国家技术发明奖推荐项目-厦门大学科技处

国家技术发明奖推荐项目

一、项目名称

基于羟基自由基高级氧化快速杀灭海洋有害生物的新技术及应用

二、推荐单位意见

该项目针对防控海洋外来生物入侵性传播与保护海洋生态环境的关键技术问题，通过多学科交叉融合，开展羟基自由基工程化关键技术研发，形成了具有系统性、科学性、实用性的技术创新成果。

该项目主要发明点如下：1）首次发现了大气压下持续微辉光放电的新科学现象，创建了微流注与微辉光交替协同形成的大气压强电离放电新技术，发明了大气压强电离放电高效制备羟基自由基（•OH）的新方法；2）研发出产生高浓度氧活性粒子的小型化非平衡等离子体发生源，及大产生量的模块化阵列式等离子体集成源，协同水射流空化气液混溶技术，发明了系列化•OH产生装备，突破了•OH大规模工程化应用的瓶颈问题。3）研制出“DMU •OH压载水处理系统”，在万吨级远洋船舶上完成了•OH 快速(≤6s)、高效率(《压载水管理与控制公约》排放标准)、低成本(0.03元/吨水)杀灭入侵生物的实用性工程示范及技术推广应用，突破了在船上排放压载水过程中快速无负面环境效应杀灭入侵生物的国际性难题；应用养殖海水•OH处理的新技术，解决了常规化学药剂对海产品和生态环境的危害等技术难题。

该成果创新性强，总体达到国际先进水平，其中大气压强电场电离放电加速电子产生高浓度羟基自由基技术居国际领先水平。项目已获发明专利16件，其中国际发明专利4件；在国际权威刊物Plasma Chem. Plasma Process., Environ. Sci. Technol.等发表SCI收录论文45篇，出版专著3部。项目研究成果已在海洋污染防治、高藻饮用水源水、海水养殖等领域广泛推广应用，具有显著的经济和社会效益。

推荐该项目申报2016年度国家技术发明奖一等奖。

三、项目简介

本项目属于海洋污染及其防治技术。

海洋生物入侵性传播是海洋生态环境面临的四大威胁之一，船舶压载水的给排过程是造成海洋生物入侵的最主要途径，国际海事组织将强制执行压载水的排放标准。常规的物化方法由于处理时间长、系统庞大、药剂残留等问题，难以有效适应海洋污染治理的需求。项目组通过自主创新，创建了大气压强电离放电的理论体系，发明了高效制备羟基自由基(•OH)的新方法，研发了系列化•OH产生装备，形成了高效利用•OH 规模化快速杀灭海洋有害生物的新技术。主要发明点如下：

【发明点1】发明了大气压强电离放电高效制备•OH的新方法。首次发现了大气压下持续微辉光放电新的科学现象，创建了微流注与微辉光交替协同的大气压强电离放电，使局域强电场的持续时间从ns级提高到µs级，大幅提高氧活性粒子浓度，并生成O2+是生成•OH的关键活性粒子；结合水射流空化效应高效生成•OH，达到最大平衡

浓度98.86µM，是臭氧法的4.6倍；生成•OH的时间仅为1s，是臭氧法的1/300倍；生成•OH的效率5.9×103µM/min，是臭氧法的1400倍；体系中直接生成了H2O2。

【发明点2】发明了基于模块化阵列式等离子体源的系列化•OH产生装备。研制出具有极窄放电间隙0.1mm、亚微米Al2O3冶贴成薄电介质层的小型化非平衡等离子体发生源，显著提高氧活性粒子浓度；发明了大产生量的模块化阵列式等离子体集成源，突破了各模块结构参量及放电参数调控难题，保证了集成源模块的最优放电状态；以此为核心，协同水射流空化气液混溶技术，研发出系列化•OH产生装备(~500吨水/小时)，突破了•OH大规模工程化应用的瓶颈问题。

【发明点3】发明了•OH规模化快速杀灭海洋有害生物的新技术。研究建立了•OH 致死海洋入侵生物的剂-效模型、高浓度•OH溶液在输送管路中均布、快速混溶的流体力学模型，研制出“DMU •OH压载水处理系统”，并在万吨级远洋船舶上完成了•OH 快速(≤6s)、高效率(«公约»标准)、低成本(0.03元/吨水)杀灭入侵生物的实用性工程示范及技术推广应用，突破了在船上排放压载水过程中快速无负面环境效应杀灭入侵生物的国际性难题。

项目授权有效核心发明专利16件，其中国际发明专利4件；在国际权威刊物Plasma Chem. Plasma Process., Environ. Sci. Technol.等发表SCI收录论文45篇，出版专著3部；得到美国立法机构及国内外同行专家的赞评，国际海事组织授予“DMU •OH压载水处理系统”国际认证；成果获辽宁省技术发明、科技进步一等奖3项、光华工程科技奖1项等。

近3年新增销售额1.98亿元，新增利润0.31亿元；处理压载水总量约1600万m3/年，推广应用于水产养殖海水处理、高藻水源地供水卫生保障等领域，节省装备投资、燃油消耗、海珍品增产等6.41亿元；成果为有效地防控海洋生物入侵提供了技术支撑。

四、客观评价

1、国内专家验收、鉴定和正面评价

2010年5月，国家科技支撑计划“远洋船舶压载水羟基自由基工程化处理技术开发”通过项目鉴定委员会验收和鉴定，结论：“…形成了具有系统性、科学性、实用性的技术创新成果，…首次实现了•OH快速、低浓度、高效率、低成本致死海洋入侵生物…，…产生高浓度羟基自由基技术居国际领先水平。2009年2月，国际科技合作重点项目通过国家科技部组织的验收，结论：“…取得了创新性成果。为船舶压载水外来入侵生物的快速处理提供了技术支撑和潜在的产业增长点。2005年6月，国家自然基金重点项目通过了国家基金委组织的项目验收，专家组认为：“…达到了强电场电离放电…，研究工作取得突出结果。项目的综合评价：A。”

2、曾获科技奖励情况

1）基于大气压强电离放电的规模快速致死海洋入侵生物技术及应用, 省技术发明一等奖, 2013；2）羟基自由基在船上快速致死船舶压载水中海洋有害生物的方法, 省技术发

明一等奖, 2009；3）强电离放电治理船舶压载水生物入侵性传播研究, 省科技进步一等奖, 2003；4）中国专利奖，2006年；光华工程科技奖(白敏冬)，2010年。

3、国际认证及国际专利奖

国际海事组织（IMO）授予“DMU •OH压载水处理系统”国际认证，2012年；国际知识产权组织（WIPO）授予的国际专利奖，2004年。

4、美国立法机构、国际同行专家对技术结果的正面引用与评价

项目成果在国际权威刊物Plasma Chem. Plasma Process., Mar. Pollut. Bull., Environ. Sci. Techno.等期刊发表SCI论文45篇、EI论文80篇，出版专著3部。

成果“•OH快速杀灭船舶压载水海洋入侵生物技术”获美国俄勒冈州船舶压载水调查组、美国Alabama大学终身教授McClintock、英国Hertfordshire大学杰出教授Arne E.

H.等国际同行专家的高度评价，充分肯定大气压强电场放电产生高浓度•OH处理船舶压载水的方法。

IEEE高级会员Prof. Namihira、Prof. Rajani- kanth等专家在J. Adv. Oxid. Technol.、Plasma Sci. Techno.杂志上撰文，评价本项目成果“大气压强电离放电及小型化等离子体源”，肯定利用窄间隙放电有效获得强电场的技术。

5、具有ISO17925资质的技术检测结果

在远洋船舶育龙号完成的250吨/小时船舶压载水•OH处理工程示范，生物有效性外委国家海洋环境监测中心检测，结果达到《国际公约》压载水D-2排放标准；相关化学物质外委谱尼测试科技公司检测，结果显示外排压载水中溴酸盐、卤代烷烃等45种物质含量均低于世界卫生组织(WHO)饮用水标准；风险评估外委农药安全与质量控制检测中心，评估结果为•OH处理压载水对海洋生态环境无潜在风险。

五、推广应用情况

本项目在国家重大项目和企业的支持下，开展具有自主知识产权的基于羟基自由基高级氧化快速杀灭海洋有害生物的方法和关键技术研究，核心技术成果如模块化阵列式等离子体发生源、系列化高浓度•OH产生设备等，近3年获新增销售额1.98亿元，新增利润0.31亿元。应用于远洋船舶压载水快速处理，处理压载水总量约1600万m3/年，处理后达到《国际公约》压载水的排放标准，保障国际远洋运输的海洋生态安全。应用于养殖海水杀菌消毒，改善了养殖水质状况、抑制了海水富营养化，大幅提高了养殖动物产量，节省了养殖成本，新增产值1.41亿元。成果在厦门的高殿水厂、翔安水厂、杏林水厂等9家饮用水厂推广应用，具有快速杀死高藻、矿化藻毒素和致嗅物质、不产生消毒副产物、低成本处理高藻饮用水的特点，实现城市安全供水，为我国高藻水源地饮用水卫生安全保障提供成功的范例。