CN105780746A - 一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法及装置，步骤是：A、气浮隔离集藻：柔性管充气上浮，形成气浮隔离带，在岸带形成集藻区，区内的富藻水及藻浆供收藻机器集中采收；B、下沉自然集藻：藻类采收完毕，柔性管放气下沉，恢复水面景观，同时蓝藻重新向岸带自然富集，直至藻水浓度达到采收条件；C、柔性管通过三种方式之一实现上浮和下沉。柔性管和沉底石笼用柔性防水布包裹后，用缝包机缝合与柔性防水布连接，石笼沉在水/沉积物界面，充气密封阈、放气密封阈分别安装在柔性管的两端或一端，充气密封阈与空压机连接。方法易行，操作简便，满足收藻设备集中采收，可快速形成集藻区，适合规模化采收湖泊水体中的水华蓝藻。

Description

一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法及装置
技术领域
本发明属于水体藻类隔离富集、环保技术领域，更具体涉及一种利用柔性管充气上浮隔离富集蓝藻的方法。同时还涉及一种利用柔性管充气上浮隔离富集蓝藻的装置，可快速形成集藻区，尤其适合规模化收集湖泊水体中的水华蓝藻。
背景技术
清除湖泊蓝藻水华目前有多种机械采收方法，机械收藻是一种能直接清除湖面蓝藻水华，对水体生态系统没有任何负面影响的物理方法。但无论采用何种方法，为了提高效率和节省成本，机械采收的藻水应该是藻类含量高的富藻水或藻浆。为了达到这一目的，蓝藻采收设备或固定在下风向的藻类聚集区进行采收，或采用船载平台移动到蓝藻富集区进行采收。但不论哪种方式，都会遇到水中的蓝藻向设备输移的速度跟不上设备的采收速度的难题，导致设备采收时会汲取大量藻类浓度低的藻水，大大降低设备的采收效率。长期以来，这一难题困扰着蓝藻采收设备的运行。此外，利用水华蓝藻具有随风向在岸带聚集的自然特性，在实际操作中常利用喇叭口装置进行导流集藻，或利用陷阱富集捕获水华蓝藻(如专利CN201010285071.2)，主要目的都是为了使机械采收时能发挥其效率，但是，这些装置在闲置时十分影响水面景观，遇到较大风浪时装置也容易损毁。
发明内容
为解决上述难题，本发明的目的是在于提供了一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法，方法易行，操作简便，作业时利用柔性管充气上浮，形成水华蓝藻隔离带，将岸带聚集的蓝藻局限在集藻区，满足收藻设备集中高效采收的需求；非作业时柔性管放气下沉，不受风浪影响，不影响水面景观，直到新的集藻区条件形成。
本发明的另一个目的是在于提供了一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，结构简单，使用方便，可快速形成集藻区，尤其适合机械规模化采收湖泊水体中的水华蓝藻。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
本发明思路是：所有机器采收蓝藻的方法，在采收过程中都会遇到蓝藻输移速度小于机器采收速度的难题，严重影响机器采收效率，并且处置量越大，矛盾越突出。而水华蓝藻通常聚集在岸带的狭窄区域，如果将该区域内的藻浆或富藻水限制在局部，同时利用岸带水浅的特点，形成一个集藻区，使外面的藻水不能进入，就可以达到处理量少、处理的藻浓度高的目的。此外，蓝藻水华的发生通常具有季节性，装置闲置时不能影响水面景观。鉴于此，本发明利用柔性管充气上浮、放气下沉的特性，提出了一种蓝藻气浮隔离富集的方法，包括气浮隔离集藻，使集藻区内的蓝藻浓度满足机器采收需要，以及下沉自然集藻，不影响水面景观的同时重启自然富藻过程。
一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法，其步骤是：
A、气浮隔离集藻：柔性管充气上浮，形成气浮隔离带，在岸带形成集藻区，区内的富藻水及藻浆供收藻机器集中采收。
B、下沉自然集藻：藻类采收完毕，柔性管放气下沉，恢复水面景观，同时蓝藻重新向岸带自然富集，直至藻水浓度满足新的采收条件：岸带显见浮藻或水中蓝藻细胞数每升达109个以上。
C、柔性管通过下述三种方式之一实现上浮和下沉：
方式一：柔性管两端气封，充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
方式二：柔性管一端水封一端气封，气封端充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
方式三：柔性管外接导气管，二管在同一端气封。导气管充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
三种上浮方式均可快速形成集藻区，使区内的富藻水或藻浆不受风向和区外水体的影响，确保机器连续高效采收。方式一需两端操作，适合短距离气浮隔离带(数十米至数百米)，方式二、三在同端操作，适合长距离气浮隔离带(数百米至数公里)。
一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，为一种气浮隔离带，由柔性管、柔性防水布、沉底石笼、充气密封阀和放气密封阀组成(图1)。其连接关系是：柔性管和沉底石笼用柔性防水布包裹后，用缝包机缝合并与柔性防水布连接，柔性管在上，石笼在下，充气密封阀和放气密封阀安装固定在柔性管的一端或两端。其作用是：柔性管为橡胶软管或其它软管(如钢丝软管)，管径一般不大于300mm，满足充气时上浮并高出水面的要求。柔性防水布为不透水的柔性材料，密度大于水，高度可适应岸带区的水深变化，与上浮的柔性管及沉底石笼形成不透水的隔离带。石笼直径不小于100mm，内填装沙或砾石，起沉底作用。充气密封阀起气体密封和充气作用，放气密封阀起气体密封和放气作用。气浮隔离带安装在下风向沿岸带，作业时柔性管充气上浮，连同柔性防水布和石笼形成不透水的隔离带，将岸带的藻浆和富藻水局限于隔离区域，形成集藻区，区内的高浓度富藻水及藻浆不受区外低浓度藻水的影响，确保收藻机器连续集中采收。气浮隔离带距离岸带一般不超过15m，长度视收藻机器的采收能力而定，便于规模化操作。集藻区可一端或二端开口，在机器采收时，集藻区内的藻以推流形式流向收藻机器。
机器采收完成后，将柔性管放气排空，装置在重力作用下沉入水底，水面景观恢复，不影响水面其它作业；装置下沉后，水体中的蓝藻又重新向岸带自然富集，直到形成新的集藻区，满足机器采收条件，才启动前述的充气过程。
装置可通过三种方式之一实现上浮和下沉：
1)柔性管两端分别设置充气密封阀和放气密封阀。充气时打开两端阀门，空气压缩机经充气密封阀进行充气，使柔性管上浮，形成气浮隔离带。充气完毕，关闭两端阀门，作业准备就绪(图2A、图3A)。
柔性管下沉时，打开两端阀门，使一端沉入水中，另一端放气，湖水进入柔性管并使管下沉，当水充满时，柔性管全部下沉。
2)柔性管一端设置充气密封阀，另一端用坠重物固定沉入水底但不进行密封。充气时柔性管也可实现上浮(图2B、图3B)，但该状态下柔性管不能保持充盈状态，浮于水面的高度要小一些。
柔性管下沉时，打开充气密封阀放气，湖水从另一端进入并使管下沉，当水充满时，柔性管全部下沉。
3)柔性管一端密封并外接导气管，柔性管的另一端连接放气密封阀，而导气管的另一端连接充气密封阀，故两阀在同一端。导气管内径不小于5mm，设置在柔性管上方，二者用柔性防水布包裹。空气压缩机经导气管对柔性管进行充气，使柔性管上浮。充气完毕，关闭充气阀和放气阀，作业准备就绪(图2C、图3C)。
柔性管下沉时，打开充气阀和放气阀，湖水从放气阀进入柔性管并使管下沉。
三种方式中，B、C二种方式能实现上浮和下沉都在一端进行操作，更为简便。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)气浮装置操作简便，柔性结构适用水体类型范围广，易于实现规模化操作。
(2)装置闲置时沉于水底，不影响水面景观，也免受风浪损毁。
(3)气浮时形成集藻区，不受区外低浓度藻水的影响，区内富集的藻类可满足收藻设备连续集中采收的工况要求，解决了蓝藻输送速度跟不上机器采收速度的难题。
本发明已应用于滇池草海的水华蓝藻收集，装置长500m。装置可在3～5分钟内实现快速上浮，形成的集藻区内的藻类浓度可达湖心浓度的50～500倍，且不受区外风浪的影响，显著提高了单位时间内收藻机械的除藻量。
附图说明：
图1为一种气浮隔离富集装置剖面图。
图2为一种柔性管三种气浮方式示意图。
图3A为一种柔性管气浮方式一连接装置。
图3B为一种柔性管气浮方式二连接装置。
图3C为一种柔性管气浮方式三连接装置。
其中：1.气浮柔性管，2柔性防水布，3.沉底石笼，4.充气密封阈，5.放气密封阈，6.导气管，7.坠重物，8.锚绳，9.空压机或鼓风机，10.水/沉积物界面，11.水平面。
具体实施方式
实施例1：
一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法，其步骤是：
A、气浮隔离集藻：空压机对柔性管充气，使其上浮于水面，形成气浮隔离带，在岸带形成集藻区，区内的富藻水及藻浆供收藻机器集中采收。
B、下沉自然集藻：藻类采收完毕，将柔性管放气下沉，恢复水面景观，同时蓝藻重新向岸带自然富集，直至藻水浓度满足新的采收条件：岸带显见浮藻或水中蓝藻细胞数每升达109个以上。
C、柔性管可通过下述三种方式的任意一种实现上浮和下沉：
方式一：柔性管两端气封，充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
方式二：柔性管一端水封一端气封，气封端充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
方式三：柔性管外接导气管，二管在同一端气封。导气管充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
三种上浮方式均可快速形成集藻区，使区内的富藻水或藻浆不受风向和区外水体的影响，确保机器连续高效采收。方式一需两端操作，适合短距离气浮隔离带(数十米至数百米)，方式二、三在同端操作，适合长距离气浮隔离带(数百米至数公里)。
实施例2：
根据图1、图2A、图3A可知，一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，为一种气浮隔离带，它由柔性管1、柔性防水布2、沉底石笼3、充气密封阈4、放气密封阈5、空压机或鼓风机9、水/沉积物界面10、水平面11组成组成。其连接关系是：柔性管1和沉底石笼3用柔性防水布2包裹后，用缝包机缝合并与柔性防水布2连接，柔性管1在上方，充气时浮于水面11，石笼3沉在水/沉积物界面10，充气密封阈4、放气密封阈5分别安装在柔性管1的两端，充气密封阈4与空压机或鼓风机9连接。其作用是：柔性管1为管径100mm的橡胶软管，充气时能上浮至水面11。柔性防水布2为不透水的柔性材料，密度大于水，高度按最高水位设计，使之能适应岸带区的水深变化，与上浮的柔性管1和沉于水/沉积物界面10的石笼3形成不透水的隔离带。石笼3直径120mm，内填装沙或砾石，起沉底作用。充气密封阀4起气体密封和充气作用，放气密封阀5起气体密封和放气作用。空压机9起充气作用。
气浮隔离带安装在下风向沿岸带，距离岸带10m，长度300m，开动空压机9，通过充气密封阀4进行充气，使柔性管1上浮；充气完毕，依次关闭放气密封阈5、空压机9、充气密封阈4，这时上浮的柔性管1与柔性防水布2和石笼3形成不透水的隔离带(图2A、图3A)，将岸带的藻浆和富藻水局限于隔离区域，形成集藻区，集藻区内的高浓度富藻水及藻浆与外面的低浓度藻水不交换，这样就可以确保高浓藻水供应收藻机器的连续集中采收。
集藻区形成后，可在一端开口，开动收藻机器在另一端进行采收，集藻区内的藻以推流形式流向收藻机器。
机器采收完成后，打开两端阀门4和放气密封阈5，使柔性管1一端沉入水中，另一端放气，湖水进入柔性管1并使管下沉，当水充满时，柔性管1全部下沉。既不影响水面景观，也不影响水面其它作业。装置下沉后，水体中的蓝藻又重新向采收过的岸带自然富集，蓝藻逐渐增多，直到形成新的集藻区，满足机器的采收条件，才启动下一轮的充气过程。在无蓝藻水华或者水体中藻类浓度较低的季节，装置可一直沉于水下。
实施例3：
根据图1、图2B、图3B可知，一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，为一种气浮隔离带，它由柔性管1、柔性防水布2、沉底石笼3、充气密封阈4、坠重物7、锚绳8、空压机或鼓风机9、水/沉积物界面10、水平面11组成。其连接关系是：柔性管1和石笼3用柔性防水布2包裹后，用缝包机缝合并与柔性防水布2连接，柔性管1在上，充气时浮于水面11，石笼3沉在水/沉积物界面10，充气密封阈4安装固定在柔性管1的一端，充气密封阈4连空压机9，柔性管1的另一端不封口，连接锚绳8和坠重物7。其作用是：柔性管1为橡胶软管，管径150mm，充气时可上浮至水面11。柔性防水布2为不透水的柔性材料，密度大于水，高度按最高水位设计，使之能适应岸带区的水深变化，与上浮的柔性管1和沉于水/沉积物界面10的石笼3形成不透水的隔离带。石笼3直径110mm，内填装沙或砾石，起沉底作用。密封阈4起密封和充放气作用，空压机9起充气作用。坠重物7和锚绳8，可使管端沉入水底但离沉积物/水界面10300mm。
气浮隔离带安装在下风向沿岸带，距离岸带12m，长度500m，开动空压机9，通过充气密封阀4进行充气，使柔性管1上浮；充气完毕，关闭空压机9和充气密封阀4，此时上浮的柔性管1连同柔性防水布2和石笼3形成不透水的隔离带(图2B、图3B)，将岸带的藻浆和富藻水局限于隔离区域，形成集藻区，集藻区内的高浓度富藻水及藻浆与外面的低浓度藻水不交换，这样就可以确保高浓藻水供应收藻机器的连续集中采收。
集藻区形成后，可在二端开口，开动收藻机器在中间进行采收，集藻区内的藻以推流形式流向收藻机器。
机器采收完毕，打开气密封阀4放气，湖水从另一端进入并使柔性管1下沉，当水充满时，柔性管1全部下沉。既不影响水面景观，也不影响水面其它作业。装置下沉后，水体中的蓝藻又重新向采收过的岸带自然富集，蓝藻逐渐增多，直到形成新的集藻区，满足机器的采收条件，才启动下一轮的充气过程。在无蓝藻水华或者水体中藻类浓度较低的季节，装置可一直沉于水下。
实施例4：
根据图1、图2C、图3C可知，一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，为一种气浮隔离带，它由柔性管1、柔性防水布2、沉底石笼3、充气密封阈4、放气密封阈5、导气管6、空压机或鼓风机9、水/沉积物界面10、水平面11组成。其连接关系是：柔性管1和石笼3用柔性防水布2包裹后，用缝包机缝合并与柔性防水布2连接，柔性管1在上，充气时浮于水面11，石笼3沉在水/沉积物界面10；柔性管1一端密封并外接导气管6，柔性管1的另一端连接放气密封阀5，而导气管6的另一端连接充气密封阀4，故两阀在同一端，充气密封阈4连空压机9。导气管6内径8mm，设置在柔性管1上方，二者用柔性防水布2包裹。其作用是：柔性管1为管径150mm的橡胶软管，充气时能上浮至水面11。柔性防水布2为不透水的柔性材料，密度大于水，高度按最高水位设计，使之能适应岸带区的水深变化，与上浮的柔性管1和沉于水/沉积物界面10的石笼3形成不透水的隔离带。石笼3直径130mm，内填装沙或砾石，起沉底作用。充气密封阈4和放气密封阈5起密封和充放气作用，导气管6起导气作用，空压机9起充气作用。
气浮隔离带安装在下风向沿岸带，距离岸带15m，长度500m，开动空压机9，通过充气密封阀4和导气管6进行充气，使柔性管1上浮；充气完毕，依次关闭放气密封阈5、空压机9、充气密封阈4，此时上浮的柔性管1与柔性防水布2和石笼3形成不透水的隔离带(图2C、图3C)，将岸带的藻浆和富藻水局限于隔离区域，形成集藻区，集藻区内的高浓度富藻水及藻浆与外面的低浓度藻水不交换，这样就可以确保高浓藻水供应收藻机器的连续集中采收。
集藻区形成后，可在一端开口，开动收藻机器在另一端进行采收，集藻区内的藻以推流形式流向收藻机器。
机器采收完成后，打开充气阀4和放气阀5，湖水从放气阀5进入柔性管1并使管下沉，当水充满时，柔性管1全部下沉。既不影响水面景观，也不影响水面其它作业。装置下沉后，水体中的蓝藻又重新向采收过的岸带自然富集，蓝藻逐渐增多，直到形成新的集藻区，满足机器的采收条件，才启动下一轮的充气过程。在无蓝藻水华或者水体中藻类浓度较低的季节，装置可一直沉于水下。

Claims (4)

1.一种水华蓝藻气浮隔离富集的方法，其步骤是：
A、气浮隔离集藻：柔性管充气上浮，形成气浮隔离带，在岸带形成集藻区，区内的富藻水及藻浆供收藻机器集中采收；
B、下沉自然集藻：藻类采收完毕，柔性管放气下沉，恢复水面景观，同时蓝藻重新向岸带自然富集，直至藻水浓度达到采收条件：岸带显见浮藻或水中蓝藻细胞数每升达109个以上；
C、柔性管通过下述三种方式之一实现上浮和下沉：
方式一：柔性管两端气封，充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉；
方式二：柔性管一端水封一端气封，气封端充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉；
方式三：柔性管外接导气管，二管在同一端气封，导气管充气，上浮，闭气阀，完成上浮；开气阀，放气，柔性管进水，实现下沉。
2.权利要求1所述的一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，为一种气浮隔离带，它由柔性管(1)、柔性防水布(2)、沉底石笼(3)、充气密封阈(4)、放气密封阈(5)、空压机(9)、水/沉积物界面(10)、水平面(11)组成，其特征在于：柔性管(1)和沉底石笼(3)用柔性防水布(2)包裹后，用缝包机缝合并与柔性防水布(2)连接，柔性管(1)在上方，充气时浮于水面(11)，石笼(3)沉在水/沉积物界面(10)，充气密封阈(4)、放气密封阈(5)分别安装在柔性管(1)的两端，充气密封阈(4)与空压机(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，其特征在于：所述的充气密封阈(4)安装固定在柔性管(1)的一端，充气密封阈(4)连空压机(9)，柔性管(1)的另一端不封口，连接锚绳(8)和坠重物(7)。
4.根据权利要求1所述的一种水华蓝藻气浮隔离富集的装置，其特征在于：柔性管(1)一端密封并外接导气管(6)，柔性管(1)的另一端连接放气密封阀(5)，导气管(6)的另一端连接充气密封阀(4)，两阀在同一端，充气密封阈(4)连空压机(9)，导气管(6)内径不小于5mm，设置在柔性管(1)上方，二者用柔性防水布(2)包裹。
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