CN1212276C - 水华及水面固体漂浮物的清除方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在环保行业中用于清除水华及水面固体漂浮物的方法及其设备，其特征在于它采用带动力的物理或机械的手段，例如水泵、射流泵等，以及只从水面表层取水的表层取水手段，使取水口与水面表层之间保持一狭小间距，在泵的抽吸作用下，只有水面表层的一薄层水能从狭小的间距中通过，流入到泵的抽吸口中，从而能够有选择性地只将水面表层水连同漂浮在其上的水华及其它水面固体漂浮物一起从水体中清除出去。清除水华的同时还能大幅度减少水体中氮、磷等营养元素的含量，可防止水华的复发，治标又治本。

Description

水华及水面固体漂浮物的清除方法及其设备

技术领域    本发明涉及环保行业中针对水华及其它水面固体漂浮物所造成环境污染的一种治理方法和相关设备。

背景技术    在我国及其它很多国家，很多河流、湖泊、储水池、水库甚至近海海洋等地表水域，水体富营养化污染非常严重，水中污染物超标，氮、磷等营养元素过多，导致藻类大量繁殖。特别是当夏季来临时，由于水温增高，藻类繁殖速度惊人。藻类漂浮在水面上互相粘连，形成一层水藻漂浮层，通称水华。在海洋领域，由于水藻颜色以褐色居多，人们也把水藻漂浮层称为赤潮。厚厚的水华漂浮在水面，多呈绿油漆状，阻碍了氧向水中的传递，导致鱼类死亡，水藻死亡后释放毒素，并散发出腥臭味，严重污染了水环境。

除水华之外，水中的浮萍、水草、被风吹入水中的落叶、随污水一起排入的固体垃圾等等，也常常在水面形成水面固体漂浮物，成为水面垃圾，也同样污染了水环境。

水华被称作生态癌症，多年来，人们耗费巨资也没有找到很好的办法。目前的常规对策有：减少氮、磷的排放或通过水生植物栽培等方法削减水中的氮、磷含量；放置食藻鱼吞食水藻；喷洒药剂或生物制剂直接杀死水藻。这些方法有一定效果，但都有很大的缺点。分述如下：

减少氮、磷的排放是个庞大的社会工程，相当长一段时间都不会见到明显效果。因为化肥的使用使肥沃的土壤中富含氮肥，水土流失会将氮元素带入河湖中，而减少化肥的使用和防止水土流失都不是容易办到的。磷元素多含在洗衣粉中，含磷洗衣粉的全面禁止尚需时日。另外，人类排放的生活污水中也含有大量的氮、磷元素，使生活污水完全得到处理不排入河湖也是不现实的。因此通过减少氮、磷的排放来预防水华发生可能需要几十年的过程。

水生植物栽培包括人工湿地、在水面栽培水生植物等，氮、磷削减率极低，一般只在10-20％左右，需要庞大的实施面积才能起到一定效果，而对很多城市内的河流、湖泊等水域而言，庞大的实施面积无法保证，另外，庞大水面的水生植物栽培其栽培和植物回收工作量巨大，很不容易实现。有些水面，水葫芦等水生植物占满整个水面，虽然抑制了水华生长，但水葫芦本身快速生长，捞也捞不尽，形成了新的危害。

食藻鱼吞食水藻法是一个很有前途的生物治理手段。在我国一些较大湖泊有试用，取得了一定效果。食藻鱼能化害为利，将氮、磷、藻类危害转化为鱼肉蛋白。但一般食藻鱼对藻消化率只有20％，且排泄出的粪便会污染水并再次繁殖水藻，治理效果不尽如人意。还有很多值得研究的地方，目前还不能成为治理水华的良好手段。

喷洒药剂或生物制剂直接杀死水藻的方法一般只作为一种应急手段。喷洒药剂有二次危害的嫌疑，生物制剂杀藻在小范围水面效果尚可，对大水面效果不佳。这两种方法还有一个共同缺点是即使能杀死水藻，水藻分解后释放的氮、磷元素仍然存在于水中，且会越集约多，过一段时间后，水藻又会暴发。因此只能应急，而不能从根本上减缓水华的发生。

对于水面固体漂浮物而言，在中国的绝大部分地区还停留在最原始的人工打捞状态。北京市河湖管理处就拥有一支庞大的水面垃圾打捞队，每日不停地驾船在河湖水面上用网兜人工打捞水面垃圾。水面庞大、垃圾分散，工作条件极其苛刻、繁重，而且挂一漏万，从来也没有把水面垃圾彻底清理干净过。

发明的目的    本发明的目的是针对水华及水面漂浮物所造成的水环境污染，提供一种快速高效、切实可行的治理方法及治理设备，采用机械化、自动化的手段直接将水华及水面漂浮物从水体中清除出去，恢复水面的洁净，不仅将人们从目前人工打捞水面垃圾的繁重体力劳动中解放出来，而且通过清除水华可以高效地清除水中的氮、磷等富营养元素，防止水华的复发，治标又治本。

发明的内容    为了实现上述发明目的，发明人提供了下述的水华及水面固体漂浮物的清除方法，即着眼于水华及水面漂浮物都漂浮在水面上这样一个特点，在水体表层附近设置表层取水机构，所说的表层取水机构包括取水口、取水口位置保持机构，取水口位置保持机构将取水口保持在水面表层附近的下方或上方，该表层取水机构与能抽吸流体的动力装置相连，在该动力装置的作用下，水面表层水被抽吸到表层取水机构中，进而通过流体输送管道被移送到水体之外，从而将漂浮在水面表层的水华及水面固体漂浮物也一起清除出水体。

这种清除初步达到了目的，被清除出的固液混合物可以直接用来浇灌土地、也可以再经过固液分离步骤进行分离过滤，将从水体中清除出来的含有水华及水面固体漂浮物的固液混合物进行固液分离，从而将固体态的水华及水面固体漂浮物分离并清除。过滤后的干净水可以回流河湖水体，当然也可以再用来浇地，而被最终分离出的水华及水面漂浮物的固体颗粒则可以作为固体垃圾处理，从而实现了最终的清除目的。

为了实现上述的水华及水面漂浮物的清除方法，发明人还提供了具体的水华及水面固体漂浮物的清除设备。其特征是它包括能抽吸流体的动力装置、流体输送管、一种只从水面表层取水的表层取水机构，动力装置的抽吸口与表层取水机构直接连接在一起或通过流体输送管连接在一起，动力装置的出水口也与流体输送管相连，所说的表层取水机构包括取水口、取水口位置保持机构，取水口位置保持机构将取水口保持在水面表层附近的下方或上方。

这种设备能够保证有针对性地只将水面表层这层水连同漂浮在其上的水华及固体漂浮物清除出水体，从而实现对水华及水面固体漂浮物的清除目的。

本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备，还可以包括固液分离装置，可以对上述初步清除出的含水华及固体漂浮物的固液混合物进行进一步处理，将水华及水面漂浮物作为固体垃圾分离出来，剩余的干净水可以回流河湖或加以利用。固液分离装置可以有动力也可以无动力，例如离心过滤、挤压过滤等，而过滤网是最简单的无动力固液分离装置。

上述的动力装置可以是泵。泵可以是离心式水泵，也可以是射流泵、容积式泵等，共同特点是能对液体进行抽吸。

但河流、湖泊等地表水体往往水量非常庞大，尽管水质受到污染，如果采取不加选择地用泵等动力装置将整个水体抽吸到固液分离装置，过滤掉水华等固体污染物后再回流的方法的话，消耗的能量将极为庞大，经济上根本不可行，用户无法承受。哪怕是公园水池这样较小的水体也是这样。这种方法只是对游泳池等水量少、水质要求高的场合适用。

为了使水华及水面漂浮物的清除工作在经济上切实可行、具有现实意义，发明人经过多方研究和思考，在本项发明中还提供了只从水面表层取水的表层取水机构，所说的表层取水机构包括取水口、取水口位置保持机构，取水口位置保持机构将取水口保持在水面表层附近的下方或上方。

如果动力装置是能抽吸气液混合体的泵，例如射流泵，则泵的抽吸口就是取水口，取水口位置保持机构直接把泵的抽吸口设置在水面表层上方附近。

如果动力装置是能抽吸含固体颗粒水的水泵，表层取水机构还包括一个水流限流器，取水口位置保持机构使水流限流器保持在水面表层下方附近，并与水面表层之间形成一狭小空隙，构成取水口，水面表层水连同水华及其它水面固体漂浮物通过该取水口流入到与之相连的动力装置的抽吸口中。

这样一来，就将取水口限制在了水面上下一定范围内。这样动力装置只能抽吸到水面表层的那一层水，但水华和水面漂浮物正好都是漂浮在水面表层上的，所以刚好能将水华和水面漂浮物一起抽吸出去。这样一来，在实现对水华和水面固体漂浮物的清除目的的同时，所需抽吸的水量也极少，从而大幅减少耗能，不但经济上完全可行，清除速度也有了质的飞跃。

对于取水口位置保持机构而言，一个很好的解决方案是浮子。浮子追随水面的变化，始终漂浮在水面上，从而可以把取水口始终保持在水面表层上下一定范围内。

当然，这种取水口位置保持机构也可以是一种设置于水底的机架或是由岸边伸向水面的机架。把水流限流器及动力装置的抽吸口固定在机架上，事先将取水口保持在所需要的水面上下一定范围内。

在本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备中，还可以包括破碎机构，能够将较大的固体漂浮物破碎以便排出。一个简单又好的解决方案是选取带切碎、撕裂功能的污水泵，能够将水草等较大漂浮物破碎，防止堵塞。当然也可以在表层取水机构的取水口外附加上单独的切碎机构。

如果动力装置是水泵，无论是放在水中还是放在岸上，动力装置的抽吸口应该设置在水面下，不能露出水面。对一般离心式水泵而言，抽吸口哪怕只露出水面一点点，就会抽进空气。一旦进入空气，水泵就不能再抽水，失去效用。因此，使用普通水泵，人为地把泵的吸水口提到水面表层位置是不具备本发明的功效的。因为如果吸水口完全没在水面下，即使离水面很近也根本抽不到水面上的水华和漂浮物，而只要吸水口一露出水面就会进入空气，立即抽不动水。参见图10说明。

如果动力装置是能抽吸气液混合体的泵如射流泵等，抽吸口可以设置在水面上，露出水面，抽吸口方向可以朝下。尽管这种方法效率可能没有水泵高，但原理上也是可行的。

发明的优点和积极效果  通过上述叙述显而易见，本发明所提供的承华及水面固体漂浮物的清除方法及其设备能够高效节能地、有选择性地只将水面表层水连同漂浮在水面表层的水华及水面固体漂浮物一起从水体中分离出去，整个清除过程由机器完成，完全把人类从苛刻的体力劳动中解放出来。清除效率非常高，据试验，每小时消耗一度电可清除的水面面积达数百平方米，比人工打捞提高工效数十倍。而且由于水藻在快速繁殖过程中吸收了大量的氮、磷等营养元素，把水华从水中清除出去的同时还能大幅度减少水体中氮、磷等营养元素的含量，氮、磷的去除率可达50％以上，可防止水华的复发，治标又治本。

附图说明    下面结合附图对本发明的具体特点、结构及最佳实施例进行进一步详细说明。

图1是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除方法原理示意图；

图2是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备的第1最佳实施例的示意图；

图3～图5是图2所述第1最佳实施例中表层取水机构的几种不同实现方式。

图6～图7是图2所述第1最佳实施例中取水口位置保持机构的另外两种实现方式。

图8是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备的第2最佳实施例示意图。

图9是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备的第3实施例示意图

图10是作为对照说明用仅仅将水泵吸水管放置在水面附近时的抽吸效果示意图。

具体实施例    在图1中，11代表能抽吸流体的动力装置，12代表表层取水机构，11和12都是本发明方法中所使用的两种手段或工具。13代表水面表层的那层水，水华及水面固体漂浮物都包含在13中，13是本发明方法的清除标的物。使用能抽吸流体的动力装置11和表层取水机构12有选择性地只将水面表层水13连同漂浮在水面表层的水华及其它水面固体漂浮物一起从水体中分离出去，就能实现本发明的目的。在岸上或船上还可以加一个固液分离步骤14，进一步将从水体中分离出来的13进行固液分离，从而将水华及其它水面固体漂浮物的固体颗粒15分离并清除，分离后的净水16可以回流，也可以用作浇地等用途。

图2中，21是指被污染的河流、湖泊等水体，22是能抽吸流体的水泵，水泵放在岸上，23是流体输送管，24是表层取水机构，25是表层取水机构中的水流限流器，26是取水口，27是取水口位置保持机构之一的浮子，28是动力装置水泵的抽吸口，29是水面表层，210是固液分离装置。图中表层取水机构24的水流限流器25是一个桶型结构，在取水口位置保持机构浮子27的作用下，桶壁与水面表层29之间形成一高度为h的狭小空隙，构成取水口26。图中流体输送管23构成水泵的吸水管，管口28就是动力装置水泵的抽吸口，抽吸口28连接在水流限流器25的底部。当开动水泵抽水时，水流限流器25桶内的水首先被抽空，周围的水沿着取水口26源源不断地流入桶内。由于取水口26的开口高度h被限制在一个狭小范围(理想值为10～60mm)，周围的水中只有水面表层29以下高度为h的一层薄水层才能沿图示箭头方向顺利地流入桶内，形成稳定的层流，并通常在抽吸口28上方形成漩涡，经由流体输送管23被水泵22抽离到岸上。而水华及水面固体漂浮物都聚集在水面下高度为h的薄水层内，这样就能做到有选择性地只将水面表层水连同漂浮在水面表层的水华及其它水面固体漂浮物一起从水体中清除出去，实现了本发明的基本目的。抽到岸上的含有水华及固体漂浮物的水是固液混合物，水量仍有些偏大，可以再经过固液分离装置210进行固液分离，将含水少的固态的水华及固体漂浮物颗粒分离出去，作为固体垃圾处理，而分离后的水则可以回流到水体21中。在本实施例中，固液分离装置210是过滤网，经试验，目数在160目以上的过滤网就能很好地过滤掉水华。

图3是图2所述第1最佳实施例中表层取水机构的另一种实现方式。31是表层取水机构，32是作为取水口位置保持机构的浮子，33是水流限流器，34是取水口，35是流体输送管，36是泵的抽吸口，37是水泵，38是水面表层。与图2不同的是，水流限流器33在这里是一个平板，与流体输送管35相连。在浮子32的作用下，水流限流器33与水面表层38之间形成一高度为h的狭小空隙，构成取水口34。水泵开机抽水时，平板33会阻止下部的水向上涌，周围的水中只有水面表层38以下高度为h的一层薄水层才能沿图示箭头方向顺利地流入到平板33上，形成稳定的层流，并通常在抽吸口36上方形成漩涡，经由流体输送管35被水泵37抽离到岸上。也能实现有选择性地只将水面表层水连同漂浮在水面表层的水华及其它水面固体漂浮物一起从水体中清除出去的发明目的。

图4也是图2所述第1最佳实施例中表层取水机构的另一种实现方式。41是表层取水机构，42是作为取水口位置保持机构的浮子，43是水流限流器，44是取水口，45是流体输送管，46是泵的抽吸口，47是水泵，48是水面表层。与图2不同的是，流体输送管45的开口方向朝下，放置在水流限流器43的桶型结构内，但43的桶底密闭。当开动水泵抽水时，水流限流器43桶内的水首先被抽空，周围的水沿着取水口44源源不断地流入桶内。由于取水口44的开口高度h被限制在一个狭小范围，周围的水中只有水面表层48以下高度为h的一层薄水层才能沿图示箭头方向顺利地流入桶内，形成稳定的层流，经由流体输送管45被水泵47抽离到岸上。

图5也是图2所述第1最佳实施例中表层取水机构的另一种实现方式。51是表层取水机构，52是作为取水口位置保持机构的浮子，53是流体输送管，在这里是吸水管，54是取水口也是泵的抽吸口，55是水泵，56是水面表层。与图2不同的是，表层取水机构51中没有水流限流器，接近水面的吸水管53的管壁本身起到限流作用，泵的吸水管53的吸水端直接被浮子52限位在水面表层56之下，与水面表层56的间距为h，开动水泵抽水时，周围表层的水从抽吸口54经流体输送管53被抽到岸上。由于没有水流限流器，表层水流入时的层流效果略差，h也应取大值。但发明的基本目的仍能实现。

图6是图2所述第1最佳实施例中取水口位置保持机构的另外一种实现方式。即取水口位置保持机构是设置在水底的机架。图中61是表层取水机构，62是作为取水口位置保持机构的设置在水底的机架，63是水流限流器，64是取水口，65是流体输送管，66是泵的抽吸口，67是水泵，68是水面表层，69是水底层。桶型结构的水流限流器63与机架62固定在一起，在机架62的作用下，水流限流器63的桶壁与水面表层68之间形成一高度为h的狭小空隙，构成取水口64。当开动水泵抽水时，同样周围的水中只有水面表层68以下高度为h的一层薄水层才能沿图示箭头方向顺利地流入桶内，形成稳定的层流，经由流体输送管65被水泵67抽离到岸上。

图7是图2所述第1最佳实施例中取水口位置保持机构的另外一种实现方式，即取水口位置保持机构是固定在岸上并伸向水面的机架。图中71是表层取水机构，72是固定在岸上并伸向水面的机架，73是水流限流器，74是取水口，75是流体输送管，76是泵的抽吸口，77是水泵，78是水面表层。水流限流器73与机架72固定在一起，在机架72的作用下，水流限流器73的桶壁与水面表层78之间形成一高度为h的狭小空隙，构成取水口74。同理，本结构也能实现发明目的。

在第1最佳实施例中，表层取水机构共有4种实现方式，而其中的取水口位置保持机构也有3种实现方式，任意两两组合，可以有12种不同的具体结构，都可以实现本发明的目的。

图8是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备的第2最佳实施例示意图。与图2所述第1最佳实施例不同之处在于动力装置采用潜水泵，置于水下并倒置，水泵吸水口朝上。图中81是指被污染的河流、湖泊等水体，82是潜水泵，放在水下，83是流体输送管，在这里成了出水管，84是表层取水机构，85是表层取水机构中的水流限流器，86是取水口，87是取水口位置保持机构之一的浮子，88是动力装置水泵的抽吸口，89是水面表层，810是固液分离装置。潜水泵82倒置着置于水下，即潜水泵的抽吸口88一端朝上，电机端朝下。这与一般潜水泵的设置方向完全相反。由于是潜水泵，故一般没有吸水管。图中潜水泵82的抽吸口88一端与水流限流器85固定在一起，然后共同被浮子87浮起，使得水流限流器85的桶壁与水面表层89之间形成一高度为h的狭小空隙，构成取水口86。本实施例与第1实施例相比，优点在于可以选用带切碎、撕裂机构的污水潜水泵(市场有售)，可以及时切碎水中杂草、树叶等较大固体飘浮物，防止堵塞。

当然，第2实施例中取水口位置保持机构、水流限流器等结构也可以改用图3～图7所述的方式。

图9是本发明所提供的水华及水面固体漂浮物的清除设备的第3实施例示意图。不同之处在于动力装置采用了射流泵，能抽吸气液混合体，泵的抽吸口设置在水面表层上方而非下方。图中91是射流泵，92是射流泵的抽吸管，93是抽吸口，94是取水口位置保持机构之一的浮子，95是表层取水机构。表层取水机构95中没有水流限流器，直接由浮子94将抽吸管92的抽吸口93一端设置在水面表层上方，与水面表层之间保持着距离为h的间隙(h取0～+5mm为宜)。射流泵开动后，在抽吸管92中产生真空，在大气压作用下，将水面表层水连同水华及其它水面固体漂浮物一起抽离到岸上。

图10是对照用说明图，反映了仅仅将普通水泵的抽吸管提到水面表层下方附近时的抽吸效果。图中101是水泵、102是抽吸管、103是水面表层、104是飘浮在水面表层的水华及固体飘浮物。由图可见，只要吸水口埋在水面表层下不露出水面，即使离水面表层很近，在水泵的抽吸力作用下，主要是抽吸口正下方及其附近的中下层水向抽吸口移动、进而被抽走，中下层水还有向上涌动效果，对表层水反而起到顶托作用，因而根本不能抽吸到表层水。而吸水口一旦露出水面，就会进入空气，使水泵抽不动水而失效。可见只有采用本发明所提供的结构，才能实现对飘浮在水面的水华及固体飘浮物的高效清除目的。

Claims (12)

1.一种在环保行业中用于清除水华及水面固体漂浮物的方法，所说的水华是指水藻漂浮在水面形成的漂浮层，其特征在于：在水体表层附近设置表层取水机构，所说的表层取水机构包括取水口、取水口位置保持机构，取水口位置保持机构将取水口保持在水面表层附近的下方或上方，该表层取水机构与能抽吸流体的动力装置相连，在该动力装置的作用下，水面表层水被抽吸到表层取水机构中，进而通过流体输送管道被移送到水体之外，从而将漂浮在水面表层的水华及水面固体漂浮物也一起清除出水体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于它还包括一个固液分离步骤，将从水体中清除出来的含有水华及水面固体漂浮物的固液混合物进行固液分离，从而将固体态的水华及水面固体漂浮物分离并清除。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于表层取水机构的取水口位于表层水水面下10～60mm范围内。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于表层取水机构的取水口位于表层水水面上0～5mm范围内。

5.一种水华及水面固体漂浮物的清除设备，其特征在于它包括能抽吸流体的动力装置、流体输送管、一种只从水面表层取水的表层取水机构，动力装置的抽吸口与表层取水机构直接连接在一起或通过流体输送管连接在一起，动力装置的出水口也与流体输送管相连，所说的表层取水机构包括取水口、取水口位置保持机构，取水口位置保持机构将取水口保持在水面表层附近的下方或上方。

6.根据权利要求5所述的清除设备，其特征在于动力装置是能抽吸含固体颗粒水的水泵，表层取水机构还包括一个水流限流器，表层取水机构中的取水口位置保持机构使水流限流器保持在水面表层下方附近，并与水面表层之间形成一狭小空隙，构成取水口，水面表层水连同水华及其它水面固体漂浮物通过水流限流器与水面间的空隙流入到与之相连的动力装置的抽吸口中。

7.根据权利要求5所述的清除设备，其特征在于动力装置是能抽吸气液混合体的泵，取水口位置保持机构直接把泵的抽吸口设置在水面表层上方附近。

8.根据权利要求5或6或7所述的清除设备，其特征在于取水口位置保持机构是浮子。

9.根据权利要求5或6或7所述的清除设备，其特征在于取水口位保持机构是设置在水底的机架。

10.根据权利要求5或6或7所述的清除设备，其特征在于取水口位置保持机构是固定在岸上并伸向水面的机架。

11.根据权利要求5或6或7所述的清除设备，其特征在于所述的动力装置内包括破碎机构，能够将较大的固体漂浮物破碎以便排出。

12.根据权利要求5或6或7所述的清除设备，其特征在于它包括一个固液分离装置，从水体中清除出来的固液混合物被送入固液分离装置进一步分离出固体态的水华和漂浮物。

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