CN114477322B - 一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置与方法，装置包括空腔主体，所述空腔主体内设有可膨胀和收缩的气囊，所述气囊通过充气管道与充气泵连接，充气管道上设有放气阀，所述空腔主体一端设有清水储存腔，清水储存腔开放的一端设有与其滑动连接的第一活塞，所述第一活塞与气囊之间设有过滤装置，所述空腔主体一侧设有藻液储存腔，藻液储存腔开放的一端设有与其滑动连接的第二活塞；本发明能够集藻液的过滤、反冲洗、储存功能于一体，提高了整个装置的净化处理效率。

Description

一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置与方法
技术领域
本发明涉及富营养化水体治理技术领域，具体地指一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置与方法。
背景技术
富营养化是指自然水体受到自然因素或人为因素的影响，水体中的氮磷等营养物质增多，浮游藻类在足够营养的水体条件下迅速繁殖造成水体溶解氧含量急剧下降，水生生物大量死亡，水质急剧恶化的水体污染现象。
对于富营养化现象的治理，目前的技术主要有物理技术、化学技术、生物技术。化学修复技术如采用絮凝剂、药剂杀藻等措施，可通过发生化学反应生成沉淀，沉降蓝绿藻，但所需的化学药剂量大，成本较高，而且有二次污染的风险，长期使用会造成污水区域出现抗药性，一般作为应急处理。现有的生物修复技术如微生物修复技术、水生植物修复技术、生物操纵技术是建立在生物自身新陈代谢活动的基础上，生物处理技术虽然能利用水生生物吸收利用水中氮磷元素后，达到去除水体氮磷营养物质的效果，但处理效率往往较慢，且生物技术受干扰的边界条件较多，在应急处理过程中不宜使用。物理技术除藻、截污、底泥疏浚工程和引水冲污，通常作为治理的前置措施，虽然不能从根本上得解决富营养化问题，但在短期爆发蓝藻后应急处理过程中可以起到良好的处理效果。
蓝绿藻清除设备常用于富营养化水体的蓝绿藻应急爆发治理，在实践工程中能较好较快的起到去处藻类的效果，治理富营养化水体。现有的蓝绿藻去除设备，大部分由于体型较为庞大，安装设备较多，存在结构复杂、造价高、安装及运输价位困难、运维成本高等问题，同时由于设备体型庞大、设备吃水深度深，在一些小型湖泊及浅水湖泊应用受限，目前蓝绿藻去除设备所存在的主要问题还是在于藻类容易堵塞过滤装置的滤膜，时常需要人工进行冲洗，导致设备处理效率受到影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置与方法，能够集藻液的过滤、反冲洗、储存功能于一体，提高整个装置的净化处理效率。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置，包括空腔主体，所述空腔主体内设有可膨胀和收缩的气囊，所述气囊通过充气管道与充气泵连接，充气管道上设有放气阀，所述空腔主体一端设有清水储存腔，清水储存腔开放的一端设有与其滑动连接的第一活塞，所述第一活塞与气囊之间设有过滤装置，所述空腔主体一侧设有藻液储存腔，藻液储存腔开放的一端设有与其滑动连接的第二活塞。
优选地，所述藻液储存腔与空腔主体的连通孔位置设置电磁阀，空腔主体另一侧壁进水孔设有用于进水的第一单向阀。
优选地，所述空腔主体内还设有用于测量过滤装置与气囊距离的测距传感器，所述测距传感器输出端与控制器连接，所述控制器输出端与电磁阀输入端连接。
优选地，所述藻液储存腔与空腔主体的连通孔位置还设置有与电磁阀串联的单向阀。
优选地，所述清水储存腔侧壁出水孔设有用于出水的第二单向阀，所述藻液储存腔侧壁上设有外排管，所述外排管上设有阀门。
优选地，所述过滤装置包括与空腔主体侧壁连接的滤膜支架和设于滤膜支架上的滤膜。
优选地，所述空腔主体顶部还设有浮板和太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与蓄电池连接。
另外，本发明还公开上述过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，它包括如下步骤：
S1：启动充气泵，向气囊内充气，使得气囊膨胀并充满空腔主体，然后关闭充气泵，然后整个净化装置下水，漂浮于水面，将净化装置直接拖入河湖蓝绿藻爆发水体中；
S2：打开放气阀，气囊内的气体自动排出，随着气囊中的气体释放出来，空腔主体内呈现负压，当气囊收缩至不遮挡第一单向阀所在位置时，在外部大气压强的作用下，外部的蓝绿藻污水从第一单向阀进入空腔主体内，待气囊内气体释放完全，进水完成；
S3：再次启动充气泵，向气囊内充气，气囊膨胀过程中会增大空腔主体内部压力，富营养化水体在压力作用下通过过滤装置进行过滤；
S4：透过过滤装置的清水在清水储存腔内储存，而当气囊靠近过滤装置时，电磁阀打开，空腔主体内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀进入到藻液储存腔内；
S5：当第一活塞越过第二单向阀所在位置时，清水储存腔内一部分清水通过第二单向阀排出到空腔主体外，而第二活塞逐渐朝着藻液储存腔外端靠近，蓝绿藻污水浓缩液逐渐在藻液储存腔内积累；
S6：关闭充气泵，打开放气阀，气囊内的气体自动排出，随着气囊中的气体释放出来，空腔主体内呈现负压，此时第一活塞会向过滤装置靠拢，清水储存腔内的清水会反向通过过滤装置的滤膜，并对滤膜进行反冲洗过程；在这个过程进行的同时，当气囊收缩至不遮挡第一单向阀所在位置时，位于空腔主体外部的蓝绿藻污水再次从第一单向阀进入空腔主体内，重复进行S2- S6。
优选地，它还包括以下步骤：
S7：当藻液储存腔内积累满蓝绿藻污水浓缩液时，将整个净化装置拉回岸边，将外排管与抽吸泵连接，打开阀门，从而将藻液储存腔内的污水抽送至岸边的垃圾储存区域，然后重复S1-S6。
优选地，所述步骤S4中，当测距传感器测得的过滤装置与气囊距离小于4cm时，控制器控制电磁阀打开，然后空腔主体内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀进入到藻液储存腔内。
本发明的有益效果：
1、本发明通过设置空腔主体、藻液储存腔、清水储存腔、活塞、过滤装置，集蓝藻富营养化水过滤、滤膜反冲洗、外排、储存于一体，形成模块化、集成度高、轻便简单的装置，提高了整个装置的净化处理效率，有利于推广应用；
2、富营养化水依次经过过滤装置过滤、浓缩液排入藻液储存腔、清水反冲洗过滤装置等流程，依次循环往复，整个处理过程中充气泵对气囊的充气过程和以及其放气过程对上述流程进行驱动，结构简单、高效；
3、本发明设备相对于现有的除藻船等较为庞大的设备设施而言，该设施设备较为简单，集约化程度高，运行过程中无需添加药剂及设置反冲洗设备，造价及运行成本均较低；
4、本发明中，气囊膨胀过程中会增大空腔主体内部压力，富营养化水体在压力作用下通过过滤装置进行过滤；而透过过滤装置的清水在清水储存腔内储存，而空腔主体内的蓝绿藻污水浓缩液进入到藻液储存腔内储存；而气囊收缩过程中，空腔主体内呈现负压，此时第一活塞会向过滤装置靠拢，从而压动清水储存腔内的清水反向通过过滤装置的滤膜，并对滤膜进行反冲洗过程；因此通过气囊的膨胀和收缩过程便同时实现了过滤、储存以及反冲洗过程。
5、本发明中的第二活塞逐渐朝着藻液储存腔外端靠近的过程中，可以不断连续地扩大藻液储存腔的区域，这样可以防止藻液储存腔内存留空气而导致蓝绿藻污水浓缩液进入受阻。
附图说明
图1 为一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的主视图结构示意图；
图2为图1的俯视结构示意图；
图3为图1的A-A剖视结构示意图；
图4为本发明步骤S1对应的净化装置状态图；
图5为本发明步骤S2对应的净化装置状态图；
图6为图5中气囊内空气完全放空后的结构示意图；
图7为本发明步骤S3对应的净化装置状态图；
图8为本发明步骤S4-S5对应的净化装置状态图；
图9为本发明步骤S6对应的净化装置状态图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至3所示，一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置，包括空腔主体1，所述空腔主体1内设有可膨胀和收缩的气囊2，所述气囊2通过充气管道3与充气泵4连接，充气管道3上设有放气阀5，所述空腔主体1一端设有清水储存腔6，清水储存腔6开放的一端设有与其滑动连接的第一活塞7，所述第一活塞7与气囊2之间设有过滤装置8，所述空腔主体1一侧设有藻液储存腔9，藻液储存腔9开放的一端设有与其滑动连接的第二活塞10。
优选地，所述藻液储存腔9与空腔主体1的连通孔位置设置电磁阀12，空腔主体1另一侧壁进水孔设有用于进水的第一单向阀11。
优选地，所述空腔主体1内还设有用于测量过滤装置8与气囊2距离的测距传感器13，所述测距传感器13输出端与控制器连接，所述控制器输出端与电磁阀12输入端连接。在本实施例中，控制器可以选用微处理器，采用型号为TMS320C32的DSP。
在上述技术方案中，测距传感器13可以实时对过滤装置8与气囊2距离进行测量，当其距离小于一定值（例如4cm）时，控制器控制电磁阀12打开，空腔主体1内的浓蓝绿藻污水可以通过电磁阀12进入到藻液储存腔9内。
优选地，所述藻液储存腔9与空腔主体1的连通孔位置还设置有与电磁阀12串联的单向阀。这样设计后，也可以防止藻液储存腔9内储存的浓蓝绿藻污水逆向流入到空腔主体1内。
优选地，所述清水储存腔6侧壁出水孔设有用于出水的第二单向阀14，所述藻液储存腔9侧壁上设有外排管15，所述外排管15上设有阀门16。
优选地，所述过滤装置8包括与空腔主体1侧壁连接的滤膜支架8.1和设于滤膜支架8.1上的滤膜8.2。优选地，滤膜8.2可以选用微米级滤膜。
优选地，所述空腔主体1顶部还设有浮板17和太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与蓄电池连接。通过太阳能光伏板将光能转化为电能，然后存储于蓄电池中，为充气泵4、控制器等装置提供电能。
本实施例公开上述过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，它包括如下步骤：
S1：启动充气泵4，向气囊2内充气，使得气囊2膨胀并充满空腔主体1，然后关闭充气泵4，然后整个净化装置下水，漂浮于水面，将净化装置直接拖入河湖蓝绿藻爆发水体中（如图4所示）；
S2：打开放气阀5，气囊2内的气体自动排出，随着气囊2中的气体释放出来，空腔主体1内呈现负压，当气囊2收缩至不遮挡第一单向阀11所在位置时，在外部大气压强的作用下，外部的蓝绿藻污水从第一单向阀11进入空腔主体1内，待气囊2内气体释放完全，进水完成（如图5和6所示）；
S3：再次启动充气泵4，向气囊2内充气，气囊2膨胀过程中会增大空腔主体1内部压力，富营养化水体在压力作用下通过过滤装置8进行过滤（如图7所示）；
S4：透过过滤装置8的清水在清水储存腔6内储存，而当气囊2靠近过滤装置8时，电磁阀12打开，空腔主体1内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀12进入到藻液储存腔9内（如图8所示）；
S5：当第一活塞7越过第二单向阀14所在位置时，清水储存腔6内一部分清水通过第二单向阀14排出到空腔主体1外，而第二活塞10逐渐朝着藻液储存腔9外端靠近，蓝绿藻污水浓缩液逐渐在藻液储存腔9内积累；在本实施例中，第二活塞10逐渐朝着藻液储存腔9外端靠近的过程中，可以不断连续地扩大藻液储存腔9的区域，这样可以防止藻液储存腔9内存留空气而导致蓝绿藻污水浓缩液进入受阻。因为如果直接预留固定体积的藻液储存腔9时，则需要对藻液储存腔9进行排空气处理，导致步骤繁琐（如图8所示）。
S6：关闭充气泵4，打开放气阀5，气囊2内的气体自动排出，随着气囊2中的气体释放出来，空腔主体1内呈现负压，此时第一活塞7会向过滤装置8靠拢，清水储存腔6内的清水会反向通过过滤装置8的滤膜8.2，并对滤膜进行反冲洗过程；在这个过程进行的同时，当气囊2收缩至不遮挡第一单向阀11所在位置时，位于空腔主体1外部的蓝绿藻污水再次从第一单向阀11进入空腔主体1内，重复进行S2- S6（如图9所示）。
优选地，它还包括以下步骤：
S7：当藻液储存腔9内积累满蓝绿藻污水浓缩液时，将整个净化装置拉回岸边，将外排管15与抽吸泵连接，打开阀门16，从而将藻液储存腔9内的污水抽送至岸边的垃圾储存区域，然后重复S1-S6。
优选地，所述步骤S4中，当测距传感器13测得的过滤装置8与气囊2距离小于4cm时，控制器控制电磁阀12打开，然后空腔主体1内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀12进入到藻液储存腔9内。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，所述过滤去除藻类的富营养化水体净化装置包括空腔主体（1），所述空腔主体（1）内设有可膨胀和收缩的气囊（2），所述气囊（2）通过充气管道（3）与充气泵（4）连接，充气管道（3）上设有放气阀（5），所述空腔主体（1）一端设有清水储存腔（6），清水储存腔（6）开放的一端设有与其滑动连接的第一活塞（7），所述第一活塞（7）与气囊（2）之间设有过滤装置（8），所述空腔主体（1）一侧设有藻液储存腔（9），藻液储存腔（9）开放的一端设有与其滑动连接的第二活塞（10）；所述藻液储存腔（9）与空腔主体（1）的连通孔位置设置电磁阀（12），空腔主体（1）另一侧壁进水孔设有用于进水的第一单向阀（11）；所述清水储存腔（6）侧壁出水孔设有用于出水的第二单向阀（14），所述藻液储存腔（9）侧壁上设有外排管（15），所述外排管（15）上设有阀门（16）；其特征在于：它包括如下步骤：
S1：启动充气泵（4），向气囊（2）内充气，使得气囊（2）膨胀并充满空腔主体（1），然后关闭充气泵（4），然后整个净化装置下水，漂浮于水面，将净化装置直接拖入河湖蓝绿藻爆发水体中；
S2：打开放气阀（5），气囊（2）内的气体自动排出，随着气囊（2）中的气体释放出来，空腔主体（1）内呈现负压，当气囊（2）收缩至不遮挡第一单向阀（11）所在位置时，在外部大气压强的作用下，外部的蓝绿藻污水从第一单向阀（11）进入空腔主体（1）内，待气囊（2）内气体释放完全，进水完成；
S3：再次启动充气泵（4），向气囊（2）内充气，气囊（2）膨胀过程中会增大空腔主体（1）内部压力，富营养化水体在压力作用下通过过滤装置（8）进行过滤；
S4：透过过滤装置（8）的清水在清水储存腔（6）内储存，而当气囊（2）靠近过滤装置（8）时，电磁阀（12）打开，空腔主体（1）内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀（12）进入到藻液储存腔（9）内；
S5：当第一活塞（7）越过第二单向阀（14）所在位置时，清水储存腔（6）内一部分清水通过第二单向阀（14）排出到空腔主体（1）外，而第二活塞（10）逐渐朝着藻液储存腔（9）外端靠近，蓝绿藻污水浓缩液逐渐在藻液储存腔（9）内积累；
S6：关闭充气泵（4），打开放气阀（5），气囊（2）内的气体自动排出，随着气囊（2）中的气体释放出来，空腔主体（1）内呈现负压，此时第一活塞（7）会向过滤装置（8）靠拢，清水储存腔（6）内的清水会反向通过过滤装置（8）的滤膜（8.2），并对滤膜进行反冲洗过程；在这个过程进行的同时，当气囊（2）收缩至不遮挡第一单向阀（11）所在位置时，位于空腔主体（1）外部的蓝绿藻污水再次从第一单向阀（11）进入空腔主体（1）内，重复进行S2- S6。
2.根据权利要求1所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：所述空腔主体（1）内还设有用于测量过滤装置（8）与气囊（2）距离的测距传感器（13），所述测距传感器（13）输出端与控制器连接，所述控制器输出端与电磁阀（12）输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：所述藻液储存腔（9）与空腔主体（1）的连通孔位置还设置有与电磁阀（12）串联的单向阀。
4.根据权利要求1所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：所述过滤装置（8）包括与空腔主体（1）侧壁连接的滤膜支架（8.1）和设于滤膜支架（8.1）上的滤膜（8.2）。
5.根据权利要求1所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：所述空腔主体（1）顶部还设有浮板（17）和太阳能光伏板，所述太阳能光伏板与蓄电池连接。
6.根据权利要求1所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：它还包括以下步骤：
S7：当藻液储存腔（9）内积累满蓝绿藻污水浓缩液时，将整个净化装置拉回岸边，将外排管（15）与抽吸泵连接，打开阀门（16），从而将藻液储存腔（9）内的污水抽送至岸边的垃圾储存区域，然后重复S1-S6。
7.根据权利要求1或6所述的一种过滤去除藻类的富营养化水体净化装置的净化方法，其特征在于：
所述步骤S4中，当测距传感器（13）测得的过滤装置（8）与气囊（2）距离小于4cm时，控制器控制电磁阀（12）打开，然后空腔主体（1）内的蓝绿藻污水浓缩液通过电磁阀（12）进入到藻液储存腔（9）内。
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