[发明专利]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

说明书

技术领域

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

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。

“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5000 K）和高压（500 bar以上），温度变化率高达10⁹ K/s，并伴随有强烈的冲击波和速度高达100 m/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。

此外，臭氧是一种强氧化剂，它的氧化能力比氯强5.1倍，比二氧化氯强3.7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1 mg/L时，藻细胞开始呈现明显降低，只要0.5 mg/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。

发明内容

要解决的技术问题

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，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。

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。

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。

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。