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协同超净化水土共治技术

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最后更新: 2021-05-08 13:15
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公司基本资料信息
详细说明

1、适用范围或应用领域

湿地/自然保护区、水库/饮用水源地/南水北调/运河/库区、湖泊蓝藻/近海养殖、黑臭水体/母亲河/城市公园/国考断面


2、技术简介

协同超净化水土共治技术能够快速提升水中溶解氧、激活水体活性;迅速降解水体中各类污染物、恢复水体自净功能;有效修复大流域生态,且无需投放任何菌种、药剂,保障原位生态修复,无二次污染。


协同超净化水土共治技术应用范围广,可涵盖黑臭河道连片治理、大型水体(湖泊/污染塘/沿海养殖水域)生态修复、重点流域治理、水源地水质提升、自然保护区/湿地公园水土净化、大体量工业废水治理、市政污水厂出水水质提标改造、重金属污染水土修复等。此技术已先后用于了云南滇池、雄安新区、上海国家会展中心、深圳河道等国家水土治理示范性工程中。


3、工艺路线及参数或技术原理

(一)基本原理

协同超净化水土共治技术为区域性整体环境提升技术,可以快速提升水体溶解氧、激活水体活性、消解水体中各类污染物、恢复水体自净功能、消除底泥中各类污染物,改善大流域生态环境,真正意义上实现“绿水青山”的宏伟蓝图。纳米结构金刚石薄膜电极构架放入水中,在低压电场驱动下,释放出的电子动能低,能够有效作用于水中络合吸附在一起的各种基团,使水体中的络合物(有机物簇合而成)成分离散,形成大量的以碳为主要骨架的离散结构(简称纳米点)。纳米点内具有吸收光子产生激发态电子和空穴的性能,能够有效吸收阳光而发生光催化效应。一些纳米点内掺杂原子例如有金属原子、氮和磷原子等,能够使纳米点的光学能隙减小,以至于具有吸收可见光进行光催化作用的性能,使自然光进行光催化的利用率更高。


纳米点的光催化效应释放出高能电子,能够实现:


水分子变为活性氧和和氢气,氢气离开水面,活性氧溶解在水体中,提高活性氧浓度。有机物中的键态断裂降解,进一步与活性氧作用,转化为二氧化碳和水。有机物降解的同时又会形成新的不同的纳米点,新的纳米点能够同样具有光催化功能,通过链式反应和水体的流动,可以快速传播到更远的区域,并形成更多的纳米点,产生大量活性氧,降解更多污染物。同时,淤泥中的各种络合物也会逐渐分散消解,形成气体通道,释放出厌氧菌产生的臭气,并且水中的活性氧能够逐渐渗透到淤泥内部,氧化脱毒和降解其中的污染物。如此,通过金刚石薄膜电极构架装置产生的高浓度低能电子与阳光协同作用,最终实现整个区域水体和淤泥环境到根本净化,经过脱毒的有机基团能够成为水生物的饵料,使良性的水生态快速恢复。


(二)作用过程

以纳米金刚石薄膜材料架构的特殊电极系统,能够对水体和土壤施加协同作用,对水体中的有机聚合体、络合基团、粘结基团、细菌分泌集团、金属离子络合体等进行分解和氧化。同时在太阳光的复合作用下,水分子被分解,产生活性氧。


水分子通常会分解为带正电荷的H+离子和带负荷的OH¯离子:


H2O →H+ + OH-


(1)水分子会和高能态的空穴产生氧气:


 H2O + 2h+ →1/2O2 + 2H+ 


(2)氧气又会被光生电子还原为超氧阴离子自由基O2¯:


 O2 + e-→O2-(超氧阴离子自由基) 


(3)水中的带负电荷的OH-离子和带正电荷的空穴反应生成氢氧自由基·OH(即羟基),在低能处附近发生如下反应:


OH-+ h+ →·OH(氢氧自由基,即羟基) 


(4)水中带正电荷的氢离子也会和带负电氢氧自由基荷的电子结合,生成氢气:


2H+ + 2e-→H2 


(5)最后,水中就会有氧气、氢气、超氧阴离子自由基O2-和羟基自由基·OH等。


水中络合物、有机物被单质氧、氧气及少量超氧阴离子自由基、羟基自由基氧化为纳米点,纳米点在光催化作用下继续对水体进行链式氧化还原反应,产生单质氢、单质氧、氢气、氧气等等。


 羟基自由基(·OH)是一种重要的活性氧,是由氢氧根(OH-)失去一个电子形成。羟基自由基具有极强的得电子能力,氧化电位2.8V,产生极强的氧化能力,羟基自由基可与大多数有机污染物发生无选择性的快速链式反应,氧化生成CO2、H2O,无二次污染。超氧阴离子自由基和氢氧自由基具有超强的活性,和水中的污染物发生反应将污水净化,主要是超氧阴离子自由基O2¯和污水中细菌、霉藻、有机化合物等氧化为水和二氧化碳:


O2-+ 细菌、霉藻、有机化合物→mH2O + nCO2 


(6)氢氧自由基·OH和甲醛、笨等TVOC(总挥发性有机化合物)有害物质反应,生成无毒的水和二氧化碳:


OH +甲醛、笨等TVOC有害物质→mH2O+nCO2 


(7)由于超氧阴离子自由基和氢氧自由基具有超强的活性,所以污水会向净化后的方向移动,很快也会被净化,并有气泡产生(主要是二氧化碳、氧气等);


新的污水又会流到已净化的区域被净化,很快将出现净化污水的链式反应。此外,流动的水又会将纳米点带到其它的流域,并产生一系列的氧化基团,进一步对水体产生净化作用。


4、主要技术指标

目前为止,尚未发现技术对于生态环境的负面影响,因为本装置的工作方式,比较特殊,唯一的工作方式是装置中电子的溢出现象,这种电子作用力度实在太弱,它不同于生活中的电磁场、电场、辐射场等,对于人体没有任何危害。且获得薄膜与微细技术教育部重点实验室安全环保认证证书。 



本装置的核心材料为金刚石纳米材料,材料构成就是碳元素,碳元素本身为大自然中的主体元素,材料本身对于环境没有任何污染。同时,系统正常工作条件下,水中的有机物一部分被氧化还原,一部分会转变为微生物的营养来源,无需外界投加菌种,水体环境改善后,水体和底泥中的自生土著微生物会逐渐恢复,生物链重新构建,恢复生态环境。本技术并非通过生态动植物的作用来治理水体,而是属于水质净化后,水体中的水生动植物自发生长,生物链自身重构的过程。因此,对于生态环境也没有任何负面影响。 


正常情况,装置安装后,协同超净化水土共治技术治理效果显著,具有快速提升水体溶解氧、改善水体化学指标、短时间(1-3月)恢复生态系统等优势:


(1)水质指标在原有数值基础上,均可提升1-2个级别; 


(2)COD去除率均70-90%; 


(3)氨氮去除率70-90%以上; 


(4)总磷去除率50-80%。 


正常情况下,每组装置的装机功率在300w,装置自身的运行费用较低。 每组装置的生产成本根据装备型号,生产成本差异较大,每组装置成本在100万-1000万之间。 


结合具体项目分析,在30万平米以上的湖泊,或者5km以上的河道项目中,项目的治理费用,比传统的工艺路线,降低10-30%。


5、技术特点

“协同超净化水土共治技术”是目前世界上唯一能够全流域治理污染、修复自然生态的技术,并具有以下特点: 


(1)装置的工作影响模式是立体的,在半径500 m的项目范围内,水体可以不用连通,对于坑塘、断头浜、封闭水塘、流动河流等工况,只需确定在装置影响范围内,通过两组以上装置(最合理布局)的协同作用,即可实现既定的治理目标。单组装置的独立工作,在周期和效果方面,弱于两组装置的协同应用; 


(2)通过多组系统装置的协同作用,即可实现大流域的水环境整治,面积从几平方公里到上百平方公里,均可实现; 


(3)不需要大型土建构筑物,系统安装维护简便; 


(4)无需添加药剂或菌种,无二次污染,真正实现原位修复; 


(5)为改善水质采取的清淤措施,可以省略,本技术可以实现水体和底泥中有机物的一并降解; 


(6)快速提升水体溶解氧,在系统工作的初期,水体中溶解氧一般均达到超饱和状态; 


(7)对于农业面源中的农药化肥残留同样具有降解作用,从源头上根治 


(8)对于不同污染程度水体(高浓度污染水体/生活污水/重度黑臭/劣Ⅴ类/Ⅳ类等),在满足光照和停留时间的前提下,均可实现污染物大幅消除,还原生态; 


(9)本技术对于外界温度,没有局限作用,在零度以下(冬天),系统同样工作,实现污染物降解、水环境提升的目的; 


(10)系统对于COD、氨氮、总磷等通常环境污染因子,均能实现指标的大幅消减;对于蓝藻,亦能彻底根除,藻毒素彻底降解无毒化;对于重金属离子等污染,亦可以实现重金属的无毒化。


6、技术优势

目前,国内外,尚没有类似的技术应用,治水先治污泥,“协同超净化水土共治技术”可原位高效建立良好生态的底泥环境,实现清净水体和有益自生水生物底泥培养基。


本技术与传统的化学除藻、絮凝沉淀、投菌法、人工充氧曝气法、人工湿地等相比,具有优点如下:


见效极快,专用系统在水体内直接加载治理,不占用土地;


治理全过程无毒、无污染,无需建设构筑物;


适合小、中流速活水,无需对治理范围沿河两岸进行截排污,一般生活污水和非重度污染工业污水可以直接排放,使其在治理流域里直接净化;


河底污泥矿化还原成无机河床,减少底泥体积。无需生态治理配合也能保持水质清澈,不会影响河中微生物、鱼类等动植物的正常栖息。也可根据实际情况与水域周边生态绿化景观廊道有机结合。


本技术中,发生光催化氧化还原的纳米点,来自于水体中有机物结构的自身转化,太阳能利用载体的形成,无需高额的生产成本。同时,装置的影响范围是立体的,在水/土/气等周边环境中,有水分子存在有太阳光照射的情况下,均可实现有机物的降解。 


通过先进的科学技术制造的设备,不需要再通过大型施工,撒药等各种费时费力且可能造成二次污染的方法,就可以解决水体的各种问题,达到水质提升的目标。 


设备占地面积小,总能耗300w,无需添加药剂及投放菌种,无二次污染。应用于各类大流域治理(湖泊、河流、湿地、近海、水源地等)。除适用于各种浓度各种行业的污染水体和底泥治理外,也适用于大面积土壤修复等领域。快速提升水体溶解氧,消解多种污染物和底泥内的毒害物质,快速恢复水体自净功能。


7、设备组成

变频电源: 

变频电源具备二组可调输出电压与二种可选输出频率,每组电压可同时控制多个、多种型号之主体设备,多个主体设备的总额定功率之和不能超出变频电源之额定功率。 


主体设备部分:

由金刚石极板、绝缘挡板、壳体和外部的接线电极柱组成。 基本参数


8、技术要求

1、设备使用条件 

大气压力:86kPa~106 kPa 

电源工作环境温度:0℃~40℃ 

交流电源电压:220V±10% 

交流电源频率:50Hz±10% 


2、外观和结构 

外观:设备表面无裂痕、毛刺及永久性污染物,亦无明显变形和划痕;标识应齐全、正确、清晰。 


结构:变频电源应固定可靠、漆层完好整洁、各个电气元件应该齐全完好,安装位置正确。所有回路接线应准确,连接可靠,标志齐全清晰。所有线缆的规格和布置应符合设计要求,排列整齐,无机械损伤。 


3、治水性 

水质: 

经设备治理后的水质应符合GB3838-2002中表1的各水质要求。 ’


能力: 

JDYC-Ф500的水体治理能力可达到以设备为中心辐射直径1km范围内水体; 

JDYC-600的水体治理能力可达到以设备为中心辐射直径2 km范围内水体; 

JDYC-1000的水体治理能力可达到以设备为中心辐射直径3 km范围内水体; 


4、噪声 

设备正常运行时产生的噪声在距离设备1m时不大于40db(A)。 


5、安全性 

绝缘电阻:变频电源输入端与外壳之间的绝缘电阻不应小于2 MΩ。 


介电强度:变频电源处于非工作状态,电源开关置于接通位置,电源进线端与外壳间施加50Hz标准正弦波1.5KV的电压力时1min不应出现飞狐和击穿。 


泄露电流:变频电源施加额定电压的1.1倍,输入端与保护性接线端之间的泄露电流不得超过交流10mA有效值。


9、工程案例

雄安新区入白洋淀大清河尾水渠辛庄段开展的“饮用水水源地协同超净化水土共治技术应用示范”项目。

 

白洋淀水系由坑、塘、淀和河相结合组成,水体受工业、农业和城镇居民生活垃圾影响污染,水质类别普遍为劣V类水质。经检测,原水水质参数化学需氧量(COD)为74mg/L,氨氮(NH3-N)为14.1 mg/L,总氮(TN)为19.2 mg/L,总磷(TP)为1.43 mg/L。该项目选取大清河尾水渠辛庄村段为项目设备放置点,以水体化学指标变化为依据调整设备参数进行水体治理。根据实际工况选取9个点位进行化学指标自行检测,并抽取其中4个点位第三方水质检测公司进行检测。 


该项目在安装了协同超净化设备对水体进行处理一个月后在W1设备东200米、W2桥西200米距设备350米左右、W3设备东517米、W4设备东2.1公里进行现场采样分析,COD去除率达78%以上,NH3-N去除率达99%以上,TN去除率达96%以上,TP去除率达97%以上,水质指标达到地表Ⅲ类。



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