CN107098480B - 一种辅助溶藻菌溶藻的方法及原位混合溶藻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种辅助溶藻菌溶藻的方法及原位混合充氧装置，装置包括箱体、漂浮系统和投菌系统，箱体通过漂浮系统的浮力悬浮在水中，投菌系统位于箱体内，本装置还包括加药系统和搅拌系统，加药系统包括H2O2贮存罐，H2O2贮存罐位于箱体内；搅拌系统位于箱体下，包括转轴，转轴上设置上桨叶和下桨叶，均倾斜于水平面，上桨叶采用单面锯齿形结构。本发明的装置，运行前期，利用H2O2增加水中溶解氧浓度，桨叶高速运行将部分藻体打碎，提供溶藻菌生长条件，这是本装置高效除藻的关键。运行后期，搅拌装置低速运行促进溶藻菌与藻类充分混合，整个体系处于悬浮状态，搅拌防止发生淤积，同时使水中含有一定浓度溶解氧，促进液面更新同时抑制藻类生长繁殖。
Description
技术领域
本发明属于污染水体处理技术领域，涉及富营养化水体藻类控制方法，具体涉及一种辅助溶藻菌溶藻的方法及原位混合充氧溶藻装置。
背景技术
全球水环境受污染，导致水体的严重富营养化，世界不同地区不断出现有害藻类水华爆发现象。藻类水华的爆发严重破坏了水生生态系统，此外，水华不仅会妨碍旅游观光和航运，而且造成水华现象的许多藻类都是有毒的。这种现象严重影响了水环境质量和水体生态安全，给人类健康、生物安全、经济社会发展造成重大损失。我国主要河流、水库、湖泊等由于污染造成的富营养化状态是普遍的，因此，如何快速发展控藻技术，来控制、减少、消除存在不同程度的水体富营养化现象，已经成为水环境领域需要迫切解决的热点问题。
目前藻类水华的控制方法主要包括物理方法，化学方法和生物方法。物理法除藻有很多方法，但在富营养水体中应用和实施起来并达到理想效果需要较高的成本；化学方法主要是通过投加化学药剂杀死或灭活水体中的藻类,但一些化学试剂的使用可能给环境带来二次污染，某些化学试剂的成本较高，不适于推广应用；目前研究和应用越来越多的是生物除藻，由于生物方法除藻相对于物理方法和化学方法成本较低，且能够高效的去除富营养化水中的藻类，生物法除藻在修复富营养化原水领域的应用越来越广泛。
溶藻细菌通过直接或间接方式溶藻，表现为抑制、溶解或者杀死藻类。溶藻细菌作为水生生态系统中生物链的重要成分，能够对水华控制、生态平衡和维持藻的生物平衡起到至关重要和不可替代的作用。然而，现有的辅助溶藻菌溶藻的原位充氧装置除藻率低，这一直是待解决的技术难点；另一方面，溶藻菌投入水中时不易扩散，溶藻时与藻类发生反应易形成污泥沉积。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种辅助溶藻菌溶藻的方法及原位混合溶藻装置，辅助溶藻菌实现高效溶藻。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术方案：
一种辅助溶藻菌溶藻的方法，所述方法包括如下步骤，步骤一、向待处理水中添加溶藻菌和H2O2，通过H2O2进行藻类物质预氧化，预氧化的同时，进行第一级搅拌破碎藻类物质供溶藻菌生长，步骤二、通过第二级搅拌进行溶藻菌溶藻；
所述第一级搅拌转速300r/min-350r/min，所述第二级搅拌转速100r/min-150r/min。
本发明还提供一种辅助溶藻菌溶藻的原位混合充氧装置，所述装置包括箱体、漂浮系统和投菌系统，箱体通过漂浮系统的浮力悬浮在水中，投菌系统位于箱体内；
本装置还包括加药系统和搅拌系统，所述加药系统包括H2O2贮存罐，H2O2贮存罐位于箱体内；
所述搅拌系统位于箱体下，搅拌系统包括转轴，所述转轴上平行设置上桨叶和下桨叶，所述上桨叶和下桨叶均倾斜于水平面，所述上桨叶采用单面锯齿形结构，所述搅拌系统分级运行，第一级300r/min-350r/min，第二级100r/min-150r/min。所述上桨叶和下桨叶均倾斜于水平面45°。第一级运行90min-100min。
搅拌系统转轴长2500mm-3000mm，与水底距离为50cm-60cm。
H2O2加入量为1mg/L-2.0mg/L。
所述供电系统包括太阳能供电板，蓄电池及多相逆变器，太阳能供电板位于箱体上，蓄电池及多相逆变器位于箱体内，太阳能供电板，蓄电池及多相逆变器采用管线连接，多相逆变器与搅拌系统、投菌系统和加药系统采用管线连接。
所述H2O2贮存罐内设置计量泵和闸阀；所述投菌系统包括菌剂贮藏罐，菌剂贮藏罐内设置计量泵和闸阀。
所述装置还包括叶绿素测定装置，位于箱体外。
所述漂浮系统位于箱体下，漂浮系统采用轻型发泡塑料。
所述装置还包括控制系统，控制系统控制蓄电池给搅拌系统、加药系统及投菌系统的计量泵供电。
本发明的有益效果为：
(1)本发明使用H2O2预氧化除藻，在高速搅拌的状态下使部分藻体裂解，同时增加水中有机物含量和溶解氧的浓度，利于溶藻菌繁殖，这是解决溶藻菌溶藻率低的关键。
(2)本发明的装置，其中的搅拌系统具有多过程集成化的作用：在运行前期，一方面利用H2O2增加水中溶解氧浓度，另一方面设计的桨叶高速运行将部分藻体打碎，提供溶藻菌繁殖生长条件，这是本装置高效除藻的关键。在运行后期，搅拌装置低速运行促进溶藻菌菌剂与藻类充分接触混合，整个体系处于悬浮状态，搅拌防止发生淤积，同时使水中含有一定浓度的溶解氧，促进液面更新同时抑制藻类生长繁殖。
(3)本发明供电系统将太阳能转换为电能，利用蓄电装置蓄电收发电能，节省了资源消耗，这种供电模式尤其适用于水体原位除藻装置。
(4)本发明的装置操作简单，管理方便。控制系统通过控制蓄电池给搅拌系统、加药系统及投菌系统的计量泵供电，可使装置既可以连续运行，也可以间歇运行。
附图说明
图1为本发明的装置结构主示意图；
图2、3、4分别为图1的A-A剖面图、B1-B1剖面图、B2-B2剖面图；
图5为实施例1的装置处理水体前后水中绿藻情况。
其中：1—箱体，2—漂浮系统，3—投菌系统，4—加药系统，5—搅拌系统，6—供电系统，7—计量泵，8—闸阀，9—叶绿素测定装置，10—控制系统；
3-1—菌剂贮藏罐；
4-1—H2O2贮存罐；
5-1—转轴，5-2—上桨叶，5-3—下桨叶；
6-1—太阳能供电板，6-2—蓄电池，6-3—多相逆变器。
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
现有的辅助溶藻菌溶藻的原位充氧装置除藻率低，这一直是待解决的技术难点，以往的研究主要集中在获取适应性强、除藻率高的溶藻菌上，或者如何使装置更有效搅拌混合上。然而，发明人研究发现，景观水中有机物含量和溶解氧浓度很低，溶藻菌投加到水中时，即使系统能稳定的搅拌使得溶藻菌与藻类接触均匀，但是溶藻菌难以生长繁殖，这才是造成溶藻率低的关键所在。
因此，本发明提供了一种新型设备辅助溶藻菌溶藻，设备运行前期，利用H2O2预氧化除去部分藻类，同时增加水中溶解氧浓度，提供溶藻菌溶藻所需溶解氧，再通过高速搅拌，使部分藻体裂解破碎释放有机物，提供溶藻菌溶藻所需有机物，供溶藻细菌高效生长繁殖。设备运行后期，利用溶藻菌溶藻，低速搅拌，使水处于悬浮状态，又不至于破坏溶藻菌，避免溶藻细菌沉淀或死亡，增加溶解氧，提高溶藻效率，抑制藻类生长繁殖。
在整个运行期间，有两次增加溶解氧的过程，第一次是运行前期，通过H2O2增加水中溶解氧浓度，主要是促进溶藻菌繁殖生长，为后期的溶藻提供条件，同时H2O2能够氧化除去部分藻类；第二次是运行后期，通过搅拌增加溶解氧，抑制藻类生长繁殖。
在整个运行期间，搅拌分级进行，运行前期，高速搅拌，通过搅拌的作用力及45°桨叶的剪切力，使部分藻体裂解破碎释放有机物，提供溶藻菌溶藻所需有机物；运行后期，低速搅拌，增加溶解氧，使整个体系处于悬浮状态。
为了取得较好的效果，使用本装置时，建议每220平方米的服务面积安装一台，溶解氧控制在2-3mg/L。
实施例1
本实施例提供一种辅助溶藻菌溶藻的方法，通过外加溶藻菌达到去除水体中污染物—藻类物质的目的，包括如下步骤，步骤一、向水体中投加溶藻菌和H2O2，通过H2O2进行水体中藻类物质的预氧化，预氧化的同时先进行第一级搅拌300r/min-350r/min，用于破碎水体中的藻类物质，此阶段主要为溶藻菌繁殖生长阶段，步骤二、再通过第二级搅拌100r/min-150r/min进行溶藻菌溶藻，此阶段主要是步骤一中得到的大量溶藻菌开始进行溶藻。
添加H2O2增加水中溶解氧浓度，第一级300r/min-350r/min的高速搅拌将部分藻体打碎，提供溶藻菌繁殖生长条件，这是本方法高效除藻的关键。后期，100r/min-150r/min低速搅拌促进溶藻菌菌剂与藻类充分接触混合，整个体系处于悬浮状态，搅拌防止发生淤积，同时使水中含有一定浓度的溶解氧，促进液面更新同时抑制藻类生长繁殖。
使用本方法可以使水体中藻类数量下降至少一个数量级。
实施例2
本实施例蓄电池采用铅酸蓄电池，搅拌系统的电机设置在箱体内部；菌剂贮存罐容积为5L，H2O2贮存罐容积为2L。漂浮系统2采用轻型发泡塑料。H2O2贮存罐、计量泵和闸阀之间采用管线连接；菌剂贮存罐、计量泵和闸阀之间采用管线连接；叶绿素测定装置、菌剂贮存罐、H2O2贮存罐及箱体表层采用不锈钢材质。
遵从上述技术方案，如图1-4所示，本实施例提供一种辅助溶藻菌溶藻的原位混合充氧装置，包括箱体1、漂浮系统2和投菌系统3，箱体1通过漂浮系统1的浮力悬浮在水中，用于投加菌剂的投菌系统3位于箱体1内。加药系统4包括H2O2贮存罐4-1、计量泵7和闸阀8，H2O2贮存罐4-1用于贮存H2O2，计量泵7用于监控H2O2投加量，闸阀8用于启停加药系统4，H2O2贮存罐4-1位于箱体1内。
搅拌系统5位于箱体1下处于水体中，搅拌系统5包括转轴5-1，转轴5-1上平行设置上桨叶5-2和下桨叶5-3，上桨叶5-2和下桨叶5-3均倾斜于水平面，上桨叶5-2采用单面锯齿形结构，上桨叶5-2和下桨叶5-3均倾斜于水平面45°，告诉搅拌时，45°单面锯齿形这种结构有利于破碎藻类。搅拌系统5分级运行，第一级300r/min-350r/min，运行90min-100min，在此转速内，可有效破碎藻类，90min-100min的运行时间给菌剂繁殖提供充足时间，第二级100r/min-150r/min，此转速较低，一方面，起到搅拌及增加溶解氧、抑制藻类繁殖作用，另一方面不至于破坏溶藻菌，影响其溶藻效果。转轴5-1长2500mm-3000mm，与水底距离为50cm-60cm，避免搅拌过程中底泥进入水体，污染景观水体的水质。
H2O2贮存罐4-1中H2O2加入量为1mg/L-2.0mg/L，通过化学氧化使部分藻体裂解，同时在化学氧化过程中形成氧气，增加水体的溶解氧。
本装置还包括供电系统6及叶绿素测定装置9，供电系统6包括太阳能供电板6-1，蓄电池6-2及多相逆变器6-3，太阳能供电板6-1位于箱体1上，蓄电池6-2及多相逆变器6-3位于箱体1内，太阳能供电板6-1，蓄电池6-2及多相逆变器6-3采用管线连接，多相逆变器6-3与搅拌系统5、投菌系统3和加药系统4采用管线连接。供电系统6将太阳能转化为电能，给系统供电，另一方面，控制系统10采集叶绿素测定装置9测定的水体中叶绿素含量，根据水体中叶绿素含量调节脉动信号改变计量泵7的频率，调节菌剂投加量。应用太阳能供电系统10可以节省能能源，并增加装置在不同场合的适用性。
本装置还包括控制系统10，控制系统10控制蓄电池6-2给搅拌系统5及计量泵7供电。控制系统10通过采集水体叶绿素光信号来控制蓄电池6-2给搅拌系统5及投菌系统3，加药系统4的计量泵7供电，进而控制投加量。这部分控制系统10不做详细介绍，可采用常规的编程或部件，只要能实现上述功能。
本装置工作过程为：
使用本装置时，先对溶藻菌进行前期驯化，使溶藻细菌能够快速适应待修复水体的水生环境。方法为：取待修复的富营养化水体，按照5000转/分钟的速度离心，将离心后的藻体收集，按照1g/L将收集的藻体加入溶藻细菌的菌液，120转/分钟振荡培养24小时后，装入菌剂贮存罐，应用于富营养化水体原位控藻。
第一阶段搅拌系统以高转速运行，加药系统4向水中投加1mg/L的H2O2，第一阶段持续90min。第二阶段，控制系统10采集叶绿素测定装置9测定的水体中叶绿素含量，根据水体中叶绿素含量调节脉动信号改变计量泵7的频率，调节菌剂投加量向待处理的水中加入溶藻菌，溶藻菌与水中的藻类相互作用，在搅拌系统5的作用下两者充分混合反应，达到水体控藻目的。
按照上述的工艺参数运行一段时间后，表1列出了运行前后本装置的溶藻效果，通过COD含量，藻数量及细菌数量进行表征，COD测定采用高锰酸钾法，藻及细菌的个数采用流式细胞仪进行测定。
景观水体取自西安某小区人工湖，处理前水体表面漂浮绿色的藻类，部分区域散发恶臭气味，处理后水体底部产生沉淀物，水体清澈透明，如图5。
表1 装置处理效果
对比例1
本对比例给出一种辅助溶藻菌溶藻的原位充氧装置，装置包括箱体、漂浮系统和投菌系统，这三部分设计与分布与实施例2相同，不同的是，对比例的装置无加药系统，并且搅拌装置为普通平面桨叶，整个运行过程，搅拌转速恒定(＜100r/min)。运行7天后，经检测实施例2本装置的除藻率为95.87％，而对比例1装置的除藻率仅为56.48％。
Claims (8)
1.一种辅助溶藻菌溶藻的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤，
步骤一、取待修复的富营养化水体，按照5000转/分钟的速度离心，将离心后的藻体收集，按照1g/L将收集的藻体加入溶藻细菌的菌液，120转/分钟振荡培养24小时后，装入菌剂贮存罐，应用于富营养化水体原位控藻；
向待处理水中添加溶藻菌和H2O2，通过H2O2进行藻类物质预氧化，预氧化的同时，进行第一级搅拌破碎藻类物质供溶藻菌生长，步骤二、通过第二级搅拌进行溶藻菌溶藻；
所述第一级搅拌转速300 r/min -350r/min，所述第二级搅拌转速100 r/min -150r/min；
上述辅助溶藻菌溶藻的方法依靠如下的原位混合溶藻装置实现，包括箱体（1）、漂浮系统（2）、投菌系统（3）、加药系统（4）和搅拌系统（5），箱体（1）通过漂浮系统（2）的浮力悬浮在水中，投菌系统（3）位于箱体（1）内；所述加药系统（4）包括H2O2贮存罐（4-1），H2O2贮存罐（4-1）位于箱体（1）内；所述搅拌系统（5）位于箱体（1）下，搅拌系统（5）包括转轴（5-1），所述转轴（5-1）上平行设置上桨叶（5-2）和下桨叶（5-3），所述上桨叶（5-2）和下桨叶（5-3）均倾斜于水平面，所述上桨叶（5-2）采用单面锯齿形结构。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述上桨叶（5-2）和下桨叶（5-3）均倾斜于水平面45°。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述转轴（5-1）长2500 mm -3000mm，与水底距离为50 cm -60cm。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述H2O2贮存罐（4-1）中H2O2加入量为1 mg/L -2.0mg/L。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述装置还包括供电系统（6），所述供电系统（6）包括太阳能供电板（6-1），蓄电池（6-2）及多相逆变器（6-3），太阳能供电板（6-1）位于箱体（1）上，蓄电池（6-2）及多相逆变器（6-3）位于箱体（1）内，太阳能供电板（6-1），蓄电池（6-2）及多相逆变器（6-3）采用电线连接，多相逆变器（6-3）与搅拌系统（5）、投菌系统（3）和加药系统（4）采用电线连接。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述投菌系统（3）包括菌剂贮藏罐（3-1），菌剂贮藏罐（3-1）和H2O2贮存罐（4-1）内均设置计量泵（7）和闸阀（8），所述漂浮系统（2）位于箱体（1）下，漂浮系统（2）采用轻型发泡塑料。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述装置还包括叶绿素测定装置（9），位于箱体（1）外右侧。
8.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述装置还包括控制系统（10），控制系统（10）控制蓄电池（6-2）给搅拌系统（5）及计量泵（7）供电。
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