CN104944478B - 一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，包括设置在取水塔一侧的围栏隔板，所述围栏隔板底面位于湖库水体的混合层中；所述围栏隔板上方设置有网格，所述网格节点处均安装有浮球，网格边缘与湖库岸边山体固定连接；所述网格下方设置有曝气系统。本发明设置围栏隔板和曝气系统，其内部形成控藻区域，阻隔区域外部藻粒进入控藻区域内部，减少进入取水塔内的藻粒数目，使出水管输送到净水厂的原水水质更优；网格上方设置遮光网，遮盖控藻区域内的入射光源，阻断藻类的光合作用，不仅可以抑制控藻区表层藻粒的生长，并能阻止光对弱光区游动性藻粒的诱导作用，防止下部藻粒上浮。

Description

一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置

技术领域

本发明属于原水净化技术领域，涉及一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置。

背景技术

近年来，随着工农业规模的迅速发展，污染物排放远超以前，全球湖泊水库富营养化较严重。太湖、巢湖、滇池、东湖等主要水体藻类爆发频发，不仅引发水源危机，还会导致巨大经济损失，严重危害周围居民生活。

湖库藻类大量滋生，带来一系列饮水安全问题。藻类多悬浮在水体中形成水华，而且某些蓝藻是有毒的，大量藻类死亡后被水中异养菌分解，产生恶臭进一步释放体内毒素，将严重恶化水质。取水区域藻类的滋生直接影响制水生产，藻类的分泌物及降解产物中含有四氯乙烯、二甲基二硫化物等毒性物质，能引起人、动物中毒，其产生的霉味、腥味，也使人在饮用时不能接受。长期低浓度藻毒素的摄入会对人体造成危害，因此，饮用水的除藻十分必要。由于饮用水水源藻类的过度滋生干扰正常水处理，在夏季用水高峰期直接影响净水厂的供水，给居民生活造成不便。

目前对于浮游藻类含量高的原水，净水厂只能在原水处理期间增加净水辅助工艺。净水厂的处理方法通常有如下四种：

1.电絮凝浮选和气浮浮选除藻技术；

2.强化混凝和过滤工艺；

3.在调蓄池投加硫酸铜除藻；

4.加助凝剂高锰酸盐(PPC)复合药剂除藻。

以上各种方法都是以降低水中藻浓度为最终目的，但其降低藻浓度的负面影响则是对有害藻细胞的破坏会将细胞中的藻毒素释放进入水体形成对水质的二次污染，同时大量除藻药剂的使用会使运行成本大量增加。

因此若要降低净水厂进水中有害藻浓度就必须从源头上控制水体的富营养化程度抑制水源水中藻类的生长繁殖。而目前国内外已有的在水源源头上防止富营养化和抑制藻类生长的措施有：

1.扬水曝气法；

2.库底泄水法；

3.表层遮光法；

4.生物控制法。

以上几类方法在控制藻类生长方面都能起到良好的效果，但这些方法都会受到自身技术的限制而存在一定缺点：

1.扬水曝气法是通过在库底安装不同类型的曝气设备，可以达到增加水体溶解氧抑制底泥中营养盐释放和扰动混合水体的作用。但该种方法在使用过程中普遍存在耗能过大和设备需经常维护的技术问题，造成控藻成本大量提高，难以大范围推广。

2.库底泄水法能有效脱去底层营养物质，切断藻类营养来源，达到抑藻的目的，但此方法对于存水量较小的水库库容损失较大，且库底泄水操作难度大，风险高。

3.表层遮光法效果良好，但由于遮光面积限制，控藻能力有限，遮光区以外水体藻类不受控制。

4.生物控制法一般为养殖藻类的消费者或竞争者，如淡水鱼、挺水植物等来控制藻类生物量，此方法清洁环保，节约能源。然而由于藻类竞争优势过强，导致富营养水体中鱼类缺氧死亡，很难达到预期效果。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题和缺陷，本发明的目的在于，提供一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，包括设置在取水塔一侧的围栏隔板，所述围栏隔板底面位于湖库水体的混合层中；

所述围栏隔板上方设置有网格，所述网格节点处均安装有浮球，网格边缘与湖库岸边山体固定连接；

所述网格下方设置有曝气系统。

进一步地，所述网格上方固设有遮光网。

可选地，所述围栏隔板的横截面为等腰三角形，所述取水塔位于等腰三角形底边的中点上；

所述围栏隔板的等腰三角形底面与取水塔相对的顶点位于临界沉降曲线上。

可选地，所述围栏隔板的横截面为半圆形，所述取水塔位于半圆形的圆心上；

所述围栏隔板半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线上。

具体地，所述曝气系统包括在所述网格节点下方安装的多个曝气支管，所述多个曝气支管上端均穿过浮球，且通过曝气干管连通，所述曝气干管一端通过输气管道连接鼓风机房；所述多个曝气支管的下端均安装一曝气头。

具体地，所述曝气头的管口均布有多个曝气孔眼。

进一步地，所述输气管道上设置有空气过滤器。

进一步地，所述曝气支管下端伸入水体的混合层底部。

与现有技术相比，本发明具有以下技术效果:

1、设置围栏隔板，其内部形成控藻区域，阻隔区域外部藻粒进入控藻区域内部，减少进入取水塔内的藻粒数目，使出水管输送到净水厂的原水水质更优。

2、围栏隔板横截面为等腰三角形，且其等腰三角形底面与取水塔相对的顶点位于临界沉降曲线上；或者围栏隔板的横截面为半圆形，且其所述围栏隔板半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线上。上述设置保证围栏隔板形成的控藻区域外部的藻粒能够最大限度的沉降到湖库底部，且能限制围栏隔板的尺寸和控藻区域的面积，使控藻区域面积最佳，且效果最好，节约设备成本。

3、控藻区域内设置曝气系统，对混合层水体进行曝气，上升的气泡带动周围水体形成上升流，冲向水体表面，使水体形成局部垂向环流，表层的浮游藻类在水团的挟带作用下改变运动轨迹，重力作用下从表层加速下沉，减少进入取水塔内部的藻粒的数目。

4、网格上方设置遮光网，遮盖控藻区域内的入射光源，阻断藻类的光合作用，不仅可以抑制控藻区表层藻粒的生长，并能阻止光对弱光区游动性藻粒的诱导作用，防止下部藻粒上浮。

5、曝气系统和遮光网共同作用，使得由于曝气扰动下沉到底部的浮游藻类由于遮光网的遮光，光合作用停止而死亡，从而减少进入取水塔内部的藻粒的数目。

附图说明

图1是本发明的运行原理图；

图2是实施例1的结构示意图；

图3是实施例1的立体图；

图4是取水口处流场分布图；

图5是曝气头的结构示意图；

图6是实施例2的结构示意图；

图中的标号代表：1—山体，2—取水塔，3—遮光网，4—藻粒，5—曝气干管，6—浮球，7—围栏隔板，8—曝气支管，9—曝气头，10—取水口，11—出水管，12—临界沉降曲线，13—网格，14—钢丝绳，15—曝气孔眼。

下面结合附图和实施例对本发明的方案做进一步详细的解释和说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，参见图1-3，本发明的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，包括设置在取水塔2一侧的围栏隔板7，所述围栏隔板7底面位于湖库水体的混合层中；

所述围栏隔板7上方设置有网格13，所述网格13节点处均安装有浮球6，网格13边缘与湖库岸边山体1固定连接；所述网格13下方设置有曝气系统。

本发明结合曝气扰动和遮光两种控藻方式，利用气水分离水动力学和暗条件抑制光合作用原理，在取水塔2周围水域利用围栏隔板7隔离出控藻区域，阻隔区域外部藻粒4进入控藻区域内部，区域内表层原有藻粒4在曝气扰动作用下加速沉降，减少进入取水塔2内的藻粒4数目，使出水管11输送到净水厂的原水水质更优。本发明的装置安装简便，衔接灵活，结构简单，环保节能。

进一步地，所述网格13上方固设有遮光网3。所述遮光网3的形状及面积与网格13相同，遮光网3采用黑色塑料遮阴网，价格便宜且遮光效果好，其固定在网格13上，可定期维护。遮光网3遮盖控藻区域内的入射光源，阻断藻类的光合作用，不仅可以抑制控藻区表层藻粒4的生长，并能阻止光对弱光区游动性藻粒4的诱导作用，防止下部藻粒4上浮。

所述遮光网3的面积大于控藻区域面积，且遮光网3边缘超出围栏隔板7，保证遮光网3能够完全遮盖控藻区域内的入射光源。

可选地，所述围栏隔板7的横截面为等腰三角形，其顶角大小为60°～90°，所述取水塔2位于等腰三角形底边的中点上；所述围栏隔板7等腰三角形底面与取水塔2相对的顶点位于临界沉降曲线12上。所述围栏隔板7为等腰三角形，便于网格13与湖库岸边山体1进行固定，采用尼龙网格，结实耐用，维持装置整体的强度，网格13为浮球6和曝气干管5提供附着点；取水塔2位于所述等腰三角形的底边的中点，等腰三角形的三个顶点均通过钢丝绳14与湖库岸边山体1连接，保证装置整体的稳定性和安全性。

可选地，参见图6，所述围栏隔板7的横截面为半圆形，所述取水塔2位于半圆形的圆心上；所述围栏隔板7半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线12上。

取水口10处的流场分布图可通过Fluent软件模拟，如图4所示，由于藻粒4在沉降区域被水体夹带，沉降曲线也可由CFD模型进行模拟。所述的沉降曲线指的是藻粒4在流场中的迁移轨迹量化后得到的曲线。现有的基于Fluent软件的数值模拟方法能够实现对流场中藻粒4迁移轨迹的模拟，紊流模型采用Fluent软件中湍流的RNGκ-ε模型，采用一阶迎风格式对方程进行离散，采用收敛较快的、基于压力的隐式求解器求解非稳定状态下的离散方程。设定参数，如取水塔进水口的流量，取水深度，表层藻浓度等，将藻类看作水中的一种组分，采用无反应的组分传输模型模拟藻类在流场中的迁移，确定迁移轨迹，即藻粒4的沉降曲线。

参见图1，以取水塔2处水域的纵截面为例，藻粒4从水体混合层向下迁移进入泄水层，在泄水层流场和重力的夹带作用下作曲线运动，最终落点进入取水口10内或沉降至湖库底部。选取藻粒4落点刚好在取水口10下方的沉降曲线作为临界沉降曲线12。

本发明的围栏隔板7横截面为等腰三角形，且其等腰三角形底面与取水塔2相对的顶点位于临界沉降曲线12上；或者围栏隔板7的横截面为半圆形，且其所述围栏隔板7半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线12上。上述设置保证围栏隔板7形成的控藻区域外部的藻粒4能够最大限度的沉降到湖库底部，且能限制围栏隔板7的尺寸和控藻区域的面积，使控藻区域面积最佳，且效果最好，节约设备成本。

进一步地，所述围栏隔板7采用不透水有机材料软性隔板，伸缩性好，可有效抵抗水流的冲击与震荡，防止围栏隔板7被水冲破。

具体地，所述曝气系统包括在所述网格13节点下方安装的多个曝气支管8，所述多个曝气支管8上端均穿过浮球6，且通过曝气干管5连通，所述曝气干管5一端通过输气管道连接鼓风机房；所述多个曝气支管8的下端均安装一曝气头9，所述鼓风机房设置在岸边山体1上。每四个网格13的中心节点处安装一个曝气支管8，每个曝气支管8的下端安装一个曝气头9，曝气头9的下端伸入水体混合层中，根据曝气支管8的位置确定曝气干管5的走向，曝气干管5穿过浮球6。

进一步地，所述输气管道上设置有空气过滤器，用于净化空气。

所述曝气系统由网格13支撑并由浮球6提供浮力，形成坚固的整体结构。

所述输气管道和曝气干管5置于水面上，曝气支管8伸入混合层水体底部；所述曝气干管5和曝气支管8均采用高密度聚乙烯管材，其强度高、耐腐蚀且连接可靠，曝气干管5和曝气支管8的管径分别为De80和De70。

所述曝气头9与曝气支管8通过螺纹连接，所述曝气头9采用镀锌钢管，直径为DN80，曝气头9管口密布直径为15～18mm的曝气孔眼15，如图5所示，其构造简单、阻力损失小、不易堵塞，曝气孔眼15出口气体流速大于10m/s，上述大孔径的曝气孔眼15对气流进行扩散，用于对混合层水体中特定点进行曝气，将空气分割成不同尺寸的气泡，当气体从曝气孔眼15鼓出后与水体表面接触，上升的气泡带动周围水体形成上升流，冲向水体表面，使水体形成局部垂向环流，表层的浮游藻类在水团的挟带作用下改变运动轨迹，重力作用下从表层加速下沉，从混合层沉入底层无光区，且下沉到底部的浮游藻类由于遮光网3的遮光，光合作用停止而死亡，从而减少进入取水塔2内部的藻粒4的数目。上述过程不改变水体化学性质，不会破坏藻体本身结构，不会迫使藻类释放藻毒素，保证进水的安全卫生。

本发明的曝气系统仅选取小范围取水区域作为设置地点，扰动藻体较多的表层混合水体，设备体积小，便于维护；曝气系统以空气为曝气气体，仅需采用鼓风机作为加压设备，大大降低设备安装及运行成本。

实施例1：

本实施例的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，包括设置在取水塔2一侧的围栏隔板7，所述围栏隔板7底面位于湖库水体的混合层中；所述围栏隔板7上方设置有网格13，所述网格13节点处均安装有浮球6，网格13边缘与湖库岸边山体1固定连接；所述网格13下方设置有曝气系统。

所述网格13上方固设有遮光网3。

所述围栏隔板7的横截面为等腰三角形，其顶角大小为60°，所述取水塔2位于等腰三角形底边的中点上；所述围栏隔板7的等腰三角形底面与取水塔2相对的顶点位于临界沉降曲线12上。

所述曝气系统包括在所述网格13节点下方安装的多个曝气支管8，所述曝气支管8与浮球6相连通，所述多个曝气支管8下端均安装一曝气头9，所述多个曝气支管8通过曝气干管5连通，所述曝气干管5一端通过输气管道连接鼓风机房，所述鼓风机房设置在岸边山体1上。每四个网格13的中心节点处安装一个曝气支管8，每个曝气支管8的下端安装一个曝气头9，曝气头9的下端伸入水体混合层中，根据曝气支管8的位置确定曝气干管5的走向，曝气干管5穿过浮球6。曝气头9管口密布直径为15mm的曝气孔眼15。

本实施例的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其具体安装方式如下：

第一步，安装网格13及围栏隔板7

根据控藻区域面积裁定等腰三角形网格13的尺寸，每格的尺寸为2m×2m，在每个网格13节点处均安装浮球6，人工用船将装有浮球6的网格13覆盖于控藻区域水面之上，保证取水塔2位于控藻区域内部；

在网格13三个顶点处引钢丝绳14并固定在湖库岸边山体1上。在网格13的边缘安装围栏隔板7，围栏隔板7底面的与取水塔2相对应的顶点位于临界沉降曲线12上。

第二步，安装曝气系统

首先安装曝气支管8，每四个网格13的中心节点处安装一个曝气支管8，每个曝气支管8的下端均安装一个曝气头9；根据曝气支管8的位置确定曝气干管5的走向，曝气干管5穿过浮球6，并通过曝气干管5连接岸边鼓风机房。

第三步，安装遮光网3

根据控藻区域面积裁剪出比网格13略大的网面，将遮光网3三个顶点及关键位置绑在网格13节点之上。

实施例2：

本实施例的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，包括设置在取水塔2一侧的围栏隔板7，所述围栏隔板7底面位于湖库水体的混合层中；所述围栏隔板7上方设置有网格13，所述网格13节点处均安装有浮球6，网格13边缘与湖库岸边山体1固定连接；所述网格13下方设置有曝气系统。

所述网格13上方固设有遮光网3。

所述围栏隔板7的横截面为半圆形，所述取水塔2位于半圆形的圆心上；所述围栏隔板7底面半圆形的顶点位于临界沉降曲线12上。

所述曝气系统包括在所述网格13节点下方安装的多个曝气支管8，所述曝气支管8与浮球6相连通，所述多个曝气支管8下端均安装一曝气头9，所述多个曝气支管8通过曝气干管5连通，所述曝气干管5一端通过输气管道连接鼓风机房，所述鼓风机房设置在岸边山体1上。每四个网格13的中心节点处安装一个曝气支管8，每个曝气支管8的下端安装一个曝气头9，曝气头9的下端伸入水体混合层中，根据曝气支管8的位置确定曝气干管5的走向，曝气干管5穿过浮球6。曝气头9管口密布直径为15mm的曝气孔眼15。

本实施例的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其具体安装方式如下：

第一步，安装网格13及围栏隔板7

根据控藻区域面积裁定半圆形网格13的尺寸，每格的尺寸为2m×2m，在每个网格13节点处均安装浮球6，人工用船将装有浮球6的网格13覆盖于控藻区域水面之上，保证取水塔2位于控藻区域内部；

在网格13边缘处引钢丝绳14并固定在湖库岸边山体1上，保证控藻区的稳定性和悬浮性。在网格13的边缘处安装围栏隔板7，围栏隔板7半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线12上。

第二步，安装曝气系统

首先安装曝气支管8，每四个网格13的中心节点处安装一个曝气支管8，每个曝气支管8的下端均安装一个曝气头9；根据曝气支管8的位置确定曝气干管5的走向，曝气干管5穿过浮球6，并通过曝气干管5连接岸边鼓风机房。

第三步，安装遮光网3

根据控藻区域面积裁剪出比网格13略大的网面，将遮光网3绑在网格13节点之上。

Claims (7)

1.一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，包括设置在取水塔(2)一侧的围栏隔板(7)，所述围栏隔板(7)底面位于湖库水体的混合层中；

所述围栏隔板(7)上方设置有网格(13)，所述网格(13)节点处均安装有浮球(6)，网格(13)边缘与湖库岸边山体(1)固定连接；

所述网格(13)下方设置有曝气系统；

所述围栏隔板(7)的横截面为等腰三角形，所述取水塔(2)位于等腰三角形底边的中点上；

所述围栏隔板(7)的等腰三角形底面与取水塔(2)相对的顶点位于临界沉降曲线(12)上。

2.如权利要求1所述的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，所述网格(13)上方固设有遮光网(3)。

3.一种湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，包括设置在取水塔(2)一侧的围栏隔板(7)，所述围栏隔板(7)底面位于湖库水体的混合层中；

所述围栏隔板(7)上方设置有网格(13)，所述网格(13)节点处均安装有浮球(6)，网格(13)边缘与湖库岸边山体(1)固定连接；

所述网格(13)下方设置有曝气系统；

所述围栏隔板(7)的横截面为半圆形，所述取水塔(2)位于半圆形的圆心上；

所述围栏隔板(7)半圆形底面的顶点位于临界沉降曲线(12)上。

4.如权利要求1所述的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，所述曝气系统包括在所述网格(13)节点下方安装的多个曝气支管(8)，所述多个曝气支管(8)上端均穿过浮球(6)，且通过曝气干管(5)连通，所述曝气干管(5)一端通过输气管道连接鼓风机房；所述多个曝气支管(8)的下端均安装一曝气头(9)。

5.如权利要求4所述的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，所述曝气头(9)的管口均布有多个曝气孔眼(15)。

6.如权利要求4或5所述的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，所述输气管道上设置有空气过滤器。

7.如权利要求4或5所述的湖库表面区域范围内浮藻隔离与抑制装置，其特征在于，所述曝气支管(8)下端伸入水体的混合层底部。