申请日2020.01.16
公开(公告)日2020.05.22
IPC分类号C02F11/00; C02F11/06; C02F101/30
摘要
工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，该设备属于环境保护领域。该降解仪由以下几部分构成：电源、空气过滤器、干燥器、空压机、分子筛制氧机、高压放电臭氧机、可编程控制器、变频器、变压器、控制阀、气液混合泵、出水喷嘴和各种连接头和连接管道。经过该设备制造的含有臭氧及自由基的水喷洒到工厂污泥中，可以快速将污泥中的有机农药、抗生素降解成二氧化碳和水，同时杀死有害病菌，从而迅速去除工厂污泥的有机毒害和病菌的潜在危害。
权利要求书
1.工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，其特征在于步骤为：
a.一个边长50-150cm，高100-180cm的立方体，四周由金属箱体构成;在方型容器箱体内分为控制系统、氧气富集系统、臭氧制作系统、臭氧与水混合系统、活性氧自由基反应系统;依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机(5-50对介质阻挡电极)、气液混合泵、臭氧输送管、冷却器等;各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧机出气管道分别与气液混合泵相连，混合阀一端与进水管相连，气液混合泵出水/出气管一端跟不锈钢污泥反应池相通;整个系统通过电源系统供电，电源采用市电和蓄电池双路供电，当有电时用市电供电，停电时用蓄电池供电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的强氧化性水;当水分过多时，可以停止进水，单独通入臭氧气体直接与污泥反应池中的污泥接触发生强烈的氧化还原反应，将污泥中的有机农药和抗生素等氧化分解成二氧化碳和水，并杀死污泥中的有害微生物;
b.将上述a中各单元器件组装成工厂污泥残留农药抗生素降解仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥脱去水分，经过冷却器降温，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，通过高效分子筛吸附分离，将干燥洁净空气中的氧气和氮气等分离，并且不断将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机(由5-50对阻挡介质电极组成)，产生高浓度臭氧活性氧，通过管道与气液混合泵连接，气液混合泵同时与水管相连，开动气液混合泵，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口注入不锈钢污泥反应池，也可以臭氧管道直接通入污泥反应池与污泥混合，氧化污泥中的有机农药、抗生素、病原菌等;
c.在上述b处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到500Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到15000V，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述b最后出水中含有臭氧活性氧，注入到污泥反应池的污泥土壤中，开动污泥反应池的搅拌器，不断将臭氧水与污泥混合均匀，可以快速把污泥土壤中的病菌杀死，将污泥土壤中的小分子有机农药和有机抗生素彻底氧化成水和二氧化碳，同时，臭氧与反应池中的部分有机分子发生自由基反应，生成多种活性更强的活性氧自由基，进一步与污泥中的农药和抗生素反应，提高臭氧氧化效果;另外，如果污泥反应池中水分很多，可以直接将臭氧出气管插入污泥反应池，让臭氧气体直接跟污泥混合，并与污泥中的有机农药和抗生素发生氧化还原反应，将有机农药和抗生素彻底氧化成二氧化碳和水，将污泥中的病菌杀死，根据污泥性质和所含农药和抗生素种类不同和含量多少，通过系统控制面板定时器定时50-120分钟，在反应过程中反应池上部盖上盖子密封，防止臭氧溢出进入空气造成对人体的危害。
2.根据权利要求1所述工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，其特征在于所述方法是一个边长50-150cm，高100-180cm的立方体，四周由金属箱体构成;在方型容器箱体内分为控制系统、氧气富集系统、臭氧制作系统、臭氧与水混合系统、活性氧自由基反应系统;依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机(5-50对介质阻挡电极)、气液混合泵、臭氧输送管、冷却器等;各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧机出气管道分别与气液混合泵相连，混合阀一端与进水管相连，气液混合泵出水/出气管一端跟不锈钢污泥反应池相通;整个系统通过电源系统供电，电源采用市电和蓄电池双路供电，当有电时用市电供电，停电时用蓄电池供电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的强氧化性水;当水分过多时，可以停止进水，单独通入臭氧气体直接与污泥反应池中的污泥接触发生强烈的氧化还原反应，将污泥中的有机农药和抗生素等氧化分解成二氧化碳和水，并杀死污泥中的有害微生物。
3.根据权利要求1所述工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，其特征在于所述方法中，将上述a中各单元器件组装成工厂污泥残留农药抗生素降解仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥脱去水分，经过冷却器降温，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，通过高效分子筛吸附分离，将干燥洁净空气中的氧气和氮气等分离，并且不断将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机(由5-50对阻挡介质电极组成)，产生高浓度臭氧活性氧，通过管道与气液混合泵连接，气液混合泵同时与水管相连，开动气液混合泵，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口注入不锈钢污泥反应池，也可以臭氧管道直接通入污泥反应池与污泥混合，氧化污泥中的有机农药、抗生素、病原菌等。
4.根据权利要求1所述工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，其特征在于所述方法，在上述b处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到500Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到15000V，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述b最后出水中含有臭氧活性氧，注入到污泥反应池的污泥土壤中，开动污泥反应池的搅拌器，不断将臭氧水与污泥混合均匀，可以快速把污泥土壤中的病菌杀死，将污泥土壤中的小分子有机农药和有机抗生素彻底氧化成水和二氧化碳，同时，臭氧与反应池中的部分有机分子发生自由基反应，生成多种活性更强的活性氧自由基，进一步与污泥中的农药和抗生素反应，提高臭氧氧化效果;另外，如果污泥反应池中水分很多，可以直接将臭氧出气管插入污泥反应池，让臭氧气体直接跟污泥混合，并与污泥中的有机农药和抗生素发生氧化还原反应，将有机农药和抗生素彻底氧化成二氧化碳和水，将污泥中的病菌杀死，根据污泥性质和所含农药和抗生素种类不同和含量多少，通过系统控制面板定时器定时50-120分钟，在反应过程中反应池上部盖上盖子密封，防止臭氧溢出进入空气造成对人体的危害。
5.权利要求1～4任一所述工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及其在农药厂、制药厂、食品厂、城市污水处理厂、城市生活污泥残留农药和抗生素污染治理上的应用。
说明书
工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，尤其涉及工厂污泥残留农药抗生素降解仪的构造。
背景技术
我国人口众多，耕地少，为了提供足够的粮食和蔬菜瓜果，常常在同一块土地上进行高复种指数作物的种植，尤其是设施栽培作物，由于具有很高的比较经济效益，农民大量重茬种植，从而造成土壤和植物的连作障碍，在土壤中积累大量病原菌，导致作物容易病虫害严重，生长不良，产量降低、品质下降，各种化学农药被大量使用，尤其是一些高毒高残留难降解有机农药几十年来大量使用，造成土壤有机农药残留严重，已经严重制约了我国农业生产和农业可持续发展。
我国农药行业起步较晚，但发展迅速，产量从1983年的33万吨上升至2014-2016年的 370万吨以上，成为全球第一大农药生产国。截至2018年底，我国处于有效登记状态的农药有效成分达689个，产品41514个，其中大田用农药38920个，卫生用农药2594个。2017 年以来，受环保督察、企业限产等影响，我国农药产量呈下滑态势。2018年农药原药产量208.3万吨，同比-29.3%;2019年1-5月份产量86.6万吨，同比-21.9%，持续下滑。2018年农药原药对外出口149万吨，同比-8.6%，对外出口比例71.5%;2019年1-5月份对外出口67万吨，同比+1.5%。对外出口比例77.4%。
中国是世界上最大的抗生素生产和使用国。2015年6月11日，中国科学院公布了中国抗生素的全国使用量与排放量清单，根据58个流域各类抗生素的使用量、排放量等数据。70 年来，中国抗生素产量总体规模已达世界第一，在青霉素、链霉素、四环素、土霉素和庆大霉素等原料药生产方面拥有绝对优势，并在数十个产品的研发、生产、定价、市场等方面打破了欧美国家的垄断地位，形成了一批规模化产业集团和完整产业链，抗生素品种研发实力不断提升，100余个抗生素品种实现了产业化。
农药的使用已经造成了严重的环境问题，许多研究表明，陆地上的许多生态系统都不同程度的遭受了有机农药的污染，而土壤、地下水和大气农药污染问题尤为严重。有研究报道，在美国夏威夷耕地土壤中发现禁用了15年的有机氯农药七氯严重超标。2000年太湖流域农田土壤中HCH、DDT超标率分别为28%和24%，南京市菜地土壤中HCH和DDT的检出率为 100%。据统计，我国被污染的土壤面积已达到1.3×～1.6×百万hm2。
首份中国抗生素使用情况摸底结果显示出一条可怕的恶性循环链条正在危害人类健康- 人和养殖动物大量服用的抗生素绝大部分以原形排出体外，进入水环境和土壤中，再通过水产和作物等食物进入人体，从而增加人体耐药性并影响健康。
从上世纪80年代末90年代初开始，我国就开始进行土壤农药污染去除技术的研究。最初的研究主要集中在微生物对土壤有机农药的降解上，直到现在仍然在广泛研究，到目前为止在中国知网上可以查到422篇相关的微生物降解农药的文章。先后有多种专利申请或者授权，比如：一种抗生素降解混合菌剂及其应用_2018104647678，一种强化抗生素厌氧降解的方法_2018104179998，一种降解抗生素与农药残留的复合微生物菌剂及其制备与应用的制作方法，一种四环素类抗生素降解节杆菌及其应用制造技术等890项。
到目前为止研究土壤农药降解的微生物方法很多，研究农药场地土壤污染的方法很少，大多用热解法/热脱附法，都有各自的缺陷;农药降解菌效果不稳定，受环境条件影响很大，降解慢，效果单一，专业性强，通常土壤中含有多种有机农药，因而实际应用受到很大限制。热脱附或者热解法有很好的去除效果，但是投资巨大，费工费时，对土壤理化和生物性状破坏大，有二次污染，生产中难以推广。
同时土壤中残留大量的有机农药和抗生素，经过植物吸收后残留在籽粒或者叶片瓜果中，危害人体健康，另外发展有机食品需要干净的土壤，没有化学合成物存在，目前还没有很好的方法。我国经过几十年的农业施肥和农药防治病虫害，土壤中残留大量的有机农药，同时使用的畜禽粪便中还有大量的抗生素，土壤中残留很多抗生素，对消费者身体健康存在威胁。
臭氧是一种氧化性很强的物质，自身变成氧气，没有二次污染。已有报道的专利如：一种臭氧防治病虫害的装置(CN201720113261.3)，只是用于防治病虫害，或者用于污水的处理，用于农药厂和抗生素厂及城市污泥有机农药和抗生素的处理尚未见报道。
本申请采用分子筛分离空气富集氧气，然后高压放电产生高浓度臭氧的机理，设计工厂污泥残留农药抗生素降解仪，利用臭氧水中含有臭氧和羟基自由基等强氧化性物质快速杀灭土壤病菌，快速氧化分解污泥中有机农药和抗生素，速度快，效率高，没有二次污染。
发明内容
解决的技术问题：针对上述技术缺陷，本发明研发了工厂污泥残留农药抗生素降解仪，用于消除农药厂、抗生素厂、城市生活污泥中的有机抗生素、有机农药残留和病菌。
技术方案：工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及应用，步骤为：a.一个边长50-150cm，高100-180cm的立方体，四周由金属箱体构成;在方型容器箱体内分为控制系统、氧气富集系统、臭氧制作系统、臭氧与水混合系统、活性氧自由基反应系统;依次排列空气过滤器、空气压缩机、干燥器、分子筛制氧机、高压放电臭氧机(5-50对介质阻挡电极)、气液混合泵、臭氧输送管、冷却器等;各器件之间采用管道连接，高压放电臭氧机出气管道分别与气液混合泵相连，混合阀一端与进水管相连，气液混合泵出水/出气管一端跟不锈钢污泥反应池相通;整个系统通过电源系统供电，电源采用市电和蓄电池双路供电，当有电时用市电供电，停电时用蓄电池供电，电源旁连接PLC可编程控制器，调控整个系统，旁边连接变频器和升压变压器，用以改变交流电频率和电压，控制臭氧产出速度，最后的混合泵输出的是含有臭氧和自由基的强氧化性水;当水分过多时，可以停止进水，单独通入臭氧气体直接与污泥反应池中的污泥接触发生强烈的氧化还原反应，将污泥中的有机农药和抗生素等氧化分解成二氧化碳和水，并杀死污泥中的有害微生物;b.将上述a中各单元器件组装成工厂污泥残留农药抗生素降解仪后，接通电源，开动空气压缩机和分子筛制氧机，空气经过过滤器过滤后滤除空气中的颗粒物杂质，进入空气压缩机，产生高压压缩空气流，经过干燥器干燥脱去水分，经过冷却器降温，干净且干燥的压缩空气进入制氧机，通过高效分子筛吸附分离，将干燥洁净空气中的氧气和氮气等分离，并且不断将氧气富集浓缩，进入高压放电臭氧机(由5-50对阻挡介质电极组成)，产生高浓度臭氧活性氧，通过管道与气液混合泵连接，气液混合泵同时与水管相连，开动气液混合泵，这样纯净的臭氧和水在混合泵中混合，变成臭氧水，并经混合泵出水口注入不锈钢污泥反应池，也可以臭氧管道直接通入污泥反应池与污泥混合，氧化污泥中的有机农药、抗生素、病原菌等;
c.在上述b处理过程中，可以通过调节控制面板中的可编程控制器实现自动控制，通过变频器改变交流电频率，从50Hz升高到500Hz，提高臭氧的产率，通过变压器改变交流电压，将电压从220V升高到15000V，提高高压放电频率和效率，提高臭氧产率和效果。经过整个流程后，上述b最后出水中含有臭氧活性氧，注入到污泥反应池的污泥土壤中，开动污泥反应池的搅拌器，不断将臭氧水与污泥混合均匀，可以快速把污泥土壤中的病菌杀死，将污泥土壤中的小分子有机农药和有机抗生素彻底氧化成水和二氧化碳，同时，臭氧与反应池中的部分有机分子发生自由基反应，生成多种活性更强的活性氧自由基，进一步与污泥中的农药和抗生素反应，提高臭氧氧化效果;另外，如果污泥反应池中水分很多，可以直接将臭氧出气管插入污泥反应池，让臭氧气体直接跟污泥混合，并与污泥中的有机农药和抗生素发生氧化还原反应，将有机农药和抗生素彻底氧化成二氧化碳和水，将污泥中的病菌杀死，根据污泥性质和所含农药和抗生素种类不同和含量多少，通过系统控制面板定时器定时50-120分钟，在反应过程中反应池上部盖上盖子密封，防止臭氧溢出进入空气造成对人体的危害。
任一所述工厂污泥残留农药抗生素降解仪制造及其在农药厂、制药厂、食品厂、城市污水处理厂、城市生活污泥残留农药和抗生素污染治理上的应用。
有益效果：本降解仪能快速地最大限度的去除污泥土壤中病原菌、抗生素、有机农药污染，使得多种抗生素、有机农药同时变成水和二氧化碳，最大限度的消除污泥中抗生素和农药污染及其对环境的破坏和对人类的危害，保障人体健康。具体讲有下面的效果：
本发明与现有技术相比：
1)本发明中采用分子筛分离空气富集氧气可以大幅提高臭氧浓度和效率，该治疗仪产生的臭氧水-臭氧和自由基杀菌消毒和氧化技术，可以迅速杀死病原菌，同时氧化分解多种有机农药和抗生素，比微生物降解菌和热脱附法方法简便、技术简单易行、可操作性强、成本低廉、实用性强;
2)本发明采用的治疗仪的臭氧水-臭氧技术，能同时消除土壤中的病菌和有害有机化学物质，减少了有害化学品的投入，降低了土壤处理后的有害物质残留，跟目前常用的单一微生物降解法处理相比，引入的二次污染物、残留物和二次污染物几乎可以忽略，因为臭氧水最后变成水和氧气，与单一热脱附/热裂解法技术相比，成本低，速度快，对污泥土壤结构没有破坏，耗能低。（发明人邸明春）
