CN104458343B - 一种在高藻水源地分层取水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在高藻水源地分层取水的方法。首先基于叶绿素浓度与藻类细胞密度判断是否发生水华。若未发生水华，则检测不同深度水体的水质指标，并将取水头部移到水质指标相对较好的水层。若发生水华，则检测不同水层的温度，判断是否发生温度分层。若未有温度分层，则测量水体的真光层深度，将取水头部移到真光层深度以下。若有温度分层，则基于不同水深的水质指标与叶绿素浓度，将取水口移到叶绿素浓度较低，水质指标相对较好的水层。调整取水口位置之后，动态检测所取水中的叶绿素含量，若叶绿素浓度超标，则循环上述步骤调整取水口的位置。该取水方法可降低水厂进水的藻类含量，降低除藻成本。

Description

一种在高藻水源地分层取水的方法
技术领域
本发明涉及一种提高水厂进水水质的方法，尤其涉及一种分层取水方法，从源头上降低水厂进水中藻类含量。
背景技术
目前中国有5000多座深水水库，大部分水库都会向城镇供水。由于近年来经济的发展，大量含有氮磷等物质的污染物被排放到水库中，引起水体中藻类的大量生长。而这些水会通过取水口进入到自来水厂，藻类物质过多也会堵塞滤池，影响工艺运行。在藻类水华形成的季节，高藻水源地富含藻类的水体可能会释放有毒有害物质，会严重影响水源地的水质。致使水厂出水含有毒性物质，同时还具有异味，无法满足饮用水的水质要求。
在高藻水源地，如何调节水厂取水口位置，优化进厂原水水质，降低自来水厂除藻成本，提高出厂水质，亟待解决。考虑到藻类趋光生长的特性，主要生长在水体表层。本发明提供了一种分层取水的工艺方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种在高藻水源地分层取水的方法，可以通过取水口位置的动态调整，有效降低自来水厂进水中的藻类含量。
由于藻类的生长以光照作为唯一的能量来源，真光层是藻类能够实现净光合作用的水层，真光层以下的水层，藻类通常无法受光生长。因此，可根据藻类在不同水层深度的分布，通过调节取水口的位置，优化进厂原水水质，降低自来水厂除藻成本。
一种在高藻水源地分层取水的方法，动态检测取水口所取水中的藻类含量，判断是否发生水华；未发生水华，则基于水质的深度分布特征调整取水口的位置；发生水华，则基于叶绿素浓度与水质的深度分布动态调整取水口位置；动态监测所取水体的叶绿素含量，调整取水口位置。
作为优选，藻类含量的检测方法包括叶绿素检测或显微镜计数法，藻类叶绿素浓度高于或等于10μg/L或藻类细胞密度大于或等于1×105cells/ml判定发生水华，藻类叶绿素浓度低于10μg/L或藻类细胞密度小于1×105cells/ml判定未发生水华。
作为优选，未发生水华，则取不同深度的水体测量水质指标，在取水样前测量取水口所在位置的水深，在水面以下5-10m深度范围与水底以上5-10m范围内应该加密取样，每2-5m采集一个水样，中间水层5-10m采集一个水样，测量的水质指标根据现行标准规范、当地的水质状况与监测能力确定，然后移动取水口位置至水质指标最好的水层。
作为优选，发生水华，则测量不同深度水体的温度分布，判断是否发生温度分层。
作为优选，发生水华且不存在温度分层，则使用水下光量子探头测量水下光场分布，计算水下的光照分布与真光层深度，然后将取水口位置移到真光层深度以下水层，真光层的深度为光照强度是水面光照强度1-10％的水层。
作为优选，发生水华且存在温度分层，则测量不同深度的藻类浓度分布，10m水深范围内每1m检测一次，10m以下深度每5-10m检测一次；同时检测水质指标，在表层5-10m与底层5-10m范围内应该加密检测，每2-5m采集一个水样，中间部分5-10m采集一个水样，测量的水质指标根据现行标准规范、当地的水质状况与监测能力确定，然后将取水口的位置移到藻类浓度较低且水质相对较好的水层。
作为优选，取水口位置调整后，动态检测进水的叶绿素与藻类含量，基于上述动态调整取水口的位置。
按照本发明的取水的方法的积极效果为：
在水体不发生水华时，调节取水口至其他水质指标相对较好的水层，可明显的提高水厂的进水水质，减低水处理成本，更好的保障出水水质。
若水体发生水华且存在明显的水温分层，基于水质分析与藻类细胞浓度分析，得到藻类含量较低，水质相对较好的水层，将取水口调整至该水层，可以有效地降低进水中的藻类含量，减少由于藻类含量过高导致的滤池堵塞，藻毒素释放等妨碍水厂正常运行的不利因素。
水体发生水华且不存在明显的水温分层，此时，基于水下光照分布计算出真光层范围，将取水口位置调整到真光层以下，此处不仅藻类含量明显降低，同时藻类活性较低，在同等水处理工艺下，低活性的藻类细胞更容易被去除。
附图说明
图1显示为本发明实施例的具备发生水温分层水体取水口位置动态调整过程示意图。
图2显示为本发明实施例的水温分层水体取水位置范围示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
1水华判断
取水厂进水口水样，检测叶绿素浓度与藻类细胞密度，基于上述两个指标判断水厂进水是否发生水华。
上述指标的测量使用如下方法完成：
1)使用叶绿素荧光仪测定进水叶绿素浓度；
2)采用浮游植物计数框在生物显微镜下完成藻类的细胞密度的测定。
水华的判断标准为：叶绿素浓度临界值10μg/L，藻类生物量临界值1×105cells/ml，若检测结果任意一个指标高于上述限制值，则判定水华发生，反之，则未发生水华。
2通过步骤1，取水检测未发生水华的时候，调整取水口位置。
基于水华判断标准，若未发生水华，可基于其他水质指标调整取水口位置，取水口位置调整过程如下：
1)使用水深测量装置测量取水口位置的水深；
2)使用采水器采集不同深度的水体，为了更好的反应水质的沿程变化，在靠近水面表层5-10m与水底5-10m范围内应该加密检测，每2-5m采集一个指标，中间部分5-10m采集一个水样；
3)采集水样的指标根据现行标准规范、当地的水质状况与监测能力确定，指标的测量方法参见《水与废水分析方法第四版》；
4)基于《地表水环境质量标准-GB 3838-2002》评价不同水层的水质状况，调节取水口位置至水质指标较好的水层，即整体水质指标高于Ⅲ类水体及以上标准。
3通过步骤1，取水检测发生水华的时候，再判定是否存在温度分层。
若叶绿素浓度高于10ug/L或者生物量高于1*105cells/ml，则可判定发生水华，此时采用温度传感器探测不同水深处的温度分布，判断是否存在温度分层。
4取水口位置调整(发生水华-不存在温度分层)
若不存在温度分层，使用如下方式调整取水口的位置：
1)采用光量子探头测量不同水深处的光照强度分布，基于下面的算法计算水下的光场分布，
I(h)＝I(in)e(-λ)h
I(h)表示水下hm深处的光照强度，I(in)表示水体表面的光照强度，λ表示水体的光衰减系数，h表示深度，光照强度单位为μmol.m-2s-1；
2)将水下光强为水体表面光强1％的深度定义为真光层深度；
3)调整取水口的位置至真光层深度以下且不会扰动底泥的深度，若此时取水口位置距离底泥较近，可在适当提高真光层的判断标准到表面光强10％的深度(由于此时水体中不存在水温分层，取水口仍会将部分上层水抽到水厂，此时主要通过下层水的稀释作用降低进水中的藻含量)。
5取水口位置调整(发生水华-存在温度分层)
若存在温度分层，使用如下方式调整取水口的位置：
1)使用叶绿素浓度传感器测量上述叶绿素沿水深方向的分布，10m水深范围1m检测一次，10m以下深度5-10m检测一次；
2)同时，使用采水器采集不同深度的水体，在表层5-10m与底层5-10m范围内应该加密检测，每2-5m采集一个指标，中间部分5-10m采集一个水样；
3)采集水样的指标根据现行标准规范、当地的水质状况与监测能力确定，指标的测量方法参见《水与废水分析方法第四版》；
4)基于《地表水环境质量标准-GB 3838-2002》对不同深度的水质进行评价；
5)调整取水口位置至藻类浓度较低且水质指标不亚于《地表水环境质量标准》规定的Ⅲ类水体(由于此时存在水温分层，取水口可以取到取水口所在深度的水体，取水效果最好)。
6取水口位置的动态调整
在调节取水口位置后，每日监测进水中的叶绿素浓度与藻类细胞密度。若叶绿素浓度或藻类细胞密度明显升高，则基于步骤1-5再次调整取水口的位置。
下面基于本发明提出的方案给出一个具体的实施例来验证发明方案的可行性。
实施对象为重庆市某乡镇水厂取水口，取水口取水头部为浮箱式取水头部，可动态调整取水口的深度。取水口位置所在水体每年2月、5月、8月易于发生水华，最大水深33m，最小水深11m。
2014年2月9号(此时水源地水深为28m)，基于叶绿素荧光仪检测水厂进水的叶绿素浓度，测定的叶绿素浓度为29.64ug/L，判定水华发生。使用温度探头测量不同水层的水温，表层水温与底层水温为12.9-13.0℃，不存在水温分层。基于水下光量子探头测量的水下光强分布而计算得到的真光层深度为5.8米，将取水头部调整到水下10-15m,水厂进水的叶绿素浓度降低到3.15-4.13ug/L。
2014年5月9号(此时水源地水深为18m)，基于叶绿素荧光仪检测水厂进水的叶绿素浓度，测定的叶绿素浓度为57.64ug/l，判定水华发生。使用温度探头测量不同水层的水温，发现该水体此时存在明显的温度分层。使用取水器取该水体0.5、1、2、3、5、8、10、12、15、18m的水样，基于叶绿素荧光仪检测不同水层的叶绿素分布。基于检测结果将取水头部调整到12m，取水口出水的叶绿素浓度降低到1.21ug/L。不同水层的温度与叶绿素数含量如表1所示。
表1：5月9号水华期间取水口位置的温度、叶绿素浓度沿水深分布
数据显示，在取水口位置发生水华时，使用专利所示的取水方法可明显的降低水厂进水的藻类含量。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种在高藻水源地分层取水的方法，其特征在于：
(1)动态检测取水口所取水中的藻类含量，判断是否发生水华；
未发生水华，则基于水质的深度分布特征调整取水口的位置；
发生水华，则基于叶绿素浓度与水质的深度分布动态调整取水口位置；测量不同深度水体的温度分布，判断是否发生温度分层，发生水华且不存在温度分层时，则使用水下光量子探头测量水下光场分布，计算水下的光照分布与真光层深度，然后将取水口位置移到真光层深度以下水层，真光层的深度为光照强度是水面光照强度1-10％的水层；
(2)动态监测所取水体的叶绿素含量，调整取水口位置。
2.根据权利1所述取水的方法，其特征在于：所述藻类含量的检测方法包括叶绿素检测或显微镜计数法，藻类叶绿素浓度高于或等于10μg/L或藻类细胞密度大于或等于1×105cells/ml判定发生水华，藻类叶绿素浓度低于10μg/L或藻类细胞密度小于1×105cells/ml判定未发生水华。
3.根据权利1所述取水的方法，其特征在于：未发生水华，则取不同深度的水体测量水质指标，在取水样前测量取水口所在位置的水深，在水面下5-10m深处与水底以上5-10m范围内应该加密取样，每2-5m采集一个水样，中间水层5-10m采集一个水样，测量的水质指标根据现行标准规范、当地的水质状况与监测能力确定，然后移动取水口位置至水质指标最好的水层。
4.根据权利1所述取水的方法，其特征在于：发生水华且存在温度分层，则测量不同深度的藻类浓度分布，10m水深范围内每1m检测一次，10m以下深度每5-10m检测一次；同时检测水质指标，在表层5-10m与底层5-10m范围内应该加密检测，每2-5m采集一个水样，中间部分5-10m采集一个水样，测量水质指标，将取水口的位置移到藻类浓度较低且水质相对较好的水层。
5.根据权利1所述取水的方法，其特征在于：取水口位置调整后，动态检测进水的叶绿素与藻类含量，基于权利要求1动态调整取水口的位置。
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