CN110078144A - 太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置及其使用方法，本装置设置在浮体框架上，浮体框架上固定有太阳能板，太阳能板下部靠近水面处设有半导体制冷片，半导体制冷片下面设有降温棒，将半导体制冷片产生的制冷量传递到水中以降低水体温度；太阳能板同时构成遮光板。本发明以太阳能为电源、采用半导体制冷片与降温棒、太阳能板遮光联合应用的蓝藻生长抑制装置。本发明基于藻类在光照下和温度升高时暴发的特性，以太阳能为动力，采用半导体制冷片降低水体温度，达到降低水体温度和光照的作用，破坏蓝藻暴发的环境条件，从而达到抑制蓝藻暴发的效果。本发明克服了传统技术的种种不足，能够明显抑制藻类生长。

Description

太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种抑制藻类生长的装置和方法，特别是涉及一种以太阳能为电源、半导体制冷片制冷降低水温与太阳能板遮光联合应用的蓝藻生长抑制装置，以及这种装置的使用方法。

背景技术

蓝藻是一种分布普遍，生长迅速的藻类。随着水体被污染程度的加深，蓝藻常常在各种水域中泛滥生长，甚至出现蓝藻暴发事件。过度生长的蓝藻大量腐烂后造成水体黑臭，成为常见的二次污染源。在很多公共水域中，特别是在城市的水源地，如何抑制蓝藻的生长，并进一步治理蓝藻污染，已经成为一个技术难题。现有技术中蓝藻治理方法有：

1、物理除藻方法：大体可分为工程除藻和直接物理除藻。

工程除藻主要是采用引水换水、底泥疏浚、围隔拦截等工程。引水换水 用“以清释污”方法对污染水体进行稀释，可以使水体富营养化关键性水质指标总磷和有机物污染指标、高锰酸盐指数浓度等有所下降。但对于蓄水量较大的水域，补水量太小起不到净化效果，而提高补水量又造成水资源的大量浪费，费用高昂。所以“引水释污”只是起到一个“治标不治本”暂缓效果，对于富营养化严重的湖泊，采用“引水释污”不是一个长久之计。底泥疏浚 “清淤挖泥”可减少积存湖内的大量有机碳、氮、磷等营养物质，增大湖的蓄水量，是减少内源性污染的有效途径和措施。但是大规模清淤，可能会破坏湖泊原有的生物种群结构和生境，削弱其自净功能，对生态修复带来负面影响。围隔拦截 只能限制蓝藻繁殖面积扩大，达不到治理蓝藻的效果。

直接物理除藻：主要指机械清除、吸附、曝气和气浮、磁聚除藻、超声波和电磁波除藻、遮光、过滤、人工打捞等多种方法。

人工打捞收获藻类是控制蓝藻总量最直接的方式，能有效减轻局部水华灾害，在收获藻类的同时起到输出营养物的作用，减轻藻体死亡分解引起的藻毒素污染。由于人工打捞收集手段落后，时间有限，导致效率低、费用高。机械除藻 机械除藻是将藻类从湖泊中移出的一种机械方式，一般应用在蓝藻富集区，采用固定式除藻设施和除藻船对区域内湖水进行循环处理，有效清除浮藻层，为化学或生物除藻等措施的实施创造条件，可以作为辅助措施。其他方法：目前的其他物理除藻方法也都存在效率低、成本高、不能大规模除藻等弊端，离实际应用还存在差距。例如深水曝气虽然能使湖底层水体中NH₃、TP 浓度下降, 溶解氧（DO）浓度上升, 但叶绿素a含量却没有明显变化。磁聚除藻、超声波和电磁波除藻只适合水厂中小规模除藻，推广困难，不能解决湖泊的富营养和藻类污染问题。

2、化学方法：目前，常用的杀藻剂主要有硫酸铜、高锰酸盐、硫酸铝、高铁酸盐复合药剂、液氯、ClO₂、O₃ 和H₂O₂ 等。利用化学杀藻剂除藻无疑是一种效果显著、见效快的有效途径,但这仅仅也是一种治标方法，必须慎重使用。一是用化学杀藻剂除藻后的蓝藻尸体仍留在水体中，并不断释放藻毒素；二是化学杀藻剂本身往往都存在毒副作用，造成二次污染，对水体生物影响很大，使用化学药剂后的河道不利于生物恢复；三是使用化学杀藻剂仅能在短时间内对水体中藻类有控制作用，由于不能彻底杀灭，时隔不久又死灰复燃，有时甚至变本加厉，对水体将是一种恶性循环。可以说，运用化学方法治理河道是“饮鸩止渴”。国家已经限制化学方法在河道治理中的使用。

3、生物方法治理蓝藻原理：利用Eama-11蓝藻生物抑制剂快速抑制蓝藻的生长繁殖。它是从自然环境里筛选出来的对蓝藻生长有抑制效果的微生物经过驯化培养而成。极易溶解在水中，能快速扩散到蓝藻细胞表面，并渗透到细胞内部破坏细胞功能性蛋白基团，使细胞蛋白质合成受到抑制，细胞正常代谢终止，最终控制蓝藻生长。生物-生态修复技术：包括微生态系统修复技术、人工湿地技术、浮岛技术、植物操控技术，生态护堤技术，生态复氧技术、生态清淤技术、水生动物恢复和重建技术等。这些生物方法治理见效较慢，短期效果不明显。

以上各种技术方案各有利弊，都没有达到防患于未然的效果。如何在蓝藻尚未大量生长以前就采取措施制止它的生长，已经公开的现有技术中尚未有适当的方案。

发明内容

本发明的目的是针对水库（水源地水库）和湖泊蓝藻暴发对水质造成的严重影响，提供一种以太阳能为电源、半导体制冷片制冷与太阳能板遮光联合应用的蓝藻生长抑制装置和方法，该装置是以太阳能为电源、半导体制冷片制冷与降温棒、太阳能板遮光联合应用的藻类生长抑制装置。本发明基于藻类在光照和温度升高时暴发的特性，以太阳能为动力，采用半导体制冷片，同时达到遮光和降低水温的作用，破坏蓝藻快速生长的环境条件，从而达到抑制蓝藻暴发的目的。

完成上述发明任务的技术方案在，一种太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，本蓝藻生长抑制装置设置在浮体框架上，其特征在于，所述浮体框架上固定有太阳能板，该太阳能板下部靠近水面处设有半导体制冷片，所述半导体制冷片下面设有降温棒，将半导体制冷片产生的制冷量传递到水中以降低水体温度；所述太阳能板同时构成遮光板（既为半导体制冷片制冷提供电源，又能遮挡光照）。

换言之，本发明装置（参照图1）包括由漂浮体5与连接杆2组成的浮体框架、太阳能板1、半导体制冷片4、散热片3、降温棒6、保温罩7。浮体框架由能够承载一定重量的浮体和不锈钢框架组成，其长度和宽度根据使用现场情况确定。太阳能板放在浮体框架上，其作用有二，一是利用太阳能为半导体制冷片制冷提供电源，二是利用太阳能板遮光，降低水体的光照度；太阳能板尺寸按照浮体框架大小确定，达到既能遮光又满足制冷片用电的要求；半导体制冷片放在太阳能板下部靠近水面处，根据热电效应，采用特殊半导体材料热电堆来制冷，半导体制冷片的尺寸按照浮体框架大小确定；降温棒是将制冷器产生的制冷量传递到水中，根据半导体制冷器的功率确定；保温罩起到与周围环境温度隔离的作用。

该装置自上而下由太阳能板-散热片-半导体制冷片-降温棒组成，搁置在浮体框架上，浮体框架四周有保温罩。

本发明的遮光降温抑制蓝藻装置的工作原理如下。

影响蓝藻增殖的环境因素有温度、光照度、营养盐和pH等。微囊藻作为常见的水华藻种，比较适合其生长的水温为16~35℃，夏季和初秋高温季节微囊藻容易形成水华，与温度有密切关系。此外，已有实验显示，在0 lx的入射光照度下，铜绿微囊藻从0h时的47.2μg/（μg·Chla）经过12h下降到 25.5μg /（μg·Chla），表明在低光照度下藻类消耗胞内碳水化合物，密度能够在短时间内降低，而在光照充足的条件下底层藻细胞数呈上升趋势。因此，根据藻类在缺乏光照和低温环境下生长缓慢的特性，从遮光和降低水体温度两个方面入手，提出本发明。

首先，采用18V50W单晶硅太阳能板，光伏发电，为半导体制冷器提供电源，外形尺寸长、 宽、厚分别为 670×540×30mm。

在通电1分钟后，半导体制冷片一端的电子由负极（-）出发，经过P型半导体，在此吸收热量，到达N型半导体，又将热量放出，每经过一个N-P模组，就有热量由一边被送到另外一边，从而形成冷热端的温差，在制冷面形成一个低温环境。单个制冷元件外形尺寸长、宽、厚分别为50×50×3.4mm，可根据需要将单个致冷元件组合成电堆，以便调整制冷功率。

降温棒是将制冷片产生的制冷量传递到水中，采用长、宽、高、厚分别为25×25×200×2mm方管，方管为304不锈钢，对水质没有影响，方管一端连接制冷片，另一端浸没水中，使得水温下降。

散热片的作用是将半导体制冷片产生的热量散发，选用铝制散热片，导热性好，散热快，质量轻，无污染，外形尺寸长、宽、高分别为56×56×20mm。

在水库和湖泊使用时，可以根据需要降温的水域范围，将多个浮体框架通过卡扣连接形成群组，进行将降温棒放在水面以下，其它组件在水面以上。

完成本申请第二个发明目的的技术方案是：上述太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

a、 测量需要治理的水面面积；

b、 为确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用三维水流温度数学模型和通用水生态模型进行模拟计算；

c、 根据模拟计算的结果，将需要治理的水面划分成单元；

d、 根据单元的数量确定需要设置的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的数量；

e、将各个太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的浮体框架通过卡扣连接形成群组；

f、定时检测上述设置的除藻效果，进一步调整设置数量。

对于长25m、宽15m的试验水域，本发明采用降温与遮光全覆盖布置，共有108个浮体框架连接成群组，其中每个浮体框架长2.01m、宽1.62m，铺设9（3×3）片太阳能板和9个制冷片。对于不同形状的天然水域，可根据藻类生长情况确定需要治理的水域面积，计算使用的浮体框架数量，将各个浮体框架之间采用卡扣相连。

上述步骤b所述的模拟计算，具体方法是：

（1）制冷片制冷对水温的影响

1）数学模型建立

数学模型模拟的水域范围按照实施例1中的水池，长25m、宽15m、水深1.2~1.8m逐渐过渡。采用单块尺寸为670（长）×540（宽）×30（厚）mm的18V50W太阳能板，依次搁置在水面的浮体框架上，在水面上形成36×27块太阳板遮挡光照。

数学模型计算网格在水平上划分为36×27个（图4），垂直方向（深度上）分11层。

三维水体温度数学模型的控制方程为连续方程、动量方程和扩散方程^[1]。

连续方程：

（1）

动量方程：

(2)

(3)

式中：为垂向Sigma 变换 ；t是指时间；x、y、z为水平方向及垂向；d为静止水深；为总水深；为水位；u、v、w分别为流速在x、y、z方向上的分量； 为水的密度， 则是参考水密度； 为当地的大气压； 为Coriolis参数(是地球自转角速率，为地理纬度)；和为水平应力分量地球自转引起的加速度，，；为水平紊动粘滞系数； 为垂向紊动粘滞系数；、、、为辐射应力分量；S为源汇项；、为源汇项水流流速。

温水扩散运动方程：

(4)

式中：为水温；为水平扩散项， ；为水平紊动扩散系数；为垂向紊动扩散系数；为源汇项的量；S为源汇项。

2）水温下降模拟计算

根据水的比热，1升水每降低1℃需要约1.17W小时，采用36W的半导体制冷片，需要0.0325小时。对于1m³的水体，降低1℃需要32.5小时。制冷片由前述18V50W的太阳能板提供电源。

数学模型模拟的温度变化以温差表示的，温度下降为正值。以水体初始温度30℃作为基础。

制冷片启动2小时后，表层水温开始下降，水深4m处温降约为1.8℃，水深8m处温降约为0.8℃，但池底水温还没有下降（图5）；7小时后，水深4m处温降约为2.4℃，水深8m处温降约为1.6℃，池底温降约为0.2℃（图6）；14小时后，水深4m处温降约为2.6℃，水深8m处温降约为1.8℃，池底温降约为0.2℃（图7）。从这个模拟的过程可以看出，随着制冷片运行时间增加，水体温度从表层到底层逐渐减低，制冷的影响深度可以到达12m的池底，达到了降低水体温度的目的。

（2）遮光和降温对藻密度的影响

为了确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用基于通用水生态模型CAEDYM^[2]对水池中蓝藻早期密度变化进行模拟计算。

蓝藻生态动力学模型中蓝藻生物量状态变量与营养盐（氮磷）、光照、温度等影响因子的关系方程：

(5)

式中：Aa为藻类生物量，µg Chl-a/L；μ_Aa为藻类生长速率，d-1；k_r为呼吸作用速率；µ_max为最大生长速率；V_Aa为藻类的沉降速率；△z 为平均沉积厚度；α_Aa为再悬浮速率常数；τ_cAa为蓝藻再悬浮临界切应力；τ_ref为参考临界切应力；“k_AT (T-T_thr)”项为底泥蓝藻复苏生物量，k_AT为底泥蓝藻复苏系数，T_thr为蓝藻复苏阈值温度；N为氮营养盐浓度；P为磷营养盐浓度；I为光照强度；T为温度；f（）表示限制因子函数。

藻类生长光限制时应用 Steele方程：

(6)

式中：I_K为最大生长速率条件下光合速率所需光强。

氮限制时应用胞内N浓度Monod方程：

(7)

式中：K_N为半饱和常数; NH₄ ⁺氨氮；NO₃ ^-硝酸盐氮。

磷限制时应用胞内P浓度Monod方程：

(8)

式中：K_P为半饱和常数；PO₄ ^3-磷酸盐磷。

温度限制方程：

(9)

式中：υ为温度限制函数的常数因子；b为蓝藻生长温度限制函数中的常数项；k为相关参数，通过Newton方法确定。

本发明是以太阳能为电源、半导体制冷片与降温棒、太阳能板遮光联合应用的藻类生长抑制装置。本发明基于藻类在光照和温度升高时暴发的特性，利用太阳能为半导体制冷片提供电源，同时利用太阳能板遮光，通过降低水体温度和光照度，破坏藻类暴发的环境条件，从而达到抑制藻类暴发的目的。本发明克服了传统物理除藻方法大量浪费水资源、费用高昂等不足；克服了传统化学除藻方法存在毒副作用，造成二次污染等不足；克服了传统生物除藻方法治理见效较慢，短期效果不明显等不足。能够持续发挥作用，取得明显的除藻效果。

附图说明

图1为遮光降温藻类抑制装置结构示意图；

图2为遮光前后水下光强变化曲线图；

图3为遮光后叶绿素a变化趋势曲线图；

图4为数学模型模拟水池平面网格示意图；

图5 为制冷片启动2小时后水池断面温降分布图；

图6为制冷片启动7小时后水池断面温降分布图；

图7为制冷片启动14小时后水池断面温降分布图；

图8 为晴天蓝藻生长过程模拟曲线图；

图9 为晴天蓝藻生长过程模拟曲线图；

图10为晴天蓝藻生长过程模拟曲线图。

具体实施方式

实施例1. 遮光影响的现场试验

试验在温州市郊某花圃内灌溉用水储蓄池进行^[3]。该池长25m，宽15m，水深1.2～1.8m，总储水量562.5m³。池水则处于严重富营养化状态，镜检发现水中优势藻种为不定腔球藻。

遮光材料采用市售的遮光率分别为70%和85%聚乙烯遮阳网。将若干尼龙绳横向固定于水面，上铺遮阳网，第1～6d铺设两层遮光率为70%的遮阳网，第6～9d加盖1层遮光率为85%的遮阳网。

试验在2006年9月上旬进行，第0～1d阴有时有雨，第2～9d晴到多云，水温20～24℃，平均水温22.9℃。池内布设6个采样点，遮阳网铺设后每隔2d采样，每个采样点于0、35、75、105cm深度处各采500mL水样，将同一深度的6份水样混匀，其测试结果作为该深度下的各项水质指标的平均值。

（1）遮光对光照度的影响

第1～6d试验结果显示，在入射光照度65000lx时，未遮光情况下，水体表层光照度为53000lx；遮光后，表层光照度显著削减，为1300lx（图2）。

第6～9d试验结果显示，即使入射光照度高达80000lx（晴天正午），水表层光照度亦不到200lx。

（2）遮光对叶绿素a浓度的影响

试验显示（图3），叶绿素a浓度呈下降趋势，在第6~9d降幅更大，这与第6d加盖85%遮阳网有关。这表明遮光后，不但抑制了藻类增殖，还能够显著地降低水体中藻类生物量。

上述试验结果显示，遮光后水体表层光照度显著消减，叶绿素a浓度也显著下降，去除率达到80. 1%，通过遮光能够大幅度削减藻类生物量，说明遮光法可以达到抑制藻类生长的效果。

实施例2. 遮光降温对水体藻密度的影响

为确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用三维水流温度数学模型和通用水生态模型进行模拟计算。

（1）制冷片制冷对水温的影响

1）数学模型建立

数学模型模拟的水域范围按照实施例1中的水池，长25m、宽15m、水深1.2~1.8m逐渐过渡。采用单块尺寸为670（长）×540（宽）×30（厚）mm的18V50W太阳能板，依次搁置在水面的浮体框架上，在水面上形成36×27块太阳板遮挡光照。

数学模型计算网格在水平上划分为36×27个（图4），垂直方向（深度上）分11层。

三维水体温度数学模型的控制方程为连续方程、动量方程和扩散方程^[2]。

连续方程：

(1)

动量方程：

(2)

(3)

式中：为垂向Sigma 变换 ；t为时间：x、y、z为水平方向及垂直方向；d为静止水深；为总水深；为水位； u、v、w分别为流速在x、y、z方向上的分量；为水的密度，为参考水密度；为当地的大气压；为Coriolis参数(是地球自转角速率，为地理纬度)；和为水平应力分量地球自转引起的加速度，，；为水平紊动粘滞系数； 为垂向紊动粘滞系数；、、、为辐射应力分量；S为源汇项，、为源汇项水流流速。

温水扩散运动方程：

(4)

式中：为水温；为水平扩散项， ；为水平紊动扩散系数；为垂向紊动扩散系数；为源汇项的量；S为源汇项。

2）水温下降模拟计算

根据水的比热，1升水每降低1℃需要约1.17W小时，采用36W的半导体制冷片，需要0.0325小时。对于1m3的水体，降低1℃需要32.5小时。制冷片由前述18V50W的太阳能板提供电源。

数学模型模拟的温度变化以温差表示的，温度下降为正值。以水体初始温度30℃作为基础。

制冷片启动2小时后，表层水温开始下降，水深4m处温降约为1.8℃，水深8m处温降约为0.8℃，但池底水温还没有下降（图5）；7小时后，水深4m处温降约为2.4℃，水深8m处温降约为1.6℃，池底温降约为0.2℃（图6）；14小时后，水深4m处温降约为2.6℃，水深8m处温降约为1.8℃，池底温降约为0.2℃（图7）。从这个模拟的过程可以看出，随着制冷片运行时间增加，水体温度从表层到底层逐渐减低，制冷的影响深度可以到达12m的池底，达到了降低水体温度的目的。

（2）遮光和降温对藻密度的影响

为了确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用基于通用水生态模型CAEDYM[3]对水池中蓝藻早期密度变化进行模拟计算。

蓝藻生态动力学模型中蓝藻生物量状态变量与营养盐（氮磷）、光照、温度等影响因子的关系方程：

(5)

式中：Aa为藻类生物量，µg Chl-a/L；μ_Aa为藻类生长速率，d-1；k_r为呼吸作用速率；µ_max为最大生长速率；V_Aa为藻类的沉降速率；△z 为平均沉积厚度；α_Aa为再悬浮速率常数；τ_cAa为蓝藻再悬浮临界切应力;τ_ref为参考临界切应力；“k_AT (T-T_thr)”项为底泥蓝藻复苏生物量，k_AT为底泥蓝藻复苏系数，T_thr为蓝藻复苏阈值温度；N为氮营养盐浓度；P为磷营养盐浓度；I为光照强度；T为温度；f（）表示限制因子函数。

藻类生长光限制时应用 Steele方程：

(6)

式中：I_K为最大生长速率条件下光合速率所需光强。

氮限制时应用胞内N浓度Monod方程：

(7)

式中：K_N为半饱和常数; NH₄ ⁺氨氮；NO₃ ^-硝酸盐氮。

磷限制时应用胞内P浓度Monod方程：

(8)

式中：K_P为半饱和常数；PO₄ ^3-磷酸盐磷。

温度限制方程：

(9)

式中：υ为温度限制函数的常数因子；b为蓝藻生长温度限制函数中的常数项；k为相关参数，通过Newton方法确定。

蓝藻生长数学模型预测的条件和工况为：

水体初始温度30℃，以光照度80lx（阴天）和光照度30000lx（晴天）作为天气条件，分别计算 = 1 \* GB3 ①不遮光、 = 2 \* GB3 ②太阳能板遮光、 = 3 \* GB3 ③太阳能板遮光+制冷片降温等三种情况下，藻密度在14天内的变化过程。

1）光照度80lx（阴天）

在80lx（阴天）光照度下，采用太阳能板遮挡后，光照度下降至50lx照度。

三维水体温度数学模型计算表明，制冷片降温后，表层水温下降至3℃。

蓝藻生长数学模型计算显示（图8），不遮光时，藻密度在1~6d内呈缓慢增长，在7~14d内快速增长；太阳板遮光后，水面光照度由80lx下降至50lx，藻密度在1~14d内呈缓慢增长，14d时的藻密度比不遮光时下降了1/2，遮光效果明显，数学模型计算结果与现场试验结果相同；当太阳能板遮光与制冷片降温棒一起使用时，降温对藻密度的影响在6d开始显现，藻密度的增长速率始终小于仅遮光时的，在太阳能板遮光和制冷片降温联合应用14d后，藻密度比仅遮光时减少了57%，表明降温后进一步抑制了藻类的生长。

2）光照度30000lx（晴天）

在30000lx（晴天）光照度下，采用太阳能板遮挡后，光照度下降至100lx照度。

三维水体温度数学模型计算表明，制冷片降温后，表层水温下降至3℃。

由蓝藻生长数学模型计算得到不遮光、遮光、遮光+降温条件下藻密度变化情况比较（图9），可以看出，不遮光时，藻密度在1~6d内呈缓慢增长，在7~14d内急剧增长，与遮光和降温相比，不遮光时的藻密度远远大于遮光和降温时，说明晴天光照强度大时，遮光和降温对抑制藻密度的作用更大。

图10是遮光与遮光+降温条件下藻密度变化情况比较，可以看出，太阳板遮光后，水面光照度由30000lx下降至100lx，在1~6d内，遮光与遮光+降温的藻密度变化相差不大，但随着时间的增加，遮光与遮光+降温的藻密度相差加大，第14d时遮光+降温的藻密度仅是遮光时的42%，说明太阳能板遮光+制冷片降温一起使用时，对藻类生长的抑制作用更大。

参考文献：

[1] 李禔来. 苏州工业园区华能电厂温排水数学模型研究. 第十一届中国海洋工程学术讨论会暨2003年海峡两岸港口及海岸开发研讨会论文集. 北京：海洋出版社，2003年10月：45-54.

[2] 陈黎明，钱新，张玉超，钱瑜，杨珏. 基于DYRESM-CAEDYM模型的太湖污染控制效果评估. 中国科技在线. 第4卷第5期. 2009年5月：373-378.

[3] 陈雪初，孙扬才，张海春，李春杰，王晓冬，孔海南. 遮光法控藻的中试研究. 环境科学学报. 第27卷第11期. 2007年11月：1830-1834。

Claims (9)

1.一种太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，本蓝藻生长抑制装置设置在浮体框架上，其特征在于，所述浮体框架上固定有太阳能板，该太阳能板下部靠近水面处设有半导体制冷片，所述半导体制冷片下面设有降温棒，将半导体制冷片产生的制冷量传递到水中以降低水体温度；所述太阳能板同时构成遮光板。

2.根据权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述浮体框架是由漂浮体与不锈钢连接杆组成的不锈钢框架，不锈钢框架四周有保温罩。

3.根据权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述太阳能板采用18V50W单晶硅太阳能板，为半导体制冷片提供电源。

4.根据权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述太阳能板的外形尺寸670×540×30mm。

5.根据权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述半导体制冷片的单个制冷元件外形尺寸长、宽、厚分别为50×50×3.4mm。

6.根据权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述散热片选用铝制散热片，外形尺寸长、宽、高分别为56×56×20mm。

7.根据权利要求1-6之一所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置，其特征在于，所述降温棒采用长、宽、高、厚分别为25×25×200×2mm方管，方管采用304不锈钢，方管一端连接制冷片，另一端浸没在水中。

8.权利要求1所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的使用方法，其特征在于，步骤如下：

a、测量需要治理的水面面积；

b、为确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用三维水流温度数学模型和通用水生态模型进行模拟计算；

c、根据模拟计算的结果，将需要治理的水面划分成单元；

d、根据单元的数量确定需要设置的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的数量；

e、将各个太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的浮体框架通过卡扣连接形成群组；

f、定时检测上述设置的除藻效果，进一步调整设置数量。

9.根据权利要求8所述的太阳能制冷降温与遮光的蓝藻生长抑制装置的使用方法，其特征在于，步骤b所述的模拟计算，具体步骤是：

(1)制冷片制冷对水温的影响：

1)数学模型建立：

数学模型模拟的水域范围按照实施例1中的水池，长25m、宽15m、水深1.2～1.8m逐渐过渡；采用单块尺寸为670×540×30mm的18V50W太阳能板，依次搁置在水面的浮体框架上，在水面上形成36×27块太阳板遮挡光照；

数学模型计算网格在水平上划分为36×27个，垂直方向分11层；

三维水体温度数学模型的控制方程为连续方程、动量方程和扩散方程；

连续方程：

动量方程：

式中：σ为垂向Sigma变换σ＝(z-z_b)/h；t是指时间；x、y、z为水平方向及垂向；d为静止水深；h＝η+d为总水深；η为水位；u、v、w分别为流速在x、y、z方向上的分量；ρ为水的密度，ρ₀则是参考水密度；P_a为当地的大气压；f＝2Ωsinφ为Coriolis参数(Ω是地球自转角速率；φ为地理纬度)；F_u和F_v为水平应力分量地球自转引起的加速度，D为水平紊动粘滞系数；ν_ν为垂向紊动粘滞系数；s_xx、s_xy、s_yx、s_yy为辐射应力分量；S为源汇项，u_s、v_s为源汇项水流流速；

温水扩散运动方程：

式中：T为水温；F_T为水平扩散项，D_h为水平紊动扩散系数；D_v为垂向紊动扩散系数；T_s为源汇项的量；S为源汇项；

2)水温下降模拟计算：

根据水的比热，1升水每降低1℃需要约1.17W小时，采用36W的半导体制冷片，需要0.0325小时；对于1m3的水体，降低1℃需要32.5小时；制冷片由前述18V50W的太阳能板提供电源；

数学模型模拟的温度变化以温差表示的，温度下降为正值；以水体初始温度30℃作为基础；

制冷片启动2小时后，表层水温开始下降，水深4m处温降约为1.8℃，水深8m处温降约为0.8℃，但池底水温还没有下降；7小时后，水深4m处温降约为2.4℃，水深8m处温降约为1.6℃，池底温降约为0.2℃；14小时后，水深4m处温降约为2.6℃，水深8m处温降约为1.8℃，池底温降约为0.2℃；从这个模拟的过程可以看出，随着制冷片运行时间增加，水体温度从表层到底层逐渐减低，制冷的影响深度可以到达12m的池底，达到了降低水体温度的目的；

(2)遮光和降温对藻密度的影响：

为了确定太阳能板遮光和制冷片降温对水体藻类生长的影响，采用基于通用水生态模型CAEDYM^[2]对水池中蓝藻早期密度变化进行模拟计算；

蓝藻生态动力学模型中蓝藻生物量状态变量与营养盐、光照、温度等影响因子的关系方程：

式中：A_a为藻类生物量，μg Chl-a/L；μ_Aa为藻类生长速率，d-1；k_r为呼吸作用速率；μ_max为最大生长速率；V_Aa为藻类的沉降速率；△z为平均沉积厚度；α_Aa为再悬浮速率常数；τ_cAa为蓝藻再悬浮临界切应力；τ_ref为参考临界切应力；“k_AT(T-T_thr)”项为底泥蓝藻复苏生物量，k_AT为底泥蓝藻复苏系数，T_thr为蓝藻复苏阈值温度；N为氮营养盐浓度；P为磷营养盐浓度；I为光照强度；T为温度；f()表示限制因子函数；

藻类生长光限制时应用Steele方程：

式中：I_K为最大生长速率条件下光合速率所需光强；

氮限制时应用胞内N浓度Monod方程：

式中：K_N为半饱和常数；NH₄ ⁺氨氮；NO₃ ^-硝酸盐氮；

磷限制时应用胞内P浓度Monod方程：

式中：K_P为半饱和常数；P_O4 ^3-磷酸盐磷；

温度限制方程：

f(T)＝υ^T-20+υ^k(T-a)+b (9)

式中：υ为温度限制函数的常数因子；b为蓝藻生长温度限制函数中的常数项；k为相关参数，通过Newton方法确定。