1、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
2、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
3、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
4、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 s 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 98.86M，是臭氧法的 4.6 倍；生成OH 的时间仅为 1s，是臭氧法的 1/30
5、0倍；生成OH 的效率 5.9103M/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
6、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；
7、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
8、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
9、 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
10、., 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
11、.、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
12、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
13、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。六、主要知识产权证明目录知识产权类别知识产权具体名称国家（地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人发明专利有效状态发明专利Method for killing organisms in the course of conveying ballast water in ships and apparatus thereof美国美国 US7264738B2,新加坡200403692-72007/9/42010/4/15美国7264738新加坡20
14、0403692大连海事大学白敏冬、白希尧、周晓见、张芝涛、白敏菂、杨波、依成武有效发明专利一种分区激励式大气压非平衡等离子体发生装置中国 ZL 201110278484.2 2012/10/3 1052003 大连海事大学张芝涛、于清旋、俞哲、白敏冬、田一平有效发明专利在输运管道中氧活性粒子注入处理船舶压载水方法中国 ZL 201010602305.1 2012/7/25 1013651 大连海事大学白敏冬、张芝涛、白敏菂、薛晓红、杨波、张拿慧有效发明专利一种强电离放电非平衡等离子体源 中国ZL200410155136.62011/3/2 744308大连海事大学白敏冬、张芝涛、白希尧、白敏菂
15、、杨波有效发明专利一种光纤光谱协同放电电流测量等离子体电子密度方法中国 ZL 200910011583.7 2011/1/26 731840 大连海事大学 张芝涛、赵建森、俞哲、殷燕 有效发明专利一种高级氧化水处理系统羟自由基捕获检测方法中国 ZL201410329403.0 2015/5/13 1663322 大连海事大学张芝涛、徐书婧、白敏冬、田一平、张拿慧有效发明专利Method for killing organisms in the course of conveying ballast water in ships and apparatus thereof欧洲 英国GB 2402
16、669 2005/12/14 2402669 大连海事大学白敏冬、白希尧、周晓见、张芝涛、白敏菂、杨波、依成武有效发明专利防控入境船舶压舱水海洋外来生物侵入的应急处理装置中国 ZL201410181323.5 2015/2/4 1581768 大连海事大学张芝涛、张小芳、白敏冬、俞哲、刘开颖、杜还有效发明专利在船上水輸送過程欲方式生物殺生方法及装置（在船上输送压载水过程中杀灭生物的方法及设备）日本日本 4035118中国 ZL03133447.42007/11/22005/4/20日本4035118中国2402669大连海事大学白敏冬、白希尧、周晓见、张芝涛、白敏菂、杨波、依成武有效发明专利一
17、种耐海水的生态浮床 中国ZL 200910111411.72011/9/7 834250厦门大学黄凌风、郑新庆、洪清波 有效七、完成人合作关系说明项目第一完成人白敏冬教授与第二完成人张芝涛教授、第四完成人白敏菂高级实验师，从项目开始 1998 年至今，通过共同立项国家级项目、国际和国家发明专利合作、共同获省技术发明和科技进步一等奖及及海洋科学技术一等奖、专著合著、论文合著，共同技术研发及推广应用等，开展长达 17 年的合作。项目第一完成人白敏冬教授与第三完成人黄凌风教授，从 2008 年至今，通过共同获海洋科学技术一等奖、共同技术研发及推广应用等，开展长达 7 年的合作。项目第一完成人白敏冬教
18、授与第五完成人田一平副教授、第六完成人张均东教授，从 2008 年至今，通过国家发明专利合作、共同获省技术发明一等奖及海洋科学技术一等奖、共同技术研发及推广应用等，开展长达 7 年的合作。八、主要完成人情况表白敏冬，排名 1，教授，负责项目总体设计、实施，对发明点 1、2、3 均有创造性贡献；工作单位:厦门大学，完成单位:大连海事大学；发明了高效制备OH 的方法及OH 规模化快速杀灭海洋有害生物技术，是 4 项国际发明专利和 4 项国家发明专利的第一发明人，5 项国家发明专利的共同发明人，6 篇代表性论文的第一作者或通讯作者，2 部代表性专著的第一作者，对本项目投入工作量占本人工作量 80%。
19、张芝涛，排名 2，教授，对发明点 1、2、3 有创造性贡献；工作单位:大连海事大学，完成单位:大连海事大学；发明了大气压下微流注与微辉光交替协同形成强电离放电方法，负责研制系列化OH 产生装备，是 4 项国家发明专利的第一发明人，4 项国际发明专利和 5 项国家发明专利的共同发明人，4 篇代表性论文的第一作者或通讯作者，对本项目投入工作量占本人工作量 80%。黄凌风，排名 3，教授，对发明点 3 中养殖海水OH 快速处理新技术的研发和推广应用有重要贡献；工作单位:厦门大学，完成单位 :厦门大学；是 2 项国家发明专利的第一发明人，对本项目投入工作量占本人工作量 60%。白敏菂，排名 4，教授级
20、高工，对发明点 2 中系列化OH 处理设备的研制、发明点 3 中船舶压载水OH 处理新技术有重要贡献；工作单位:大连海事大学，完成单位:大连海事大学；是 4 项国际发明专利和 4 项国家发明专利的共同发明人， 4 篇代表性论文的第一作者或共同作者，1 部专著的第一作者，对本项目投入工作量占本人工作量 70%。田一平，排名 5，副教授，对发明点 2 中规模化等离子体源应用尺度放大效应的研究、发明点 3 中OH 快速致死海洋入侵生物的技术工艺模式有重要贡献；工作单位:大连海事大学，完成单位:大连海事大学；是 3 项国家发明专利的共同发明人， 4 篇代表性论文的共同作者，对本项目投入工作量占本人工作量 70%。张均东，排名 6，教授，负责发明点 2 中系列化OH 产生设备的控制系统、发明点 3 中船舶压载水OH 处理成套技术装备的中央控制系统，及项目的推广应用；工作单位: 大连海事大学，完成单位:大连海事大学；对本项目投入工作量占本人工作量60%。
