1、適用范圍或應用領域

濕地/自然保護區、水庫/飲用水源地/南水北調/運河/庫區、湖泊藍藻/近海養殖、黑臭水體/母親河/城市公園/國考斷面

2、技術簡介

協同超凈化水土共治技術能夠快速提升水中溶解氧、激活水體活性；迅速降解水體中各類污染物、恢復水體自凈功能；有效修復大流域生態，且無需投放任何菌種、藥劑，保障原位生態修復，無二次污染。

協同超凈化水土共治技術應用范圍廣，可涵蓋黑臭河道連片治理、大型水體（湖泊/污染塘/沿海養殖水域）生態修復、重點流域治理、水源地水質提升、自然保護區/濕地公園水土凈化、大體量工業廢水治理、市政污水廠出水水質提標改造、重金屬污染水土修復等。此技術已先后用于了云南滇池、雄安新區、上海國家會展中心、深圳河道等國家水土治理示范性工程中。

3、工藝路線及參數或技術原理

（一）基本原理

協同超凈化水土共治技術為區域性整體環境提升技術，可以快速提升水體溶解氧、激活水體活性、消解水體中各類污染物、恢復水體自凈功能、消除底泥中各類污染物，改善大流域生態環境，真正意義上實現“綠水青山”的宏偉藍圖。納米結構金剛石薄膜電極構架放入水中，在低壓電場驅動下，釋放出的電子動能低，能夠有效作用于水中絡合吸附在一起的各種基團，使水體中的絡合物（有機物簇合而成）成分離散，形成大量的以碳為主要骨架的離散結構（簡稱納米點）。納米點內具有吸收光子產生激發態電子和空穴的性能，能夠有效吸收陽光而發生光催化效應。一些納米點內摻雜原子例如有金屬原子、氮和磷原子等，能夠使納米點的光學能隙減小，以至于具有吸收可見光進行光催化作用的性能，使自然光進行光催化的利用率更高。

納米點的光催化效應釋放出高能電子，能夠實現：

水分子變為活性氧和和氫氣，氫氣離開水面，活性氧溶解在水體中，提高活性氧濃度。有機物中的鍵態斷裂降解，進一步與活性氧作用，轉化為二氧化碳和水。有機物降解的同時又會形成新的不同的納米點，新的納米點能夠同樣具有光催化功能，通過鏈式反應和水體的流動，可以快速傳播到更遠的區域，并形成更多的納米點，產生大量活性氧，降解更多污染物。同時，淤泥中的各種絡合物也會逐漸分散消解，形成氣體通道，釋放出厭氧菌產生的臭氣，并且水中的活性氧能夠逐漸滲透到淤泥內部，氧化脫毒和降解其中的污染物。如此，通過金剛石薄膜電極構架裝置產生的高濃度低能電子與陽光協同作用，最終實現整個區域水體和淤泥環境到根本凈化，經過脫毒的有機基團能夠成為水生物的餌料，使良性的水生態快速恢復。

（二）作用過程

以納米金剛石薄膜材料架構的特殊電極系統，能夠對水體和土壤施加協同作用，對水體中的有機聚合體、絡合基團、粘結基團、細菌分泌集團、金屬離子絡合體等進行分解和氧化。同時在太陽光的復合作用下，水分子被分解，產生活性氧。

水分子通常會分解為帶正電荷的H+離子和帶負荷的OHˉ離子：

H2O →H+ + OH-

（1）水分子會和高能態的空穴產生氧氣：

 H2O + 2h+ →1/2O2 + 2H+ 

（2）氧氣又會被光生電子還原為超氧陰離子自由基O2ˉ：

 O2 + e-→O2-（超氧陰離子自由基） 

（3）水中的帶負電荷的OH-離子和帶正電荷的空穴反應生成氫氧自由基·OH（即羥基），在低能處附近發生如下反應：

OH-+ h+ →·OH（氫氧自由基，即羥基） 

（4）水中帶正電荷的氫離子也會和帶負電氫氧自由基荷的電子結合，生成氫氣：

2H+ + 2e-→H2 

（5）最后，水中就會有氧氣、氫氣、超氧陰離子自由基O2-和羥基自由基·OH等。

水中絡合物、有機物被單質氧、氧氣及少量超氧陰離子自由基、羥基自由基氧化為納米點，納米點在光催化作用下繼續對水體進行鏈式氧化還原反應，產生單質氫、單質氧、氫氣、氧氣等等。

 羥基自由基（·OH）是一種重要的活性氧，是由氫氧根（OH-）失去一個電子形成。羥基自由基具有極強的得電子能力，氧化電位2.8V，產生極強的氧化能力，羥基自由基可與大多數有機污染物發生無選擇性的快速鏈式反應，氧化生成CO2、H2O，無二次污染。超氧陰離子自由基和氫氧自由基具有超強的活性，和水中的污染物發生反應將污水凈化，主要是超氧陰離子自由基O2ˉ和污水中細菌、霉藻、有機化合物等氧化為水和二氧化碳：

O2-+ 細菌、霉藻、有機化合物→mH2O + nCO2 

（6）氫氧自由基·OH和甲醛、笨等TVOC（總揮發性有機化合物）有害物質反應，生成無毒的水和二氧化碳：

OH +甲醛、笨等TVOC有害物質→mH2O+nCO2 

（7）由于超氧陰離子自由基和氫氧自由基具有超強的活性，所以污水會向凈化后的方向移動，很快也會被凈化，并有氣泡產生（主要是二氧化碳、氧氣等）；

新的污水又會流到已凈化的區域被凈化，很快將出現凈化污水的鏈式反應。此外，流動的水又會將納米點帶到其它的流域，并產生一系列的氧化基團，進一步對水體產生凈化作用。

4、主要技術指標

目前為止，尚未發現技術對于生態環境的負面影響，因為本裝置的工作方式，比較特殊，唯一的工作方式是裝置中電子的溢出現象，這種電子作用力度實在太弱，它不同于生活中的電磁場、電場、輻射場等，對于人體沒有任何危害。且獲得薄膜與微細技術教育部重點實驗室安全環保認證證書。 

本裝置的核心材料為金剛石納米材料，材料構成就是碳元素，碳元素本身為大自然中的主體元素，材料本身對于環境沒有任何污染。同時，系統正常工作條件下，水中的有機物一部分被氧化還原，一部分會轉變為微生物的營養來源，無需外界投加菌種，水體環境改善后，水體和底泥中的自生土著微生物會逐漸恢復，生物鏈重新構建，恢復生態環境。本技術并非通過生態動植物的作用來治理水體，而是屬于水質凈化后，水體中的水生動植物自發生長，生物鏈自身重構的過程。因此，對于生態環境也沒有任何負面影響。 

正常情況，裝置安裝后，協同超凈化水土共治技術治理效果顯著，具有快速提升水體溶解氧、改善水體化學指標、短時間（1-3月）恢復生態系統等優勢：

（1）水質指標在原有數值基礎上，均可提升1-2個級別； 

（2）COD去除率均70-90%； 

（3）氨氮去除率70-90%以上； 

（4）總磷去除率50-80%。 

正常情況下，每組裝置的裝機功率在300w，裝置自身的運行費用較低。 每組裝置的生產成本根據裝備型號，生產成本差異較大，每組裝置成本在100萬-1000萬之間。 

結合具體項目分析，在30萬平米以上的湖泊，或者5km以上的河道項目中，項目的治理費用，比傳統的工藝路線，降低10-30%。

5、技術特點

“協同超凈化水土共治技術”是目前世界上唯一能夠全流域治理污染、修復自然生態的技術，并具有以下特點： 

（1）裝置的工作影響模式是立體的，在半徑500 m的項目范圍內，水體可以不用連通，對于坑塘、斷頭浜、封閉水塘、流動河流等工況，只需確定在裝置影響范圍內，通過兩組以上裝置（最合理布局）的協同作用，即可實現既定的治理目標。單組裝置的獨立工作，在周期和效果方面，弱于兩組裝置的協同應用； 

（2）通過多組系統裝置的協同作用，即可實現大流域的水環境整治，面積從幾平方公里到上百平方公里，均可實現； 

（3）不需要大型土建構筑物，系統安裝維護簡便； 

（4）無需添加藥劑或菌種，無二次污染，真正實現原位修復； 

（5）為改善水質采取的清淤措施，可以省略，本技術可以實現水體和底泥中有機物的一并降解； 

（6）快速提升水體溶解氧，在系統工作的初期，水體中溶解氧一般均達到超飽和狀態； 

（7）對于農業面源中的農藥化肥殘留同樣具有降解作用，從源頭上根治 

（8）對于不同污染程度水體（高濃度污染水體/生活污水/重度黑臭/劣Ⅴ類/Ⅳ類等），在滿足光照和停留時間的前提下，均可實現污染物大幅消除，還原生態； 

（9）本技術對于外界溫度，沒有局限作用，在零度以下（冬天），系統同樣工作，實現污染物降解、水環境提升的目的； 

（10）系統對于COD、氨氮、總磷等通常環境污染因子，均能實現指標的大幅消減；對于藍藻，亦能徹底根除，藻毒素徹底降解無毒化；對于重金屬離子等污染，亦可以實現重金屬的無毒化。

6、技術優勢

目前，國內外，尚沒有類似的技術應用，治水先治污泥，“協同超凈化水土共治技術”可原位高效建立良好生態的底泥環境，實現清凈水體和有益自生水生物底泥培養基。

本技術與傳統的化學除藻、絮凝沉淀、投菌法、人工充氧曝氣法、人工濕地等相比，具有優點如下：

見效極快，專用系統在水體內直接加載治理，不占用土地；

治理全過程無毒、無污染，無需建設構筑物；

適合小、中流速活水，無需對治理范圍沿河兩岸進行截排污，一般生活污水和非重度污染工業污水可以直接排放，使其在治理流域里直接凈化；

河底污泥礦化還原成無機河床，減少底泥體積。無需生態治理配合也能保持水質清澈，不會影響河中微生物、魚類等動植物的正常棲息。也可根據實際情況與水域周邊生態綠化景觀廊道有機結合。

本技術中，發生光催化氧化還原的納米點，來自于水體中有機物結構的自身轉化，太陽能利用載體的形成，無需高額的生產成本。同時，裝置的影響范圍是立體的，在水/土/氣等周邊環境中，有水分子存在有太陽光照射的情況下，均可實現有機物的降解。 

通過先進的科學技術制造的設備，不需要再通過大型施工，撒藥等各種費時費力且可能造成二次污染的方法，就可以解決水體的各種問題，達到水質提升的目標。 

設備占地面積小，總能耗300w，無需添加藥劑及投放菌種，無二次污染。應用于各類大流域治理（湖泊、河流、濕地、近海、水源地等）。除適用于各種濃度各種行業的污染水體和底泥治理外，也適用于大面積土壤修復等領域?？焖偬嵘w溶解氧，消解多種污染物和底泥內的毒害物質，快速恢復水體自凈功能。

7、設備組成

變頻電源： 

變頻電源具備二組可調輸出電壓與二種可選輸出頻率，每組電壓可同時控制多個、多種型號之主體設備，多個主體設備的總額定功率之和不能超出變頻電源之額定功率。 

主體設備部分：

由金剛石極板、絕緣擋板、殼體和外部的接線電極柱組成。 基本參數

8、技術要求

1、設備使用條件 

大氣壓力：86kPa~106 kPa 

電源工作環境溫度：0℃~40℃ 

交流電源電壓：220V±10% 

交流電源頻率：50Hz±10% 

2、外觀和結構 

外觀：設備表面無裂痕、毛刺及永久性污染物，亦無明顯變形和劃痕；標識應齊全、正確、清晰。 

結構：變頻電源應固定可靠、漆層完好整潔、各個電氣元件應該齊全完好，安裝位置正確。所有回路接線應準確，連接可靠，標志齊全清晰。所有線纜的規格和布置應符合設計要求，排列整齊，無機械損傷。 

3、治水性 

水質： 

經設備治理后的水質應符合GB3838-2002中表1的各水質要求。 ’

能力： 

JDYC-Ф500的水體治理能力可達到以設備為中心輻射直徑1km范圍內水體； 

JDYC-600的水體治理能力可達到以設備為中心輻射直徑2 km范圍內水體； 

JDYC-1000的水體治理能力可達到以設備為中心輻射直徑3 km范圍內水體； 

4、噪聲 

設備正常運行時產生的噪聲在距離設備1m時不大于40db(A)。 

5、安全性 

絕緣電阻：變頻電源輸入端與外殼之間的絕緣電阻不應小于2 MΩ。 

介電強度：變頻電源處于非工作狀態，電源開關置于接通位置，電源進線端與外殼間施加50Hz標準正弦波1.5KV的電壓力時1min不應出現飛狐和擊穿。 

泄露電流：變頻電源施加額定電壓的1.1倍，輸入端與保護性接線端之間的泄露電流不得超過交流10mA有效值。

9、工程案例

雄安新區入白洋淀大清河尾水渠辛莊段開展的“飲用水水源地協同超凈化水土共治技術應用示范”項目。

白洋淀水系由坑、塘、淀和河相結合組成，水體受工業、農業和城鎮居民生活垃圾影響污染，水質類別普遍為劣V類水質。經檢測，原水水質參數化學需氧量(COD)為74mg/L，氨氮(NH3-N)為14.1 mg/L，總氮(TN)為19.2 mg/L，總磷(TP)為1.43 mg/L。該項目選取大清河尾水渠辛莊村段為項目設備放置點，以水體化學指標變化為依據調整設備參數進行水體治理。根據實際工況選取9個點位進行化學指標自行檢測，并抽取其中4個點位第三方水質檢測公司進行檢測。 

該項目在安裝了協同超凈化設備對水體進行處理一個月后在W1設備東200米、W2橋西200米距設備350米左右、W3設備東517米、W4設備東2.1公里進行現場采樣分析，COD去除率達78%以上，NH3-N去除率達99%以上，TN去除率達96%以上，TP去除率達97%以上，水質指標達到地表Ⅲ類。