羟基自由基杀灭水华微藻与矿化有机污染物处理系统及其
方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及水华微藻以及有机污染物处理，尤其是涉及
羟基自由基杀灭水华微藻与矿化有机污染物处理系统及其方法。
背景技术
[0002] 湖泊水或河流水库区水是我国重要的地表水
饮用水源，随着经济的发展，地表水饮用水源营养盐负荷日益增加，
水体中主要的污染指标如
化学需氧量、总磷和
氨氮等的升高，导致藻类在春夏季节大量繁殖。近年来，我国的滇池、巢湖、太湖等大型
淡水湖泊基本都处于富营养化状态。湖泊中水华大量暴发，水体异常腥嗅，且呈深褐色，藻类死亡导致水质进一步恶化，并大量释放出藻毒素等有机污染物，严重威胁城市饮用水供水安全。
[0003] 现阶段我国大部分水厂采用的是混凝-沉淀-过滤-氯消毒的净水工艺。但当值藻类爆发生长期，藻类细胞可能向胞外分泌可溶性有机物。藻类分泌的此类物质主要由含氮物质和戊糖胶类物质组成，在混凝沉淀阶段将与混凝剂中的
铁盐、
铝盐等形成络合物悬浮于水中，不利于脱稳，无法有效沉淀藻类。经过混凝
沉淀池后水中藻类仍可达到105cells/mL左右，高
密度的藻类随后进入滤池，容易造成滤池的堵塞。由此可见，传统的“混凝-沉淀-过滤-氯消毒”方式不能很好地杀死和去除藻类。此外，藻类产生的藻毒素和
次级代谢产物如致嗅物质等化学结构较为稳定，常规氯消毒工艺很难将其氧化降解。李学艳等(李学艳,
马军,陈忠林,等.若干
氧化剂对水中嗅味物质2-MIB的氧化去除[J].黑龙江大学自然科学学报,2007,24(01):76-80)研究发现KMnO4、H2O2以及NaClO等消毒剂几乎无法氧化降解2-甲基异莰醇。
[0004] 我国针对高藻饮用水的相关
专利已有如下报道。
[0005] 中国专利CN106044875A公开一种高藻水的处理方法及处理系统，使用添加不同滤料的方法来滤除高藻，但该方法需要经常更换膜，成本较高。中国专利CN104176839A公开一种使用膜处理和粉末
活性炭投加的处理系统，但使用的膜片需要化学清洗，投加的粉末活性炭
吸附在膜表面也可能加剧膜污染。中国专利CN104925920A公开一种物化强化灭藻的方法，在预处理前同时投加
铜盐与氯，氯自由基可破坏藻细胞壁的完整性，铜离子作用于
细胞质。但对藻类细胞壁的破坏可能造成藻内溶质的溢出，释放出藻毒素。中国专利CN101948153A公开了一种高藻水
原水的
超声波-紫外线耦合预处理装置，但该方法的处理量仅为3m3/h，较难实现
自来水厂的应用。
[0006] 综合分析以上高藻
水处理技术，物理法虽不会造成藻细胞破裂释放胞内溶质，但需要经常更换滤膜，成本较高。传统化学法虽能有效杀灭藻类，但容易造成二次污染，生成有毒消毒副产物。紫外法等高级氧化技术生成的羟基自由基能快速杀灭藻类矿化有机污染物，但大部分的高级氧化技术水处理量小，无法实现水厂规模化的应用。因此，研发应急供水技术装备，安全有效的杀灭高藻、矿化有机污染物，保障群众生活用水，对维护社会稳定具有重要的意义。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供羟基自由基杀灭水华微藻与矿化有机污染物处理系统及其方法。
[0008] 本发明设有羟基自由基强氧化预处理系统、羟基自由基矿化有机污染物系统、
次氯酸钠消毒单元、中央控制系统、余氯在线监测仪、混凝沉淀池、砂滤池、清水池、次氯酸钠存储罐、机械
泵、
控制器、水流量计、电磁
阀和单元出水阀；
[0009] 所述羟基自由基强氧化预处理系统设有羟基自由基强氧化预处理装置、第1水射流
空化液液溶解装置和第1余氯在线监测仪；
[0010] 所述羟基自由基矿化有机污染物系统，包括羟基自由基矿化有机污染物装置、第2水射流空化液液溶解装置、第2余氯在线监测仪；
[0011] 所述羟基自由基强氧化预处理装置和矿化有机污染物技术装备设有
大气压强电离放电氧
等离子体集成源、分区激励式高频高压电源、文丘里气液混溶器、
增压泵、减压
缓冲器、袋式
过滤器和冷却
水循环设备；
[0012] 所述第1水射流空化液液溶解装置和第2水射流空化液液溶解装置设有并联的5个文丘里射流器，第1水射流空化液液溶解装置和第2水射流空化液液溶解装置的主进水口连接输水主管路，第1水射流空化液液溶解装置和第2水射流空化液液溶解装置的侧进水口连接高浓度羟基自由基产生设备出水口，选择开启1～5个文丘里射流器可处理300～500m3/h高藻水，用于高浓度羟基自由基溶液与被处理水的高效液液混溶；
[0013] 所述次氯酸钠消毒单元设有次氯酸钠存储罐、第5余氯在线监测仪、第9
电磁阀、第7机械泵、第4控制器和第3流量计；次氯酸钠消毒单元可实现次氯酸钠溶液的自动投加，灭活水中的细菌、病毒、
原生动物，控制输配水过程中
微生物的再生长以及抑制管壁
生物膜生长。
[0014] 所述中央控制系统根据余氯在线监测仪返回的检测结果，如藻类浓度、化学需氧量COD、pH、
浊度等参数，
自动调节等离子体集成源中生成氧活性粒子的浓度及注入量，实现对高浓度羟基自由基产生设备中羟基自由基溶液浓度的自动控制。此外，中央控制系统能够控制系统中电磁阀的开启和关闭，通过控制器控制机械泵的开启与关闭，次氯酸钠消毒单元的开启与关闭，实现整个处理装备运行过程中的自动控制。
[0015] 所述待处理水源水连接主处理管路第1机械泵的进水口，在待处理水源水和第1机械泵之间设有第1电磁阀，第1机械泵的出水口连接第1水流量计入水口，第1水流量计出水口接第1余氯在线监测仪的进水口，第1余氯在线监测仪出水口分为两路，一路连接第2机械泵入水口，第2机械泵设有第1控制器，在第1余氯在线监测仪和第2机械泵之间设有第2电磁阀和第1单元出水阀，第2机械泵出水口连接羟基自由基强氧化预处理系统中第1水射流空化液液溶解装置的主入水口，第1水射流空化液液溶解装置出水口连接第2余氯在线监测仪的入水口。
[0016] 第2余氯在线监测仪出水口连接混凝沉淀池的入水口；第1余氯在线监测仪出水口的另一路直接连接混凝沉淀池的入水口，第1余氯在线监测仪出水口与混凝沉淀池的入水口之间设有第3电磁阀，羟基自由基强氧化预处理系统的出水口和混凝沉淀池的入水口之间设有第2单元出水阀。
[0017] 所述混凝沉淀池出水口连接第3机械泵的进水口，在混凝沉淀池出水口和第3机械泵入水口之间设有第4电磁阀。第3机械泵出水口连接砂滤池进水口，砂滤池出水口连接第5机械泵的入水口，第5机械泵出水口连接第3余氯在线监测仪的进水口，第5机械泵出水口和第3余氯在线监测仪之间设有第3单元出水阀。第3余氯在线监测仪出水口分为两路，一路连接第4机械泵的入水口，第4机械泵出水口连接羟基自由基矿化有机污染物系统中第1水射流空化液液溶解装置的主入水口，第1水射流空化液液溶解装置的出水口连接第4余氯在线监测仪的入水口，第4余氯在线监测仪出水口连接水处理主管路；第3余氯在线监测仪出水口的另一路通过水处理主管路直接连接清水池。第3余氯在线监测仪出水口与清水池入水口之间设有第6电磁阀，羟基自由基矿化有机污染物系统的出水口和清水池的入水口之间设有第4单元出水阀。
[0018] 所述羟基自由基矿化有机污染物系统出水口和清水池入水口之间设有次氯酸钠消毒单元，次氯酸钠存储罐的出水口连接第5余氯在线监测仪入水口，第5余氯在线监测仪出水口与水处理主管路之间依次设有第9电磁阀、第7机械泵和第3水流量计，中央控制系统通过第4控制器控制第7机械泵的开启。
[0019] 所述砂滤池出水口与清水池入水口之间的水处理主管路上分出一路为水处理支管路，用于制备高浓度羟基自由基溶液，水处理支管路连接第2水流量计入水口，第2水流量计出水口连接第6机械泵的入水口，支管路的第6机械泵的出水口分为两路，一路连接羟基自由基强氧化预处理系统中羟基自由基强氧化预处理装置的入水口，羟基自由基强氧化预处理装置的出水口连接第1水射流空化液液溶解装置支入水口；支管路的第6机械泵出水口的另一路连接羟基自由基矿化有机污染物装备中羟基自由基矿化有机污染物装置的入水口，羟基自由基矿化有机污染物装置的出水口连接第1水射流空化液液溶解装置的支入水口。
[0020] 所述清水池出水口连接第8机械泵入水口，清水池的出水口与第8机械泵入水口之间设有第5单元出水阀和第10电磁阀，第8机械泵出水口连接管网。
[0021] 所述羟基自由基高效杀灭水华微藻及矿化有机污染物的方法，包括如下步骤：
[0022] 1)打开第1电磁阀和主管路的第1机械泵，吸入待处理水源水，通过第1水流量计控制水流量，水源水采用第1余氯在线监测仪检测，检测结果反馈到中央处理系统。当检测到藻类密度高于1000cells/mL时，启动羟基自由基强氧化预处理系统，中央控制系统根据藻类浓度、COD、水浊度等参数确定需投加的羟基自由基溶液剂量，将
信号发送给羟基自由基强氧化预处理装置，当检测到藻类密度低于1000cells/mL时，不开启羟基自由基强氧化预处理系统，关闭第2电磁阀，开启第3电磁阀，将水源水直接泵入混凝沉淀池，所述主管路中水流量为300～500m3/h；
[0023] 2)羟基自由基强氧化预处理装备高效制备羟基自由基溶液包括以下步骤：①打开羟基自由基强氧化预处理装备中的氧活性基团气体产生设备，将氧气瓶中的氧气通入等离子体发生模
块，启动与等离子
体模块对应的分区激励高频高压电源，在极窄放电之间隙中形成大气压强电离放电，将氧气电离离解生成高浓度氧活性基团气体，其产生量由启动的等离子体模块数量控制；②开启支管路第6机械泵及羟基自由基强氧化预处理系统支管路水流路对应的第7电磁阀，通过第2水流量计控制支管路的水流量，将部分砂滤后水通过第6机械泵泵入羟基自由基强氧化预处理系统，通过袋式过滤器去除水中的杂质；③滤后水通过增压泵泵入气液混溶设备；④经过气液混溶后的羟基自由基溶液进入减压缓冲器，通过减压缓冲器降低气液混溶设备出口端的压
力，增强氧活性基团气体和水溶液气液混溶的水力空化效应，延长微气泡爆裂与水
接触碰撞的反应时间，为生成羟基自由基的等离子体化学反应提供极端反应条件，制备出高浓度羟基自由基溶液；
[0024] 在步骤1)中，所述袋式过滤器的孔径可为20～50μm，用于过滤水体中的有机悬浮物和颗粒物，减小水浊度对羟基自由基的消耗；所述羟基自由基强氧化预处理装置的氧气通量为8～10m3/h，通过大气压强
电场放电生成氧活性基团浓度为100～300mg/L，氧活性基3
团气体产生量在200～400g/h，砂滤水进入水射流空化液液溶解装置的水流量>40m /h，通过高效气液混溶设备，氧活性基团气体在水中通过自由基链反应生成高浓度羟基自由基溶液，总氧化剂浓度为10～20mg/L，整机功率小于20kW；
[0025] 3)通过中央控制系统开启羟基自由基强氧化预处理装备对应的电磁阀，主管路中的水源水进入第1水射流空化液液溶解装置的主入水口，与第1水射流空化液液溶解装置侧进水口吸入的高浓度羟基自由基溶液进行充分的混合反应，第2余氯在线监测仪检测管路中总氧化剂浓度；打开第2单元取水阀，对羟基自由基强氧化处理后的水进行检测。羟基自由基高效杀灭水源水中的浮游生物、病原体等，改善水质状况；
[0026] 在步骤3)中，所述第1水射流空化液液溶解装置，可根据待处理水的处理量选择开启1～5个文丘里射流器，水流量在300～500m3/h，液液混溶反应时间为6～20s，总氧化剂浓度为1.0～2.0mg/L。文丘里射流器的
负压喷射作用产生剧烈冲击波、微射流和水流搅动，促进羟基自由基溶液与待处理水的高效混溶，大幅度提高羟基自由基和藻类、致病微生物、有机污染物接触碰撞几率和效率，保证了羟基自由基高效杀灭藻类和微生物、氧化降解有机物。高藻水预处理后总藻密度应小于500cells/mL，无消毒副产物生成，水质指标达到国家地表水III类以上标准。
[0027] 4)羟基自由基强氧化预处理后的水进入混凝沉淀池，在混凝沉淀池中投加混凝剂，通过压缩双电层、吸附-电中和、吸附-架桥、沉淀物网捕等作用去除水中难沉降胶体和细小悬浮物，混凝沉淀池采用网格式构造，其优点是絮凝时间短、絮凝效果好，且构造简单；
[0028] 在步骤4)中，所述混凝沉淀池型式为平流式，池体平面为矩形，进口和出口分设在池长的两端，池长107.4m，宽16.5m，高4.0m，液面距离顶部0.40m。混凝沉淀池表面水力负荷为1.0～2.0m3/(m2·h)，
水力停留时间为160～180min。混凝剂设计投加量为15～20mg/L，搅拌速率为48～73r/min，调试稳定后，沉淀出水的浑浊度不超过3.0NTU。
[0029] 5)开启第4电磁阀，将混凝沉淀后的水通过第3机械泵泵入砂滤池，通过阻力截留、重力沉降和
物理吸附等作用去除水中的悬浮物质和胶体，颗粒直径较大的悬浮物质，主要依靠阻力截留的作用在滤池上层去除；粒径较小的悬浮微粒和胶体，主要通过重力沉降和物理吸附在滤床下层去除，打开第3单元取水阀，对砂滤后的水进行检测；
[0030] 在步骤5)中，所述砂滤池的滤床高度可为1.2m，主要由颗粒直径为0.9～1.2mm的
石英砂填充而成，从上至下，采用
单层均粒滤料，不均匀系数k80小于1.3；滤床横截面面积为78m2，设计过滤速度为7～10m/h。
[0031] 6)当原水中藻类密度高于1000cells/mL时，为进一步处理水体中可能生成的微污染有机物，通过中央控制系统开启羟基自由基矿化有机污染物系统；
[0032] 7)羟基自由基矿化有机污染物系统中的羟基自由基矿化有机污染物装置的具体操作步骤同步骤2)。
[0033] 在步骤7)中，所述羟基自由基矿化有机污染物装置，大气压强电离放电电离离解氧气生成氧活性基团气体的产生量由等离子体模块的数量控制，氧气通量为5～8m3/h，氧活性基团气体浓度100～300mg/L，氧活性基团气体产生量在100～300g/h。砂滤水进入羟基自由基矿化有机污染物装置的水流量>40m3/h，通过高效气液混溶设备，氧活性基团气体在水中通过自由基链反应生成高浓度羟基自由基溶液，总氧化剂浓度为5～15mg/L，整机功率小于20kW。
[0034] 8)通过中央控制系统开启主管路中羟基自由基矿化有机污染物系统对应的第5电磁阀，关闭第6电磁阀，主管路中的砂滤后水进入第1水射流空化液液溶解装置的主入水口，与第1水射流空化液液溶解装置侧进水口吸入的高浓度羟基自由基溶液进行充分的混合反应。第4余氯在线监测仪测管路中总氧化剂浓度。打开第4单元取水阀，羟基自由基氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物，同时杀菌消毒；
[0035] 在步骤8)中，所述第1水射流空化液液溶解装置可根据待处理水的处理量，选择开启1～5个文丘里射流器，水流量在300～500m3/h，液液混溶反应时间为6～20s，总氧化剂浓度为0.3～1.0mg/L。文丘里射流器的负压喷射作用产生剧烈冲击波、微射流和水流搅动，促进羟基自由基溶液与待处理水的高效混，空化气泡破裂瞬之间高温高压极端反应条件，大幅度提高羟基自由基氧化降解有机污染物的反应速率，保证了有机污染物的矿化，同时杀菌消毒。处理后微囊藻毒素未检出，嗅味物质2-MIB和GSM＜10ng/L、无任何异臭和异味，
色度<5度、浑浊度降小于0.3NTU，CODMn小于1.0mg/L，无生物毒性，不产生消毒副产物，水质各项指标可以达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0036] 9)当水源水中藻类密度低于1000cells/mL时，采用常规水处理工艺，通过中央控制系统1关闭羟基自由基矿化有机污染物系统对应的第5电磁阀，开启第6电磁阀，启动次氯酸钠消毒单元。中央控制系统开启次氯酸钠消毒单元的第9电磁阀，通过第4控制器开启第7机械泵，调控次氯酸钠的投加量，将次氯酸钠母液从次氯酸钠存储罐泵入主管路对砂滤出水消毒杀菌；
[0037] 在步骤9)中，所述次氯酸钠母液浓度可为100～120g/L，母液投加量控制在5～10m3/h，浓度为1.6～1.7mg/L，出厂水余氯浓度控制为0.3mg/L。
[0038] 10)羟基自由基或次氯酸钠处理后的饮用水进入清水池，清水池用于调节泵站制水量与供水量之间流量差。打开第5单元取水阀，对消毒处理后水样进行检测。当处理后饮用水指标达国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)后，开启第8机械泵和第10电磁阀，将流经清水池后的处理水通入管网供居民使用。
[0039] 本发明利用大气压强电离放电制备的高浓度羟基自由基溶液，快速高效杀灭微藻水华，同时矿化微污染有机污染物，无消毒副产物生成，改善水质状况。处理后饮用水的各项指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0040] 本发明结合饮用水厂的常规水处理工艺，从水源水到供水管网之间设有·OH强氧化预处理—混凝沉淀—砂滤—·OH矿化有机污染物—清水池5个处理模块。
[0041] 本发明的技术效果和优点如下：
[0042] 1)单台羟基自由基技术装备高藻饮用水日处理量为12000吨/日，处理系统：“高藻水源水—·OH强氧化预处理—混凝沉淀—砂滤—·OH矿化有机污染物—清水池—管网”，可解决150万人/天安全供水，处理后饮用水各项指标达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)；
[0043] 2)集装式·OH强氧化预处理和矿化有机污染物技术装备，通过开启模块化阵列式等离子体集成源的数量，调控氧活性基团气体的产生量，大气压强电离放电产生氧活性基团气体浓度在100～300mg/L；制备羟基自由基溶液浓度为5～20mg/L，处理高藻饮用水的最大处理量为500吨/小时；装备可实现全自动控制，整机功率小于20kW，增加运行
费用仅0.01～0.02人币元/吨水，集装
箱体积3.5m×1.5m×2m，可车载运输。
[0044] 3)水射流空化液液溶解装置，文丘里射流器的负压喷射作用产生剧烈冲击波、微射流和水流搅动，促进羟基自由基溶液与待处理水的高效混溶，大幅度提高羟基自由基和藻类、致病微生物、有机污染物接触碰撞几率和效率，保证了羟基自由基高效杀灭藻类和微生物、氧化降解有机物；设备最大通水流量500m3/h，装置占用空之间仅有常规混溶技术的1/20。
[0045] 4)·OH强氧化杀灭水华微藻：·OH溶液注入到输运高藻饮用水的管路中，处理时间6～20s，·OH溶液投加剂量为1.0～2.0mg/L，高藻水预处理后总藻密度降至500cells/mL，达到国家地表水III类以上标准；
[0046] 5)·OH矿化有机污染物：·OH溶液注入到输运高藻饮用水的管路中，处理时间6～20s，·OH溶液投加剂量为0.3～1.0mg/L，处理后微囊藻毒素-LC未检出，嗅味物质2-MIB和GSM＜10ng/L；
[0047] 6)·OH处理后消毒副产物，溴酸盐、甲
醛，以及亚氯酸盐、氯酸盐、卤代烷
烃、卤乙酸、卤乙醛、氯酚等有机卤代物等均未检出；
[0048] 7)·OH杀灭饮用水中病原微生物，无任何异臭和异味、色度<5度、浑浊度小于0.3NTU，有机综合指标CODMn小于1.0mg/L，无生物毒性，·OH处理后各项指标达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
附图说明
[0049] 图1为日处理12000吨羟基自由基高效杀灭水华微藻及矿化有机污染物的处理组合系统
流程图。
[0050] 图2为·OH氧化降解MC-LR的色谱图。
[0051] 图3为·OH氧化降解2-MIB的色谱图。
[0052] 图4为·OH氧化降解GSM的色谱图。
具体实施方式
[0053] 以下
实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0054] 参见图1，本发明实施例设有羟基自由基强氧化预处理系统A、羟基自由基矿化有机污染物系统B、次氯酸钠消毒单元C、中央控制系统1、余氯在线监测仪21～25、混凝沉淀池3、砂滤池4、清水池5、次氯酸钠存储罐6、机械泵71～78、控制器81～84、水流量计91～93、电磁阀101～1010和单元出水阀111～115。
[0055] 所述羟基自由基强氧化预处理系统A设有羟基自由基强氧化预处理装置A1、第1水射流空化液液溶解装置A2和第1余氯在线监测仪22。
[0056] 所述羟基自由基矿化有机污染物系统B，包括羟基自由基矿化有机污染物装置B1、第2水射流空化液液溶解装置B2、第2余氯在线监测仪24。
[0057] 所述羟基自由基强氧化预处理装置A1和矿化有机污染物技术装备B1设有大气压强电离放电氧等离子体集成源、分区激励式高频高压电源、文丘里气液混溶器、增压泵、减压缓冲器、袋式过滤器和
冷却水循环设备。
[0058] 所述第1水射流空化液液溶解装置A2和第2水射流空化液液溶解装置B2设有并联的5个文丘里射流器，第1水射流空化液液溶解装置A2和第2水射流空化液液溶解装置B2的主进水口连接输水主管路，第1水射流空化液液溶解装置A2和第2水射流空化液液溶解装置B2的侧进水口连接高浓度羟基自由基产生设备出水口，选择开启1～5个文丘里射流器可处理300～500m3/h高藻水，用于高浓度羟基自由基溶液与被处理水的高效液液混溶。
[0059] 所述次氯酸钠消毒单元C设有次氯酸钠存储罐6、第5余氯在线监测仪25、第9电磁阀109、第7机械泵77、第4控制器84和第3流量计93；次氯酸钠消毒单元C可实现次氯酸钠溶液的自动投加，灭活水中的细菌、病毒、原生动物，控制输配水过程中微生物的再生长以及抑制管壁生物膜生长。
[0060] 所述中央控制系统1根据余氯在线监测仪返回的检测结果，如藻类浓度、化学需氧量COD、pH、浊度等参数，自动调节等离子体集成源中生成氧活性粒子的浓度及注入量，实现对高浓度羟基自由基产生设备中羟基自由基溶液浓度的自动控制。此外，中央控制系统1能够控制系统中电磁阀的开启和关闭，通过控制器控制机械泵的开启与关闭，次氯酸钠消毒单元的开启与关闭，实现整个处理装备运行过程中的自动控制。
[0061] 所述待处理水源水连接主处理管路第1机械泵71的进水口，在待处理水源水和第1机械泵71之间设有第1电磁阀101，第1机械泵71的出水口连接第1水流量计91入水口，第1水流量计91出水口接第1余氯在线监测仪21的进水口，第1余氯在线监测仪21出水口分为两路，一路连接第2机械泵72入水口，第2机械泵72设有第1控制器81，在第1余氯在线监测仪21和第2机械泵72之间设有第2电磁阀102和第1单元出水阀111，第2机械泵72出水口连接羟基自由基强氧化预处理系统A中第1水射流空化液液溶解装置A2的主入水口，第1水射流空化液液溶解装置A2出水口连接第2余氯在线监测仪22的入水口，
[0062] 第2余氯在线监测仪22出水口连接混凝沉淀池的入水口；第1余氯在线监测仪21出水口的另一路直接连接混凝沉淀池3的入水口，第1余氯在线监测仪21出水口与混凝沉淀池3的入水口之间设有第3电磁阀103，羟基自由基强氧化预处理系统A的出水口和混凝沉淀池
3的入水口之间设有第2单元出水阀112。
[0063] 所述混凝沉淀池3出水口连接第3机械泵73的进水口，在混凝沉淀池3出水口和第3机械泵73入水口之间设有第4电磁阀104。第3机械泵73出水口连接砂滤池4进水口，砂滤池4出水口连接第5机械泵75的入水口，第5机械泵75出水口连接第3余氯在线监测仪23的进水口，第5机械泵75出水口和第3余氯在线监测仪23之间设有第3单元出水阀113。第3余氯在线监测仪23出水口分为两路，一路连接第4机械泵74的入水口，第4机械泵74出水口连接羟基自由基矿化有机污染物系统B中第1水射流空化液液溶解装置B2的主入水口，第1水射流空化液液溶解装置B2的出水口连接第4余氯在线监测仪24的入水口，第4余氯在线监测仪24出水口连接水处理主管路；第3余氯在线监测仪23出水口的另一路通过水处理主管路直接连接清水池5。第3余氯在线监测仪23出水口与清水池5入水口之间设有第6电磁阀106，羟基自由基矿化有机污染物系统B的出水口和清水池5的入水口之间设有第4单元出水阀114。
[0064] 所述羟基自由基矿化有机污染物系统B出水口和清水池5入水口之间设有次氯酸钠消毒单元C。次氯酸钠存储罐6的出水口连接第5余氯在线监测仪25入水口，第5余氯在线监测仪25出水口与水处理主管路之间依次设有第9电磁阀109、第7机械泵77和第3水流量计93，中央控制系统1通过第4控制器84控制第7机械泵77的开启。
[0065] 所述砂滤池4出水口与清水池5入水口之间的水处理主管路上分出一路为水处理支管路，用于制备高浓度羟基自由基溶液。水处理支管路连接第2水流量计92入水口，第2水流量计92出水口连接第6机械泵76的入水口。支管路的第6机械泵76的出水口分为两路，一路连接羟基自由基强氧化预处理系统A中羟基自由基强氧化预处理装置A1的入水口，羟基自由基强氧化预处理装置A1的出水口连接第1水射流空化液液溶解装置A2支入水口；支管路的第6机械泵76出水口的另一路连接羟基自由基矿化有机污染物装备B中羟基自由基矿化有机污染物装置B1的入水口，羟基自由基矿化有机污染物装置B1的出水口连接第1水射流空化液液溶解装置B2的支入水口。
[0066] 所述清水池5出水口连接第8机械泵78入水口，清水池5的出水口与第8机械泵78入水口之间设有第5单元出水阀115和第10电磁阀1010，第8机械泵78出水口连接管网。
[0067] 所述羟基自由基高效杀灭水华微藻及矿化有机污染物的方法，包括如下步骤：
[0068] 1)打开第1电磁阀101和主管路的第1机械泵71，吸入待处理水源水，通过第1水流量计91控制水流量。水源水采用第1余氯在线监测仪21检测，检测结果反馈到中央处理系统1。当检测到藻类密度高于1000cells/mL时，启动羟基自由基强氧化预处理系统A，中央控制系统1根据藻类浓度、COD、水浊度等参数确定需投加的羟基自由基溶液剂量，将信号发送给羟基自由基强氧化预处理装置A1。当检测到藻类密度低于1000cells/mL时，不开启羟基自由基强氧化预处理系统A，关闭第2电磁阀102，开启第3电磁阀103，将水源水直接泵入混凝沉淀池3。所述主管路中水流量为300～500m3/h。
[0069] 2)羟基自由基强氧化预处理装备高效制备羟基自由基溶液包括以下步骤：①打开羟基自由基强氧化预处理装备中的氧活性基团气体产生设备A1，将氧气瓶中的氧气通入等离子体发生模块，启动与等离子体模块对应的分区激励高频高压电源，在极窄放电之间隙中形成大气压强电离放电，将氧气电离离解生成高浓度氧活性基团气体，其产生量由启动的等离子体模块数量控制；②开启支管路第6机械泵76及羟基自由基强氧化预处理系统支管路水流路对应的第7电磁阀107，通过第2水流量计92控制支管路的水流量，将部分砂滤后水通过第6机械泵76泵入羟基自由基强氧化预处理系统A1，通过袋式过滤器去除水中的杂质；③滤后水通过增压泵泵入气液混溶设备；④经过气液混溶后的羟基自由基溶液进入减压缓冲器，通过减压缓冲器降低气液混溶设备出口端的压力，增强氧活性基团气体和水溶液气液混溶的水力空化效应，延长微气泡爆裂与水接触碰撞的反应时间，为生成羟基自由基的等离子体化学反应提供极端反应条件，制备出高浓度羟基自由基溶液。
[0070] 所述袋式过滤器的孔径为20～50μm，用于过滤水体中的有机悬浮物和颗粒物，减小水浊度对羟基自由基的消耗；所述羟基自由基强氧化预处理装置的氧气通量为8～10m3/h，通过大气压强电场放电生成氧活性基团浓度为100～300mg/L，氧活性基团气体产生量在200～400g/h，砂滤水进入水射流空化液液溶解装置的水流量>40m3/h，通过高效气液混溶设备，氧活性基团气体在水中通过自由基链反应生成高浓度羟基自由基溶液，总氧化剂浓度为10～20mg/L，整机功率小于20kW。
[0071] 3)通过中央控制系统1开启羟基自由基强氧化预处理装备A1对应的电磁阀，主管路中的水源水进入第1水射流空化液液溶解装置A2的主入水口，与第1水射流空化液液溶解装置A2侧进水口吸入的高浓度羟基自由基溶液进行充分的混合反应。第2余氯在线监测仪22检测管路中总氧化剂浓度。打开第2单元取水阀112，对羟基自由基强氧化处理后的水进行检测。羟基自由基高效杀灭水源水中的浮游生物、病原体等，改善水质状况。
[0072] 所述第1水射流空化液液溶解装置A2，可根据待处理水的处理量选择开启1～5个3
文丘里射流器，水流量在300～500m/h，液液混溶反应时间为6～20s，总氧化剂浓度为1.0～2.0mg/L。文丘里射流器的负压喷射作用产生剧烈冲击波、微射流和水流搅动，促进羟基自由基溶液与待处理水的高效混溶，大幅度提高羟基自由基和藻类、致病微生物、有机污染物接触碰撞几率和效率，保证了羟基自由基高效杀灭藻类和微生物、氧化降解有机物。高藻水预处理后总藻密度应小于500cells/mL，无消毒副产物生成，水质指标达到国家地表水III类以上标准。
[0073] 4)羟基自由基强氧化预处理后的水进入混凝沉淀池3。在混凝沉淀池中投加混凝剂，通过压缩双电层、吸附-电中和、吸附-架桥、沉淀物网捕等作用去除水中难沉降胶体和细小悬浮物。混凝沉淀池采用网格式构造，其优点是絮凝时间短、絮凝效果好，且构造简单。
[0074] 所述混凝沉淀池型式为平流式，池体平面为矩形，进口和出口分设在池长的两端，池长107.4m，宽16.5m，高4.0m，液面距离顶部0.40m。混凝沉淀池表面水力负荷为1.0～2.0m3/(m2·h)，水力停留时间为160～180min。混凝剂设计投加量为15～20mg/L，搅拌速率为48～73r/min，调试稳定后，沉淀出水的浑浊度不超过3.0NTU。
[0075] 5)开启第4电磁阀104，将混凝沉淀后的水通过第3机械泵73泵入砂滤池4，通过阻力截留、重力沉降和物理吸附等作用去除水中的悬浮物质和胶体。颗粒直径较大的悬浮物质，主要依靠阻力截留的作用在滤池上层去除；粒径较小的悬浮微粒和胶体，主要通过重力沉降和物理吸附在滤床下层去除。打开第3单元取水阀113，对砂滤后的水进行检测。
[0076] 所述砂滤池的滤床高度为1.2m，主要由颗粒直径为0.9～1.2mm的石英砂填充而成，从上至下，采用单层均粒滤料，不均匀系数k80小于1.3；滤床横截面面积为78m2，设计过滤速度为7～10m/h。
[0077] 6)当原水中藻类密度高于1000cells/mL时，为进一步处理水体中可能生成的微污染有机物，通过中央控制系统1开启羟基自由基矿化有机污染物系统B。
[0078] 7)羟基自由基矿化有机污染物系统B中的羟基自由基矿化有机污染物装置B1的具体操作步骤同步骤2)。
[0079] 所述羟基自由基矿化有机污染物装置B1，大气压强电离放电电离离解氧气生成氧3
活性基团气体的产生量由等离子体模块的数量控制，氧气通量为5～8m/h，氧活性基团气体浓度100～300mg/L，氧活性基团气体产生量在100～300g/h。砂滤水进入羟基自由基矿化有机污染物装置的水流量>40m3/h，通过高效气液混溶设备，氧活性基团气体在水中通过自由基链反应生成高浓度羟基自由基溶液，总氧化剂浓度为5～15mg/L，整机功率小于20kW。
[0080] 8)通过中央控制系统1开启主管路中羟基自由基矿化有机污染物系统B对应的第5电磁阀105，关闭第6电磁阀106，主管路中的砂滤后水进入第1水射流空化液液溶解装置B2的主入水口，与第1水射流空化液液溶解装置B2侧进水口吸入的高浓度羟基自由基溶液进行充分的混合反应。第4余氯在线监测仪24测管路中总氧化剂浓度。打开第4单元取水阀114，羟基自由基氧化降解藻毒素、致嗅物质等有机污染物，同时杀菌消毒。
[0081] 所述第1水射流空化液液溶解装置B2可根据待处理水的处理量，选择开启1～5个文丘里射流器，水流量在300～500m3/h，液液混溶反应时间为6～20s，总氧化剂浓度为0.3～1.0mg/L。文丘里射流器的负压喷射作用产生剧烈冲击波、微射流和水流搅动，促进羟基自由基溶液与待处理水的高效混。空化气泡破裂瞬之间高温高压极端反应条件，大幅度提高羟基自由基氧化降解有机污染物的反应速率，保证了有机污染物的矿化，同时杀菌消毒。处理后微囊藻毒素未检出，嗅味物质2-MIB和GSM＜10ng/L、无任何异臭和异味，色度<5度、浑浊度降小于0.3NTU，CODMn小于1.0mg/L，无生物毒性，不产生消毒副产物，水质各项指标可以达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0082] 9)当水源水中藻类密度低于1000cells/mL时，采用常规水处理工艺，通过中央控制系统1关闭羟基自由基矿化有机污染物系统B对应的第5电磁阀105，开启第6电磁阀106，启动次氯酸钠消毒单元C。中央控制系统1开启次氯酸钠消毒单元的第9电磁阀109，通过第4控制器84开启第7机械泵77，调控次氯酸钠的投加量，将次氯酸钠母液从次氯酸钠存储罐6泵入主管路对砂滤出水消毒杀菌。
[0083] 所述次氯酸钠母液浓度为100～120g/L，母液投加量控制在5～10m3/h，浓度为1.6～1.7mg/L，出厂水余氯浓度控制为0.3mg/L。
[0084] 10)羟基自由基或次氯酸钠处理后的饮用水进入清水池5，清水池5用于调节泵站制水量与供水量之间流量差。打开第5单元取水阀115，对消毒处理后水样进行检测。当处理后饮用水指标达国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)后，开启第8机械泵78和第10电磁阀1010，将流经清水池后的处理水通入管网供居民使用。
[0085] 本发明利用大气压强电离放电制备的高浓度羟基自由基溶液，快速高效杀灭微藻水华，同时矿化微污染有机污染物，无消毒副产物生成，改善水质状况。处理后饮用水的各项指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0086] 具体实施例：处理量为12000吨/日使用·OH强氧化处理高藻水源水和砂滤沉淀出水的组合系统。
[0087] 按照本发明所述的方法及系统，研制出12000吨/日的羟基自由基高效杀灭水华微藻及矿化有机污染物技术及处理组合系统。1.2万吨/日高藻饮用水强氧化应急处理技术工程示范的试验地点设在厦
门市翔安区翔安水厂。待处理水源水总藻密度为1.79×105cells/mL，其中微囊藻、伪鱼腥藻、小环藻和其他藻的密度分别为1.75×105、1.73×103、
8.10×102和1.23×103cells/mL，因此开启羟基自由基强氧化预处理单元。砂滤出水的微囊藻毒素浓度为8.6μg/L；二-甲基异莰醇和土臭素的浓度分别为88.8和95.3ng/L，因此开启羟基自由基矿化有机污染物单元。通过机械泵
抽取待处理水源水，主管路水处理量为500吨/小时，流入·OH强氧化预处理单元和·OH矿化有机污染物单元的支管路水流量为55吨/小时。保证处理过程中·OH强氧化预处理单元和主管路水混合反应后总氧化剂浓度为
1.0mg/L，·OH矿化有机污染物单元混合反应后总氧化剂浓度为0.5mg/L，处理时间为20s。
开启单元出水阀取样，对处理后水样进行检测。
[0088] 组合系统·OH强氧化及消毒处理工艺对藻类的杀灭情况见表1。细胞死活的鉴定采用SYTOX Green
荧光染色显微镜计数法。死亡藻细胞的细胞膜通透性发生改变，SYTOX Green染料大分子可进入细胞，在488nm激发下发出绿色荧光。而存活藻种细胞的细胞膜功能完好，染料大分子无法进入细胞体内，在488nm激发下不会发出绿色荧光，只呈现叶绿素自发红色荧光，由此可以判定藻细胞的死活。高藻水源水中的总藻密度为1.79×105cells/mL，采用·OH强氧化处理20s后，仅有250cells/mL的微囊藻及少量其他藻存活，其余藻种全部致死，满足水厂进厂水要求。砂滤出水经·OH强氧化处理后，藻细胞被全部杀灭。
[0089] 表1
[0090]
[0091] ·OH消毒处理工艺对有机污染物氧化降解情况见图2～4。砂滤出水中总氧化剂的投加浓度为0.5mg/L，处理20s后，微囊藻毒素的浓度均低于检出限。·OH消毒处理后致嗅物质2-甲基异莰醇和土臭素的降解率分别为91％和96％，处理后浓度低于10ng/L，达到我国《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0092] ·OH强氧化及消毒处理工艺生成消毒副产物的情况见表2。在处理后水样中，亚氯酸盐、溴酸盐、甲醛、三溴甲烷、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、1,1,1-三氯乙烷、二氯乙酸、三氯乙酸和2,4,6-三氯酚和卤代烷烃等消毒副产物均未被检出，说明采用·OH氧化处理饮用水时产生消毒副产物的
风险较小。
[0093] 表2
[0094]
[0095] ·OH强氧化及消毒处理工艺水质情况见表3。水源水和砂滤出水处理试验中，·OH强氧化处理20s后，水中细菌总数、总大肠菌群、粪大肠菌群和大肠埃希氏菌的杀灭效果显著，四类细菌指标均达到国家饮用水标准。处理前后水源水和砂滤出水的其他水质指标未发现有明显变化，无生物毒性，各项常规水质指标可以达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)。
[0096] 表3
[0097]
[0098]
[0099] 综上所述，采用·OH强氧化工艺处理高藻水源水，可快速高效致死藻类，同时氧化降解矿化有机污染物，无消毒副产物生成，处理后饮用水的微生物学、感官性状等指标达到国家《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)，水体无生物毒性，饮用水水质安全得到有效保障，研究结果可为我国高藻水源地饮用水的安全供给提供技术
支撑。
