一种水体中藻类原位气浮清除系统与方法

1.本发明涉及水质处理技术领域，具体为一种水体中藻类原位气浮清除系统与方法。


背景技术：

2.随着水体富营养化加重，藻类水华暴发时有发生，严重威胁水生态安全和广大人民的饮用水安全。目前，水体中藻类的快速清除技术主要有化学消杀与物理分离等，化学药剂消杀方法虽然见效快。但化学药剂在杀死藻细胞的同时也会危害水体中的其它水生生物，且杀死的藻细胞仍残留在水体中，对水体容易造成二次污染。物理分离方法通常采用气浮等方式将藻细胞从水体中移除，这种方法不仅可以快速去除水体中的藻类，还可以带走大量的n、p等营养盐，原位返回干净水，是目前岸基式藻水分离站广泛采用的藻类清除方法。
3.然而，这种固定的岸基式的藻水分离站很难应对水体中藻类水华的大面积暴发，因此，需要可移动的水体原位清除技术与装备。目前，最常见的是将岸基式的气浮系统稍加改进直接安装在船上进行移动式处理，如：专利号201710669262 .0，这种方式虽然有岸基式气浮较高的藻类清除效率的优势，但是，由于混凝-气浮工艺需要的停留时间较长，一般10-15分钟，所以气浮系统的占地面积大，再加上加药、脱水、电力等系统，需要非常大的船才能满足气浮设备的布置，很难实现更大规模的处理，难以满足大水域藻类水华治理的需求。另外，也有将气泡直接通入水体中，实现藻类的原位浮升清除的移动处理系统，如：专利号200910196311.9。由于气泡与藻细胞都是带负电的，相互排斥，很难直接粘附，尤其是针对单细胞的藻类，导致去除效率不高。为了克服气泡与藻细胞间粘附效率低的问题，也有利用化学药剂直接将气泡改性，使其可以直接粘附藻细胞，如：专利号201910328215.9。但这种气泡水在带入微气泡进入水体的同时，也将大量的化学药剂带入了水体中，并向周围扩散，部分药剂未被藻类捕获从而残留在水体，导致化学药剂残留过高，容易对水体造成污染。同时，由于藻细胞小，一般几个微米，即使改性的气泡在大水体中与藻细胞的粘附效率也较低，容易导致去除效率较低，或气泡水量需求大。
4.基于此，本发明设计了一种水体中藻类原位气浮清除系统与方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种水体中藻类原位气浮清除系统与方法，以解决上述背景技术中提出的除去效率低下的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种水体中藻类原位气浮清除系统，包括船体、环形混凝管进水口和环形混凝管出水口，所述船体前侧设有吸藻口，所述船体内安装有吸藻泵，所述船体底部设有混合器，所述混合器后侧设有气泡引入管，所述船体底部设有环形混凝管，所述船体甲板上安装有
加药系统，所述船体甲板上设有压力溶气系统，所述船体下方设有带气泡絮体布水管，所述船体前侧设有表层藻类浮渣吸口，所述表层藻类浮渣吸口后侧设有浮渣泵，所述船体甲板上设有脱水系统，所述船体甲板上安装有电池。
7.优选的，所述吸藻口位于船体前侧，所述吸藻口的吸水高度可调。
8.优选的，所述吸藻口与吸藻泵进口连接，所述吸藻泵出口与混合器连接，所述混合器前侧设有三通加药口，所述加药口一端和加药系统相连接。
9.优选的，所述混合器出口与环形混凝管进水口连接，所述气泡引入管位于环形混凝管进水口前端，所述气泡引入管一端和压力溶气相连接，所述气泡引入管固定连接在环形混凝管内。
10.优选的，所述环形混凝管位于船体底部。
11.优选的，所述环形混凝管出水口上固定连接有带气泡絮体布水管，所述带气泡絮体布水管出水口位于船体两侧，带气泡絮体布水管位于船体尾部表层水体距离船尾1.5-3米内；优选的，所述表层藻类浮渣吸口与浮渣泵进水口连接，所述浮渣泵出水口与脱水系统的进水箱连接。
12.优选的，所述电池为船体提供电源。
13.一种水体中藻类原位清除气浮方法，包括以下步骤:s1：将船体开至藻类水华暴发水域，调节吸藻口的吸水高度，吸水深度设置范围0.5-3米；s2、过吸藻泵吸取含藻的原水，进入混合器中，同时通过加药系统7加入混凝剂，在混合器的作用下，混凝剂与含藻原水充分混合；s3、压力溶气系统产生的微气泡通过气泡引入管和混合了混凝剂的含藻原水一起进入环形混凝管中，在环形混凝管中，絮体逐步成长变大，并与气泡进行粘附，将大量气泡包裹在絮体内部，生成带气絮体；s4、通过带气泡絮体布水管生成的带气絮体引入距船尾水平1.5-3米范围的0.5米内表层水体中，将原位水体作为带气絮体的浮升分离区。
14.s5、在处理一定水域面后，藻类已在气泡的作用下浮升在水体表面堆积，形成表层浮渣，然后关闭上述处理单元，开启表层藻类浮渣处理单元；s6、调节船头的表层浮渣吸口的吸取高度，通过浮渣泵吸取表层范围为5-10cm的藻类浮渣，将其泵入脱水系统的进水箱中；s7、为了更好的进行藻类浮渣脱水，通过加药系统再补加少量的絮凝剂，浮渣在脱水系统的处理后，得到含水藻低于90%的藻泥，从而实现大面积水域中藻类的快速、高效清除；s8、混凝剂一般为水处理常用药剂聚合氯化铝（pac）、聚丙烯酰胺（pam）。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过将船体开至藻类水华暴发水域，调节吸藻口的吸水高度，吸水深度设置范围0.5-3米，过吸藻泵吸取含藻的原水，进入混合器中，同时通过加药系统加入混凝剂，在混合器的作用下，混凝剂与含藻原水充分混合，压力溶气系统产生的微气泡通过气泡引入管和混合了混凝剂的含藻原水一起进入环形混凝管中，在环形混凝管中，絮体逐步成
长变大，并与气泡进行粘附，将大量气泡包裹在絮体内部，生成带气絮体，通过带气泡絮体布水管生成的带气絮体引入距船尾水平1.5-3米范围，将原位水体作为带气絮体的浮升分离区，在处理一定水域面后，藻类已在气泡的作用下浮升在水体表面堆积，形成表层浮渣，然后关闭上述处理单元，开启表层藻类浮渣处理单元，调节船头的表层浮渣吸口的吸取高度，通过浮渣泵吸取表层范围为5-10cm的藻类浮渣，将其泵入脱水系统的进水箱中，为了更好的进行藻类浮渣脱水，通过加药系统再补加少量的絮凝剂，浮渣在脱水系统的处理后，得到含水藻低于90%的藻泥，从而实现大面积水域中藻类的快速、高效清除，2、在本发明设计中相同处理量时，船体及船上设备可大大缩小，对船的载重要求小，且容易实现大规模放大，满足大水域面积的藻类水华处理要求。
16.3、絮体中包裹大量的气泡，上浮速度比传统气浮船明显提升，且絮体的抗剪切能力更强，能够稳定悬浮在水体表层。
17.4、气泡直接参与藻细胞的混凝过程，随絮体的成长而包裹在絮凝中，提高气泡与藻细胞的粘附能力。
18.5、水力停留时间更短，显著提升气浮船的处理能力。
19.6、药剂与藻细胞在管内完成充分混凝，并与藻细胞作用而吸附在藻细胞表面，包裹在絮体内部，不会向水体内部释放，可有效避免化学药剂残留在水体中，带来的二次污染。
20.7、既可以应对水体悬浮的藻类水华，又可以应对表层的藻类水华。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明系统图；图2为本发明环形混凝管平面布置图；图3为本发明本发明环形混凝与常规混凝絮体成长对比图；图4为本发明环形混凝与常规混凝絮体结构对比图；图5为本发明生成的带气絮体上浮速度与常规气浮对比图。
23.附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、船体；2、吸藻口；3、吸藻泵；4、混合器；5、气泡引入管；6、环形混凝管；7、加药系统；8、压力溶气系统；9、带气泡絮体布水管；10、表层藻类浮渣吸口；11、浮渣泵；12、脱水系统；13、电池；14、环形混凝管进水口； 15、环形混凝管出水口。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
25.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种水体中藻类原位气浮清除系统，包括船体1、环形混凝管进水口14和环形混凝管出水口15，船体1前侧设有吸藻口2，船体1内安装有吸藻泵3，船体1内设有混合器4，混合器4后侧设有气泡引入管5，船体1底部设有环形混凝管6，船体1甲板上安装有加药系统7，船体1甲板上设有压力溶气系统8，船体1下方设有带气泡絮体布水管9，船体1前侧设有表层藻类浮渣吸口10，表层藻类浮渣吸口10后侧设有浮渣泵11，船体1甲板上设有脱水系统12，船体1甲板上安装有电池13；将船体1开至藻类水华暴发水域，调节吸藻口2的吸水高度，吸水深度设置范围0.5-3米，过吸藻泵3吸取含藻的原水，进入混合器4中，同时通过加药系统7加入混凝剂，在混合器4的作用下，混凝剂与含藻原水充分混合，压力溶气系统8产生的微气泡通过气泡引入管5和混合了混凝剂的含藻原水一起进入环形混凝管6中，在环形混凝管6中，絮体逐步成长变大，并与气泡进行粘附，将大量气泡包裹在絮体内部，生成带气絮体，通过带气泡絮体布水管9生成的带气絮体引入距船尾水平1.5-3米范围，将原位水体作为带气絮体的浮升分离区，在处理一定水域面后，藻类已在气泡的作用下浮升在水体表面堆积，形成表层浮渣，然后关闭上述处理单元，开启表层藻类浮渣处理单元，调节船头的表层浮渣吸口的吸取高度，通过浮渣泵11吸取表层范围为5-10cm的藻类浮渣，将其泵入脱水系统12的进水箱中，为了更好的进行藻类浮渣脱水，通过加药系统7再补加少量的絮凝剂，浮渣在脱水系统12的处理后，得到含水藻低于90%的藻泥，从而实现大面积水域中藻类的快速、高效清除，在本发明设计中相同处理量时，船体1及船上设备可大大缩小，对船的载重要求小，且容易实现大规模放大，满足大水域面积的藻类水华处理要求，絮体中包裹大量的气泡，上浮速度比传统气浮船明显提升，且絮体的抗剪切能力更强，能够稳定悬浮在水体表层，气泡直接参与藻细胞的混凝过程，随絮体的成长而包裹在絮凝中，提高气泡与藻细胞的粘附能力，水力停留时间更短，显著提升气浮船的处理能力，药剂与藻细胞在管内完成充分混凝，并与藻细胞作用而吸附在藻细胞表面，包裹在絮体内部，不会向水体内部释放，可有效避免化学药剂残留在水体中，带来的二次污染，既可以应对水体悬浮的藻类水华，又可以应对表层的藻类水华。
26.其中，吸藻口2位于船体1前侧，吸藻口2的吸水高度可调；便于根据水体中藻类的纵向分布吸取不同深度的含藻水。
27.其中，吸藻口2与吸藻泵3进口连接，吸藻泵3出口与混合器4连接，混合器4前侧设有三通加药口，加药口一端和加药系统7相连接；便于对药剂进行凝絮混合。
28.其中，混合器4出口与环形混凝管进水口14连接，气泡引入管5位于环形混凝管进水口14前端，气泡引入管5一端和压力溶气系统8相连接，气泡引入管5固定连接在环形混凝管6内；有利于气泡的引入。
29.其中，环形混凝管6位于船体1底部；有效的减轻对船体1载重的要求。
30.其中，环形混凝管出水口15上固定连接有带气泡絮体布水管9，带气泡絮体布水管9出水口位于船尾1两侧，带气泡絮体布水管9位于船体1尾部水平距离船尾1.5-3米内的0.5米范围表层水体内；便于将原位水体作为带气絮体的浮升分离区其中，表层藻类浮渣吸口10与浮渣泵11进水口连接，浮渣泵11出水口与脱水系统12的进水箱连接；便于浮渣的吸附收集。
31.其中，电池13为船体1提供电源。
32.一种水体中藻类原位清除气浮方法，包括以下步骤:s1：将船体1开至藻类水华暴发水域，调节吸藻口2的吸水高度，吸水深度设置范围0.5-3米；s2、过吸藻泵3吸取含藻的原水，进入混合器4中，同时通过加药系统7加入混凝剂，在混合器4的作用下，混凝剂与含藻原水充分混合；s3、压力溶气系统8产生的微气泡通过气泡引入管5和混合了混凝剂的含藻原水一起进入环形混凝管6中，在环形混凝管6中，絮体逐步成长变大，并与气泡进行粘附，将大量气泡包裹在絮体内部，生成带气絮体；s4、通过带气泡絮体布水管9生成的带气絮体引入距船尾水平1.5-3米范围，将原位水体作为带气絮体的浮升分离区。
33.s5、在处理一定水域面后，藻类已在气泡的作用下浮升在水体表面堆积，形成表层浮渣，然后关闭上述处理单元，开启表层藻类浮渣处理单元；s6、调节船头的表层浮渣吸口10的吸取高度，通过浮渣泵11吸取表层范围为5-10cm的藻类浮渣，将其泵入脱水系统12的进水箱中；s7、为了更好的进行藻类浮渣脱水，通过加药系统7再补加少量的絮凝剂，浮渣在脱水系统12的处理后，得到含水藻低于90%的藻泥，从而实现大面积水域中藻类的快速、高效清除；s8、混凝剂一般为水处理常用药剂聚合氯化铝（pac）、聚丙烯酰胺（pam）。
34.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
35.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。