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1、申报编号：研究开发类项目推荐书 所属领域： 环境领域 所属方向： 环境清洁技术项目名称：超声电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物 废水的高效处理装置的研发和制造推荐单位或专家：广东省科技厅 项目申报单位：华南理工大学 项目技术负责人：谢逢春 联系电话： 13392450936 传真： 电子邮箱： 二 一一 年五月二十日项目信息表项目名称超声电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的高效处理装置的研发和制造 废水的高效处理装置的研发和制造推荐主体单位:广东省科技厅专家1单位联系方式类别 院士863专家973科学家支撑计划专家组专家“”国家杰出青年基金专家2单位联系方式类别 院士863专家973
2、科学家支撑计划专家组专家“”国家杰出青年基金专家3单位联系方式类别 院士863专家973科学家支撑计划专家组专家“”国家杰出青年基金项目申报单位名 称华南理工大学主管部门教育部单位所在地 广东省广州（市、区）组织机构代码45541442-9通讯地址:广州市天河区五山路381号邮编510641单位类别事业型研究单位 大专院校 转制为企业的科研院所 国有企业 集体所有制企业其他项目技术负责人姓 名谢逢春性别男 女出生年月1963年 3月证件类型身份证证件号码510102196303178419所在单位华南理工大学学 位博士 硕士 学士 其他职 称高级 中级 初级 其他联系电话(手机)1339245
3、0936E-主要参加单位（名称、单位性质、组织机构代码）成都碧瑞卡环保科技有限公司；民营企业，组织机构代码：56204770-8起始时间2010年1 月终止时间2013年 12 月主要研究内容(300字以内) 本项目采用短脉冲超声波和长脉冲电解相互耦合的方式，使两种机理在短时间内反复交替进行，产生高效的叠加、协同效应，通过脉冲超声波的空化作用，消除扩散层，活化反应物，不但能够消除电极极化，使脉冲电解始终保持在高效率的暂态电流状态，而且还可以增强电极反应的降解能力，使一般无法进行电化学降解的反应得以在脉冲电解过程中完成。以此为基础设计并制造的超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的成套产
4、业化装置，不断能够达到处理效果好、处理效率高、处理成本低、能耗低的效果，而且还具备设备适用性广、使用寿命长的优势，可以成为一种高效、普适、低能耗、低成本、绿色、环保、安全的难降解有机物废水处理装置。预期成果（150字以内）研发并制造一种达到国际先进水平的超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的成套产业化装置，能够有效降解废水中各种结构稳定、可生化性差、毒性强的难降解有机物，达到处理效果好、处理效率高、处理成本低、能耗低、设备适用性广、使用寿命长的效果，并获得相应的知识产权。预期知识产权获得国外发明专利 1 项，国内发明专利2项，其他 2 项。预期技术标准制定国际标准 国家标准 行业标准
5、 企业标准原创性技术取得原创性成果 2项（成果鉴定）产品装备新产品 项；新品种 个； 新装备1 套；经费预算600万元，其中国拨200万元。一、项目目标与任务(一)项目目标与任务需求分析 水资源是关系到人类生存的一项最基本的资源，水资源的保护是社会经济的可持续发展的必要保证。我国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的14,美国的15，在世界上名列121位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。随着社会经济的发展和人口的增多，我国水资源紧张的状况不断加剧，到上世纪末，全
6、国600多座城市中，已有400多个城市存在供水不足问题，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。与此同时，由于国民经济的高速发展，以及城市化高度密集，废水的产生量日益增加，根据国家环保部公布的2009年中国环境状况公报，从2006年到2009年，我国的废水排放量从536.8亿吨增加到589.2亿吨，增加了9.76%。据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有逐年加重的趋势。日趋严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。因此，
7、在当前经济发展过程中，水资源紧缺，水环境日趋恶化己经成为制约我国经济发展的重要因素。 难降解有机物废水主要是指含有被微生物分解速度很慢、分解又不彻底、在自然环境条件下难以被降解的有机污染物的废水，其中主要含有难生物降解染料、酚类物质、硝基苯、苯乙酮、氯酚、多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物、有机磷农药、表面活性剂等有机污染物。这些物质的共同特点是毒性大，成份复杂，化学耗氧量高，结构稳定，一般微生物对其几乎没有降解效果，处理难度很大。这些废水一旦进入自然环境，其污染物较易在生物体内富集，并产生致癌、致畸、致突变等作用, 对环境和人类有巨大的危害。随着我国工业的快速发展，特别是医药、化工、印染、纺织、
8、电子、农药、石化、橡胶和造纸等工业的发展，含有难降解有机污染物的工业废水日益增多，对生态环境和水资源保护构成了越来越严重的威胁，而目前国内外处理工艺对于有毒、有害难降解有机污染物不同程度地存在降解不完全、处理效率低、工艺复杂、过程不易控制以及处理成本高等问题，难以达到良好的处理效果，有些还会造成二次污染问题, 因而对于这类废水的处理，至今仍缺乏经济而有效的实用技术。因此研究高效的难降解有机物废水处理方法，开发一种高效的难降解有机物废水处理装置具有重要的社会意义和经济意义。本项目将超声波和电化学两种技术有机结合起来，采用短脉冲式超声波辅助长脉冲电解的模式，使不同的机理在短时间内反复交替作用，产生
9、高效的叠加、协同效应，既能增加氧化电流效率、降低能耗，又能加速氧化过程。本项目研究目的是建立一个高效、安全、低成本、低能耗去除废水中难降解有机物的新方法和新装置，这对于消除水环境污染，提高水环境质量、缓解水资源紧张的矛盾具有重要意义。(二)项目主要创新点及预期获得的发明专利等知识产权情况 本项目的主要创新的有两点：1、建立了超声波与电化学双脉冲耦合协同处理方法在超声波辅助电化学氧化过程中，超声波空化作用一方面能消除浓差极化和电化学极化，激活电化学反应物，有效增强电化学氧化过程的速度和效果，氧化降解一般方法不能降解污染物。另一方面，超声波也会抑制电解氧化过程的进行。而且，同时使用电解和超声波也会
10、能耗。因此，为了使超声波和电化学氧化的协同效果达到一个理想的程度，就必须优化超声波和电化学两种效应的耦合模式，使超声波对电化学过程的促进作用得到增强，同时消除超声波对电化学过程的阻碍作用。而本项目组在成功的采用超声波辅助浸取分离浸取，分离工业废弃物中的不同组分，取得多项成果的基础上，对超声波和电化学两种效应的耦合模式进行的长期研究，建立了脉冲超声波和脉冲电解交替进行的超声波与电化学双脉冲协同氧化方式，这种新型的超声波辅助电化学氧化方式采用而脉冲超声波和脉冲电解交替进行的电解氧化方式，在电解脉冲的时段内，超声波作用停止，避免了超声波对电解反应的干扰，还降低了能耗。在超声波脉冲的时段内，电解停止，
11、这样超声波可以有效消除电解过程中产生的浓差极化和电化学极化，也可以极化参与电解反应的分子和离子，为下一个电解脉冲的电化学氧化的高效进行做准备。如此使超声波和电化学两种作用在短时间内反复交替作用，产生高效的叠加、协同效应，既能增加氧化电流效率、降低能耗，又能加速氧化过程。而本项目本项目组的研究实验也已经证明，采用脉冲超声波和脉冲电解交替进行的超声波辅助电化学氧化方法，可以较大的提高废水中氨氮的去除效果（见右图的本项目组的实验结果）。而本项目这种有关优化超声波和电化学两种效应的耦合模式，采用超声波电化学双脉冲协同的方式进行电解氧化的研究，目前在国内外文献中尚未报道。因而此项研究一方面将建立一个新型
12、的超声波电化学协同氧化处理废水的方法，另一方面，也为超声电化学的发展开辟了一个新的方向。这是本项目的一个最重要的特色和创新突破点。2、设计并制造一种达到国际先进水平的超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的高效处理装置。 难降解有机物废水的可生化性差，处理难度大，对于这类废水的处理，至今仍缺乏经济而有效的实用技术。本项目的超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的处理装置，不但对难降解有机物废水的处理具有理想的功效，并且还具备高效、低成本、低能耗、设备相对简单、反应条件温和、无需加入化学处理药剂、安全、环保等特点，而且由于本技术的超声波和电解都来源于电能，很容易通过可编程控制器（
13、PLC）进行调节和控制，通过电压、电流、超声波功率、频率等参数的调节范围的设定，超声波电化学双脉冲耦合协同废水处理装置可以设计成处理多种有机污染物的通用设备。而且这种处理设备也很容易通过可编程控制器（PLC）实现处理过程在线自动化监控。因此，本项目建立超声波电化学双脉冲耦合协同处理装置，具备强大的市场竞争优势，市场化前景广阔。而有关此类装置的研究报道，目前在国内外文献中也尚未出现。因此，这也是本项目的特色和创新突破点之一。 预期本项目将获得如下知识产权： 1、关于超声波与电化学双脉冲耦合协同处理方法的国外发明专利一项。 2、关于超声波与电化学双脉冲耦合协同处理方法的国内发明专利一项，此项专利目
14、前已经完成申请。另外一项关于超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的高效处理装置的国内发明专利一项，共两项发明专利。 3、关于超声波电化学双脉冲耦合协同处理难降解有机物废水的高效处理装置的构造的国内新型实用专利两项。二、现有工作基础与优势(一). 项目主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础 目前国内外已经将多种常规处理工艺用于难降解有机废水的处理1，其中较为常用的主要有化学氧化法2-3、催化氧化法4-5、膜分离法6、萃取法7-9、吸附法10-11、混凝沉降法12、生化法13-15等，但是这些常规处理工艺对于有毒、有害难降解有机污染物不同程度地存在降解不完全、处理效率低、工艺复杂、过程不易控制以及处理成本高等问题，难以达到良好的处理效果，有些还会造成二次污染问题, 因而对于这类废水的处理，至今仍缺乏经济而有效的实用技术。 近年来电化学氧化法引起了越来越多研究者的关注，这种方法具有氧化能力强、降解效率高、降解速度快、反应条件温和,、无需加入化学药剂、环境友好、易于操作和远程控制，适应面广等优势16-21。但其在应用过程中往往产生极化效应导致的电耗升高、处理效率降低、成本增高等缺点，使其在工业应用方面受到很大限制。 近年来，超声降解作为一种新型的废水处理技术，正受到越来越多的关注。大量的文献报道和实验结果表明:它集高
