專利名稱：一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于氣體放電應用技術及飲用水安全保障技術領域，涉及一種可車載移動的飲用水處理系統，尤其是一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置。
背景技術：
我國是自然災害和生化災害頻繁發生的國家，突發衛生事件也時有發生，在災害發生地域，水源往往會受到嚴重污染，供水系統也會遭受嚴重破壞，生活飲用水難以保障。 不僅如此，隨著我國工業快速發展和城市化進程加快，大量工業和生活污水被直接排入受納水體，致使82%水域和93%城市飲用水水源被污染，產生大量的致癌、致畸、致突變物質，飲用水安全受到嚴重威脅；同時，我國部分農村貧困地區人口分散，社會經濟發展不平衡，飲用水安全問題比城市更為嚴峻；另外，我國邊防部隊駐地分散、點多、線長、面寬，飲水衛生與安全問題極為突出，官兵身體健康和生命安全受到危害。因此，適用于災區、戰地以及水質污染地區的飲用水應急凈化技術與裝置對保障受災群眾生活用水、減少群眾因災損失、確保災區社會穩定，提升我國對突發事件的應急處理能力具有重要意義。目前，國內外飲用水應急凈化多數采用吸附過濾的技術模式，如美國的野戰輕型凈水器采用的是反滲透技術，英國的“救命”水壺(Lifesaver Bottle)采用的是多孔聚合物過濾技術，過濾孔徑小于10_9m，瑞士的手動加壓濾水器采用的是0. 2 μ m摻銀陶瓷過濾技術，天津軍事醫學科學院研制的野戰班用凈水器，采用功能性過濾及吸附材料作為凈化單元，蘭州鐵道學院研制的小型凈水器，采用了雙層高分子濾膜吸附過濾技術及活性炭與消毒樹脂混合吸附滅菌技術。采用吸附過濾技術模式的應急凈水設備的結構雖然簡單、多樣， 但普遍存在著處理量低(一般不超過5噸/小時)，濾芯易堵塞、不易再生，使用壽命短等問題；有些還需要投加化學藥劑輔助殺滅微生物，因此會產生有毒副產物，出水有異味，并且還須配備消毒藥劑對分裝容器、管道預先消毒滅菌。使用消毒滅菌劑也是飲用水應急消毒凈化的常用模式，消毒滅菌劑主要有氯 (Cl2)、氯胺(NH2C1、NHC12)和二氧化氯(ClO2)等，在小型凈水裝置中或在應急狀況下，也可使用漂白粉[Ca0*2Ca(a0)2*3H20]、漂白精[Ca(ClO)2]及次氯酸鈉(NaClO)等，作用是氧化降解化學毒劑、有機污染物以及殺滅致病微生物。存在的問題是消毒滅菌時間長、投加劑量大、選擇性強、生化反應后會殘留氯有機污染物，如三氯甲烷和鹵乙酸等飲用水應急消毒凈化需要解決污染源多樣、凈化時間長、二次污染等難題，要求所使用的消毒滅菌劑生化反應速度快，反應速率常數大于107L/mol *s，具有廣譜致死特性，消毒劑本身無毒性，無藥劑殘留，反應的最終產物為C02、H2O及無機鹽等，穩定性好，成本低， 易操作。羥基自由基(· 0H)是強氧化劑，氧化電位高達2. 8V、具有廣譜致死特性，反應速度極快，其反應速率常數是氯、過氧化氫和臭氧等氧化劑的IO7倍以上，在數秒內即可完成整個生化反應過程；剩余的· OH可分解成A和H2O,無任何殘余藥劑，能夠滿足飲用水應急消毒凈化的要求。然而，目前的羥基自由基主要是通過光激發氧化技術和光催化氧化技術產生，雖然在去除有機污染物時的效率很高、甚至能使有機污染物礦化，轉變成無害物質， 但這些方法產生羥基自由基的濃度很低，還難以解決飲用水應急消毒凈化問題，更不能用于飲用水運輸容器和管道的消毒滅菌。大連博羽環保技術開發有限公司(實用新型專利， 申請號:200820218658. X ；發明專利，申請號=200810228249. 2)發展了一種利用臭氧/空化效應協同產生羥基自由基的方法，并將其應用到應急深度處理水和消毒滅菌溶液的制取上，提升了羥基自由基的產生量。但這種方法也存在一些問題僅使用臭氧在水中分解引發自由基鏈反應產生羥基自由基的過程不穩定，受水質狀況影響非常大；射流器空化作用非常有利于提高氣體在水中的溶解度，但對產生羥基自由基引發劑HO2-的促進作用有限，產生的羥基自由基濃度不夠理想；羥基自由基鏈反應在主管路二次混合過程中會造成部分鏈反應中斷，降低了飲用水消毒滅菌的效率。提高羥基自由基濃度的方法之一是提高羥基自由基引發劑HO2-的產生量。依據大氣壓強電場放電激發等離子體化學反應的調控機理，在窄間隙介質阻擋強電場放電反應器中，將電子加速到12. 5eV以上，通過高能電子的非彈性碰撞將輸入的O2電離、離解生成O2+ 和O3等活性粒子，這些活性粒子在匯合腔中與不飽和的氣態H2O或H2A混合后再進入寬間隙介質阻擋放電反應器，在該反應器中，動態強電場將不飽和的氣態H2O或H2A電離、離解高效產生羥基自由基引發劑H02_，羥基自由基引發劑H02_與O2+和O3等構成氧活性粒子非平衡等離子體化學反應強化生成體系，其生成量由兩個不同放電體系的電子能量和電子密度調節。這種方法生成氧活性粒子的濃度要高于常規方法3倍，反應速率常數要高出常規方法3萬倍。這樣，由窄間隙介質阻擋強電場放電反應器和寬間隙介質阻擋放電反應器共同作用產生的高濃度氧活性粒子直接與原水通過混溶加壓泵和文丘里氣液混溶器兩級高效混溶制備成高濃度羥基自由基鏈反應體系，在飲用水的輸送過程中，在0. 5 2s的時間內即可快速高效地完成飲用水消毒凈化，也可直接將高濃度的羥基自由基用于飲用水輸送管道、分裝容器的快速消毒。以羥基自由基為消毒滅菌劑的飲用應急消毒凈化是一種綠色技術模式，可實現快速、高效、低成本、無殘余藥劑或副產物致死飲用水中的病原微生物、氧化降解飲用水中的有機污染物，實現在突發事件區域、災區和戰地的飲用水應急凈化，對分裝容器、管道及污染器物快速消毒滅菌。羥基自由基飲用水應急消毒凈化裝置以微污染水為消毒凈化對象，車載情況下飲用水處理量可達40噸/小時，處理的閾值時間在0. 5 2. Os,出水指標達到《生活飲用水水質衛生規范》的要求。
實用新型內容本實用新型克服了現有飲用水應急消毒凈化裝置的不足和缺陷，提供一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置。本實用新型是在窄間隙介質阻擋強電場放電反應器的基礎上，增加寬間隙介質阻擋放電反應器構建大氣壓氧活性粒子非平衡等離子體發生體系，采用混溶加壓泵加文丘里氣液混溶器的二級氣液混溶模式強化氧活性粒子形成羥基自由基的鏈反應過程，采用插板式消毒滅菌罐延長飲用水流經路線，增加飲用水消毒滅菌作用時間，以此提高飲用水的消毒滅菌效果，保障災害環境下的飲用水安全供應，提升飲用水的應急供水量。[0011]本實用新型的技術方案是一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置，其特征在于該凈化裝置包括高濃度氧活性粒子發生單元、高濃度羥基自由基制備反應單元和飲用水消毒滅菌單元；其中，高濃度氧活性粒子發生單元的高濃度氧活性粒子出口采用聚四氟乙烯軟管連接到高濃度羥基自由基制備反應單元的混溶加壓泵的入氣口和文丘里氣液混溶器的入氣口，高濃度羥基自由基制備反應單元的出水口采用PVC管路連接到飲用水消毒滅菌單元的入水口；高濃度氧活性粒子發生單元包括空氣壓縮機、制氧機、窄間隙介質阻擋強電場放電反應器、寬間隙介質阻擋放電反應器、匯合器、儲液瓶、高頻高壓電源、電磁閥、氣體壓力表和氣體流量計；其中，空氣壓縮機以0. SMPa的壓力為制氧機穩定提供壓縮空氣，制氧機以0. 4MPa的壓力輸出含氧量高于90%的高純度氧氣，供給窄間隙介質阻擋強電場放電反應器和儲液瓶；高濃度氧活性粒子依靠窄間隙介質阻擋強電場放電反應器和寬間隙介質阻擋放電反應器共同作用產生，窄間隙介質阻擋強電場放電反應器為平板式雙電離腔結構，放電間隙0. 25 0. 64mm,電介質層采用純度96% 99%的α -Α1203材料制成，厚度 0. 47 0. 64mm，工作氣壓90 IlOkPa,激勵電壓5 10kV，激勵頻率5 IOkHz ；寬間隙介質阻擋放電反應器則為平板式單電離腔結構，放電間隙1. 00 1. 50mm,電介質層厚度 0. 64 1. 00mm，工作氣壓90 IlOkPa,激勵電壓5 8kV，激勵頻率15 20kHz ；窄間隙介質阻擋強電場放電反應器、寬間隙介質阻擋放電反應器、匯合器、儲液瓶及連接管路采用保溫材料包裹；高濃度羥基自由基制備反應單元包括混溶加壓泵、過濾器、文丘里氣液混溶器、手動閥門、液體壓力表和液體流量計；混溶加壓泵在泵體內依靠高壓環流對月牙狀空間的反復壓縮和膨脹在水中形成20 μ m以下的微小氣室，依此將高濃度氧活性粒子與水高效混溶并壓送至濾孔直徑為20 μ m的過濾器，濾出其中的懸浮物；文丘里氣液混溶器依靠負壓吸入效應和空化作用再次促使高濃度氧活性粒子與水高效混溶，文丘里氣液混溶器的入水口操作壓力為0. 4 0. 5MPa，出水口操作壓力為0. 03 0. 09MPa，水流量/氣體流量為2 6 ；飲用水消毒滅菌單元包括消毒滅菌罐、殘余氧化劑消除器和水質分析儀；其中， 消毒滅菌罐的直徑為150 500mm，管內設置10 15對相互交疊的在直徑1/4處開口的插板；殘余氧化劑消除器內裝有生物活性炭；高濃度氧活性粒子發生單元、高濃度羥基自由基制備反應單元、飲用水消毒滅菌單元、發電機、原水接口、飲用水接口整體安裝在鋼制底臺上，以汽車為載體運輸。實用新型的效果和益處是由于采用放電間距不同的兩個介質阻擋放電反應器共同作用產生氧活性粒子，強化了形成羥基自由基所需的氧活性粒子的形成過程；采用混溶加壓泵加文丘里氣液混溶器的二級氣液混溶模式助推氧活性粒子形成高濃度羥基自由基的鏈反應過程，提高了羥基自由基濃度；采用插板式消毒滅菌罐延長飲用水流經路線，增加了飲用水消毒滅菌作用時間，不僅可以提高災害環境下的飲用水消毒滅菌效果，而且可以大幅提升飲用水的安全性與應急供應量。
[0019]圖1是車載飲用水應急消毒凈化裝置工藝流程示意圖。圖2是車載飲用水應急消毒凈化裝置工作原理示意圖。圖3是車載飲用水應急消毒凈化裝置安裝示意圖。圖中1高濃度氧活性粒子發生階段；2氧活性粒子初級混溶階段；3飲用水過濾階段；4氧活性粒子文丘里高級混溶階段；5飲用水消毒滅菌階段；6殘余氧化劑消除階段； 7飲用水水質分析；8高濃度氧活性粒子發生單元；9高濃度羥基自由基制備反應單元；10 飲用水消毒滅菌單元；11空氣壓縮機；12制氧機；13窄間隙介質阻擋強電場放電反應器； 14寬間隙介質阻擋放電反應器；15匯合器；16儲液瓶；17高頻高壓電源；18電磁閥；19氣體壓力表；20氣體流量計；21混溶加壓泵；22過濾器；23文丘里氣液混溶器；對手動閥門； 25液體壓力表J6液體流量計；27消毒滅菌罐；觀殘余氧化劑消除器；四水質分析儀；30 發電機；31原水接口 ；32飲用水接口 ；33汽車。
具體實施方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的具體實施方式
。本實用新型所述的一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置工藝流程如附圖1所示，包括高濃度氧活性粒子發生階段1 ；氧活性粒子初級混溶階段2 ；飲用水過濾階段3 ；氧活性粒子文丘里高級混溶階段4 ；飲用水消毒滅菌階段5 ；殘余氧化劑消除階段 6 ；飲用水水質分析7。高濃度氧活性粒子發生階段1產生的高濃度氧活性粒子分成兩路分別輸送到氧活性粒子初級混溶階段2和氧活性粒子文丘里高級混溶階段4，氧活性粒子初級混溶階段2將原水與高濃度氧活性粒子混溶后依次輸運到飲用水過濾階段3、氧活性粒子文丘里高級混溶階段4，氧活性粒子文丘里高級混溶階段4再次將高濃度氧活性粒子混溶并輸運到飲用水消毒滅菌階段5或直接作為消毒水使用，飲用水消毒滅菌階段5輸出的水依次經由殘余氧化劑消除階段6處理和飲用水水質分析7檢測合格后輸出符合《生活飲用水水質衛生規范》要求的飲用水。其中，在高濃度氧活性粒子發生階段1，以O2和非飽和氣態H2O或H2O2為原料，依靠大氣壓非平衡等離子體化學反應產生大量的富含02+、03和羥基自由基引發劑HO2-的高濃度氧活性粒子，輸出的氧活性粒子濃度要高于120g/m3才能保證車載飲用水應急消毒凈化工藝后續階段的處理效果；在氧活性粒子初級混溶階段2，來自高濃度氧活性粒子發生單元8的氧活性粒子通過混溶加壓泵21與取自江、河、水庫、湖、塘或地下的微污染原水混溶，依靠混溶加壓泵21在泵體內依靠高壓環流對月牙狀空間的反復壓縮和膨脹在水中形成大量的20 μ m以下的微小氣室，依此將高濃度氧活性粒子與水高效混溶并壓送至飲用水過濾器22。在混溶與壓送過程中，高濃度氧活性粒子在水中產生羥基自由基鏈反應，并在輸送過程中將原水中的有機污染物、無機污染物預氧化，殺滅致病微生物，去除藻類物質及其代謝產物；在飲用水過濾階段3，依靠20 μ m的過濾器將羥基自由基預氧化處理過的水過濾，濾出其中的懸浮物，濾出的懸浮物在過濾器反沖洗過程中除去，過濾后的水再進入文丘里氣液混溶器23;在氧活性粒子文丘里高級混溶階段4，過濾后的水再次與來自高濃度氧活性粒子發生單元8的氧活性粒子經由文丘里氣液混溶器與水高效混溶，要求文丘里氣液混溶器入口與出口之間有足夠的壓力差以對高濃度氧活性粒子產生強烈的負壓吸入效應和空化作用，文丘里氣液混溶器入水口的操作壓力需要控制在0. 4 0. 5MPa之間，文丘里氣液混溶器出水口的操作壓力需要控制在0. 03 0. 09MPa之間，注入比(水流量/氣體流量)需要控制在2 6之間，通過文丘里氣液混溶器的再次混溶，強化了羥基自由基鏈反應過程，此時羥基自由基的濃度很高，可以用來直接對飲用水輸運管路、 分裝容器和被微生物污染的器物消毒；在飲用水消毒滅菌階段5，由文丘里氣液混溶器輸出的含有羥基自由基的水進入消毒滅菌罐27，以增加羥基自由基對水中有機污染物、細菌、 病毒和孢子等的作用時間，提高飲用水消毒凈化效果；在殘余氧化劑消除階段6，飲用水中的殘余氧化劑被生物活性炭吸附，凈化后的飲用水經水質分析儀7監測，達到中國《生活飲用水水質衛生規范》要求后輸出飲用水。本實用新型所述的車載飲用水應急消毒凈化裝置工作原理如附圖2所示，包括高濃度氧活性粒子發生單元8、高濃度羥基自由基制備反應單元9和飲用水消毒滅菌單元10。 其中，高濃度氧活性粒子發生單元8的高濃度氧活性粒子出口采用聚四氟乙烯軟管連接到高濃度羥基自由基制備反應單元9的混溶加壓泵21的入氣口和文丘里氣液混溶器23的入氣口，高濃度羥基自由基制備反應單元9的出水口采用PVC管路連接到飲用水消毒滅菌單元10的入水口。高濃度氧活性粒子發生單元8，包括；空氣壓縮機11 ；制氧機12 ；窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13 ；寬間隙介質阻擋放電反應器14 ；匯合器15 ；儲液瓶16 ；高頻高壓電源17 ；電磁閥18 ；氣體壓力表19 ；氣體流量計20。空氣壓縮機11的出氣口采用不銹鋼管路連接到制氧機12的空氣入口 ；制氧機12的氧氣出口則采用聚四氟乙烯軟管分別連接到窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13入氣口和儲液瓶16入氣口，連接管路中串接電磁閥18 和氣體流量20計用以調節輸入氧氣流量；窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13出口采用聚四氟乙烯軟管連接到匯合器15側面入氣口，儲液瓶16出氣口采用聚四氟乙烯軟管連接到匯合器15底部入氣口 ；匯合器15出氣口采用聚四氟乙烯軟管連接到寬間隙介質阻擋放電反應器14的入氣口 ；寬間隙介質阻擋放電反應器14的出氣口采用聚四氟乙烯軟管經氣體流量計將高濃度氧活性粒子輸運到高濃度羥基自由基制備反應單元9 ；高頻高壓電源17 與窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13、寬間隙介質阻擋放電反應器14之間采用不低于 25kV的高壓電纜連接。其中，空氣壓縮機11和制氧機12用于制備工作氣體O2，要求空氣壓縮機11能夠以0. SMPa的壓力為制氧機12穩定提供壓縮空氣，制氧機12則通過變壓吸附模式制取含氧量高于90%的高純度氧氣，并以0. 4MPa的壓力儲存在氧氣儲氣瓶中，為窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13和儲液瓶16提供02。窄間隙介質阻擋強電場放電反應器 13用于產生活性粒子O2+和03，窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13輸入的工作氣體為氧氣，在非平衡等離子體電離腔內，O2被電離、離解生成的O^O(3PhC)(1D)等活性粒子，但由于O(3P)、0 Cd)的壽命極短，分別為5μ S和5ns，它們很快與仏結合生成03，窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13輸出的活性粒子主要為02+和O3，該反應器采用平板式雙電離腔結構，接地電極水冷，冷卻水溫度控制在5 10°C，放電間隙為0. 25 0. 64mm,電介質層采用純度為96% 99%的α -Al2O3材料制成，電介質層厚度為0. 47 0. 64mm,由5 IOkHz 高頻高壓電源激勵，激勵電壓為5 10kV，工作氣壓為90 llOkPa，工作氣體O2來自制氧機12。寬間隙介質阻擋放電反應器14用于強化產生富含02+、03和羥基自由基引發劑H02_的高濃度氧活性粒子，該反應器采用平板式單電離腔結構，接地電極水冷，冷卻水溫度控制在 5 10°C，放電間隙為1.00 1.50mm，電介質層采用純度為96% 99%的α-Al2O3材料制成，電介質層厚度為0. 64 1. OOmm,由15 20kHz高頻高壓電源激勵，激勵電壓為5 8kV，工作氣壓為90 IlOkPa,工作氣體來自窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13產生的活性粒子O2+和O3，以及來自儲液瓶16的非飽和的氣態H2O或H2O2、載氣O2，寬間隙介質阻擋放電反應器14輸出的氧活性粒子濃度需要高于120g/m3。寬間隙介質阻擋放電反應器14 輸入的工作氣體由兩部分組成，一部分是非飽和的氣態水H2O或H2O2，非飽和的氣態H2O在電離腔中被電離生成H2O+,再結合一個H2O可生成H2A和H3O+, H2O激發生成了 H2(f，H2O*不穩定與高能電子碰撞后生成了 H2A ；另一部分就是窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13輸出的活性粒子O2+和03。在寬間隙介質阻擋放電反應器14中，H2O2被分解生成羥基自由基引發劑HO”同時部分&又進一步被轉化為O2+和03，因此，寬間隙介質阻擋放電反應器14 輸出的是富含O2+、O3和羥基自由基引發劑HO2-的高濃度氧活性粒子。工作氣體&在現場制備，空壓機11抽取原料氣體空氣后，通過凈化、冷凝等過程對空氣進行預處理，制備壓力為0. SMPa的壓縮空氣注入空氣儲氣瓶，再經變壓吸附式制氧機12制取含氧量高于90 %的高純度氧氣，并以0. 4MPa的壓力儲存在氧氣儲氣瓶中備用，為窄間隙介質阻擋強電場放電反應器13和儲液瓶16提供氧氣。非飽和氣態水由&經儲液瓶16攜帶輸入到寬間隙介質阻擋放電反應器14，儲液瓶16中安裝有超聲波振蕩器，控制氣態水的產生，儲液瓶16中添加H2O2有助于羥基自由基引發劑H02_的產生。窄間隙介質阻擋強電場放電反應器、寬間隙介質阻擋放電反應器、匯合器、儲液瓶及其相互間的連接管路均應采用保溫材料包裹。高濃度羥基自由基制備反應單元9，包括混溶加壓泵21 ；過濾器22 ；文丘里氣液混溶器23 ；手動閥門M ；液體壓力表25 ；液體流量計26。混溶加壓泵21的入水口經手動閥門M連接不銹鋼軟管，不銹鋼軟管的入水口放入取水源，混溶加壓泵21的出水口采用 PVC管路連接到過濾器22的入水口，混溶加壓泵21的入氣口經由電磁閥18連接到高濃度氧活性粒子發生單元8的高濃度氧活性粒子出氣口 ；過濾器22的出水口采用PVC管路經由液體流量計26連接到文丘里氣液混溶器23入水口，文丘里氣液混溶器23的入氣口經由電磁閥18連接到高濃度氧活性粒子發生單元8的高濃度氧活性粒子出氣口 ；文丘里氣液混溶器23的出水口將含有高濃度羥基自由基的水輸運到飲用水消毒滅菌單元10。取自江、河、 水庫、湖、塘或地下的微污染(主要是濁度污染和微生物污染)原水首先由混溶加壓泵21 抽吸上來，并在混溶加壓泵21中將原水與高濃度氧活性粒子進行初級混溶，混溶過程中高濃度氧活性粒子通過鏈反應形成羥基自由基，并在輸送過程中將原水中的有機污染物、無機污染物(如鐵、錳等)預氧化，殺滅致病微生物，去除藻類物質及其代謝產物，并在過濾器 22中將水中的懸浮物、膠體濾出，過濾后的水高速流經文丘里氣液混溶器23，利用文丘里氣液混溶器23形成的負壓再次吸入高濃度氧活性粒子并通過鏈反應形成高濃度羥基自由基，其中，混溶加壓泵21在泵體內依靠高壓環流對月牙狀空間的反復壓縮和膨脹在水中形成數量極大的20 μ m以下的微小氣室，依此將高濃度氧活性粒子與水高效混溶并壓送至飲用水過濾器22，過濾器22的濾孔直徑為20 ym，具有反沖洗功能，可以將預氧化處理過的水過濾，濾出其中的懸浮物，濾出的懸浮物在過濾器反沖洗過程中除去，過濾后的水再進入文丘里氣液混溶器23，并再次與來自高濃度氧活性粒子發生單元8的氧活性粒子經由文丘里氣液混溶器與水混溶，文丘里氣液混溶器入水口的操作壓力控制在0. 4 0. 5MPa之間， 文丘里氣液混溶器出水口的操作壓力控制在0. 03 0. 09MPa之間，注入比(水流量/氣體流量)需要控制在2 6之間。由于采用了混溶加壓泵加文丘里氣液混溶器的二級氣液混溶模式，羥基自由基的濃度和產生效率均得到大幅提高，此時的高濃度羥基自由基可直接用于管道的快速消毒、分裝容器的快速消毒和污染器物的快速消毒。羥基自由基的產生是一個動態的鏈反應過程，活性粒子02+、O3及H20+、H2O2等主要通過3條路徑生成· OH 路徑一，H2O2分解生成羥基自由基引發劑H02_，HO2-可引發O3與含 H的其它活性粒子反應生成羥基自由基，該路徑是生成· OH的主反應；路徑二，O2+和H2O反應形成水合離子簇進而離解生成· OH ；路徑三，H2O+和水合電子ea(；反應生成· 0H。飲用水消毒滅菌單元10，包括消毒滅菌罐27 ；殘余氧化劑消除器觀；水質分析儀四。由高濃度羥基自由基制備反應單元9文丘里氣液混溶器23輸出的含有高濃度羥基自由基的水在飲用水消毒滅菌單元10被分為兩路，一路經由手動閥門M直接輸運到應用管路或容器，用于對容器和輸水管路的消毒滅菌；另一路經由手動閥門M連接到消毒滅菌罐27的入水口，消毒滅菌罐27的出水口與殘余氧化劑消除器28的入水口連接，殘余氧化劑消除器觀的出水口則采用PVC管路或消防水帶連接至飲用水應用管路或容器，殘余氧化劑消除器觀的出水口設檢測口，檢測口與水質分析儀四的入水口連接。羥基自由基對飲用水消毒滅菌的效果決定于羥基自由基濃度(C)和作用時間(T)的乘積(CT值)，CT值越高，消毒滅菌效果越好。雖然在高濃度羥基自由基制備反應系統中形成的羥基自由基濃度很高，而且對飲用水的消毒滅菌實際上從混溶加壓泵21和文丘里氣液混溶器幻的氣液混溶過程就開始了，但由于作用時間很短，CT值不高，細菌、病毒和孢子等還不能得到完全有效地殺滅，需要經消毒滅菌罐充分作用才能完全殺滅細菌、病毒和孢子。其中，消毒滅菌罐27由兩個直徑為150 500mm的圓管制成，每個圓管內設置10 15對相互交疊的插板，插板由與圓管內徑相等的圓板制成，在直徑的1/4處切去一弧面作為水流通道，插板垂直于圓管交疊安裝， 使飲用水以曲折往返的路徑通過消毒滅菌罐27，進一步改善羥基自由基的混溶效果，增加消毒滅菌作用時間，提升消毒滅菌效率。水流經消毒滅菌罐27的時間控制在2 10s，CT值控制在1.2 6.0(mg/L) -S0水從消毒滅菌罐27流出后，大量的羥基自由基等氧化劑已經在飲用水消毒凈化過程中消耗，部分剩余羥基自由基分解成氧氣和水，但仍有部分氧化劑殘留， 需經殘余氧化劑消除器觀清除，殘余氧化劑消除器觀內裝有生物活性炭，可清除殘余氧化劑及其微量殘存污染物。從殘余氧化劑消除器觀輸出的水經由水質分析儀四監測，達到中國 《生活飲用水水質衛生規范》要求后可作為應急條件下的生活飲用水使用。本實用新型所述的車載飲用水應急消毒凈化裝置的安裝如附圖3所示，包括高濃度氧活性粒子發生單元8 ；高濃度羥基自由基制備反應單元9 ；飲用水消毒滅菌單元10 ； 發電機30 ；原水接口 31 ；飲用水接口 32 ；貨運汽車33。其中，高濃度氧活性粒子發生單元 8，高濃度羥基自由基制備反應單元9，飲用水消毒滅菌單元10，發電機30 ；原水接口 31，飲用水接口 32整體安裝在鋼制底臺上，以貨運汽車33為載體，便于機動，可在突發災害事件發生時第一時間到達現場，支持災害后期飲用水的安全應急供應。本實用新型采用兩個放電間距不同的介質阻擋放電反應器共同作用產生高濃度的氧活性粒子，結合混溶加壓泵加文丘里氣液混溶器的二級氣液混溶模式強化氧活性粒子形成羥基自由基的鏈反應過程，提高了羥基自由基濃度，采用插板式消毒滅菌罐延長飲用水流經路線，增加飲用水消毒滅菌作用時間，裝置整體安裝在鋼制底臺上，以貨運汽車為載體，便于機動，不僅提高了飲用水的消毒滅菌效果，而且還可以在災害環境下，大幅提升飲用水的安全性與應急供應量。
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權利要求1. 一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置，其特征在于 該凈化裝置包括高濃度氧活性粒子發生單元(8)、高濃度羥基自由基制備反應單元 (9)和飲用水消毒滅菌單元(10)；其中，高濃度氧活性粒子發生單元(8)的高濃度氧活性粒子出口采用聚四氟乙烯軟管連接到高濃度羥基自由基制備反應單元(9)的混溶加壓泵 (21)的入氣口和文丘里氣液混溶器的入氣口，高濃度羥基自由基制備反應單元(9)的出水口采用PVC管路連接到飲用水消毒滅菌單元(10)的入水口 ；高濃度氧活性粒子發生單元(8)包括空氣壓縮機(11)、制氧機(12)、窄間隙介質阻擋強電場放電反應器(13)、寬間隙介質阻擋放電反應器(14)、匯合器(15)、儲液瓶(16)、高頻高壓電源(17)、電磁閥(18)、氣體壓力表(19)和氣體流量計00)；其中，空氣壓縮機(11) 以0. SMPa的壓力為制氧機(12)穩定提供壓縮空氣，制氧機(12)以0. 4MPa的壓力輸出含氧量高于90%的高純度氧氣，供給窄間隙介質阻擋強電場放電反應器(13)和儲液瓶(16)； 高濃度氧活性粒子依靠窄間隙介質阻擋強電場放電反應器(13)和寬間隙介質阻擋放電反應器(14)共同作用產生，窄間隙介質阻擋強電場放電反應器(13)為平板式雙電離腔結構，放電間隙0. 25 0. 64mm,電介質層采用純度96% 99%的α -Al203材料制成，厚度 0. 47 0. 64mm，工作氣壓90 IlOkPa,激勵電壓5 10kV，激勵頻率5 IOkHz ；寬間隙介質阻擋放電反應器(14)則為平板式單電離腔結構，放電間隙1. 00 1. 50mm,電介質層厚度0. 64 1. 00mm，工作氣壓90 IlOkPa,激勵電壓5 8kV，激勵頻率15 20kHz ；窄間隙介質阻擋強電場放電反應器(13)、寬間隙介質阻擋放電反應器(14)、匯合器(15)、儲液瓶(16)及連接管路采用保溫材料包裹；高濃度羥基自由基制備反應單元(9)包括混溶加壓泵(21)、過濾器(22)、文丘里氣液混溶器(23)、手動閥門(M)、液體壓力表0 和液體流量計06)；混溶加壓泵在泵體內依靠高壓環流對月牙狀空間的反復壓縮和膨脹在水中形成20μπι以下的微小氣室，依此將高濃度氧活性粒子與水高效混溶并壓送至濾孔直徑為20 μ m的過濾器0 ，濾出其中的懸浮物；文丘里氣液混溶器依靠負壓吸入效應和空化作用再次促使高濃度氧活性粒子與水高效混溶，文丘里氣液混溶器03)的入水口操作壓力為0. 4 0. 5MPa,出水口操作壓力為0. 03 0. 09MPa,水流量/氣體流量為2 6 ；飲用水消毒滅菌單元(10)包括消毒滅菌罐(27)、殘余氧化劑消除器08)和水質分析儀09)；其中，消毒滅菌罐(XT)的直徑為150 500mm，管內設置10 15對相互交疊的在直徑1/4處開口的插板；殘余氧化劑消除器08)內裝有生物活性炭；高濃度氧活性粒子發生單元(8)、高濃度羥基自由基制備反應單元(9)、飲用水消毒滅菌單元(10)、發電機(30)、原水接口(31)、飲用水接口(32)整體安裝在鋼制底臺上，以汽車 (33)為載體運輸。
專利摘要一種災害環境下的車載飲用水應急消毒凈化裝置，屬于氣體放電應用與飲用水安全保障技術領域。本實用新型的技術特征是該凈化裝置包括高濃度氧活性粒子發生單元、高濃度羥基自由基制備反應單元和飲用水消毒滅菌單元；其中，高濃度氧活性粒子發生單元的高濃度氧活性粒子出口采用聚四氟乙烯軟管連接到高濃度羥基自由基制備反應單元的混溶加壓泵的入氣口和文丘里氣液混溶器的入氣口，高濃度羥基自由基制備反應單元的出水口采用PVC管路連接到飲用水消毒滅菌單元的入水口；裝置可以整體安裝在汽車鋼制底臺上，便于運輸。本實用新型的效果和益處是可以在災害環境下，提高飲用水的消毒滅菌效果，增加飲用水的安全性與應急供應量。
文檔編號C02F1/72GK202322467SQ20112040270
公開日2012年7月11日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者張芝濤, 李延建, 李日紅, 田一平, 白敏冬, 蔡麗嬌, 金忠林, 高金瑩 申請人:大連海事大學