CN103318983A

CN103318983A - 一种针对小型水体的微气浮除藻装置及其除藻方法

Info

Publication number: CN103318983A
Application number: CN2013102996046A
Authority: CN
Inventors: 叶建锋; 李媛媛
Original assignee: Shanghai Wansi Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Wansi Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2013-09-25

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种针对小型水体的微气浮除藻装置，至少包括浮力支撑装置、供电系统、由电机带动的微型溶气泵，其中：所述的微型溶气泵带有多级叶轮，所述的浮力支撑装置由螺旋桨作为推进器，将所述的供电系统、带有多级叶轮的微型溶气泵、溶气罐可拆卸的安装在所述的浮力支撑装置构成一体，由供电系统控制所述的螺旋桨和所述的微型溶气泵。本发明还涉及所述小型水体的微气浮除藻装置的微气浮除藻方法。本发明具有适应性强、去除效率高、无二次污染，能充分实现对小型水体藻类经济、高效的去除等优点。

Description

一种针对小型水体的微气浮除藻装置及其除藻方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种针对小型水体的微气浮除藻装置及其除藻方法。

背景技术

水体富营养化容易引发藻类的异常大量繁殖，造成其透明度下降，产生异味，并破坏水体功能；藻类释放的藻毒素更直接威胁人类和动物的健康和安全。小型水体对改善景观环境、调节局域气候具有积极作用，但因水较浅、相对封闭、生态群落简单，致使自净能力弱，极易爆发蓝藻，进而影响水体感观度及使用性能。因此，在目前尚不能有效预防水体中藻类爆发的现状条件下，如何快速清除水体中的藻类就显得十分必要和迫切。

迄今，水体中去除藻类的方法主要有物理法、化学法、生物法等技术，但都存在一定缺陷，致使推广应用受到限制。物理技术主要作为藻类去除的应急措施，但存在着藻类去除和清捞效率低下、工作量大等缺点；化学技术通过投加化学药剂可实现相对高效的除藻，但其除藻过程产生的副产物将不可避免地破坏生态平衡，并造成二次污染；生物技术虽能同时去除藻类及氮、磷等污染物，但操作时间长、费用高，无法快速清除水体中的藻类，且可能对水生态环境造成不利影响。因此，研发一种经济高效、操作简便且无二次污染的除藻方法及装置对控制小型水体水质具有重要的现实意义。

传统气浮技术（气泡直径80～100μm）是我国当前应用广泛的一种工艺流程较为成熟的水处理方法，主要用于处理水中相对密度小于或接近1的悬浮杂质。传统气浮除藻方面，给水厂在投加混凝剂条件下用其去除低密度藻类效果较好;而传统气浮技术在处理自然水体藻类爆发方面，亦有少量设想：如专利号00124828.6一种船式气浮除藻方法，采用溶气式气浮方法，包括提取原水、混合、絮凝反应、气浮、排放处理水等工序，整套流程安装在船只上运行，提取原水工序及排放处理水工序是在同一水域进行，在气浮分离工序后，将部分处理后水回流到气浮分离工序。又如中国专利申请号 200910196311.9涉及的单一气浮除藻船对自然水体大面积藻类爆发的处理装置及处理方法，装置由船体、气浮部件和刮渣部件组成。气浮部件包括微小气泡发生装置和微小气泡释放装置；刮渣部件包括支撑悬臂、刮渣斜斗和集渣槽。气浮形式可采用加压溶气罐气浮法或加压溶气泵气浮法。具体步骤为：气浮除藻船向前行驶，位于船体前方的气浮微小气泡释放装置开始释放微小气泡，使藻类细胞与自然水体中高度分散的微气泡相互粘附，使其相互聚集并在浮力作用下浮向水面；船体在行驶过程中，船头的刮渣部件将悬浮上来的藻渣收入藻渣槽中，从而达到去除水体中藻类的目的。

上述利用传统气浮工艺去除藻类的方法及装置，虽然总体上考虑到了应用气浮技术进行大范围藻类去除的发展潜力，但受传统气浮工艺设备所限，产生气泡直径较大（约80～100μm），致使在不投加混凝剂的前提下去除藻类效果极差，若不加混凝剂的去除效率大概在5%以内；采用的设备流程亦比较复杂，投资、运行成本偏高；在水深较浅的小型水体中亦不适用船体平台的大规模操作。

另外，对于小型水体上述设备并不适用。

有鉴于此，需要提出新的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种针对小型水体的微气浮除藻装置，以有效解决目前应用传统气浮技术去除藻类存在的去除效率极低、需投加混凝剂、设备较为复杂且占用空间大、运行不够稳定等问题。

本发明的再一目的是提供针对上述装置的微气浮除藻方法，应用微气浮去除小型水体中藻类。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种针对小型水体的微气浮除藻装置，至少包括由浮力支撑装置、供电系统、微型溶气泵和溶气罐，其中：所述的微型溶气泵带有多级叶轮，所述的浮力支撑装置由螺旋桨作为推进器，将所述的供电系统、带有多级叶轮的微型溶气泵、溶气罐可拆卸的安装在所述的浮力支撑装置构成一体，由供电系统控制所述的螺旋桨和所述的微型溶气泵。

本发明主要由浮力支撑装置、供电系统、微型溶气泵和溶气罐组成，可选择性增加螺旋桨作为推进器，以实现自动控制，所述气浮装置由于是一体结构，能够直接浮在水体上进行运作，无需安装于船体或借助其它平台，装置体积及覆盖面积根据水体实际形态灵活调整，亦允许在小型双体船、保洁船等船体或其它平台及支架上的自由安装和拆卸。

在上述方案基础上，为保证所述的浮力支撑装置产生的浮力应大于整套装置的重力，所述的浮力支撑装置为四周和底为密封、上端为可移动防水盖的密闭容器，由水面和水下两部分组成，所述的容器形状为倒置梯形体、圆锥体、长方体、正方体或圆柱体，水面部分为平面状、盒状、弧面状，水下部分形状为平面或弧面，由密度小于水的橡胶、铁皮、塑料或木料制成，通过整体装置重量确立装置所需浮力从而设计浮力装置体积，或通过多个浮力支撑装置组合联用。

在上述方案基础上，所述的供电系统为采用直流或交流方式供电，供电系统为电池（组）供电系统、电缆供电系统、或者由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成的太阳能供电系统，其中，所述的电池（组）为一次性电池或可充电电池，所述的太阳能板的组装形式有平面型、半球型或锥型。太阳能板的需求数量及功率、面积等参数根据处理水量及水体规模确定。

太阳能板材料可选用单晶硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓或硒铟铜等，蓄电池（组）容量根据地区日照强度和设备供电量要求确定，可采用铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池等。

具体的，所述的电池（组）供电系统可采用直流或交流方式供电，电池（组）可为一次性电池或可充电电池，一次性电池有碱锰电池、锌锰电池、锂电池、锌电池、锌空电池、锌汞电池、水银电池、氢氧电池和镁锰电池等，可充电电池有铅酸电池、镍镉电池、镍铁电池、镍氢电池、锂离子电池等，电池（组）的种类、容量和自放功率由设备供电量要求确定。

在上述方案基础上，所述的微型溶气泵采用涡流泵或气液多相泵中的一个或多泵并联。泵的型号和参数综合进水负荷、处理水量、水体藻类污染情况、供电系统能力和浮力支撑装置载重范围等因素进行确定和调节，材质可选用铸铁、不锈钢等，处理水量较大时，可通过多泵并联实现藻类的有效去除。

在上述方案基础上，所述的溶气罐采用横放、竖放或斜放，溶气罐停留时间由水体含藻量及处理水量确定，一般停留时间控制在25s～1min，罐体容积根据停留时间确定，所述的罐体由铜、铸铁、铸钢或不锈钢制成，该罐体型式有中空式、套筒翻流式和喷淋填料式，其中，所述的喷淋填料式选用瓷质拉西环、塑料淋水板、不锈钢圈、规整填料和/或塑料阶梯环填料。亦可根据溶气泵性能，确定是否设置溶气罐。

在上述方案基础上，所述的螺旋桨选用固定螺距螺旋桨或可调螺距螺旋桨。螺旋桨的规格尺寸和推进功率根据水体面积、供电系统能力和浮力支撑装置载重范围确定。

本发明提供一种针对小型水体的微气浮除藻装置的微气浮除藻方法，将至少装载有供电系统和微型溶气泵、溶气罐的浮力支撑装置在螺旋桨转动或人工拉动作用下在水体上向前推进，由供电驱动微型溶气泵中多级叶轮的高速旋转，空气和水下0.3～1.2m的自然水体在负压作用下由泵的不同入口一起进入泵壳内，空气经叶轮不断加压和多次切割形成粒径为20～40μm的微细气泡，微气泡在泵内高压环境下迅速溶解在水中，且在溶气罐内达到稳定并形成溶气水，所述的溶气水在向含藻层下方水体迅速减压释放的过程中，溶解在水中的空气析出，形成的大量微气泡群在缓慢上升的过程中吸附在藻颗粒上形成三相混合体系，使整体密度小于水，浮至水面形成藻渣，从而达到藻水分离。

为实现针对小型水体藻类经济、高效的去除，所述的藻渣在发生散沉前，直接通过人工完成充分、快速的清捞。

本发明的优点如下：(1) 采用适宜小型水体环境的小型溶气泵作为主要气浮设备清除藻类，适应性强、去除效率高、无二次污染，能充分实现对小型水体藻类经济、高效的去除；(2) 装置一体化、占用空间小、组织形式灵活，能独立运作，亦便于安装，且操作简单、维护管理方便；(3) 可采用清洁、可再生的太阳能等电池（组）供电系统，基本实现运行零能耗，有效降低运转费用；(4) 浮藻和收藻过程分离进行，允许装置释放溶气水后快速推进，加快除藻速度；(5)整套气浮设备的移动可在装置上安装芯片实现人工智能遥控。

附图说明

图1为本发明的处理流程图。

具体实施方式

下面通过实施案例进一步描述本发明。

如图1本发明的处理流程图所示，一种针对小型水体的微气浮除藻装置，至少包括由浮力支撑装置、供电系统、微型溶气泵和溶气罐，其中：所述的浮力支撑装置由螺旋桨作为推进器，将所述的供电系统、微型溶气泵和溶气罐可拆卸的安装在所述的浮力支撑装置构成一体，由供电系统控制所述的螺旋桨和所述的微型溶气泵。

本实施例中的浮力支撑装置为四周和底为密封，上端为可移动防水盖的密闭容器，其上装载太阳能供电系统和微型溶气泵（型号为20WSC04、功率为370W、重量为12kg）、溶气罐（高为81cm，直径为11cm，不锈钢铁罐）为主的气浮设备，整套装置浮在水体上，太阳能供电系统中太阳能板（200W/m²、半球型）经自然光照发电，且由蓄电池（普通铅酸蓄电池、放电容量为5h）放电驱动微型溶气泵和螺旋桨运转，空气和水体中下层（水下0.3～1.2m）含藻量较低的自然水同时进入溶气泵，混合后溶解大量20～40μm微气泡的水进入溶气罐进一步达到稳定，溶气水向含藻层下方水体迅速减压释放过程中，析出分布均匀的微细气泡群。在400L/h的溶气水量条件下，约10min可完成100m²小型水体中的藻水分离，叶绿素a的去除率约为60～84%，藻渣的最大上升速率可达到0.017cm/s且凝聚较为稳定（含水率为97%），同时发生散沉时间长，在及时清捞上浮的藻渣后，可有效实现对小型水体藻类经济、高效的去除。

Claims

1.一种小型水体的微气浮除藻装置，至少包括浮力支撑装置、供电系统、由电机带动的微型溶气泵，其特征在于：所述的微型溶气泵带有多级叶轮，所述的浮力支撑装置由螺旋桨作为推进器，将所述的供电系统、带有多级叶轮的微型溶气泵、溶气罐可拆卸的安装在所述的浮力支撑装置构成一体，由供电系统控制所述的螺旋桨和所述的微型溶气泵。

2.根据权利要求1所述的小型水体的微气浮除藻装置，其特征在于：所述的浮力支撑装置为四周和底为密封、上端为可移动防水盖的密闭容器，由水面和水下两部分组成，所述的容器形状为倒置梯形体、圆锥体、长方体、正方体或圆柱体，水面部分为平面状、盒状、弧面状，水下部分形状为平面或弧面，由密度小于水的橡胶、铁皮、塑料或木料制成，通过整体装置重量确立装置所需浮力从而设计浮力装置体积，或通过多个浮力支撑装置组合联用。

3.根据权利要求1所述的小型水体的微气浮除藻装置，其特征在于：所述的供电系统为采用直流或交流方式供电，供电系统为电池（组）供电系统、电缆供电系统、或者由太阳能板、太阳能控制器、蓄电池（组）组成的太阳能供电系统，其中，所述的电池（组）为一次性电池或可充电电池，所述的太阳能板的组装形式有平面型、半球型或锥型。

4.根据权利要求1所述的小型水体的微气浮除藻装置，其特征在于：所述的微型溶气泵采用涡流泵或气液多相泵中的一个或多泵并联。

5.根据权利要求1所述的小型水体的微气浮除藻装置，其特征在于：所述的溶气罐采用横放、竖放或斜放，停留时间控制在25s～1min，罐体容积根据停留时间确定，所述的罐体由铜、铸铁、铸钢或不锈钢制成，该罐体型式有中空式、套筒翻流式和喷淋填料式，其中，所述的喷淋填料式选用瓷质拉西环、塑料淋水板、不锈钢圈、规整填料和/或塑料阶梯环填料。

6.根据权利要求1所述的水体的微气浮除藻装置，其特征在于，所述的螺旋桨选用固定螺距螺旋桨或可调螺距螺旋桨。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的小型水体的微气浮除藻装置的微气浮除藻方法，其特征在于，将至少装载有供电系统和微型溶气泵、溶气罐的浮力支撑装置在螺旋桨转动或人工拉动作用下在水体上向前推进，由供电驱动微型溶气泵中多级叶轮的高速旋转，空气和水下0.3～1.2m的自然水体在负压作用下由泵的不同入口一起进入泵壳内，空气经叶轮不断加压和多次切割形成粒径为20～40μm的微细气泡，微气泡在泵内高压环境下迅速溶解在水中，且在溶气罐内达到稳定并形成溶气水，所述的溶气水在向含藻层下方水体迅速减压释放的过程中，溶解在水中的空气析出，形成的大量微气泡群在缓慢上升的过程中吸附在藻颗粒上形成三相混合体系，使整体密度小于水，浮至水面形成藻渣，从而达到藻水分离。

8.根据权利要求7所述的微气浮除藻方法，其特征在于，所述的藻渣在发生散沉前，直接通过人工完成清捞。