行业领域

新能源及节能技术

需求背景

工业废水深度处理已成为解决工业体系水资源矛盾的有效途径之一，其中关键点是解决新型污染物的高效去除和致病菌的绿色消杀。（1）从政策层面, 二十大报告中强调新型污染物的治理成为我国水污染控制的重要方向。河北省作为我国人口和工业密度最高的省份之一，加之其特殊地理位置和产业结构决定了污水中存在多种新污染物排放风险，因此迫切需要治理；除了新污染物，医院、制药厂等重点行业排水中存在大量致病菌、耐药菌、抗生素抗性基因等复合生物污染。（2）从技术角度，常用的生物水处理-氯消毒联用的深度处理方法难以实现新污染物与致病菌同步而且绿色消杀，尤其过量氯消毒剂使用产生大量次氯酸残留，导致氯代毒性物质产生，降低水回用品质。臭氧水处理技术虽然可以实现绿色消毒且无残留，但是单一臭氧技术难以实现多种复合新污染物的有效除污和矿化。传统的臭氧+活性氧化铝基催化颗粒系统除了存在催化失效、板结失效等问题，还存在高浓度臭氧尾气问题，制约该技术发展。

因此，亟待开发高效、绿色、低碳兼备智慧化、集成化的废水深度处理装备，实现新污染物高效去除与病原菌快速绿色消毒，攻克臭氧利用效率低以及废气排放等关键问题，将显著提升臭氧设备低碳化水平，发挥臭氧绿色净水优势，保障水环境和公共卫生具有重要现实意义。

需解决的主要技术难题

（1）电臭氧净水装备关键器件优化与评估

明确装备的关键组件，优化关键组件与反应器之间布局与运行参数，通过多重参数，确定最优组件装配和运行参数。

（2）电臭氧净水装备样机开发与效能评估

基于优化的关键组件，系统开展装备一体化设计和建模，为装备规模化生产提供依据。开展对比研究，评估装备样机在能耗、污染物去除、杀菌效果以及耐药性去除、碳减排等方面的技术潜势。

（3）智慧化电臭氧净水装备管控系统建立与长期验证

基于原型样机，确立智慧化管控系统建设方案。通过长期运行实验，考察样机装备以及智慧管控系统的稳定性和可靠性。

（4）电臭氧净水装备应用示范与评估

基于上述样机，继续开发不小于每天1吨处理量的实际装备，基于实际工程，开展多场景下实际废水实地验证研究。综合实际运行数据，获得该装备的能耗、处理效能、碳减排和多场景适用性评价结果。

期望实现的主要技术目标

电臭氧高效除污/消毒装备满足以下要求：

（1）无需臭氧淬灭系统，可以实现臭氧尾气的达标排放

（2）可以实现氧气的资源回收和转化

（3）阴极材料具有可推广性、稳定性、廉价易得，不建议使用炭-PTFE、活性炭纤维毡等稳定性不佳，粉化严重的材料。

（4）采取有效措施减低能耗，需要解决阴阳极电极降低与臭氧气体在电极界面传质的矛盾。

（5）尽可能采用占地面积小、集约程度高的臭氧发生系统，从源头降低臭氧发生能耗。

需求解析

解析单位：“科创中国”河北科技服务团（河北省数字健康工程学会） 解析时间：2023-08-31

熊鹏

河北大学

理事

综合评价

此需求描述已足够清晰，需要解决如下问题: （1）电臭氧净水装备关键器件优化与评估 明确装备的关键组件，优化关键组件与反应器之间布局与运行参数，通过多重参数，确定最优组件装配和运行参数。 （2）电臭氧净水装备样机开发与效能评估 基于优化的关键组件，系统开展装备一体化设计和建模，为装备规模化生产提供依据。开展对比研究，评估装备样机在能耗、污染物去除、杀菌效果以及耐药性去除、碳减排等方面的技术潜势。 （3）智慧化电臭氧净水装备管控系统建立与长期验证 基于原型样机，确立智慧化管控系统建设方案。通过长期运行实验，考察样机装备以及智慧管控系统的稳定性和可靠性。 （4）电臭氧净水装备应用示范与评估 基于上述样机，继续开发不小于每天1吨处理量的实际装备，基于实际工程，开展多场景下实际废水实地验证研究。综合实际运行数据，获得该装备的能耗、处理效能、碳减排和多场景适用性评价结果。

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