CN105381641B - 一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法，该系统包括实时监测单元、水华导流单元、智能消除单元和藻源处理单元，所述实时监测单元用于连续监测弯道水体的水文与水质参数，为识别水华提供基础信息，所述水华导流单元用于拦截并引导弯道水体中的含藻水进入不同的处理环节，所述智能消除单元用于消除水体中水华，所述藻源处理单元用于深度净化水中藻细胞，位于水华导流单元和智能消除单元的水流下游。本发明通过导流板拦截含藻水体使其可在弯道处循环处理，严格控制受污染水体流向下游，处理效果可控，藻类处理更加彻底；并且依据水华暴发程度不同进行分类处理，引导水流进入不同的处理环节，节约成本，更具有针对性。

Description

一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法

技术领域

本发明涉及适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法，属于水利工程与水环境保护领域。

背景技术

随着人类对自然环境资源开发利用的强度不断增加，自然水体承接了大量的生活污水和工业废水，水体容易出现富营养化问题。富营养化水体在适宜的光照、水温、风、水流等条件下，藻细胞可大量迅速滋生，在水面上形成一层有较强腥臭味的浮沫，形成水华。水华会引起水质恶化、鱼类死亡、生态系统退化等一系列问题，造成巨大经济损失。我国是世界上湖库富营养化与水华问题较为严重国家之一，较有代表性的案例包括太湖、巢湖、滇池等。近些年，富营养化与水华问题进一步恶化，甚至扩展到流动条件相对较好的一些河流中(如汉江等)，引起全社会的关注。因此，如何有效控制水体富营养化并防治水华，成为治理和修复受污染水体、恢复水生生态系统健康所要解决的关键问题。

水华治理的传统技术主要包括化学控藻法、生物法和物理去除法等几类。常见的化学控藻法主要依靠化学控藻剂，使水华藻类从水中转移到沉淀物中，从而抑制藻类的生长。然而，该方法在抑藻的同时也会造成二次污染，可能在水生生物内富集、残留从而带来长期风险。生物法包括水生植物抑藻、鱼类控藻、人工浮岛法等，主要通过往水中投放一些能够分泌抑藻物质或直接摄食藻类的生物达到清除藻类的目的。此方法一般见效慢，周期长，不适宜作为应急处理措施，同时也存在破坏生物链的风险。通过打捞等物理去除方法将藻类直接从水中分离清除出去，是一种直观且高效的水华应急处置方式。水华暴发的过程实际上也是大量吸收和消纳水中氮磷等营养物质的过程，通过这一类物理去除法也有助于去除水体氮磷等营养元素，降低水体富营养化程度，保护水体生态环境。

由此可见，上述物理打捞法较为适合水华应急处置，但现有的技术也存在以下几种不足：

(1)主要依赖人工打捞等方式，对重度水华即大面积积聚的水华才有明显的效果，且成本较高，适宜小规模使用；

(2)由于打捞船舶与人员操作条件的限制，较为适合开敞式的大面积水域，如湖泊、水库等，而对于水流较为快的河流则不适宜；

(3)无法根除水中更为微小的藻细胞，治理后水华容易复发，往往并不能达到理想的实施效果。

由此可见，目前需要开发一种较为适合河流类水域的水华应急处置技术，充分利用河流的地理特性，进一步提升物理打捞法快速便捷的优势，同时又能克服现有技术缺陷，使得能够根除水中更为微小的藻细胞复发水华的风险。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法，使之既能高效快速去除大面积水华，又能根除水中藻源微细胞，使之兼具安装简易、低能耗、循环处理等优点。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种适用于弯道水体的水华智能消除系统，包括实时监测单元、水华导流单元、智能消除单元和藻源处理单元；

所述实时监测单元包括总控台、传感器、流速仪和流量计，所述总控台布置在弯道凸岸临近弯道水体的空地上，所述传感器布置在河道两岸、水华导流单元和智能消除单元中，流速仪和流量计布设在水华导流单元上；

所述水华导流单元包括位于河流凹岸的中上游和下游的第一导流板组和第二导流板组，在对应布置于所述第一导流板组和第二导流板组最末端处的凸岸一侧均设有引水闸门，所述引水闸门后分别设置一个隔墙板组和无阻塞泵，一个无阻塞泵与第一输水管连接，另一个位于下游的无阻塞泵与第四输水管连接，所述第一输水管两侧分别设有第二输水管和第三输水管，第二输水管、第三输水管和第四输水管形成三角形分布，所述第一输水管与第一水华消除装置连接，第一水华消除装置分别通过第五输水管、第六输水管、第七输水管、第十三输水管与第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置连接，第五水华消除装置与设置在第三输水管上的压滤机连接，第五水华消除装置通过第十五输水输水管与第六水华消除装置连接，第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置分别通过第十输水管、第十一输水管和第十二输水管与第七水华消除装置连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置分别通过第十六输水管和第十八输水管与第四输水管连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置之间通过第十七输水管连通，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的两端均设有输水管阀门，所述输水管阀门与总控台连接，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管上均设有增氧管和应急管，所述增氧管上安装有减压阀，应急管上安装有应急泵；所述流速仪和流量计布置于第一输水管和第四输水管前端内，位于无阻塞泵后，分别用于监测第一输水管和第四输水管中的水流流速和流量；

所述智能消除单元包含第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置、第七水华消除装置、压滤机和旋桨，所述压滤机布置于第三输水管中部，所述旋桨位于压滤机两侧，间隔布置于第三输水管上；

所述藻源处理单元包含超声波换能器、超声波发生器、超声波除藻仪、发射器和至少三个超声波净化箱，所述超声波净化箱间隔安装在第四输水管的末端，所述超声波净化箱的外侧壁安装有超声波换能器和超声波发生器，超声波净化箱的顶部及内侧壁间隔安装有发射器，超声波净化箱侧壁中部安装有若干个超声波除藻仪。

作为优选，所述第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置和第七水华消除装置均包含搅拌桶、收集池、转轮、不锈钢滤网、刮藻刷和收集槽，所述收集池两端分别与输水管连接，所述搅拌桶固定于收集池中部，所述转轮固定在搅拌桶底部，所述不锈钢滤网的下缘与搅拌桶上缘相接，不锈钢滤网的直径小于收集池，所述刮藻刷固定在不锈钢滤网中部与转轮同轴相接，收集槽固定在不锈钢滤网外侧，所述收集池安装有传感器。

作为优选，所述第一导流板组和第二导流板组均包含若干个导流板，所述导流板为可伸缩板。

作为优选，所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的管内均安装有监控管道内工作状况的摄像头。所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十五输水管和第十七输水管端部内嵌有可伸缩移动输水短管，可根据不同的处理流程选择性地连通搅拌桶或收集池。

作为优选，所述转轮由3个叶片构成，每个叶片之间呈120度角，转轮叶片长度与搅拌桶半径相等，高度和搅拌桶的高度相同；所述刮藻刷固定于不锈钢滤网中部，与转轮同轴相连，共同转动，刷毛长度与不锈钢滤网弧度契合，水华杂质被清扫后经过不锈钢滤网开口处进入收集槽中；所述收集槽底部亦为滤网结构，使收刮到的藻体利用自重进行进一步脱水，侧面挡板可拆卸，用于清理收集槽；所述不锈钢滤网底部半径与搅拌桶半径相等，向上半径逐渐增大，但不大于收集池半径，保证过滤过的水落到收集池中。

作为优选，所述超声波净化箱内垂直水流方向间隔交错布置有使水体呈“S”型流动的隔墙板组，形成廊道式结构。

利用权利要求上述的适用于弯道水体的水华智能消除系统的方法，包括以下步骤：

(1)通过布置在河流两岸的传感器监测弯道水体的水文与水质参数，监测频率为不低于每10分钟一次，并将信息传输给总控台存储；总控台内置有水华识别功能，根据其分析结果进行不同操作，分为以下四种工况：

工况一：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度小于5mg/m³；

工况二：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度达到5mg/m³但小于10mg/m³；

工况三：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于10mg/m³但小于30mg/m³；

工况四：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于30mg/m³；

第一水华消除装置代号为A、第二水华消除装置代号为B、第三水华消除装置代号为C、第四水华消除装置代号为D、第五水华消除装置代号为E、第六水华消除装置代号为F和第七水华消除装置代号为G；

(2)若为工况一，则将导流板缩短，不启动该装置；若不为工况一，则转动第一导流板组和第二导流板组，调整其长度和高度拦截含藻水体，并开启引水闸门使含藻水体进入水华导流单元，水流经过隔墙板组沉沙后，开启无阻塞泵将水体抽入第一输水管和第四输水管中；

(3)若为工况四，水体由第一输水管、第四输水管进入第三输水管中；利用旋桨将连成片状的藻体进行碎化，并通过增氧管增氧；同时开动压滤机对大量藻体进行压滤处理，水体流经压滤机由第十四输水管导入第五水华消除装置；此时，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且所述途径选择依据当叶绿素a浓度大于30mg/m³进行6步处理；当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径E-F-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第六水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-D-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-C-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-C-D-G：进行6步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管进入第四输水管；

(4)若为工况三，将水体由第一输水管导入第一水华消除装置，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且所述途径选择依据为当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径A-C-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-D-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-C-D-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管进入第四输水管；

同步地，由第十四输水管导入含藻水体至第十六输水管进入第六水华消除装置进行两步处理的途径F-G，即含藻水体依次通过第六水华消除装置、第七水华消除装置后由第十六输水管将再将水体导入第四输水管；

(5)若为工况二，水体由第一输水管导入后直接经过第二输水管、第四输水管后进入超声波净化箱；

(6)上述步骤中，若水华消除装置处于工作状态，在每个水华消除装置中水体通过转轮搅拌加速溅射到不锈钢滤网上，同时刮藻刷与转轮同轴转动，将藻体刮入收集槽，水流经不锈钢滤网进入收集池中，再进入下一级；

(7)上述步骤中，若水体经由第四输水管进入藻源处理单元，当水体进入超声波净化箱，由超声波换能器和超声波发生器产生超声波，通过发射器向水体辐射超声波以破坏藻细胞结构，加以超声波除藻仪辅助处理剩余藻体；处理过的水体由第四输水管返回原弯道水体；

(8)上述步骤中，通过均布在弯道水体两岸及收集池内的传感器对水体进行实时监测，分析水华是否成功消除；若水华消除处理完成，关闭引水闸门，调整第一导流板组、第二导流板组的长度和高度，使弯道水流自然流向下游；若水华处理尚未完成，重复步骤(1)～(8)。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过导流板拦截含藻水体使其可在弯道处循环处理，严格控制受污染水体流向下游，处理效果可控，藻类处理更加彻底；

(2)本发明依据水华暴发程度不同进行分类处理，引导水流进入不同的处理环节，节约成本，更具有针对性，提高工作效率；本循环系统末端设置有超声波净化箱，可有效根除水体中的藻源细胞；

(3)本发明水华消除单元将水体通过转轮搅拌加速溅射到过滤网上，以优化过滤效果，避免向水体加入化学物质造成二次污染；

(4)本发明通过对水质的监测，形成本河流的数据库，可通过分析水质数据对水华暴发进行预警并提前处理；同时可为水华研究提供数据。

附图说明

图1本发明的适用于弯道水体的水华智能消除系统平面布置图；

图2本发明的智能消除单元中水华消除装置连接示意图；

图3本发明的引水口立面示意图；

图4本发明的单个水华消除装置立面图；

图5本发明的单个水华消除装置平面图；

图6本发明的藻源处理单元平面图；

图7本发明的输水管端部纵剖面图；

图8实施本发明前后部分采样点的叶绿素浓度变化。

附图标号说明：

1 第一输水管 2 第二输水管 3 第三输水管

4 第四输水管 5 第五输水管 6 第六输水管

7 第七输水管 8 第八输水管 9 第九输水管

10 第十输水管 11 第十一输水管 12 第十二输水管

13 第十三输水管 14 第十四输水管 15 第十五输水管

16 第十六输水管 17 第十七输水管 18 第十八输水管

19 第一导流板组 20 第二导流板组

21 引水闸门 22 隔墙板组 23 输水管阀门

24 无阻塞泵 25 第一水华消除装置 26 第二水华消除装置

27 第三水华消除装置 28 第四水华消除装置 29 第五水华消除装置

30 第六水华消除装置 31 第七水华消除装置

32 压滤机 33 旋桨 34 搅拌桶

35 收集池 36 转轮 37 不锈钢滤网

38 刮藻刷 39 收集槽 40 增氧管

41 应急管 42 应急泵 43 减压阀

44 摄像头 45 超声波换能器 46 超声波发生器

47 超声波除藻仪 48 发射器 49 超声波净化箱

50 总控台 51 传感器 52 流速仪

53 流量计 54 输水短管

具体实施方式

本发明提供的适用于弯道水体的水华智能消除系统的平面结构示意图如图1至图7所示，包括实时监测单元、水华导流单元、智能消除单元和藻源处理单元，其中：

实时监测单元用于连续监测水体水文水质参数，为识别水华提供基础信息，包括：总控台50、传感器51、流速仪52、流量计53。总控台50布置在凸岸临近弯道水体的空地上；传感器51均匀安装在河道两岸、第一导流板组19、第二导流板组20上及收集池35内壁；流量计53、流速仪52安装在第一输水管1和第四输水管4前端内，布置于无阻塞泵24后，分别用于监测第一输水管1和第四输水管4中的水流流速和流量，依据流量、流速来调节输水管阀门23。

总控台50通过无线传输接收、记录、分析处理传感器51、流速仪52、流量计53的数据，形成此河道水华暴发前后的数据库，并依此控制调节第一导流板组19、第二导流板组20、引水闸门21、输水管阀门23、无阻塞泵24、转轮36、应急泵42、减压阀43、超声波换能器45、超声波发生器46、超声波除藻仪47等组件的工作状态；传感器51以不同间隔、不同水深均匀布置于河道两岸、第一导流板组19、第二导流板组20上以及收集池35内壁，准确监控水体温度、流速流量、水面风速、水体浊度、含氧量、细胞浓度、各营养物质数量等与水华暴发相关的数据。

水华导流单元用于拦截并引导弯道水体中的含藻水体进入不同处理环节，包括：第一输水管1、第二输水管2、第三输水管3、第四输水管4、第五输水管5、第六输水管6、第七输水管7、第八输水管8、第九输水管9、第十输水管10、第十一输水管11、第十二输水管12、第十三输水管13、第十四输水管14、第十五输水管15、第十六输水管16、第十七输水管17和第十八输水管18、第一导流板组19、第二导流板组20、引水闸门21、隔墙板组22、输水管阀门23。第一导流板组19、第二导流板组20由多个导流板组成，依次固定于河流凹岸的中上游和下游；引水闸门21有两个，分别对应布置于两个导流板组最末端处的凸岸一侧，其后分别设置一个隔墙板组22，隔板间距0.5米，用于沉积泥沙、平稳水流；第四输水管4和第一输水管1对应布置于各自的隔墙板组22后；在流量计53之后的第一输水管1前端，左右分别延伸出第三输水管3和第二输水管2，分别与第四输水管4的两端相连接，使得第一输水管1、第二输水管2、第三输水管3和第四输水管4形成近似三角形的外围回路；第五输水管5、第六输水管6、第七输水管7、第八输水管8、第九输水管9、第十输水管10、第十一输水管11、第十二输水管12、第十三输水管13、第十四输水管14、第十五输水管15、第十六输水管16、第十七输水管17和第十八输水管18位于所述外围回路之内，用于连接第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置28、第五水华消除装置29、第六水华消除装置30和第七水华消除装置31使之有机耦合工作；第一输水管1、第二输水管2、第三输水管3、第四输水管4、第五输水管5、第六输水管6、第七输水管7、第八输水管8、第九输水管9、第十输水管10、第十一输水管11、第十二输水管12、第十三输水管13、第十四输水管14、第十五输水管15、第十六输水管16、第十七输水管17和第十八输水管18两端及其连接处均设置输水管阀门23控制；

导流板可伸缩，导流板3个一组布置于凹岸，工作时长度依河宽及流速而定，导流板高度依河深而定，入水深度比为0.2～0.3时最佳；当弯道水体出现水华时将导流板伸长，拦截含藻水体并导入该水华智能消除装置；当弯道水体无水华时将导流板缩短，无污染水体经过弯道流向下游。各输水管采用碳钢管，直径100mm。各输水管上均间隔设置多组增氧管40、应急管41，增氧管40上设置减压阀43，通过减压阀43使空气压入水体，对水体增氧；应急管41与应急泵42相连，用于管道淤积、阻塞时抽取含藻杂质保持管道通畅；各输水管内均设置摄像头44以监控管道内工作状况。

智能消除单元用于消除水体中的水华，安装在弯道凸岸上，包括：第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置28、第五水华消除装置29、第六水华消除装置、第七水华消除装置31、压滤机32、旋桨33，每个装置包括搅拌桶34、收集池35、转轮36、不锈钢滤网37、刮藻刷38、收集槽39。

压滤机32安装于第三输水管3的中部，其两侧间隔布置旋桨33，用于打碎连成片状的藻体；第一水华消除装置25布置于第一输水管1末端，依次通过第六输水管6、第三水华消除装置27、第十一输水管11、第七水华消除装置31、第十八输水管18与第四输水管相连；第二水华消除装置26和第四水华消除装置28位于第三水华消除装置27两侧；其中的第二水华消除装置26分别通过第五输水管5、第八输水管8、第十输水管10分别与第一水华消除装置25、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31相连；第四水华消除装置28分别通过第七输水管10、第九输水管9、第十二输水管12与第一水华消除装置25、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31相连；第五水华消除装置29分别通过第十三输水管13、第十四输水管14、第十五输水管15与第一水华消除装置25、压滤机32、第六水华消除装置30相连；第六水华消除装置30由第十五输水管15、第十六输水管16、第十七输水管17分别与第五水华消除装置29、第四输水管、第七水华消除装置31相连。

用于与各水华消除装置连接的输水管端部内嵌套可移动输水短管54，由液压传动装置控制，依据具体处理流程选择性连地通搅拌桶或收集池。对于第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置28、第五水华消除装置29、第六水华消除装置30和第七水华消除装置31而言，搅拌桶34处为进水口，使含藻水体进入搅拌桶34中处理，收集池35处为出水口，使经过水华消除装置处理的水体进入下一级或下一单元；默认地，第一水华消除装置25的搅拌桶34连接第一输水管1并通过第十三输水管13连接第五水华消除装置29的收集池34，而第一水华消除装置25的收集池35分别通过第五输水管5、第六输水管6、第七输水管10连接第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置29的搅拌桶34；默认地，第七水华消除装置31的收集池35连接第十八输水管18，第七水华消除装置31的搅拌桶34分别通过第十输水管10、第十一输水管11、第十二输水管12、第十七输水管17连接第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置29、第六水华消除装置30的收集池35；默认地，第八输水管8连通第二水华消除装置26的收集池35和第三水华消除装置27的搅拌桶34，第九输水管9连通第三水华消除装置27的收集池35和第四水华消除装置28的搅拌桶34；默认地，第十五输水管15连通第五水华消除装置29的收集池35和第六水华消除装置30的搅拌桶34；默认地，第五水华消除装置29和第六水华消除装置30的搅拌桶34分别通过第十四输水管14、第十六输水管16连通压滤机32和第四输水管。

收集池35为半径1.7m、高1m的混凝土圆环结构，搅拌桶34采用半径1m、高1.5m的不锈钢圆桶，搅拌桶34固定于收集池35中部凹槽内；转轮36固定在搅拌桶34底部，由3个叶片构成，每个叶片之间呈120度角，叶片长度与搅拌桶34半径相等，转轮36与搅拌桶34同高；刮藻刷38与转轮36同轴相连，共同转动，固定在不锈钢滤网37中部，刷毛长度与不锈钢滤网37弧度契合；不锈钢滤网37下缘与搅拌桶34上缘相接，底部半径与搅拌桶34半径相等，半径由1m向上逐渐增大到1.5m，直径小于收集池35，使下渗水流完全被收集池35收集；不锈钢滤网37上预留卡槽，将收集槽39卡挂其上；收集槽39底部亦为滤网结构，使收刮到的藻体利用自重进行进一步脱水，侧面挡板可拆卸，用于清理收集槽。

藻源处理单元用于深度净化水中的藻源细胞，包括：超声波换能器45、超声波发生器46、超声波除藻仪47、发射器48、超声波净化箱49。

超声波换能器45与超声波发生器46相连接，安装于超声波净化箱48外侧壁。超声波净化箱49尺寸为1.5m×1.5m×1m，3个超声波净化箱49在输水管IV 4末端顺水流方向连接，箱内垂直水流方向设3个隔板，间隔0.3m，使水流呈“S”形流动。顶部及内侧壁设计有发射器48，3个一组布置在隔板之间。在超声波净化箱49侧壁中部安装超声波除藻仪47，超声波除藻仪47可180度向河道水体发射不同振幅的超声波，达到藻类液泡破碎、细胞灭亡或生长抑制等作用,引起一系列生物效应并降解其他有机物污染物和藻毒素。

本发明还提供一种适用于弯道水体的水华智能消除方法，包括以下步骤：

(1)通过布置在河流两岸的传感器51监测弯道水体的水文与水质参数，监测频率为不低于每10分钟一次，并将信息传输给总控台50存储；总控台50内置有水华识别功能，根据其分析结果进行不同操作，分为以下四种工况：

工况一：传感器51在6小时内监测的叶绿素a平均浓度小于5mg/m³；

工况二：传感器51在6小时内监测的叶绿素a平均浓度达到5mg/m³但小于10mg/m³；

工况三：传感器51在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于10mg/m³但小于30mg/m³；

工况四：传感器51在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于30mg/m³；

第一水华消除装置代号为A、第二水华消除装置代号为B、第三水华消除装置代号为C、第四水华消除装置代号为D、第五水华消除装置代号为E、第六水华消除装置代号为F和第七水华消除装置代号为G；

(2)若为工况一，则将导流板缩短，不启动该装置；若不为工况一则转动第一导流板组19、第二导流板组20，调整其长度和高度拦截含藻水体，并开启引水闸门21使含藻水体进入水华导流单元的输水管内，水流经过隔墙板组22沉沙后，开启无阻塞泵24将水体抽入第一输水管1和第四输水管中；

(3)若为工况四，水体由第一输水管1、第四输水管进入第三输水管3中；利用旋桨33将连成片状的藻体切碎分离，并通过增氧管40增氧；同时开动压滤机32对大量藻体进行压滤处理，水体流经压滤机32由第十四输水管14导入第五水华消除装置29；此时，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且途径选择标准为当叶绿素a浓度大于30mg/m³进行6步处理；当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径E-F-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第六水华消除装置30、第七水华消除装置31；

途径E-A-B-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第七水华消除装置31；

途径E-A-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第一水华消除装置25、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31；

途径E-A-D-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第一水华消除装置25、第四水华消除装置28、第七水华消除装置31；

途径E-A-B-C-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31；

途径E-A-B-C-D-G：进行6步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置29、第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置28、第七水华消除装置31；

经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管18进入第四输水管；

(4)若为工况三，将水体由第一输水管1导入第一水华消除装置25，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且途径选择依据为当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径A-C-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置25、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31；

途径A-B-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第七水华消除装置31；

途径A-D-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置25、第四水华消除装置28、第七水华消除装置31；

途径A-B-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第七水华消除装置31；

途径A-B-C-D-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置25、第二水华消除装置26、第三水华消除装置27、第四水华消除装置28、第七水华消除装置31；

途径A-B-G、途径A-C-G和途径A-D-G三条路径可以自由选择，作用是等同的，根据装置的使用情况具体的选择；经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管18进入第四输水管；

同步地，由第四输水管导入含藻水体至第十六输水管16进入第六水华消除装置30进行2步处理的途径F-G，即含藻水体依次通过第六水华消除装置30、第七水华消除装置31后由第十八输水管18将再将水体导入第四输水管；

(5)若为工况二，水体由第一输水管1导入后直接经过第二输水管2、第四输水管后进入超声波净化箱49；

(6)上述步骤中，若水华消除装置处于工作状态，在每个水华消除装置中水体通过转轮36搅拌加速溅射到不锈钢滤网37上，同时刮藻刷38与转轮36同轴转动，将藻体刮入收集槽39，水流经不锈钢滤网37进入收集池35中，再进入下一级；

(7)上述步骤中，若水体经由第四输水管进入藻源处理单元，当水体进入超声波净化箱49，由超声波换能器45和超声波发生器46产生超声波，通过发射器48向水体辐射超声波以破坏藻细胞结构，加以超声波除藻仪47辅助处理剩余藻体；处理过的水体由第四输水管返回原弯道水体；

(8)上述步骤中，通过均布在弯道水体两岸及收集池35内的传感器51对水体进行实时监测，分析水华是否成功消除；若水华消除处理完成，关闭引水闸门21，调整第一导流板组19、第二导流板组20的长度和高度，使弯道水流自然流向下游；若水华处理尚未完成，重复步骤(1)～(8)。

装置应用：

将本发明应用于弯道爆发水华的流域。系统各部件按照图1～图5所示连接完成。对系统附近水体中叶绿素a的含量进行持续量测，测量结果如图8实施例中暴发时段部分采样点叶绿素a浓度监测图所示。观测的结果表明：水华暴发时段，弯道及上游水体叶绿素a浓度持续快速下降，并且在一段时间后各观测点的叶绿素平均浓度均小于10mg/m³，达到了去除水华的目的。同时，对弯道下游水体进行检测发现，叶绿素a浓度远低于10mg/m³，表明本系统处理效果较好，水中藻源细胞不会向下游传输。由此可见，本发明能去除流经弯道的水华和藻源细胞，消除效果明显，不向水体掺入化学物质，安全高效，应用前景较好。

尽管参照特定的实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：包括实时监测单元、水华导流单元、智能消除单元和藻源处理单元；

所述实时监测单元包括总控台、传感器、流速仪和流量计，所述总控台布置在弯道凸岸临近弯道水体的空地上，所述传感器布置在河道两岸、水华导流单元和智能消除单元中，流速仪和流量计布设在水华导流单元上；

所述水华导流单元包括位于河流凹岸的中上游和下游的第一导流板组和第二导流板组，在对应布置于所述第一导流板组和第二导流板组最末端处的凸岸一侧均设有引水闸门，所述引水闸门后分别设置一个隔墙板组和无阻塞泵，一个无阻塞泵与第一输水管连接，另一个位于下游的无阻塞泵与第四输水管连接，所述第一输水管两侧分别设有第二输水管和第三输水管，第二输水管、第三输水管和第四输水管形成三角形分布，所述第一输水管与第一水华消除装置连接，第一水华消除装置分别通过第五输水管、第六输水管、第七输水管、第十三输水管与第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置连接，第五水华消除装置与设置在第三输水管上的压滤机连接，第五水华消除装置通过第十五输水输水管与第六水华消除装置连接，第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置分别通过第十输水管、第十一输水管和第十二输水管与第七水华消除装置连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置分别通过第十六输水管和第十八输水管与第四输水管连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置之间通过第十七输水管连通，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的两端均设有输水管阀门，所述输水管阀门与总控台连接，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管上均设有增氧管和应急管，所述增氧管上安装有减压阀，应急管上安装有应急泵；所述流速仪和流量计布置于第一输水管和第四输水管前端内；

所述智能消除单元包含第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置、第七水华消除装置、压滤机和旋桨，所述压滤机布置于第三输水管中部，所述旋桨位于压滤机两侧，间隔布置于第三输水管上；

所述藻源处理单元包含超声波换能器、超声波发生器、超声波除藻仪、发射器和至少三个超声波净化箱，所述超声波净化箱间隔安装在第四输水管的末端，所述超声波净化箱的外侧壁安装有超声波换能器和超声波发生器，超声波净化箱的顶部及内侧壁间隔安装有发射器，超声波净化箱侧壁中部安装有若干个超声波除藻仪。

2.根据权利要求1所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：所述第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置和第七水华消除装置均包含搅拌桶、收集池、转轮、不锈钢滤网、刮藻刷和收集槽，所述收集池两端分别与输水管连接，所述搅拌桶固定于收集池中部，所述转轮固定在搅拌桶底部，所述不锈钢滤网的下缘与搅拌桶上缘相接，所述刮藻刷固定在不锈钢滤网中部与转轮同轴相接，收集槽固定在不锈钢滤网外侧，所述收集池安装有传感器。

3.根据权利要求2所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：所述第一导流板组和第二导流板组均包含若干个导流板，所述导流板为可伸缩板。

4.根据权利要求3所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的管内均安装有监控管道内工作状况的摄像头,所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十五输水管和第十七输水管端部内嵌有可伸缩移动输水短管，可根据不同的处理流程选择性地连通搅拌桶或收集池。

5.根据权利要求4所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：所述转轮由3个叶片构成，每个叶片之间呈120度角，转轮叶片长度与搅拌桶半径相等，高度和搅拌桶的高度相同；所述刮藻刷固定于不锈钢滤网中部，与转轮同轴相连，共同转动，刷毛长度与不锈钢滤网弧度契合，水华杂质被清扫后经过不锈钢滤网开口处进入收集槽中；所述不锈钢滤网底部半径与搅拌桶半径相等，向上半径逐渐增大，但不大于收集池半径。

6.根据权利要求5所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统，其特征在于：所述超声波净化箱内垂直水流方向间隔交错布置有使水体呈“S”型流动的隔墙板组。

7.利用权利要求6所述的适用于弯道水体的水华智能消除系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过布置在河流两岸的传感器监测弯道水体的水文与水质参数，监测频率为不低于每10分钟一次，并将信息传输给总控台存储；总控台内置有水华识别功能，根据其分析结果进行不同操作，分为以下四种工况：

工况一：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度小于5mg/m³；

工况二：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度达到5mg/m³但小于10mg/m³；

工况三：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于10mg/m³但小于30mg/m³；

工况四：传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于30mg/m³；

第一水华消除装置代号为A、第二水华消除装置代号为B、第三水华消除装置代号为C、第四水华消除装置代号为D、第五水华消除装置代号为E、第六水华消除装置代号为F和第七水华消除装置代号为G；

(2)若为工况一，则将导流板缩短，不启动任一水华消除装置；若不为工况一，则转动第一导流板组和第二导流板组，调整其长度和高度拦截含藻水体，并开启引水闸门使含藻水体进入水华导流单元，水流经过隔墙板组沉沙后，开启无阻塞泵将水体抽入第一输水管和第四输水管中；

(3)若为工况四，水体由第一输水管、第四输水管进入第三输水管中；利用旋桨将连成片状的藻体进行碎化，并通过增氧管增氧；同时开动压滤机对大量藻体进行压滤处理，水体流经压滤机由第十四输水管导入第五水华消除装置；此时，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且途径选择标准为当叶绿素a浓度大于30mg/m³进行6步处理；当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径E-F-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第六水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-D-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-C-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径E-A-B-C-D-G：进行6步处理，即含藻水体依次通过第五水华消除装置、第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管进入第四输水管；

(4)若为工况三，将水体由第一输水管导入第一水华消除装置，根据处理后的叶绿素a浓度可选择性地采取以下操作途径处理含藻水体，且途径选择依据为当叶绿素a浓度大于20mg/m³而小于30mg/m³进行5步处理；当叶绿素a浓度大于15mg/m³而小于20mg/m³进行4步处理；当叶绿素a浓度大于10mg/m³而小于15mg/m³进行3步处理：

途径A-C-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-D-G：进行3步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-C-G：进行4步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第七水华消除装置；

途径A-B-C-D-G：进行5步处理，即含藻水体依次通过第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第七水华消除装置；

经上述操作途径处理后的水体通过第十八输水管进入第四输水管；

同步地，由第十四输水管导入含藻水体至第十六输水管进入第六水华消除装置进行两步处理的途径F-G，即含藻水体依次通过第六水华消除装置、第七水华消除装置后由第十六输水管将再将水体导入第四输水管；

(5)若为工况二，水体由第一输水管导入后直接经过第二输水管、第四输水管后进入超声波净化箱；

(6)上述步骤中，若水华消除装置处于工作状态，在每个水华消除装置中水体通过转轮搅拌加速溅射到不锈钢滤网上，同时刮藻刷与转轮同轴转动，将藻体刮入收集槽，水流经不锈钢滤网进入收集池中，再进入下一级；

(7)上述步骤中，若水体经由第四输水管进入藻源处理单元，当水体进入超声波净化箱，由超声波换能器和超声波发生器产生超声波，通过发射器向水体辐射超声波以破坏藻细胞结构，加以超声波除藻仪辅助处理剩余藻体；处理过的水体由第四输水管返回原弯道水体；

(8)上述步骤中，通过均布在弯道水体两岸及收集池内的传感器对水体进行实时监测，分析水华是否成功消除；若水华消除处理完成，关闭引水闸门，调整第一导流板组、第二导流板组的长度和高度，使弯道水流自然流向下游；若水华处理尚未完成，重复步骤(1)～(8)。