CN108516645A - 一种蓝藻富集分离装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝藻富集分离装置及方法，包括取水管、藻水提升泵、蓝藻富集渠、超声除藻管和藻水分离装置，取水管前端用于收集原水表层藻水，取水管的末端与藻水提升泵的入口连通，藻水提升泵的出口与蓝藻富集渠连通，蓝藻富集渠中设有蓝藻富集装置，蓝藻富集装置用于将蓝藻富集渠中藻水上层的高浓度藻水分离出来，经过蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水回注到原水中，高浓度藻水进入到超声除藻管中，超声除藻管用于破坏蓝藻伪空胞，超声除藻管的出口与藻水分离装置连通。本发明具有能耗低、处理规模大的优点，且不需要添加药剂。

Description

一种蓝藻富集分离装置及方法

技术领域

本发明涉及藻水分离技术领域，特别是涉及一种蓝藻富集分离装置及方法。

背景技术

蓝藻水华常会引发水体缺氧、水体异味、供水处理系统堵塞等严重的问题，而且一些蓝藻产生的毒素对水生生物、家畜以及人类的健康都存在着极大的威胁。蓝藻大量爆发，已严重阻碍社会、经济可持续发展，其治理已刻不容缓。目前水体控藻的方法较多，包括物理方法，化学方法，物理化学方法、生物及生物操纵方法等。物理方法包括机械捞藻、超声波抑藻、曝气控藻、电磁波杀藻、遮光控藻等方法。物理方法相对其它控藻方法较为安全，其中机械捞藻和超声波抑藻更为安全，既不会带来新的化学污染，也不会有新的物种入侵，但同时存在着能耗相对较高、处理能力无法满足需求等缺点。

例如：现有技术中，申请号为CN201420624664.0的专利公开了一种超声波强化混凝沉淀蓝藻无破损水处理装置，该装置利用超声波破坏蓝藻伪空胞，通过混凝沉淀去除水中蓝藻。申请号为CN 201620362626.1的专利公开了一种藻水分离站，该设备通过将藻水投入反应釜，利用藻细胞上浮的特性实现藻细胞的富集，然后通过机械压榨实现藻水分离。申请号为CN201410684214.5的专利公开了一种蓝藻脱水方法，该方法通过将高浓度蓝藻经超声波处理2～6min，然后向超声后的高浓度蓝藻中加入絮凝剂并进行压滤脱水。

上述现有技术中虽然能够实现在藻细胞不破裂的同时实现藻水分离，但其存在以下问题：第一，超声波强化混凝沉淀蓝藻无破损水处理装置进水藻细胞浓度低，大部分的超声波能量被水、吸声棉吸收，只有一小部分用于破坏蓝藻伪空胞，超声能量利用效率低；第二，藻水分离站所公布的设备结构复杂，处理流程繁琐，难于实现大规模的藻水分离；第三，三项专利在运行过程中都投加了化学药剂，增加了处理成本，同时带来了新的化学污染。

可以看出，现有除藻技术的运行需要消耗较多的能量和资金，且处理规模较小，而且由于投加了药剂，长期运行还会带来新的化学污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种低能耗的蓝藻富集分离装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使其能够大规模处理藻水，且不需要添加药剂。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种蓝藻富集分离装置，包括取水管、藻水提升泵、蓝藻富集渠、超声除藻管和藻水分离装置，所述取水管前端用于收集原水表层藻水，所述取水管的末端与所述藻水提升泵的入口连通，所述藻水提升泵的出口与所述蓝藻富集渠连通，所述蓝藻富集渠中设有蓝藻富集装置，蓝藻富集装置用于将所述蓝藻富集渠中藻水上层的高浓度藻水分离出来，经过所述蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水回注到原水中，所述高浓度藻水进入到所述超声除藻管中，所述超声除藻管用于破坏蓝藻伪空胞，所述超声除藻管的出口与所述藻水分离装置连通。

优选地，所述蓝藻富集渠包括依次贯通的配水渠、主渠和出水槽，所述配水渠设置在所述主渠前端，所述藻水提升泵的出口与所述配水渠连通，所述出水槽与所述主渠之间设有可调节闸门。

优选地，所述主渠的一侧设有收集槽，所述收集槽与所述主渠通过溢流口连通，所述收集槽的底部通过管道与所述超声除藻管的入口连通；所述蓝藻富集装置包括垂直隔板、水平隔板、导流板和挡板，所述垂直隔板为若干个均匀设置在所述主渠内，所述垂直隔板的顶端低于所述溢流口，所述水平隔板设置于所述垂直隔板顶端，所述导流板设置于所述水平隔板的后端上侧，主渠中藻水的水位高于所述溢流口的底边，所述水平隔板和所述导流板相对于所述主渠在水平面内倾斜设置，所述导流板一端延伸至所述溢流口，所述导流板另一端与设有所述溢流口相对侧的所述主渠连接，且所述导流板的另一端较延伸至所述溢流口的一端更靠近前侧；所述挡板设置在所述可调节闸门和所述导流板之间，所述挡板底端与所述主渠底部之间留有间隙。

优选地，所述取水管前端呈U形，所述取水管的管口位于原水的水面0.5m以下；所述蓝藻富集渠的长宽比为15：1～60：1，所述垂直隔板的间距为0.1～0.5m，所述水平隔板与所述主渠的底部的间距为1m，所述挡板底端与所述主渠底部的间距为0.5m，所述可调节闸门的水位调节范围为0～0.5m；所述挡板设置在所述可调节闸门前侧0.5m处。

优选地，所述超声除藻管内壁沿周向均布有至少三个条形超声波震板，所述条形超声波震板内部沿所述超声除藻管轴向均布有若干个超声振子。

优选地，所述超声除藻管的内壁采用刚性材料制成并进行抛光处理，表面粗糙度Ra不低于0.8；所述超声振子间距为100～300mm，所述超声除藻管水平设置。

优选地，所述藻水分离装置包括沉淀设施和脱水设施，所述超声除藻管的出口与所述沉淀设施的分布管上端连通，所述分布管的下端延伸进入所述沉淀设施的沉淀池，所述沉淀池的底部呈锥形，所述沉淀池的底部通过管道与所述脱水设施的入口连通，所述脱水设施用于分离蓝藻和水。

优选地，所述蓝藻富集渠、所述超声除藻管和所述沉淀设施的高度依次降低，且所述蓝藻富集渠高于所述原水的水面，经过所述蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水在重力的作用下回流到原水中。

本发明还提供了一种蓝藻富集分离方法，利用藻水提升泵将原水表层藻水注入到蓝藻富集渠，当水位高于垂直隔板的顶端也高于水平隔板和溢流口，但不超过导流板时，开启可调节闸门，使藻水从左至右水平流动起来，配水渠中的藻水均匀进入主渠的廊道内，藻水在廊道内平缓流动，蓝藻在表层富集，水平隔板将表层高浓度藻水与下层水分离，通过调节可调节闸门控制蓝藻富集渠内水位高于溢流口底边，利用导流板将高浓度藻水导流入收集槽中，下层低浓度藻水经挡板、可调节闸门流入出水槽，然后回流至原水；收集槽中的高浓度藻水经管道流入超声除藻管，蓝藻在超声的作用下蓝藻伪空包破裂，使蓝藻失去漂浮能力，然后蓝藻流入沉淀设施，蓝藻沉入沉淀池底部，沉淀池底部的蓝藻混浊液然后在脱水设施的负压吸引下进入脱水设施，进一步脱除蓝藻混浊液中的水分，水分流入集水容器中，脱水后的蓝藻排入收集容器中，以待后续处理。

优选地，所述蓝藻富集渠内藻水的流速为0.03～0.06m/s，水力停留时间为30min～60min；

所述超声除藻管内部超声强度为0.1～0.25W/cm²，所述高浓度藻水在所述超声除藻管中的水力停留时间为5～10s；

所述脱水设施的工作压力不大于1.0MPa。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明对蓝藻的处理过程中无需投加化学药剂，不破坏蓝藻细胞，而是利用了蓝藻的上浮特性以及蓝藻伪空胞对超声波敏感的特性实现蓝藻的高效富集分离，不会造成新的化学污染及藻毒素和藻细胞液的泄露。

原水经蓝藻富集渠富集后再进行后续的处理，将原水的体积减少了80％以上，减少了后续处理单元的处理压力。进入超声除藻管的为高浓度藻水，超声波能量更多的用来作用于蓝藻伪空胞，而不是被水吸收，提高了能量的利用效率，超声除藻管内壁采用刚性材料，内壁进行抛光处理，超声波在管内不断反射，形成均匀强度的超声波场，减少了超声波能量的损失。综合地提高了本发明的处理能力。

本发明的蓝藻富集渠构造简单，建设成本低，也可以多组并联使用，增大了本发明的处理规模。

经过蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水利用重力自流到原水中，高浓度藻水的富集以及在收集槽、超声除藻管和沉淀设施中的流动均是利用重力自流作用，整个工艺能耗较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明蓝藻富集分离装置的整体结构示意图；

图2为本发明蓝藻富集渠俯视结构示意图；

图3为本发明超声除藻管的径向剖视结构示意图；

其中：1-取水管，2-藻水提升泵，3-蓝藻富集渠，4-超声除藻管，5-沉淀设施，6-脱水设施，3-1-配水渠，3-2-垂直隔板，3-3-水平隔板，3-4-导流板，3-5-收集槽，3-6-挡板，3-7-可调节闸门，3-8-出水槽，3-9-主渠，3-10-溢流口，4-1-条形超声波震板，4-2-超声振子。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种低能耗的蓝藻富集分离装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，使其能够大规模处理藻水，且不需要添加药剂。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示：本实施例提供了一种蓝藻富集分离装置，包括取水管1、藻水提升泵2、蓝藻富集渠3、超声除藻管4和藻水分离装置，藻水分离装置优选包括沉淀设施5和脱水设施6，脱水设施6采用本领域常用的液固分离设备即可。蓝藻富集渠3的底部高于原水的水面，蓝藻富集渠3、超声除藻管4和沉淀设施5的高度依次降低，以便于蓝藻在水力作用下自流动，可通过调节设备之间的高度差来调节蓝藻在各设备中的水力停留时间。

取水管1前端呈U形，取水管1的管口位于原水的水面0.5m以下，取水管1前端在藻水提升泵2形成的负压下能够收集原水表层藻水。取水管1的末端与藻水提升泵2的入口连通，藻水提升泵2的出口与蓝藻富集渠3连通，蓝藻富集渠3中设有蓝藻富集装置，蓝藻富集装置用于将蓝藻富集渠3中藻水上层的高浓度藻水(此处高浓度指含藻浓度较高，下同)分离出来，分离出来的高浓度藻水相对于进入到蓝藻富集渠3中的原水而言体积可减少80％以上。经过蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水在重力的作用下回流到原水中。高浓度藻水通过管道进入到超声除藻管4中，超声除藻管4用于破坏蓝藻伪空胞，超声除藻管4的出口与沉淀设施5的分布管上端连通，分布管的下端呈喇叭形并延伸进入沉淀设施5的沉淀池，分布管的下端下侧还设有用于分流的布料块，使经过超声破坏后的高浓度藻水可沿周向均匀分布沉淀。沉淀池的底部呈锥形，用于汇集沉淀下来的蓝藻，沉淀池的底部通过管道与脱水设施6的入口连通，脱水设施6用于分离蓝藻和水。脱水设施6的工作压力优选不大于1.0MPa，以不破坏蓝藻细胞、藻毒素和藻细胞液不泄露为准。

如图2所示：蓝藻富集渠3包括依次贯通的配水渠3-1、主渠3-9和出水槽3-8，配水渠3-1设置在主渠3-9前端，藻水提升泵2的出口与配水渠3-1的底部连通，出水槽3-8与主渠3-9之间设有可调节闸门3-7。

主渠3-9的一侧设有收集槽3-5，收集槽3-5与主渠3-9通过溢流口3-10连通，收集槽3-5的底部通过管道与超声除藻管4的入口连通；蓝藻富集装置包括垂直隔板3-2、水平隔板3-3、导流板3-4和挡板3-6，垂直隔板3-2为若干个均匀设置在主渠3-9内，垂直隔板3-2与主渠3-9的长度方向平行，将主渠3-9分隔为若干个廊道。垂直隔板3-2的顶端低于溢流口3-10，水平隔板3-3设置于垂直隔板3-2顶端，导流板3-4设置于水平隔板3-3的后端上侧，主渠3-9中藻水的水位高于垂直隔板3-2的顶端也高于水平隔板3-3和溢流口3-10，但不超过导流板3-4，水平隔板3-3和导流板3-4相对于主渠3-9在水平面内倾斜设置，导流板3-4上端延伸至溢流口3-10，导流板3-4下端与设有溢流口3-10相对侧的主渠3-9连接，且导流板3-4的下端较上端更靠近前侧(前侧指水流的上游侧)，使蓝藻在水力的作用下可逐渐流向溢流口3-10，然后流入收集槽3-5。本实施例中溢流口3-10、水平隔板3-3和导流板3-4设置了两组，可有效提高对蓝藻的拦截效果，当然也可以设置为更多组，以进一步提高对蓝藻的拦截效果，但相应的建设成本会增高，当设置为多组时，间隔优选为2m，且应尽量靠近主渠3-9的下游侧。

挡板3-6设置在可调节闸门3-7和导流板3-4之间，挡板3-6底端与主渠3-9底部之间留有间隙，挡板3-6与导流板3-4之间的空间可容纳未被拦截的少量蓝藻，防止蓝藻回流至原水中，蓝藻在此处汇集较多后可通过人工打捞至收集槽3-5。

蓝藻富集渠3的长宽比优选为15：1～60：1，垂直隔板3-2的间距优选为0.1～0.5m，水平隔板3-3与主渠3-9的底部的间距优选为1m，挡板3-6底端与主渠3-9底部的间距优选为0.5m，可调节闸门3-7的水位调节范围为0～0.5m，通过调节水位的高低可调节高浓度藻水的含藻密度；挡板3-6优选设置在可调节闸门3-7前侧0.5m处；蓝藻富集渠3内藻水的流速优选为0.03～0.06m/s，水力停留时间优选为30min～60min。

如图1和图3所示：超声除藻管4水平设置，超声除藻管4内壁沿周向均布有三个条形超声波震板4-1，当然也可以为四个以上，以超声除藻管4内部超声强度在0.1～0.25W/cm²之间为准。条形超声波震板4-1内部沿超声除藻管4轴向均布有若干个超声振子4-2，超声振子4-2间距优选为100～300mm。超声除藻管4的内壁采用刚性材料制成并进行抛光处理，刚性材料优选为不锈钢，表面粗糙度Ra优选不低于0.8。高浓度藻水在超声除藻管4中的水力停留时间优选为5～10s。

利用本实施例的蓝藻富集分离装置富集分离蓝藻的方法如下：

开启藻水提升泵2，将藻水注入蓝藻富集渠3，当水位高于垂直隔板3-2的顶端也高于水平隔板3-3和溢流口3-10，但不超过导流板3-4后，可开启可调节闸门3-7，使藻水从左至右水平流动起来，配水渠3-1中的藻水均匀进入主渠3-9的廊道内，藻水在廊道内平缓流动，蓝藻在表层富集，水平隔板3-3将表层高浓度藻水与下层水分离，通过调节可调节闸门3-7，控制蓝藻富集渠3内水位高于溢流口3-10底边，利用导流板3-4可将高浓度藻水导流入收集槽3-5中，下层低浓度藻水经挡板3-6、可调节闸门3-7流入出水槽3-8，然后回流至原水；收集槽3-5中的高浓度藻水经管道流入超声除藻管4，蓝藻在超声的作用下蓝藻伪空包破裂，使蓝藻失去漂浮能力，然后蓝藻流入沉淀设施5，蓝藻沉入沉淀池底部，沉淀池底部的蓝藻混浊液然后在脱水设施6的负压吸引下进入脱水设施6，进一步脱除蓝藻混浊液中的水分，水分流入集水容器中，脱水的蓝藻可排入收集容器中，以待后续处理。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种蓝藻富集分离装置，其特征在于：包括取水管、藻水提升泵、蓝藻富集渠、超声除藻管和藻水分离装置，所述取水管前端用于收集原水表层藻水，所述取水管的末端与所述藻水提升泵的入口连通，所述藻水提升泵的出口与所述蓝藻富集渠连通，所述蓝藻富集渠中设有蓝藻富集装置，蓝藻富集装置用于将所述蓝藻富集渠中藻水上层的高浓度藻水分离出来，经过所述蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水回注到原水中，所述高浓度藻水进入到所述超声除藻管中，所述超声除藻管用于破坏蓝藻伪空胞，所述超声除藻管的出口与所述藻水分离装置连通。

2.根据权利要求1所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述蓝藻富集渠包括依次贯通的配水渠、主渠和出水槽，所述配水渠设置在所述主渠前端，所述藻水提升泵的出口与所述配水渠连通，所述出水槽与所述主渠之间设有可调节闸门。

3.根据权利要求2所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述主渠的一侧设有收集槽，所述收集槽与所述主渠通过溢流口连通，所述收集槽的底部通过管道与所述超声除藻管的入口连通；所述蓝藻富集装置包括垂直隔板、水平隔板、导流板和挡板，所述垂直隔板为若干个均匀设置在所述主渠内，所述垂直隔板的顶端低于所述溢流口，所述水平隔板设置于所述垂直隔板顶端，所述导流板设置于所述水平隔板的后端上侧，主渠中藻水的水位高于所述溢流口的底边，所述水平隔板和所述导流板相对于所述主渠在水平面内倾斜设置，所述导流板一端延伸至所述溢流口，所述导流板另一端与设有所述溢流口相对侧的所述主渠连接，且所述导流板的另一端较延伸至所述溢流口的一端更靠近前侧；所述挡板设置在所述可调节闸门和所述导流板之间，所述挡板底端与所述主渠底部之间留有间隙。

4.根据权利要求3所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述取水管前端呈U形，所述取水管的管口位于原水的水面0.5m以下；所述蓝藻富集渠的长宽比为15：1～60：1，所述垂直隔板的间距为0.1～0.5m，所述水平隔板与所述主渠的底部的间距为1m，所述挡板底端与所述主渠底部的间距为0.5m，所述可调节闸门的水位调节范围为0～0.5m；所述挡板设置在所述可调节闸门前侧0.5m处。

5.根据权利要求1所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述超声除藻管内壁沿周向均布有至少三个条形超声波震板，所述条形超声波震板内部沿所述超声除藻管轴向均布有若干个超声振子。

6.根据权利要求5所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述超声除藻管的内壁采用刚性材料制成并进行抛光处理，表面粗糙度Ra不低于0.8；所述超声振子间距为100～300mm，所述超声除藻管水平设置。

7.根据权利要求1所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述藻水分离装置包括沉淀设施和脱水设施，所述超声除藻管的出口与所述沉淀设施的分布管上端连通，所述分布管的下端延伸进入所述沉淀设施的沉淀池，所述沉淀池的底部呈锥形，所述沉淀池的底部通过管道与所述脱水设施的入口连通，所述脱水设施用于分离蓝藻和水。

8.根据权利要求7所述的蓝藻富集分离装置，其特征在于：所述蓝藻富集渠、所述超声除藻管和所述沉淀设施的高度依次降低，且所述蓝藻富集渠高于所述原水的水面，经过所述蓝藻富集装置分离后的下层低浓度藻水在重力的作用下回流到原水中。

9.一种蓝藻富集分离方法，其特征在于：利用藻水提升泵将原水表层藻水注入到蓝藻富集渠，当水位高于垂直隔板的顶端也高于水平隔板和溢流口，但不超过导流板时，开启可调节闸门，使藻水从左至右水平流动起来，配水渠中的藻水均匀进入主渠的廊道内，藻水在廊道内平缓流动，蓝藻在表层富集，水平隔板将表层高浓度藻水与下层水分离，通过调节可调节闸门控制蓝藻富集渠内水位高于溢流口底边，利用导流板将高浓度藻水导流入收集槽中，下层低浓度藻水经挡板、可调节闸门流入出水槽，然后回流至原水；收集槽中的高浓度藻水经管道流入超声除藻管，蓝藻在超声的作用下蓝藻伪空包破裂，使蓝藻失去漂浮能力，然后蓝藻流入沉淀设施，蓝藻沉入沉淀池底部，沉淀池底部的蓝藻混浊液然后在脱水设施的负压吸引下进入脱水设施，进一步脱除蓝藻混浊液中的水分，水分流入集水容器中，脱水后的蓝藻排入收集容器中，以待后续处理。

10.根据权利要求9所述的蓝藻富集分离方法，其特征在于：

所述蓝藻富集渠内藻水的流速为0.03～0.06m/s，水力停留时间为30min～60min；

所述超声除藻管内部超声强度为0.1～0.25W/cm²，所述高浓度藻水在所述超声除藻管中的水力停留时间为5～10s；

所述脱水设施的工作压力不大于1.0MPa。