入臭氧/氧气混合气体，进气流量为2L/MIN，臭氧发生量为136MG/MIN。测定处理后的叶绿素A和铜绿微囊藻藻细胞数浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，叶绿素A和微囊藻藻细胞数说明书CN102351285ACN102351290A6/6页8去除率分别为36和40。延长处理时间到10分钟，则叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别上升到78和89。将经过和未经过水力空化处理后的藻水。
28、放在同一培养箱中，继续正常培养观察。经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日下降，颜色变浅，未经过水力空化处理后的藻水中铜绿微囊藻藻细胞数浓度逐日上升，颜色变深。经过水力空化处理10分钟的样品，培养到第4天，叶绿素A和微囊藻藻细胞数去除率分别上升到965和995，水样也由深绿色变成无色。0037实施例8本实施例的一种利用水力空化及其强化臭氧灭杀水体中微小生物的装置和方法，其所包含的水力空化发生器2采用如图2的单孔孔板201的结构形式，孔径选用12MM（参数见表1）。在水力空化装置水箱5中倒入15L花园景观鱼池水，初始叶绿素A浓度为38G/L。在20C下循环处理10分钟。处理过程中，通入臭氧/氧气混合气体，进气流量为2L/MIN，臭氧发生量为136MG/MIN。测定处理后的叶绿素A浓度。在负压（吸水）水力空化工况下，叶绿素A去除率为88。处理时间延长到20分钟，则叶绿素A去除率分别上升到98，臭氧利用率达到995。说明书CN102351285ACN102351290A1/2页9图1图2说明书附图CN102351285ACN102351290A2/2页10图3图4说明书附图CN102351285A。