CN113620397A - 一种蓝藻高压防控系统及其防控方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓝藻高压防控系统及其防控方法、应用，属于蓝藻防控技术。包括：若干组加压装置，被设置为对河水进行加压处理，使河水内的蓝藻群体受压破裂呈小群体或者单个细胞；搅拌装置，其输入口连接于所述加压装置的输出口；所述搅拌装置对加压处理过的河水做打散处理，在指定试剂的作用下，使小群体或者单个细胞是失去活性。通过水柱产生的静水压力将蓝藻群体分成小群体或单个细胞，在清除水体表面水华的同时将蓝藻囊团打散，破坏表层粘液、胶质鞘及其气囊结构，使其失去活性，无法聚集在水体表面。

Description

一种蓝藻高压防控系统及其防控方法、应用

技术领域

本发明属于蓝藻防控技术，特别是涉及一种蓝藻高压防控系统及其防控方法、应用。

背景技术

蓝藻水华在全球范围的蔓延，成为危及全世界生物生命健康的重大环境问题之一。通常在自然环境下，连续流动的河流由于持续扰动影响藻类生长，因此很少出现水华。但蓝藻水华严重湖泊（例如太湖），出流携带大量藻团颗粒，会对受体河流造成高藻通量冲击。此外，平原河网区水环境自然禀赋差，地势低平、水动力弱，并且随着区域社会经济高速发展，入河污染负荷持续增强，为河道蓝藻水华暴发提供了条件。一旦河道蓝藻暴发，将严重影响平原河网城市供水安全。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种高压结合混凝的河道原位蓝藻防控技术，在湖库进入河道的蓝藻大量繁殖前，利用高压降低蓝藻群体浮力，耦合絮凝沉淀作用，提升蓝藻细胞沉降效率，并抑制其上浮，使水华蓝藻难以在河道中形成优势种，从而达到防控河道蓝藻暴发的目标。

本发明采用以下技术方案：一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，至少包括：

若干组加压装置，被设置为对河水进行加压处理，使河水内的蓝藻群体受压破裂呈小群体或者单个细胞；

搅拌装置，其输入口连接于所述加压装置的输出口；所述搅拌装置对加压处理过的河水做打散处理，在指定试剂的作用下，使小群体或者单个细胞失去活性。

在进一步的实施例中，所述加压装置包括：

本体，其内部设置有柱状腔体；所述本体的两侧分别开设有与柱状腔体相通的进液口和出液口，所述柱状腔体的顶部具有与之相通的导通部；

加压件，设于所述导通部内；

驱动件，传动连接于所述加压件；所述加压件在驱动件的作用下，于所述导通部内做往返运动，并位于柱状腔体内的河水进行加压。

在进一步的实施例中，所述指定试剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的混合物。

通过采样上述技术方案，聚合氯化铝和聚丙烯酰为高分子絮凝剂，在颗粒间形成更大的絮体，产生巨大的表面吸附力。

在进一步的实施例中，所述进液口内设置有进液阀，所述进液阀包括：

进液管道，所述进液管道包括第一进液端和第一出液端，所述第一进液端的端面处具有向内延伸预定高度的止档部；

第一压缩件，沿轴向设置于所述进液管道内；

第一球体，设置在第一进液端处；当第一压缩件处于正常状态或者拉长状态时，所述第一球体与所述止档部相抵。

在进一步的实施例中，所述出液口处设置有出液阀，所述出液阀包括：

竖向设置的出液管道，所述出液管道包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端的端面处设置有向内凸出预定高度的环形凸起；

第二压缩件，沿轴向设置与所述出液管道内；

第二球体，设置在第二进液端处；当第二压缩件处于正常状态或者拉长状态时，所述第二球体与所述环形凸起相抵。

在进一步的实施例中，当加压件给柱状腔体内的河水施加的压力达到预定压力的85%~90%时，第一球体与止档部相抵，进液管道处于关闭状态。

在进一步的实施例中，当加压件给柱状腔体内的河水施加的压力达到阈值时，第二压缩件处于压缩状态，第二球体与环形凸起发生脱离，出液管道被打开，加压处理后的河水被排出。

使用如上所述的一种蓝藻高压防控系统的防控方法，包括以下步骤：

步骤一、将河水注入到加压装置内，当柱状腔体内的河水达到预定量时，第一球体与止档部相抵，进液管道处于关闭状态，驱动件控制加压件与柱状腔体内往返运动产生静力水压；

步骤二、当静力水压达到第一阈值时，第二压缩件处于正常状态停止加压，并保持预定时间；

步骤三、当静力水压达到第二阈值时，第二球体与环形凸起发生脱离，出液管道被打开，加压处理后的河水被排出；

步骤四、经过加压处理的河水被转移到搅拌装置内，于搅拌装置内添加絮凝剂，并混合搅拌预定时间。

在进一步的实施例中，所述絮凝剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的混合物。

通过采样上述技术方案，聚合氯化铝和聚丙烯酰为高分子絮凝剂，在颗粒间形成更大的絮体，产生巨大的表面吸附力。

一种如上所述的蓝藻高压防控系统的防控方法应用于河道蓝藻的原位防控。

本发明的有益效果：本发明设置了对河水进行加压处理的加压装置，该加压装置的设置是为了通过水柱产生的静水压力将蓝藻群体分成小群体或单个细胞，在清除水体表面水华的同时将蓝藻囊团打散，破坏表层粘液、胶质鞘及其气囊结构，使其失去活性，无法聚集在水体表面。随后转移到搅拌装置内，并在搅拌装置内添加指定试剂，指定试剂与被破坏伪空胞的蓝藻细胞更好的结合，使藻类形成絮状物，由此产生巨大的表面吸附作用，加速蓝藻沉淀，提高沉降效率，并抑制蓝藻上浮，使蓝藻无法进行光合作用，失去细胞活性，丧失繁殖能力，从而达到防控蓝藻水华暴发的目的。

附图说明

图1为实施例1的加压处理的流程图。

图2为加压装置的结构示意图。

图2中的各标注为：本体1、柱状腔体2、加压件3、进液口4、出液口5、进液管道401、第一压缩件402、第一球体403、止档部404、出液管道501、第二压缩件502、环形凸起503、第二球体504。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1

大量蓝藻上浮聚集形成一层肉眼可见的高浓度藻类漂浮物（>5.0×107 cells/L）是蓝藻水华暴发的主要现象。蓝藻能进行浮力调节的关键因素之一就是蓝藻细胞中存在伪空胞。此外，蓝藻大量合成胞外多聚物(Extracellular polymeric substance, EPS)，主要是胞外多糖，形成紧密结合在细胞表面的、有清晰轮廓的胶鞘(capsule)、疏松包裹在藻细胞或群体外的荚膜(sheath)、以及弥散在群体周围的黏液层(slime)。形成水华的蓝藻绝大多数以由多个细胞通过胶质黏结在一起形成的群体存在。单细胞内的伪空胞提供的浮力使蓝藻细胞可以悬浮于水体中，而群体提供的浮力则可以让蓝藻长期漂浮于水体表面。本实施例采用加压控藻工艺的原理是通过高压环境（0.7MPa压强及以上），致使蓝藻细胞间黏连变少，破坏藻团聚集状态，同时高压破坏水华蓝藻体内的伪空胞，共同导致蓝藻细胞失去浮力下沉至水体真光层以下，无法进行光合作用，失去细胞活性，丧失繁殖能力。

本实施例公开了一种蓝藻高压防控系统的防控方法，包括以下步骤：

步骤一、将高藻河水注入到加压装置内，当柱状腔体内的河水量达到预定量时，第一球体与止档部相抵，进液管道处于关闭状态，驱动件控制加压件与柱状腔体内往返运动产生静力水压；此时的第二压缩件处于正常状态或者拉长状态时，所述第二球体与所述环形凸起相抵，出液管道处于关闭状态，为后期的加压处理提供了必要的环境；

步骤二、当静力水压达到第一阈值时，第二压缩件处于正常状态停止加压，并保持预定时间；在本实施例中，第一阈值大于0.7兆帕，预定时间控制在5-6min之间；

步骤三、当静力水压达到第二阈值时，第二球体与环形凸起发生脱离，出液管道被打开，在本实施例中，第二阈值大于0.8兆帕；加压处理后的河水被排出；

步骤四、经过加压处理的河水被转移到搅拌装置内，于搅拌装置内添加絮凝剂，并混合搅拌预定时间。

为了研究絮凝剂对沉降效果的影响，在本实施例中，絮凝剂为聚合氯化铝（PAC），将步骤三中经加压处理得到的河水转移到搅拌桶中，并在搅拌桶中分别加入0、10、20、30、35、40ppm10%PAC，启动混凝搅拌机，300r/min搅拌30s，150r/min搅拌10min，50r/min搅拌10min，观察絮凝效果如表1所示。

表

0.7Mpa压力后下只加PAC各项指标

	0	10ppm	20ppm	30ppm	35ppm	40ppm
							藻密度	5100	4400	3700	3200	2900	2900
蓝藻叶绿素	47	44	39.3	35	35	33
							PH	8.3	8.2	8.1	8	7.9	7.9
DO	9.04	9	9	9.04	9.1	9.15
							浊度	40.9	42.5	35.4	34.4	35.2	32.4

由表1可得：只添加PAC的实验中，烧杯中形成大量小絮体，沉淀极慢且容易上浮。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：絮凝剂为聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺(PAM)，将步骤三中经加压处理得到的河水转移到搅拌桶中，并在搅拌桶中分别加入0、10、20、30、35、40ppm10%PAC和0.1mL2‰PAM，启动混凝搅拌机，300r/min搅拌30s，150r/min搅拌10min，50r/min搅拌10min，观察絮凝效果如表2所示。

表

0.7Mpa下加PAC和0.1mlPAM各项指标

	0	10ppm	20ppm	30ppm	35ppm	40ppm
							藻密度	4700	1200	530	700	270	280
蓝藻叶绿素	87	58	11	11	3.2	2.4
							PH	8.4	8.2	7.9	8	8.02	7.9
DO	9.4	9.3	9.0	9.3	9.3	9.3
							浊度	44.2	16.8	5.74	7.81	4.9	7.26

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：絮凝剂为聚合氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺(PAM)，将步骤三中经加压处理得到的河水转移到搅拌桶中，并在搅拌桶中分别加入0、10、20、30、35、40ppm10%PAC和0.05mL2‰PAM，启动混凝搅拌机，300r/min搅拌30s，150r/min搅拌10min，50r/min搅拌10min，观察絮凝效果如表3所示。

表

0.7Mpa下加PAC和0.05mlPAM各项指标

	0	10ppm	20ppm	30ppm	35ppm	40ppm
							藻密度	4571	1237	492	410	420	410
蓝藻叶绿素	86.7	20.3	11.5	9.5	9.4	7.8
							pH	8.29	8.11	7.99	7.91	7.9	7.9
DO	9.26	9.1	9.12	9.1	9.1	9.14
							浊度	40.8	12.4	4.52	3.51	3.92	2.49

分析表1至表3发现：只添加PAC的实验中，烧杯中形成大量小絮体，沉淀极慢且容易上浮。

添加0、10、20、30、35、40ppm10%PAC和0.1mL2‰PAM的实验中，絮凝效果较好，浊度在40NTU左右，但形成的大块絮体在30min后会出现上浮现象。

添加0、10、20、30、35、40ppm10%PAC和0.05mL2‰PAM的六个搅拌桶中，PAC浓度20至35为烧杯中絮凝效果较好，且不会发生上浮现象。综上所述，2‰PAM取值为0.05mL效果最佳：此时的PAC和PAM同时与破坏蓝藻细胞内的伪空胞（气囊）在颗粒间形成更大的絮体，产生巨大的表面吸附力，加速蓝藻沉淀，提高沉降效率，并抑制蓝藻上浮，使蓝藻无法进行光合作用，失去细胞活性，丧失繁殖能力，从而达到防控蓝藻水华暴发的目的。

实施例4

将高藻河水注入到搅拌装置内，并在搅拌桶中分别加入0、10、20、30、35、40ppm10%PAC和0.05mL2‰PAM，启动混凝搅拌机，300r/min搅拌30s，150r/min搅拌10min，50r/min搅拌10min，观察絮凝效果，会发现，尽管添加了絮凝剂但是其效果并不理想。

分析其原因：未经加压处理后的含藻水，由于蓝藻胞内存在气囊而仍具有上浮特性，因此气囊会自动上浮。在气囊上浮时絮凝剂是很难与气囊产生吸附力的，因此絮凝剂将很难带动气囊沉淀。另一方面，尽管絮凝剂能够有气囊的外表面发生吸附力，但是其吸附力是很小的，在河水的浮力作用下是很微小的，不足以将气囊带动下沉。相对而言，经过高压处理的河水中的气囊被破坏后，促使促凝剂直接与气囊的内部产生较强的吸附力，在结合絮凝剂的沉降，使絮凝剂带打动破损的气囊沉淀，加强沉淀效果。此外被破损的蓝藻细胞间黏连变少，破坏藻团聚集状态，自身额的浮力降低。于此同时，高压破坏水华蓝藻体内的伪空胞，共同导致蓝藻细胞失去浮力下沉至水体真光层以下，无法进行光合作用，失去细胞活性，丧失繁殖能力。实现从根本上消除蓝藻，应用于湖泊蓝藻浆沉淀浓缩。

实施例5

为了实现实施例1至实施例4中的防控技术，使用的加压装置可分为：罐式加压、泵式加压与深井加压。

罐式加压处理能力较强，能耗较低，但通常占地面积大，连续出水能力差，通量小；泵式加压占地面积小，连续进出水能力强，缺陷是能耗高，通量小；深井加压的特点是可不占陆地，大通量，能耗低，但水上操作要求高难度大。

为了适用于实施例1至实施例4中的加压处理，本实施例公开了蓝藻高压防控系统，其中包括多组加压装置，加压装置为并列设置，其目的是为了在同一时间同时对河水进行加压处理，增加加压处理的处理量。且在每个加压装置内，通过其内部设置使河水内的蓝藻群体受压破裂呈小群体或者单个细胞。

还包括为了让河水内的小群体或者单个细胞发生有效的沉淀，加压装置的输出端连接有搅拌装置，搅拌装置的输入口连接于加压装置的输出口。搅拌装置对加压处理过的河水做打散处理，在指定试剂的作用下，使小群体或者单个细胞是失去活性。基于实施例1至实施例4，本实施例所使用的指定试剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的混合物。

首先为了不影响河水的注入，在本实施例中，加压装置包括：本体1，本体1的内部设置有柱状腔体2，柱状腔体2是为了容纳河水并对河水进行加压处理。之所以选用柱状腔体2是为了在加压过程中形成静水压力，静水压力将蓝藻群体分成小群体或单个细胞。同时，本体1的两侧分别开设有与柱状腔体2相通的进液口4和出液口5，所述柱状腔体2的顶部具有与之相通的导通部。其中，到导通部的内部设置加压件3，加压件3同时传动连接有驱动件，加压件3在驱动件的作用下，于所述导通部内做往返运动，并位于柱状腔体2内的河水进行加压。在本实施例中，加压件3选用柱体或者柱状活塞。驱动件选用在同一直线上往返运动的组件，好比凸轮组件，或者驱动气缸等组件。

在本实施例中，进液口4和出液口5的作用不仅仅是需要进液和出液，同时还要能够在必要的时候同时处于关闭的状态，为加压件3给柱状腔体2加压处理提供可能。因此在进液口4内设置有进液阀，如图2所示，进液阀包括：进液管道401，一端与注液管连通，另一端与柱状腔体2连通。进液管道401包括第一进液端和第一出液端，并在第一进液端的端面处向内设置有预定高度的止档部404。在进液管道401内延其轴向设置有第一压缩件402，第一压缩件402靠近第一进液端的一端连接有第一球体403，当第一压缩件402处于正常状态或者拉长状态时，所述第一球体403与所述止档部404相抵。在本实施例中，第一压缩件402为压缩弹簧。

在使用时，当进液管道401处于注水的状态时，此时的第一球体403在流动的水流的作用下向第一出液端浮动，迫使第一压缩件402处于压缩状态则进液管道401被打开，此时的通过进液管道401进入到柱状腔体2内的河水积蓄在柱状腔体2内。

在进一步的实施例中，出液口5需要在加压处理处于关闭状态，待加压完成后打开并排水。因此为了实现上述功能，在出液口5处设置有出液阀，出液阀包括：出液管道501，出液管道501为竖向设置，其目的是为了便于在达到预定压力后直接将河水排水，实现自动化控制。出液管道501包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端的端面处设置有向内凸出预定高度的环形凸起503。出液管道501的内部沿轴向设置有第二压缩件502，第二压缩件502靠近第二进液端的一端处设置有第二球体504，当第二压缩件502处于正常状态或者拉长状态时，所述第二球体504与所述环形凸起503相抵。在本实施例中，第二压缩件502为压缩弹簧。

使用时，当河水积蓄在柱状腔体2内，另一方面在河水的作用下，驱动件控制加压件3往返运动，河水首先在外力的作用下，将第一球体403向第一进液端推动则进液管道401处于关闭的状态，而此时的外力并不足以将第二球体504向下移动，故此时的出液管道501同样处于关闭的状态，驱动件持续提供往返运动给柱状腔体2内部的河水和气体进行施压，在这个过程中产生静压力，直到当静压力达到第一阈值时，仍不足以将第二球体504向下移动。

若继续运动，此时的静压力大于第一阈值且达到第二阈值时，位于柱状腔体2内的河水给第二球体504的结合第二球体504的重力大于第二压缩件502的弹力，第二球体504向下移动，出液管道501被打开，加压件3位于底端河水被排出。此时加压件3封闭进液管道401，待河水完全排出后，加压件3上移，进液管道401被打开，待注入的河水推动第一球体403，如此反复。

为了更好的控制出液管道501和进液管道401，当加压件3给柱状腔体2内的河水施加的压力达到预定压力的85%~90%时，第一球体403与止档部404相抵，进液管道401处于关闭状态，此时柱体腔体内的河水的容量相对较多，增加了处理效率。

另一方面，当加压件3给柱状腔体2内的河水施加的压力达到第二阈值时，第二压缩件502处于压缩状态，第二球体504与环形凸起503发生脱离，出液管道501被打开，加压处理后的河水被排出。换言之，当静力水压达到第一阈值时，第二压缩件502处于正常状态停止加压，并保持预定时间（此时为加压处理过程）；当静力水压达到第二阈值时，第二球体504与环形凸起503发生脱离，出液管道501被打开，加压处理后的河水被排出（此时为排水过程。）

通过水柱产生的静水压力将蓝藻群体分成小群体或单个细胞，在清除水体表面水华的同时将蓝藻囊团打散，破坏表层粘液、胶质鞘及其气囊结构，使其失去活性，无法聚集在水体表面。

Claims (10)

1.一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，至少包括：

若干组加压装置，被设置为对河水进行加压处理，使河水内的蓝藻群体受压破裂呈小群体或者单个细胞；

搅拌装置，其输入口连接于所述加压装置的输出口；所述搅拌装置对加压处理过的河水做打散处理，在指定试剂的作用下，使小群体或者单个细胞失去活性。

2.根据权利要求1所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，所述加压装置包括：

本体，其内部设置有柱状腔体；所述本体的两侧分别开设有与柱状腔体相通的进液口和出液口，所述柱状腔体的顶部具有与之相通的导通部；

加压件，设于所述导通部内；

驱动件，传动连接于所述加压件；所述加压件在驱动件的作用下，于所述导通部内做往返运动，并对位于柱状腔体内的河水进行加压。

3.根据权利要求1所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，所述指定试剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的混合物。

4.根据权利要求2所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，所述进液口内设置有进液阀，所述进液阀包括：

进液管道，所述进液管道包括第一进液端和第一出液端，所述第一进液端的端面处具有向内延伸预定高度的止档部；

第一压缩件，沿轴向设置于所述进液管道内；

第一球体，设置在第一进液端处；当第一压缩件处于正常状态或者拉长状态时，所述第一球体与所述止档部相抵。

5.根据权利要求2所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，

所述出液口处设置有出液阀，所述出液阀包括：

竖向设置的出液管道，所述出液管道包括第二进液端和第二出液端，所述第二进液端的端面处设置有向内凸出预定高度的环形凸起；

第二压缩件，沿轴向设置与所述出液管道内；

第二球体，设置在第二进液端处；当第二压缩件处于正常状态或者拉长状态时，所述第二球体与所述环形凸起相抵。

6.根据权利要求4所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，

当加压件给柱状腔体内的河水施加的压力达到预定压力的85%~90%时，第一球体与止档部相抵，进液管道处于关闭状态。

7.根据权利要求5所述的一种蓝藻高压防控系统，其特征在于，

当加压件给柱状腔体内的河水施加的压力达到第二阈值时，第二压缩件处于压缩状态，第二球体与环形凸起发生脱离，出液管道被打开，加压处理后的河水被排出。

8.使用如权利要求1至7中任意一项所述的一种蓝藻高压防控系统的防控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将河水注入到加压装置内，当柱状腔体内的河水达到预定量时，第一球体与止档部相抵，进液管道处于关闭状态，驱动件控制加压件与柱状腔体内往返运动产生静力水压；

步骤二、当静力水压达到第一阈值时，第二压缩件处于正常状态停止加压，并保持预定时间；

步骤三、当静力水压达到第二阈值时，第二球体与环形凸起发生脱离，出液管道被打开，加压处理后的河水被排出；

步骤四、经过加压处理的河水被转移到搅拌装置内，于搅拌装置内添加絮凝剂，并混合搅拌预定时间。

9.根据权利要求8所述的一种蓝藻高压防控系统的防控方法，其特征在于，

所述絮凝剂为聚合氯化铝和聚丙烯酰胺的混合物。

10.一种如权利要求8所述的蓝藻高压防控系统的防控方法应用于河道蓝藻的原位防控。

Images