CN114380438A - 水体原位移动式处理装置及方法 - Google Patents

水体原位移动式处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种水体原位移动式处理装置及方法，该装置包括船体、过氧化氢处理模块和紫外线处理模块；其中，所述过氧化氢处理模块包括投加模块和投药架；所述投加模块用于向水体投加过氧化氢，所述投药架以可调入水深度的方式安装在所述船体上，所述投加模块安装在所述投药架上；所述紫外线处理模块以可调入水深度的方式安装在所述船体上，且相对于所述投药架设置于行船方向的下游，用于向水体施加紫外辐照；所述船体用于在水体中巡航，以载着所述过氧化氢处理模块和所述紫外线处理模块对水体进行移动式水下原位处理。该装置可针对大面积水体或特定区域水体进行移动式水下原位处理，并可提供多模式过氧化氢紫外联用处理方式，从而实现对藻类水华与赤潮的有效治理。

Description

水体原位移动式处理装置及方法
技术领域
本发明涉及水环境治理与水处理技术领域，尤其涉及一种适用于藻类水华或赤潮治理的水体原位移动式处理装置及方法。
背景技术
藻类水华与赤潮是指水体中氮磷等营养物质过量而呈现富营养化状态后，藻类过度繁殖的现象。藻类水华与赤潮消耗水体营养物质，藻体死亡过程消耗水体溶解氧，造成其他水生动植物死亡。藻类水华或赤潮在湖泊、水库、河流、海洋中频繁暴发，给水源地保护、给水处理、水产养殖、海洋环境保护带来严峻挑战。
常用的藻类水华或赤潮治理技术装置包括基于物理方法和化学方法的装置。物理方法如混凝沉淀、气浮、过滤分离等，对于藻细胞具有一定的分离效果，但是灭活效果较差，对于胞外藻毒素几乎没有去除效果。此外，沉淀分离等装置仅仅实现藻类水华与赤潮的物理处理，而且并不能从真正意义上达到水体以下的原位处理。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术的缺陷，提供一种水体原位移动式处理装置及方法，提高水体的藻类水华与赤潮的灭活效率并有效去除导致藻堵塞等藻类有害产物。
除移动式原位处理外，进一步地，本装置也可以提供紫外-过氧化氢的联用处理(含不同联用模式，同时联用、间歇联用等)。为了达到上述目的，本发明提供一种水体原位移动式处理装置，包括船体、过氧化氢处理模块和紫外线处理模块；其中，所述过氧化氢处理模块包括投加模块和投药架；所述投加模块用于向水体投加过氧化氢，所述投药架以可调入水深度的方式安装在所述船体上，所述投加模块安装在所述投药架上；所述紫外线处理模块以可调入水深度的方式安装在所述船体上，且相对于所述投药架设置于行船方向的下游，用于向水体施加紫外辐照；所述船体用于在水体中巡航，以载着所述过氧化氢处理模块和所述紫外线处理模块对水体进行移动式水下原位处理。
上述水体原位移动式处理装置是一种移动式高级氧化水体原位移动式处理装置，可以针对大面积水体或特定区域水体进行移动式水下原位处理；装置中所设的紫外线处理模块与过氧化氢处理模块可以相互配合联用，形成胞外清扫、强化进胞，对水体中的藻类生物质实现高效高级氧化处理，在处理过程中上述装置能够产生强氧化性的羟基自由基，实现藻源有机物、EOM(胞外有机质)、EPS(胞外聚合物)的预处理，强化藻细胞灭活效果和对水华藻类的抑制效果，且有利于降低紫外线与过氧化氢使用剂量。在上述水体原位移动式处理装置中，所述船体能够控制整个装置的移动速度和移动方式。所述船体的运行速度可以根据单位时间内所需处理水域面积和体积设定。
进一步地，所述船体上设置有固定架，所述固定架上设有沿上下方向延伸的滑轨，所述投药架以可滑动的方式安装在所述滑轨上。
进一步地，所述过氧化氢处理模块还包括曝气模块，所述投加模块包括用于输出过氧化氢的液相喷嘴，所述曝气模块包括配合所述液相喷嘴的位置设置的气相喷嘴，通过所述气相喷嘴曝气形成的湍流增强过氧化氢在水体中的扩散。
进一步地，所述投加模块包括相互连接的过氧化氢储罐和液相分流器，所述液相分流器的出口管线设有两个以上的液相喷嘴；所述曝气模块包括相互连接的空气压缩机和气相分流器，所述气相分流器的出口管线设有两个以上的气相喷嘴；所述两个以上的液相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架上，所述两个以上的气相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架上。
进一步地，所述紫外线处理模块包括由前至后依次设置的集水过滤装置、辐照室与导流桨叶；所述辐照室设有紫外线灯管。通过使紫外辐照在辐照室中完成，区别与其他裸露灯管式的紫外辐照会削减辐照效率。
进一步地，所述船体的中部设有通向水体的开口，所述紫外线处理模块设于所述开口处，所述船体上设置有起重装置，所述紫外线处理模块的高度由所述船体上的起重装置调节，以便控制所述紫外线处理模块放入水体中的深度或离开水体。
进一步地，所述船体上还设置有叶绿素探头自动监测装置，用于实时监测水体中叶绿素的浓度以指示待处理水体的藻类生物量，所述投加模块还包括用于控制过氧化氢的投加流量的流量泵，所述过氧化氢的投加流量根据所述叶绿素探头自动监测装置反馈的监测结果确定后再通过所述流量泵进行相应的调节。本优选实施例中，首先通过叶绿素探头进行生物量的测定，不同的生物量决定藻类生物质的生长阶段，根据藻类省物质的生长阶段决定物理处理(膜池过滤)或者紫外-过氧化氢的联用方式。
进一步地，还包括连接在所述船体上的膜池，所述膜池包括抽水装置、膜组件和排水装置，所述膜组件包括过滤膜，用于物理分离藻类生物质，所述排水装置的排水口设于所述投药架的前方。例如，当通过检测叶绿素指示当生物量较高的时候，先通过膜池进行物理处理，进行物理分离藻类生物质。通过所述膜池，可以实现针对具有高生物量特征的藻类爆发阶段的应急处理。
进一步地，在完成膜池中的物理分离之后，通过曝气装置在所述膜池内形成曝气以降低膜污染，和/或，通过回流管路利用处理后的回流水对过滤膜进行反洗。
本发明还提供一种水体处理方法，其使用所述的水体原位移动式处理装置对水体进行处理，所述处理包括单独的过氧化氢处理、单独的紫外辐照处理、过氧化氢和紫外辐照联用处理中的至少一种处理。
本发明还可以有以下的多种具体实现形式：
在本发明的一些实施例中，所述水体原位移动式处理装置包括船体、过氧化氢处理模块和紫外线处理模块；其中，所述过氧化氢处理模块包括投加模块、曝气模块和投药架；所述投加模块用于输出过氧化氢，所述投加模块的出口设有两个以上的液相喷嘴，所述液相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架；所述曝气模块用于输出气流，所述曝气模块的出口设有两个以上的气相喷嘴，所述气相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架；按水流方向为由前向后计，所述紫外线处理模块包括由前至后依次设置的集水过滤装置、辐照室、导流桨叶；所述辐照室的内部设有紫外线灯管；所述船体包括船板、起重机、固定架、叶绿素探头自动监测装置；所述船板的中部设有开口，所述紫外线处理模块设于该开口、且所述紫外线处理模块的高度由起重机调节；所述固定架设于船体的前端，所述固定架设有滑轨，所述投药架通过滑轨固定于所述固定架的向前一侧。过氧化氢作为一种环境友好的抑藻剂，能够进入藻细胞内部，快速有效地抑制藻类生长，对其它水生动植物影响小，二次污染风险较低。
在一些实施例中，所述投加模块可以包括过氧化氢储罐和液相分流器，所述液相分流器的出口管线设有两个以上的液相喷嘴；所述液相喷嘴按照不同高度固定于投药架，进而形成出药点矩阵，有助于实现水下立体投加。具体地，所述液相分流器的出口管线具有多个支路，每个支路的出口处设有液相喷嘴，液相喷嘴可以按照多行多列(不同高度)固定于所述投药架设有滑轨的一面，每个液相喷嘴均由独立的阀门控制其与液相分流器的连通状态。所述液相喷嘴可以是液相锥形喷嘴。
在一些实施例中，所述过氧化氢储罐和液相分流器之间还可以设有流量泵，例如离心式流量泵、隔膜式流量泵等。所述流量泵用于控制过氧化氢的投加剂量和过氧化氢在水体中的浓度。在具体实施方案中，所述过氧化氢储罐与所述流量泵之间可以依次设有液体止回阀和出流球阀。
在一些实施例中，所述曝气模块可以包括空气压缩机和气相分流器，所述气相分流器的出口管线设有两个以上的气相喷嘴；所述气相喷嘴按照不同高度固定于投药架上，可以形成出气点矩阵以辅助过氧化氢在水体中的扩散。具体地，所述气相分流器的出口管线具有多个支路，每个支路的出口处设有气相喷嘴，气相喷嘴可以按照多行(不同高度)固定于所述投药架设有滑轨的一面，且所述气相喷嘴的高度位置一般与液相喷嘴的高度位置相匹配。所述气相喷嘴可以是气相锥形喷嘴。
在一些实施例中，所述空气压缩机与气相分流器之间一般设有气体止回阀。
在一些实施例中，所述投药架在水下处理深度可以通过固定架的滑轨调节，可以作为滑动式投药架参与过氧化氢处理过程。所述液相喷嘴在投药架按照不同高度分散分布，通过调节投药架的入水深度以及不同高度位置的气相喷嘴和液相喷嘴的开关状态，能够实现过氧化氢在水下的立体投加、以及针对指定水体深度的定量过氧化氢投加。所述气相喷嘴的位置配合液相喷嘴的位置设置，当进行过氧化氢处理时，通过液相喷嘴投加过氧化氢，通过气相喷嘴在水下形成多个曝气点，在过氧化氢的投加点位附近形成湍流，用于增强过氧化氢在水体中的扩散效果并有效控制过氧化氢的剂量(减少过氧化氢的剂量)。
在一些实施例中，所述过氧化氢储罐用于储存过氧化氢溶液。所述过氧化氢储罐的外侧设有液位仪，用于观测储罐内过氧化氢液位。
在一些实施例中，所述过氧化氢储罐的顶端一般设有与大气连接的通风口，用于防止罐内过氧化氢挥发膨胀引起的储罐压力过大；通风口出设有格栅，防止杂物进入储物罐。所述过氧化氢储罐的顶端还可以设有温度探测装置，用以指示储罐内的温度。所述过氧化氢储罐的顶端设有入口，用以进行入液和储罐检修。
在一些实施例中，所述紫外线处理模块用于向水体施加紫外辐照，其发出的紫外线能够进入藻类细胞，通过损伤核酸及光合系统等位点实现藻类生长抑制。
在一些实施例中，所述紫外线处理模块整体一般设于所述液相喷嘴和所述气相喷嘴的后方，以接收过氧化氢处理模块处理后的水体并对其进行紫外辐照处理。
在一些实施例中，所述紫外线处理模块与船体的起重机相连，可以通过调节起重机中的卷轮调整紫外线处理模块的入水深度。在上述紫外线处理模块中，所述集水过滤装置设于所述辐照室的前方、过氧化氢处理模块的气相喷嘴和液相喷嘴的后方，用于收集已投加过氧化氢的水体并对水体中的杂物进行过滤，提高紫外线辐照效率并保护紫外线处理装置，实现紫外辐照和过氧化氢处理的联用。
在一些实施例中，相比于采用裸露的紫外线灯管直接照射水体，将紫外线灯管固定于辐照室内的设置能够大幅度提高光照强度。所述紫外线灯管一般采用能够提供C波段紫外线的灯管，具体可以包括低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、超高压汞灯、二极管和LED灯中的一种或两种以上的组合。在具体实施方案中，每个紫外线灯管分别设有独立的电源开关，可以根据需求及水体特点开启相应数量的紫外线光源(灯管)，进而调节紫外线辐照强度和运行功率。
在一些实施例中，所述辐照室的内部还设有自动清洗装置，用于减缓灯管污染对紫外线辐照强度的影响。所述辐照室的内部还可以设有石英防水套和紫外线灯管固定架等。
在一些实施例中，所述导流桨用于排水以及增强过氧化氢向水体扩散溶解。所述导流桨设于所述辐照室的后方，可以通过调节导流桨的转速控制水体在辐照室内的停留时间，进而控制所处理的水体流量。所述导流桨可以通过电动机驱动。
在一些实施例中，在所述船体中，叶绿素探头自动监测装置用于实时监测水体中叶绿素的浓度、指示待处理水体的藻类生物量。当监测到水中叶绿素浓度达到设定阈值时，向过氧化氢处理模块和紫外线处理模块反馈信号以启动过氧化氢投加和紫外线辐照，并切换不同的处理模式。同时，在进行水体处理时，可以根据叶绿素探头自动监测装置的监测结果实时调节紫外线处理模块的入水深度以及过氧化氢处理模块中的投药架投加过氧化氢的深度(即投药架和液相喷嘴的入水深度)。
在一些实施例中，所述船体还可以包括浮筒，所述浮筒设于所述船板的下方。所述浮筒一般为两个以上、对称设于船板下方的两侧。
在一些实施例中，所述船体一般包括用于供电的电源，如发电机等。
在一些实施例中，所述船体一般还包括马达，用于驱动船体移动。马达的动力桨的转速控制船体的运行速度，且马达的动力桨叶能够促进过氧化氢在水中扩散和溶解。
在一些实施例中，所述船体一般还包括控制台，所述控制台用于控制装置中的用电设备，如导流桨叶、流量泵等。
在一些实施例中，上述水体原位移动式处理装置可以进一步包括膜池。所述膜池能够预先除去水体中悬浮颗粒及天然有机物，有助于提高紫外线及过氧化氢的进胞和反应效率。
具体地，所述膜池包括抽水装置、膜组件和排水装置。所述膜组件一般包括过滤膜。所述排水装置的出口一般位于所述投药架的前方，以实现在进行过氧化氢处理和紫外辐照处理之前对对藻类生物量较高的水体进行物理分离。所述抽水装置可以是潜水泵、抽吸泵等。
在一些实施例中，在完成膜池中的物理分离之后，可以利用过氧化氢处理模块中的气相分流器出口管线的支路在膜池内形成曝气降低膜污染，还可以利用处理后的回流水对过滤膜进行反洗。
本发明进一步提供了一种水体处理方法，其使用上述水体原位移动式处理装置进行水体处理，可以包括：对待处理的水体进行单独的过氧化氢处理、单独的紫外辐照处理、过氧化氢和紫外辐照联用处理中的至少一种处理；其中，所述过氧化氢处理通过过氧化氢处理模块实现，所述紫外辐照处理通过紫外线处理模块实现。
在一些实施例中，上述方法还可以包括首先对待处理的水体进行物理分离，然后再进行过氧化氢处理和/或紫外辐照处理，所述物理分离通过膜池实现。
在一些实施例中，所述紫外辐照处理中辐照的总剂量一般为20-700mJcm-2。所述过氧化氢在水体中的总剂量浓度一般为0.01-1mmolL-1。
在一些实施例中，所述过氧化氢和紫外辐照联用处理一般包括同步模式、滞后模式和间歇模式。
在一些实施例中，依据藻类生物量和增速，藻类水华暴发风险可分为藻类水华低风险阶段(低生物量且增速慢)、藻类水华风险预警阶段(中生物量且增速快)、以及藻类水华高风险阶段(高生物量且增速快)、藻类水华暴发阶段(高生物量且在水面漂浮形成大量浮渣)。在本发明的具体实施方案中，可以根据藻类水华爆发风险选择对水体的处理方式。例如，在藻类生物量相对较低的藻类水华低风险阶段以及预警阶段初期可以采用单独紫外线处理模式或单独过氧化氢处理模式；在藻类水华风险预警阶段后期以及藻类水华高风险阶段初期采用过氧化氢和紫外辐照联用处理的间歇模式；在藻类水华高风险阶段后期采用过氧化氢和紫外辐照联用处理的同步模式或滞后模式。
在一些实施例中，单独的过氧化氢处理在上述水体原位移动式处理装置中的实施方式可以包括：使水体原位移动式处理装置在目标水体中巡航，通过叶绿素自动监测探头监测不同区域不同深度的藻类生物量；在岸边完成过氧化氢灌注，并依据藻类生物量垂向分布特点选择适宜的过氧化氢投加深度，通过可滑动的投药架将液相喷嘴和气相喷嘴固定在选定水体深度，依据藻类种类与生物量以及水质特征设定过氧化氢投加剂量和船体走航速度；在走航过程中通过投药架上的液相喷嘴和气相喷嘴对选定深度的水体完成投加，在此过程中，液相喷嘴的矩阵式布设和气相喷嘴输出的空气曝气形成的湍流可增强过氧化氢扩散效率，过氧化氢投加浓度由流量泵控制、并根据叶绿素探头自动监测装置的监测情况实时调整，最终实现利用过氧化氢灭活藻细胞并去除胞外藻毒素的目的，船体沿设定线路走航以覆盖目标水域；完成过氧化氢投加后，继续巡航并持续曝气0.5-3h以保证过氧化氢的充分扩散，使目标水体中的过氧化氢浓度满足处理需求，完成过氧化氢处理。上述过程中不启动紫外线处理模块，例如可以利用起重机将所述紫外线处理模块提升至水面以上。
在一些实施例中，单独的紫外辐照处理在上述水体原位移动式处理装置中的实施方式可以包括：使水体原位移动式处理装置在目标水体中巡航监测不同区域不同深度的藻类生物量，依据藻类种类与生物量以及水质特征设定紫外线辐照剂量，以及船体走航速度；通过船体上的起重机调节紫外线处理模块的入水深度，使入水口深度覆盖目标高藻类生物量水层；在走航过程中开启紫外线光源以及导流桨叶，由导流桨叶转速控制水体在紫外线处理装置的停留时间，通过紫外线光源的独立开关控制紫外线辐照的强度、并根据叶绿素探头自动监测装置的监测情况实时调整，从而控制处理装置内紫外线辐照剂量，最终实现利用紫外线辐照灭活藻细胞并去除胞外藻毒素的目的；船体沿设定线路走行以覆盖目标水域，完成紫外辐照处理。上述过程中不启用过氧化氢处理模块。
在一些实施例中，所述同步模式的过程可以包括：先向水体进行过氧化氢处理、然后立即对水体进行紫外辐照处理。具体地，所述同步模式在上述水体原位移动式处理装置中的实施方式可以包括：使水体原位移动式处理装置在目标水体中巡航监测不同区域不同深度的藻类生物量，在岸边完成过氧化氢灌注，并依据藻类生物量垂向分布特点选择适宜的过氧化氢投加和紫外线辐照处理深度，通过滑动的投药架将液相喷嘴和气相喷嘴固定在选定水体深度，通过起重机将紫外线模块下降至选定水体深度，依据藻类种类与生物量以及水质特征设定过氧化氢投加和紫外辐照剂量，以及船体走航速度；在走航过程中开启流量泵、持续通过液相喷嘴向水中注入过氧化氢并利用气相喷嘴输出空气曝气辅助过氧化氢扩散，投加过氧化氢药剂后的水体由集水过滤装置过滤后流入辐照室，根据所需紫外辐照剂量开启紫外线光源及调节导流桨叶转速，进而控制辐照剂量，实现紫外线和过氧化氢的同步联用处理。
在一些实施例中，所述过氧化氢和紫外辐照联用处理的间歇模式可以增强紫外线和过氧化氢的进胞效果，从而加强藻细胞内的高级氧化过程。所述间歇模式的过程包括：先对水体进行过氧化氢处理、然后立即对水体进行第一次紫外辐照处理，完成第一次紫外辐照后停止，间歇，进行第二次紫外辐照处理。
在一些实施例中，在上述间歇模式的处理过程中，过氧化氢处理可以进入细胞减少水体中的NOM(天然有机物)对紫外辐照的影响，增强间歇后紫外辐照的进胞效果，从而形成胞内强氧化；第一次紫外辐照期间能够在水体中激发强氧化性的自由基OH●，能够高效氧化去除胞外藻毒素，增强水体中有机物的去除和细胞膜细胞壁的氧化，提升水体的紫外线透过率。在两次紫外线辐照之间设置一段间歇期的处理使得藻细胞内积累一定浓度的过氧化氢、实现在较低过氧化氢浓度下实现较长的抑制效果；第二次紫外线实施期间能够在藻细胞内激发强氧化性的自由基OH●，导致藻细胞内核酸、光合系统等重要细胞器的损伤，与胞外自由基OH●攻击藻细胞外部结构形成内外双重攻势，从而高效灭活藻细胞，同时降解胞内藻毒素。通过诱发胞内自由基OH●形成藻细胞内部损伤从而灭活藻细胞，通过诱发胞内自由基OH●形成藻细胞内部损伤从而灭活藻细胞，其所需的药剂剂量显著低于通过破坏藻细胞外部结构实现细胞裂解的传统氧化方法，紫外线与H2O2的投加剂量均较低，且较单独使用的剂量显著降低，成本显著降低，见效也更快。
在一些实施例中，在上述间歇模式的处理过程中，第一次紫外辐照的剂量一般控制为紫外辐照的总剂量的20％-50％；第二次紫外辐照的剂量一般控制为紫外线源辐照总剂量的50％-80％。第一次紫外辐照和第二次紫外辐照之间的间歇的时间一般控制为5-60min，例如为5-30min。
在一些实施例中，所述间歇模式在上述水体原位移动式处理装置中的实施方式可以包括：在目标水体中巡航监测不同区域不同深度的藻类生物量，在岸边完成过氧化氢灌注，并依据藻类生物量垂向分布特点选择适宜的过氧化氢投加和紫外线辐照处理深度，通过滑动的投药架将液相喷嘴和气相喷嘴固定在选定水体深度，依据藻类种类与生物量以及水质特征设定过氧化氢投加和紫外辐照剂量，以及船体走航速度；在走航过程中开启流量泵、持续通过液相喷嘴向水中注入过氧化氢并利用气相喷嘴输出空气曝气辅助过氧化氢扩散，投加过氧化氢药剂后的水体由集水过滤装置过滤后流入辐照室，根据所需紫外辐照剂量开启紫外线光源及调节导流桨叶转速、进行第一次紫外辐照处理；当第一次紫外辐照处理的剂量达到辐照总剂量的20-50％时关闭紫外线光源，停止紫外线辐照处理，间歇5-60min，期间船体保持巡航并持续通过气相喷嘴注入空气促进过氧化氢扩散；再次开启紫外线光源实施第二次紫外线辐照，第二次紫外辐照的剂量为总剂量的50-80％，实现紫外线和过氧化氢的间歇联用处理。
在一些实施例中，所述滞后模式的过程可以包括先对水体进行过氧化氢处理，间歇(一般为5-30min)，然后对水体进行紫外辐照处理。当水体中的NOM(天然有机物)或者藻源有机物浓度较多的时候，采用滞后模式可以提供长时间的过氧化氢孵育时间，有利于减少有机物对后期紫外辐照的影响、强化胞内氧化作用。
在一些实施例中，所述滞后模式在上述水体原位移动式处理装置中的实施方式可以包括：使水体原位移动式处理装置在目标水体中巡航监测不同区域不同深度的藻类生物量，在岸边完成过氧化氢灌注，并依据藻类生物量垂向分布特点选择适宜的过氧化氢投加和紫外线辐照处理深度，通过滑动的投药架将液相喷嘴和气相喷嘴固定在选定水体深度，依据藻类种类与生物量以及水质特征设定过氧化氢投加和紫外辐照剂量，以及船体走航速度；在走航过程中首先保持紫外线处理模块关闭，开启流量泵、持续通过液相喷嘴向水中注入过氧化氢并利用气相喷嘴输出空气曝气辅助过氧化氢扩散，完成过氧化氢投加后关闭过氧化氢处理模块，间歇一段时间后(5-30min)，开启紫外线处理模块，水体由集水过滤装置过滤后流入辐照室，根据所需紫外辐照剂量开启紫外线光源及调节导流桨叶转速，实现紫外线和过氧化氢的滞后联用处理。
在一些实施例中，对水体的处理面积可以通过船速和投药架的宽度和在水下的深度调节；对水体的处理体积可以根据水体流速和投药架的投药深度控制；过氧化氢的投加流量根据叶绿素探头自动监测装置反馈的目标水体体积内藻类生物量确定后再通过流量泵进行调节；紫外辐照的强度根据紫外线灯的开启数量确定，紫外辐照的剂量的调整通过控制导流桨转速、进而控制水体在辐照室停留的时间实现。
上述水体处理方法适用于同时含有藻细胞和胞外藻毒素的水体。具体地，藻细胞包括能够形成水华或赤潮的藻类，例如蓝藻、绿藻、硅藻、甲藻、金藻、针胞藻和鞭毛藻等；胞外藻毒素包括能够引起水生动物或人畜出现肝中毒、呼吸麻痹、呕吐腹泻、神经混乱等症状和/或死亡的藻类毒素。
本发明的有益效果包括：
本发明提供的水体原位移动式处理装置是一种船载处理装置，可实现移动式水体原位处理，利用船体的移动能力，并通过以可调入水深度的方式与船体结合的过氧化氢处理模块与紫外线处理模块在所设位置、处理时间和处理深度方面的协同配合，从真正意义上达到水体以下的原位处理，并可满足多模式过氧化氢紫外联用处理；紫外处理以辐照反应器的方式实现，待处理水体在辐照反应器内完成紫外辐照处理；紫外辐照反应器的深度可以调节(在运行中也可调节)，从而调控处理深度；过氧化氢通过多位点形成立体投加；过氧化氢的投加通过投药架完成，投药架的深度可调，可与紫外辐照相互配合；过氧化氢投加配有曝气辅助，增强扩散和处理效率。
本发明使用该水体原位移动式处理装置的水体处理方法可以协调过氧化氢投加和紫外线处理深度，提升紫外线-过氧化氢组合使用的效果，精准调控过氧化氢浓度与紫外线辐照剂量的匹配；根据藻类生物量和水体中悬浮颗粒及天然有机物的浓度组分，本发明提供的方法可以切换多种紫外线/过氧化氢联用模式，从而对不同水体进行针对性的处理，提高水体的藻类水华与赤潮的灭活效率并有效去除导致藻堵塞等藻类有害产物。
附图说明
图1为本发明实施例1中船体的结构示意图(包含过氧化氢处理模块中的投药架)。
图2为本发明实施例1中过氧化氢模块的结构示意图。
图3为本发明实施例1中紫外线处理模块的结构示意图。
图4为本发明实施例1中处理过程中紫外线处理模块和过氧化氢处理模块相对于水面的位置示意图。
图5为本发明实施例2中过氧化氢和紫外辐照联用处理时水体流动方向的示意图。
附图标记：
1船体；2过氧化氢处理模块；3紫外线处理模块；
1-1电源；1-2起重机；1-3固定架；1-4船板；1-5浮筒；1-6控制台；
2-1过氧化氢储罐；2-2出流球阀；2-3液体止回阀；2-4流量泵；2-5液相分流器；2-6液相锥形喷嘴；2-7空气压缩机；2-8气体止回阀；2-9气相锥形喷嘴；2-10投药架；2-11气相分流器；2-12、2-13阀门；
3-1集水过滤装置；3-2辐照室；3-3导流桨叶；3-4紫外线灯管。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
本实施例提供了一种水体原位移动式处理装置，该装置包括船体1、过氧化氢处理模块2和紫外线处理模块3。
如图1所示，船体1包括电源1-1、马达(图中未示)、船板1-4、起重机1-2、固定架1-3、浮筒1-5、控制台1-6和叶绿素探头自动监测装置。电源1-1、起重机1-2、控制台1-6位于船板1-4上方；浮筒1-5位于船板1-4下方、对称设置；固定架1-3位于船板1-4的前方(按水流方向由前至后计)。船板1-4的中部设有能够容纳紫外线处理模块3的开口。固定架1-3向前的一面设有滑轨。叶绿素探头自动监测装置的位置根据监测需求确定。
如图2所示，过氧化氢处理模块2包括投加模块、曝气模块和投药架2-10。
投加模块包括依次连接的过氧化氢储罐2-1、流量泵2-4和液相分流器2-5。过氧化氢储罐2-1的出口与流量泵2-4的入口之间依次设有液体止回阀2-3、出流球阀2-2。流量泵2-4与液相分流器2-5之间设有控制二者连通状态的阀门2-13。
液相分流器2-5的出口管线形成多个支路，每个支路均设有液相锥形喷嘴2-6(作为液相喷嘴)，每个液相锥形喷嘴2-6分别具有控制其开启关闭的独立阀门。
曝气模块包括相互连接的空气压缩机2-7和气相分流器2-11，二者之间依次设有气体止回阀2-8、控制空气压缩机2-7与气相分流器2-11连通状态的阀门2-12。
气相分流器2-11的出口管线形成多个支路，每个支路均设有气相锥形喷嘴2-9(作为气相喷嘴)。气相锥形喷嘴2-9按照多行多列的矩形方式排列，每行的多个气相锥形喷嘴处于同一高度，不同高度的气相锥形喷嘴分别由不同的独立阀门控制开关。
过氧化氢储罐2-1、流量泵2-4、液相分流器2-5、空气压缩机2-7和气相分流器2-11均位于船板1-4上方。气相锥形喷嘴2-9和液相锥形喷嘴2-6固定在投药架2-10向前的一面。如图1所示，投药架2-10固定在固定架1-3向前一面的滑轨上。
如图3所示，紫外线处理模块3由前至后依次设置的集水过滤装置3-1、辐照室3-2、导流桨叶3-3。辐照室3-2内部设有紫外线灯管3-4、自动清洗装置、石英防水套和紫外线灯管固定架。导流桨叶3-3配有电动机。
紫外线处理模块3位于船板1-4中部的开口处、投药架2-10的后方。紫外线处理模块3的高度由起重机1-2调节。起重机1-2通过钩锁、钢丝绳和滑轮与紫外线处理模块3连接。如图1所示，当装置处于使用状态时，紫外线处理模块3下放至船板1-4的下方，并位于水下正对船板1-4中部开口的位置。
图4为水体处理过程中紫外线处理模块和过氧化氢处理模块相对水面的位置示意图。从图4中可以看出，当上述装置处于使用状态时，投药架2-10下降至水面以下使液相锥形喷嘴2-6、气相锥形喷嘴2-9处于水下，紫外线处理模块3也处于水面以下、且位于投药架2-10的下方。过氧化氢处理模块中的过氧化氢储罐2-1在水面的上方，固定于船板1-4上。
紫外线处理模块3和过氧化氢处理模块2中的投药架2-10固定在船体1时的位置参见图1。
在一些具体实施方案中，上述水体原位移动式处理装置可以进一步包括膜池。膜池包括由前至后依次连接的抽水装置、膜组件和排水装置，膜组件包括过滤膜。排水装置的排水口位于投药架2-10的前方、即液相锥形喷嘴2-6和气相锥形喷嘴2-9的前方。
在完成膜池中的物理分离之后，可以利用过氧化氢处理模块中的气相分流器2-11出口管线的支路在膜池内形成曝气降低膜污染，还可以利用处理后的回流水对过滤膜进行反洗。
实施例2
本实施例提供了一种水体处理方法，该方法在实施例1的水体原位移动式处理装置中进行。
先使实施例1的装置对某河流目标水体区域巡航监测，测得目标区域藻细胞密度约为6.5×106cell mL-1，其深度分布主要集中在0-0.5m的水体中。根据监测情况，将船体走航速度设定为约1000m/h,过氧化氢投加流量为15Lh-1，根据该计算结果，确定过氧化氢处理过程中开启所有的液相喷嘴。考虑水体中的藻细胞密度和有机物等因素的影响，确定水体在辐照室中的停留时间为30-50s，第一次辐射剂量为150-200mJcm-2。该目标区域水体属于藻类水华风险预警阶段后期以及藻类水华高风险阶段，因此采用过氧化氢和紫外辐照联合处理的间歇模式。
对水体处理的过程包括：
在岸边向过氧化氢储罐灌中注入足量的过氧化氢，开启空气压缩机总阀、液相分流器和气相分流器出口管线的各个支路阀门，将滑动式投药架固定至0.5m水深处，使液相喷嘴和气相喷嘴在0-0.5m深度内形成矩形过氧化氢出药点和辅助曝气。同时开启紫外线处理装置的紫外线源开关，按照计算的辐照剂量开启对应数量的紫外灯管。在此过程中，过氧化氢处理模块首先通过液相喷嘴向水体中投加过氧化氢，投加了过氧化氢的水体进入集水过滤装置，经过过滤后进入辐照室接受紫外线光照(如图5所示)，第一次辐射剂量为150-200mJcm-2。通过导流桨叶使水体在处理装置中的停留时间为30-50s，再将处理后的水体排出紫外线处理模块。当船体对目标区域完成覆盖(完成第一次紫外辐照处理)后，关闭过氧化氢处理模块中的液相喷嘴以及紫外线处理模块中的紫外灯管，间歇10-15min。在间歇期中，保持空气压缩机处于开启状态使船体在水体中巡航，装置曝气形成的湍流将继续强化水体中残留过氧化氢的扩散，一部分过氧化氢进入藻细胞形成胞内过氧化氢。间歇完成后，开启紫外线处理模块中的紫外灯，将紫外线辐照剂量调节为150-200mJcm-2，对目标区域进行第二次紫外辐照处理，最终完成对目标区域的过氧化氢和紫外辐照的间歇联用处理。
经检测，处理后三周内藻细胞密度最低达0.2×106cell mL-1、相比于处理前降低了97％，胞外藻毒素浓度小于1μgL-1，该结果说明采用本发明提供的水体原位移动式处理装置和方法能够有效治理藻类水华与赤潮，适用于各类富营养化水体如湖泊、水库、江河、池塘、海洋中藻类水华或赤潮的预防和控制。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (10)

1.一种水体原位移动式处理装置，其特征在于，包括船体、过氧化氢处理模块和紫外线处理模块；其中，所述过氧化氢处理模块包括投加模块和投药架；所述投加模块用于向水体投加过氧化氢，所述投药架以可调入水深度的方式安装在所述船体上，所述投加模块安装在所述投药架上；所述紫外线处理模块以可调入水深度的方式安装在所述船体上，且相对于所述投药架设置于行船方向的下游，用于向水体施加紫外辐照；所述船体用于在水体中巡航，以载着所述过氧化氢处理模块和所述紫外线处理模块对水体进行移动式水下原位处理。
2.根据权利要求1所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述船体上设置有固定架，所述固定架上设有沿上下方向延伸的滑轨，所述投药架以可滑动的方式安装在所述滑轨上。
3.根据权利要求1或2所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述过氧化氢处理模块还包括曝气模块，所述投加模块包括用于输出过氧化氢的液相喷嘴，所述曝气模块包括配合所述液相喷嘴的位置设置的气相喷嘴，通过所述气相喷嘴曝气形成的湍流增强过氧化氢在水体中的扩散。
4.根据权利要求3所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述投加模块包括相互连接的过氧化氢储罐和液相分流器，所述液相分流器的出口管线设有两个以上的液相喷嘴；所述曝气模块包括相互连接的空气压缩机和气相分流器，所述气相分流器的出口管线设有两个以上的气相喷嘴；所述两个以上的液相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架上，所述两个以上的气相喷嘴按照不同高度固定于所述投药架上。
5.根据权利要求1至4任一项所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述紫外线处理模块包括由前至后依次设置的集水过滤装置、辐照室与导流桨叶；所述辐照室设有紫外线灯管。
6.根据权利要求1至5任一项所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述船体的中部设有通向水体的开口，所述紫外线处理模块设于所述开口处，所述船体上设置有起重装置，所述紫外线处理模块的高度由所述船体上的起重装置调节，以便控制所述紫外线处理模块放入水体中的深度或离开水体。
7.根据权利要求1至6任一项所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，所述船体上还设置有叶绿素探头自动监测装置，用于实时监测水体中叶绿素的浓度以指示待处理水体的藻类生物量，所述投加模块还包括用于控制过氧化氢的投加流量的流量泵，所述过氧化氢的投加流量根据所述叶绿素探头自动监测装置反馈的监测结果确定后再通过所述流量泵进行相应的调节。
8.根据权利要求1至7任一项所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，还包括连接在所述船体上的膜池，所述膜池包括抽水装置、膜组件和排水装置，所述膜组件包括过滤膜，用于物理分离藻类生物质，所述排水装置的排水口设于所述投药架的前方。
9.根据权利要求8所述的水体原位移动式处理装置，其特征在于，在完成膜池中的物理分离之后，通过曝气装置在所述膜池内形成曝气以降低膜污染，和/或，通过回流管路利用处理后的回流水对过滤膜进行反洗。
10.一种水体原位移动式处理方法，其特征在于，使用权利要求1至9任一项所述的水体原位移动式处理装置对水体进行处理，所述处理包括单独的过氧化氢处理、单独的紫外辐照处理、过氧化氢和紫外辐照联用处理中的至少一种处理。
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