CN101725136A - 一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统 - Google Patents

Abstract

一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，该系统装载于机动船上，利用超声对水中蓝藻的沉降作用，将水体中的蓝藻沉降于水底，应用于湖泊水华爆发时的应急处理，达到清除湖泊水面漂浮的蓝藻的效果。该系统由包括超声发射器阵列(1)、含藻水引流管道(2)和机动船推动螺旋桨(3)等部分组成。超声发射器阵列(1)位于悬挂于机动船体(4)两侧的含藻水引流管道(2)内；超声发射器阵列(1)辐射出的超声波对水体中的蓝藻(5)作用使其漂浮能力丧失，并在机动船推动螺旋桨(3)的作用下排出后沉降至水底，达到清除蓝藻的目的。本系统是一种利用超声技术安全、经济的去除水源地水体中蓝藻的环保技术。

Description

一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统

技术领域

本发明涉及一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，应用于因富营养化致藻类大量繁殖造成环境水体污染的处理，属利用超声空化技术安全、经济的去除水源地水体中蓝藻的环保技术领域。

背景技术

近年来，由于大量生活污水、工业废水、农渔牧水的排入，使大部分水体遭受不同程度的污染，对城市供水造成严重影响。据调查，我国430个城市中有90％以上的饮用水源受到污染，导致水体的富营养化，造成经济损失达377亿元，而富营养化最明显的特征就是藻类的过度繁殖，给供水工程带来很大影响。藻类的去除可以根据原水水质情况采用不同的方法，一般可采用物理法、化学药剂法、生物处理法及组合工艺法。常用的物理除藻方法有：微滤机法、气浮法、直接过滤法、大梯度磁滤器法，活性炭吸附法和超声除藻等。化学除藻：是在不改变现有水厂的工作流程，不需增加大型设备和构筑物，且经济有效、简便易行的除藻方法，常用的除藻剂有氯、二氧化氯、臭氧、高锰酸钾等。生物处理：利用附着在载体表面上的生物膜使水肿的藻类被吸附、分解氧化，有些藻类还会被生物膜上原生动物和后生动物所捕食，而且该法对藻毒素的去除也有很好的效果。藻毒素一般存在于藻细胞体内，当藻细胞死亡、破裂后藻毒素才溶出，在富营养化水体中，蓝藻的比例明显增多，而毒藻类也相应增加。1976年在美国宾夕法尼亚的Sewickley爆发了一次水源性消化道疾病，饮用水源中的蓝藻很可能是致病的原因。在所有的淡水藻类中，蓝藻中的微囊藻是毒性最强、危害最大、污染范围最广的一种藻类^[3]。组合工艺法：臭氧-气浮联用工艺、臭氧-活性炭深度处理工艺、生物膜处理与其他处理工艺联用除藻。预臭氧化、生物处理、活性炭吸附处理工艺联用，这种联用工艺与常规净水工艺组合是更完善、有效的净水途径。此组合工艺对叶绿素α的去除率可达100％，对色度、浊度、氨、有机物的去除率也均优于上面介绍的两种组合工艺。除藻技术多种多样，各种除藻方法均有其优缺点，目前越来越多的新技术及其组合正越来越受到重视和开发，超声技术就是其中之一。

超声波技术是近年来发展起来的一种新型的环境技术，被称为环境友好技术。利用超声波降解(sonolysis)水中的化学污染物，尤其是难降解的有机污染物，是近年来发展起来的一项新型水处理技术。超声波是指频率比人耳可能听到的频率范围更高(＞16kHz)的弹性波，大振幅超声波(低频率)能量集中，可使介质产生剧烈振动，常用于超声清洗、钻孔、化学处理、乳化等方面。近年来，国内外开始研究超声波应用于水处理，尤其对废水中难降解有机物的治理研究，已取得一定成果，随着声化学的诞生和发展，超声波对有机物的降解逐渐受到重视并得到了广泛的研究。超声波由一系列疏密相间的纵波构成，并通过液体介质向四周传播。当声能足够高时，在疏松的半周期内，液相分子间的吸引力被打破，形成空化核。空化核的寿命约为0.1μs，它在爆炸的瞬间可以产生大约400K和100MPa的局部高温高压环境^]，并产生速度约400km/h具有强烈冲击力的微射流，这种现象称为超声空化。这些条件足以使有机物在空化泡内发生化学键断裂、水相燃烧(aqueous combustion)、高温分解(pyrolysis)或自由基反应。超声波抑藻杀藻机理有：破坏细胞壁、破坏气胞、破坏活性酶。高强度的超声波能破坏生物细胞壁，使细胞内物质流出，这一点已在工业上运用。藻类细胞的特殊构造是细胞体含有多组气胞，气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。在适当的频率下，气胞成为空化泡而破裂；同时，空化产生的高温高压和大量自由基，可破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性。此外，超声波引发的化学效应也能分解藻毒素和藻细胞分泌物及代谢产物。

随着环境污染的严重性的加重，现在研究了很多种处理方法，但各种方法都有一些或多或少的缺点。在实际应用中还需要开发更可行更经济的方法。超声作为一种新的能量形式集高级氧化、焚烧、超临界氧化等多种水处理技术于一身，一次性投入、操作简便、使用安全、效率高、持续性强，十分有利于环境保护，因此是一种很有发展前景的水处理的方法。超声处理还具有跟别的处理方法一起使用发挥更大的功效的特点。国内外超声波灭藻的报道还不是很多，但其相关的研究还是不少的，这大大增加了超声波灭藻的可能性和可行性，因此其应是以后重点研究的灭藻方法之一。

现在，国际上的超声波灭藻的装置主要有：LG Sound Sonic灭藻仪，Water &Soil Management Associates的Waterman灭藻仪，Sonic Solutions LLC.com提供的灭藻器，Daniel Smith and Associates，LLC提供的Ultrasonic leakdetectors and stethoscopes，hand-held units等。

虽然超声波用于除藻是一种环境友好技术，但尚未有应用超声阵列装置于机动船上进行除藻的报道。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，应用超声对水中蓝藻的沉降作用，将水体中的蓝藻沉降于水底，达到清除水源地入水中蓝藻的效果。

技术方案：因此，采用本发明所述的一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，应用超声对水中蓝藻的沉降作用，将水体中的蓝藻沉降于水底，达到清除水源地入水中蓝藻的效果，是一种利用超声技术安全、经济的去除水源地水体中蓝藻的环保技术。

本发明的用于水华应急处理的船载式超声除藻系统以机动船体为载体，在机动船体的两侧分别悬挂有含藻水引流管道，含藻水流入处位于含藻水引流管道的前端，两根含藻水引流管道的后端汇集于机动船推动螺旋桨处，超声发射器阵列位于含藻水引流管道内，超声发射器阵列辐射出的超声波对水体中的蓝藻作用使其漂浮能力丧失，并在机动船推动螺旋桨的作用下排出后沉降至水底，达到清除蓝藻的目的。所述超声发射器由利用喷射流体产生超声的液哨、压电型超声换能器或磁致伸缩型超声换能器等超声发生设备或装置构成。

有益效果：超声处理是一个很有发展前途的方法，已应用在处理环境问题的很多方面。超声波灭藻具有的优点有：一次性投入、操作简便、使用安全、效率高、持续性强，不易造成二次污染，并且可以与其他很多处理水藻的方法一起使用，增强灭藻效果。超声这门学科本身也在飞快的发展中，为超声波灭藻打下了坚实的基础。作为一种新的水处理方法，超声波应用在水藻处理方面有着很广阔的前景。

附图说明

图1为本发明用于水华应急处理的船载式超声除藻系统的示意图。

图2为图1的后视图，

图3为图1的俯视图，

图中有：超声发射器阵列1，含藻水引流2，机动船推动螺旋桨3，机动船体4，含藻水5，含藻水流入6，含藻水流出7。

具体实施方式

本发明的一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，该系统装载于机动船上，利用超声对水中蓝藻的沉降作用，将水体中的蓝藻沉降于水底，应用于湖泊水华爆发时的应急处理，达到清除湖泊水面漂浮的蓝藻的效果。该系统由包括超声发射器阵列1、含藻水引流管道2和机动船推动螺旋桨3等部分组成。超声发射器阵列1位于悬挂于机动船体4两侧的含藻水引流管道2内；超声发射器阵列1辐射出的超声波对水体中的蓝藻5作用使其漂浮能力丧失，并在机动船推动螺旋桨3的作用下排出后沉降至水底，达到清除蓝藻的目的。本系统是一种利用超声技术安全、经济的去除水源地水体中蓝藻的环保技术。

Claims (2)

1.一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，其特征在于该系统以机动船体(4)为载体，在机动船体(4)的两侧分别悬挂有含藻水引流管道(2)，含藻水流入处(6)位于含藻水引流管道(2)的前端，两根含藻水引流管道(2)的后端汇集于机动船推动螺旋桨(3)处，超声发射器阵列(1)位于含藻水引流管道(2)内，超声发射器阵列(1)辐射出的超声波对水体中的蓝藻(5)作用使其漂浮能力丧失，并在机动船推动螺旋桨(3)的作用下排出后沉降至水底，达到清除蓝藻的目的。

2.根据权利要求1所述的一种用于水华应急处理的船载式超声除藻系统，其特征在于所述超声发射器(1)由利用喷射流体产生超声的液哨、压电型超声换能器或磁致伸缩型超声换能器等超声发生设备或装置构成。

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