一種富營養化水體藍藻暴發應急治理的方法與流程

本發明涉及水環境保護技術領域，尤其涉及一種富營養化水體藍藻暴發應急治理的方法。

背景技術：

藍藻暴發性生長繁殖并大面積聚集，是河、湖、庫、塘等水體富營養化的表征性指標。中國天然淡水湖泊有2000余個、水庫近10萬座，水環境污染形勢嚴峻，超過50％的湖泊不同程度出現富營養化，其中大部分存在藍藻暴發情況，部分水庫藍藻密度也有上升趨勢。藍藻對飲用水水源地安全的威脅、水生生態的危害及水陸景觀的影響日趨嚴重，藍藻治理迫在眉睫。目前國內外藍藻治理主要有滅藻、擋藻、引藻、撈藻等技術和方法。

滅藻是利用物理、化學或生物等方法在水體中直接消(殺)滅藍藻或抑制藍藻生長繁殖，所用的方法有投加絮凝劑或有絮凝作用的改性粘土、石灰、硫酸銅、微生物和食藻魚類等。該方法簡便、易行、技術要求低，對低濃度藻水有一定效果，但會造成水體的二次污染；被殺滅的藍藻及其所含有機物、氮磷等成分依然滯留在水體中，對富營養化水體的內源治理未做貢獻。僅適用于小型封閉水體藍藻水華偶爾發生的一次性處理，不可作為富營養化水體藍藻暴發應急治理的主流方法。

擋藻是利用柔性或硬質的壩型結構阻擋藍藻進入預設的保護區域，同時借助風力、水流和壩型的因素，導流藍藻進入治理區域。該方法能有效防止藍藻對預設保護區域造成污染，如景點景區、療養區、水源區、濕地區、生活區等，但并沒有對藍藻形成治理，必須與藍藻治理措施同步實施，否則就會造成藍藻在同一水體中的污染轉移。

引藻是在對大、中型富營養化湖泊進行調水引流的同時將水體中藍藻生物量大量的帶走，比如在太湖實施的引江濟太調水引流工程、在滇池實施的牛欄江動力換水工程。該方法主要是為了解決水動力和水環境的問題，可以附帶減少藍藻生物量，但對藍藻的聚集污染沒有直接的治理作用，隨水流向下游的藍藻也存在污染下游水體的危險。因此也難成為藍藻治理的主導方法。

撈藻是采用各種打撈設備對聚集的藍藻進行打撈，能迅速有效直接清除藍藻聚集污染，控制藍藻死亡腐敗后對水環境和水生態造成的危害，防范水體變黑、變臭，迅速減緩藍藻臭味對周邊區域的影響，改善水體景觀，帶走藍藻生物量的同時也帶走其所含的氮、磷和COD，可明顯改善水質，保護水陸環境，增加水環境容量，是富營養化湖泊內源治理的有效手段。該方法不向水體中投加任何物質，不增加水環境容量負荷，與滅藻方法相比具有明顯的生態環保優勢。但若不對打撈上岸的藍藻進行處理和無害化處置，也會造成二次污染。

有鑒于此，有必要對現有技術中的富營養化水體中藍藻暴發應急治理的技術予以改進，以解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的目的在于公開一種富營養化水體中藍藻暴發應急治理的方法，用以實現對暴發藍藻的水域中的藍藻實現高效去除藍藻，并實現連續高效的無害化處理，提高對不同水域的適應性。

為實現上述目的，本發明提供了一種富營養化水體藍藻暴發應急治理的方法，迎藍藻漂浮聚集的盛行風方向設置用于形成治理區域的圍合裝置；采用打撈裝置打撈治理區域中的藍藻；使用調峰池對打撈上來的藍藻進行暫存；采用藍藻細胞脫氣、凝絮沉淀分離、氣浮分離及磁分離，實現藻水分離，以形成藻渣；采用脫水設備對藻渣進行脫水處理，以形成藻泥；對藻泥進行干化處理，以形成含水率小于40％的藻顆粒。

作為發明的進一步改進，所述圍合裝置包括與圍岸不接觸設置的柔性浮壩或硬質堤壩。

作為發明的進一步改進，所述柔性浮壩包括：呈連續布置的浮體、配重物、連接浮體與配重物的隔離網，以及固定于水體底部的固定裝置；所述硬質堤壩由高于水體表面的樁柱、土方或者石料制成。

作為發明的進一步改進，所述浮體為柔性材料制成的可充氣裝置，所述可充氣裝置被夾持機構隔斷形成多個浮體段；所述隔離網由多個隔離子網通過連接件拼接而成，所述隔離網與配重物之間通過連接件連接；所述固定裝置包括定位樁與拉繩，所述拉繩一端連接定位樁，另一端與隔離網的上邊緣連接。

作為發明的進一步改進，所述柔性浮壩還包括控制機構，所述控制機構包括空壓機、控制器、空壓機，所述浮體段上設置充氣閥及放氣閥，以及氣管；所述氣管通過充氣閥及放氣閥連接每一個浮體段，控制器控制空壓機向浮體段中進行充氣與放氣的操作。

作為發明的進一步改進，所述打撈裝置包括吸取型撈藻船、潛吸型可調式渦井取藻器、懸浮式浮藻汲取機或者懸掛倒吸式渦井取藻器。

作為發明的進一步改進，所述脫水設備包括臥式螺旋沉降離心機、帶式壓濾機、碟片式螺旋離心機或者板框式壓濾機。

作為發明的進一步改進，所述圍合裝置與盛行風方向呈垂直排布。

作為發明的進一步改進，所述干化處理包括太陽能輻照干化處理、微波干化處理、空心槳葉干化處理或者低溫除濕藻顆粒化處理；所述微波干化處理中的微波的頻率為3×10²～3×10⁵MHz，波長為1mm～1m。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：在本發明中，在保護原有景觀的同時實現了對富營養化水體中暴發藍藻時進行高效的打撈、收集及藻水分離，實現了大幅度減容，去除藍藻的清水可直接回流水體中，避免了水資源的浪費，且可將藻顆粒作為有機肥料使用，實現了連續高效無污染的處理。

附圖說明

圖1為合肥市巢湖沿岸使用本發明所示出的方法治理富營養化水體藍藻集中暴發緊急治理的方案示意圖；

圖2為柔性浮壩的結構示意圖；

圖3沿圖2中B-B線的剖視圖；

圖4為圖2中標號為A處的放大圖；

圖5為懸掛倒吸式渦井取藻器的結構示意圖；

圖6為本發明一種富營養化水體藍藻暴發應急治理的方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖所示的各實施方式對本發明進行詳細說明，但應當說明的是，這些實施方式并非對本發明的限制，本領域普通技術人員根據這些實施方式所作的功能、方法、或者結構上的等效變換或替代，均屬于本發明的保護范圍之內。

參圖1所示，本發明所示出的一種富營養化水體藍藻暴發應急治理的方法的技術路線為：設防、打撈、調峰、藻水分離、脫水及干化，并具體為：迎藍藻漂浮聚集的盛行風方向75設置用于形成治理區域的圍合裝置76；采用打撈裝置71打撈治理區域中的藍藻；使用調峰池73對打撈上來的藍藻進行暫存；采用藍藻細胞脫氣、凝絮沉淀分離、氣浮分離及磁分離等藻水分離技術，以實現藻水分離，并形成藻渣；采用脫水設備對藻渣進行脫水處理，以形成藻泥；對藻泥進行干化處理，以形成含水率小于40％的藻顆粒。打撈裝置71與調峰池73之間通過輸送管道72連接。該圍合裝置76遠離圍岸74設置，并確保兩者之間的最小距離為500米。

接下來，結合圖6對上述主要步驟及主要涉及的技術方案作詳細闡述。

(1)設防。在藍藻頻繁暴發的湖、庫、塘等水體中，迎著導致藍藻漂浮聚集的盛行風方向75設置圍合裝置76。該圍合裝置76包括柔性浮壩或硬質堤壩，阻擋藍藻進入預設的保護區域，同時借助風力、水流和壩型條件，導流藍藻進入治理區域。該方法能有效防止藍藻對預設保護區域造成污染，如水源區、景觀區、療養區、濕地區、生活區等；導流進入治理區域的藍藻利于規模化、集中化、及時化地從水體中打撈出來，避免污染轉移。在本實施方式中，優選采用柔性浮壩100。

參圖2及圖3所示，該柔性浮壩100可隨風浪浮動，對水體中的藍藻形成阻攔但不影響水體交換，但具有很好的擋藻和導藻的效果，在太湖、滇池和巢湖已有規模化應用。具體的，參圖2至圖4所示，在本實施方式中，該柔性浮壩100包括：呈連續布置的浮體10、配重物20、連接浮體10與配重物20的隔離網31，以及固定于水體底部的固定裝置5。

浮體10為柔性材料制成的可充氣裝置。可充氣裝置被夾持機構隔斷形成多個浮體段，每個浮體段的長度可設置為1米或者更長。浮體10可采用橡膠制成，可以采用其他具有良好耐候性并具一定柔性的材料制成。通過設置呈這種多段式結構的浮體10，可使得浮體10能夠更好的適應不同的地形與水面形狀，具有更好的適應性。

參圖3所示，固定裝置5分別設置在隔離網31的兩側。固定裝置5包括定位樁51與拉繩52。拉繩52一端連接定位樁51，另一端與隔離網31的上邊緣連接。定位樁51可靠的固定在水體底部，起到固定浮體10與配重物20的作用。

圖2中示出了兩個相鄰的浮體段101及浮體段102，兩者通過夾持機構實現隔離。該夾持機構包括兩個長度相等且長度方向大于或者等于浮體段101及浮體段102被壓扁狀態時寬度的板條11。板條11上形成彼此對應的通孔，并通過緊固件111(例如螺栓組件)，將兩個板條11實現夾緊浮體，從而形成兩個內部呈隔離的浮體段101及浮體段102。該緊固件111可選用不銹鋼螺栓或者鉚釘。

隔離網31由多個隔離子網通過連接件30拼接而成，該拼接件30包括鎖鉤33及鎖扣32。具體的，隔離子網311沿垂直方向的邊上設有鎖鉤33，而與該隔離子網311相鄰并進行拼接的隔離子網312沿垂直方向的邊上設有與上述鎖鉤33適配并活動連接的鎖扣32。

同時，隔離網31的底部也可通過上述連接件30與配重物20連接。配重物20的密度遠大于水的密度，以通過自身重力將隔離網31在水中的垂直方向上張緊，以形成一個過濾面。該隔離網31可采用尼龍或者無紡布制成，隔離網31的孔徑不小于1mm，從而可防止水體交換功能失效。

該配重物20既可為一個整體結構，也可為分體式結構。具體的，參圖2所示，在本實施例中，該配重物20包括連續首尾連接的多個配重管22，以及設置于配重管22內的配重體21。該配重體21可為石塊、金屬或者密度遠大于1的物質。

同時，配合參照圖2及圖4所示，該柔性浮壩100還包括控制機構，所述控制機構包括空壓機(未示出)、控制器(可選用PLC或者單片機)，空壓機與氣管44連接。浮體段101上設置充氣閥41及放氣閥43，以及氣管44。其中，充氣閥41為單向閥，放氣閥43為電子閥，并通過導線47與控制器建立電連接。空壓機所輸出的空氣通過氣管44并經由充氣閥41向浮體段101內充氣，從而使浮體段101充氣膨脹并漂浮與水面49上。

當需要降低柔性浮壩100漂浮在水面49上的高度時，控制器向空壓機發出停止充氣的指令，并向放氣閥41發出停止信號，放氣閥43受控打開并將浮體段101內的空氣通過氣管44排出。從而使得該柔性浮壩100能夠實現在水面49上實現活動升降的效果，提高了該柔性浮壩100的適應性。

氣管44通過充氣閥41及放氣閥43連接每一個浮體段，充氣閥41、放氣閥43與氣管44之間通過三通45連接。控制器控制空壓機向浮體段101中進行充氣與放氣的操作，從而實現了調節每一個浮體段漂浮在水面49的高度，從而實現對不同濃度的藍藻進行攔截，同時也能對懸浮于水體中的藍藻進行水下攔截，提高了該柔性浮壩100對水體內部及表面的藍藻的攔截效率。

硬質堤壩，是指根據藍藻防控區范圍設置，按照設計的壩形，采用樁柱、土方、石材材料從水底構筑高于水面的壩體，在富營養化水體構筑硬質堤壩具有阻攔藍藻，防止藍藻聚到近岸導致壞死發臭而影響環境和景觀的效果，同時也可通過壩形設計將藍藻導引到治理區域進行打撈。

(2)打撈。對導流進入治理區域聚集的藍藻(含固率0.5～1％)，采用打撈裝置12進行機械打撈，以及時將藍藻移除水體進行處理。該方法能迅速有效直接清除藍藻聚集污染，控制藍藻死亡腐敗對水環境和水生態造成的危害，防范水體變黑、變臭；能迅速減緩藍藻臭味對周邊區域的影響，改善水體景觀；在帶走藍藻生物量的同時也帶走其所含的氮、磷和COD，可明顯改善水質，保護水陸環境，增加水環境容量。

該打撈裝置12包括：

吸取型撈藻船，其由雙體船、固定架、聚集箱、調節螺桿組成，可在水面上移動打撈藍藻，具有打撈效果好、機動性強、作業范圍廣的特點。

潛吸型可調式渦井取藻器，其由水上固定的支撐平臺、側壁上連接潛污泵且可上下調節的吸藻筒構成。根據不同水位上下調整0～1.5m的高度，保證高效抽吸水面表層的藻漿。具有大流量、表層汲取藍藻的優點。該潛吸型可調式渦井取藻器的具體實現方式可參本申請人于2015年提交的申請號為201510674477.2的中國發明專利申請文件。

懸浮式浮藻汲取機，其包括連接有浮球的機架，機架上安裝有潛水泵，潛水泵的進水口朝上。可對小范圍聚集的藍藻進行表層汲取，具有靈活方便的優勢。

懸掛倒吸式渦井取藻器的結構參圖5所示。該懸掛倒吸式渦井取藻器包括電動葫蘆81，取藻器82，該取藻器82的底部連接一個渦井取藻器86，渦井取藻器86沿圖5中箭頭88的方向吸取藍藻，并從輸藻管87排出。該渦井取藻器86整體沒于水面49的下方，并可在電動葫蘆81的驅動下實現渦井取藻器86在垂直方向上的升高或者降低。該懸掛倒吸式渦井取藻器中的電動葫蘆81，取藻器82及渦井取藻器86被整體的安裝在由槽鋼焊接的框架83內部，框架83內部焊接有由角鋼制成的支架84及支架85，取藻器82連續貫穿支架84與支架84。電動葫蘆81通過鏈條或者其他連接件與框架83固定連接。

(3)調峰。由于藍藻暴發具有周期性和峰值性，高峰期聚集的藍藻需及時打撈，防止其在高溫條件下停留水中死亡腐敗而造成危害。受客觀條件限制，打撈作業在白天12小時內進行。打撈上岸的藻漿需進行藻水分離及無害化處理，處理能力是按經濟最優化原則，根據藍藻暴發的平均量設計的，有一定限值，可24小時運行。為解決打撈和處理能力不完全同步的矛盾，因此可在圍岸13的附近設置調峰池14，以對高峰期打撈的藻漿進行暫存，保證打撈能力的充分發揮和后續的調節處理。該調峰池14可為構建封閉式混凝土池，也可為改造的露天池塘。調峰池14通過輸送管道15與打撈裝置12相互連通，以將打撈裝置12打撈上來的藻漿通過輸送管道15輸送至調峰池14中。

(4)藻水分離。藻水分離是指采用藻水分離技術將藍藻從藻水或藻漿中與水分離，藍藻沉積或浮積為含水率93～95％的藻渣，去除藍藻的清水回排入原水體。

該藻水分離技術包括：

沉淀分離技術。

直接絮凝沉淀分離：在絮凝劑的作用下，使藻水或藻漿中的藍藻顆粒、以及其它細微懸浮物凝聚成絮凝體，絮體在沉淀池中快速沉淀，完成藻水分離。該絮凝劑包括但不限于PAM藥劑、PAC藥劑。

藍藻細胞脫氣與絮凝沉淀分離技術。

藍藻通常以囊團的形式存在，一個藍藻囊團中可含有數十或數百個細胞，囊團的外膜是一層膠被，藍藻細胞中含多個偽空泡。偽空泡充氣時囊團作上浮運動，這會影響直接絮凝沉淀分離效果。通過脫氣設備將藻細胞偽空泡內的氣體釋出，減小藍藻的浮力，從而利在絮凝劑作用下形成沉淀，達到藻水分離目的。

所述脫氣設備包括：

高速剪切脫氣設備。利用定子與轉子間高速旋轉所產生的機械剪切力和壓力，破壞藍藻囊團囊膜，使藻細胞游離分散，并使藻細胞偽空泡內的氣體釋出。

壓力脫氣設備。通過在容器中對藻水或藻漿施壓，破環藍藻本身特有的氣囊等內部結構，釋放其中氣體，減小藍藻的浮力，從而利在絮凝劑作用下形成沉淀，達到藻水分離目的。

氣浮分離技術。

藍藻以單細胞或細胞群囊團的形式懸浮于水中，是絮凝與氣泡附著最理想的靶標。氣浮分離是指在壓力狀況下，將大量空氣溶于水中，形成溶氣水，作為工作介質，通過釋放器驟然減壓快速釋放，產生大量微細氣泡。微細氣泡與藻水中經混凝反應形成的藍藻絮體粘附在一起，使絮體比重小于1而浮于水面，從而使藍藻從水中分離出來，形成藻渣。

磁分離技術。

向藍藻水或藻漿中投加磁種(俗稱鐵粉)和絮凝劑，凝聚成磁性絮團。再通過外界磁場將含藍藻的磁性絮團吸出，實現藻水分離。

(5)脫水。采用脫水設備對含水率93～95％的藻渣(沉渣和浮渣)進一步脫水減容，獲得平均含水率85％的藻泥，利于后續的無害化處置。

脫水設備包括：臥式螺旋沉降離心機、帶式壓濾機、碟片式螺旋離心機、板框式壓濾機，以下對上述脫水設備對藻渣進行脫水的處理過程作簡要闡述。

臥式螺旋沉降離心機：藻渣與絮凝劑反應形成絮體，加大固液的比重差，通過脫水設備的離心力作用，使固液兩相分離，固相沉降到離心機轉鼓壁上形成藻泥，由螺旋器將其推出渣口，清液則從溢流口溢出。

帶式壓濾機：利用濾布(帶)的張力和壓力在濾布上對藻渣施加壓力使其脫水，脫水泥餅由刮板剝離，剝離了泥餅的濾帶用噴射水沖洗，防止濾帶孔堵塞。該機具有低速運行，無噪聲，處理量較的特點。

碟片式螺旋離心機：疊片螺旋式過濾機主要由螺旋推動軸、多重固定疊片和多重游動疊片組成，該機有濃縮段和脫水段兩個功能區，藻渣中大量濾液由濃縮腔流出，經濃縮后藻渣受到螺旋推動軸進一步壓縮脫水而成藻泥排出機外。

板框式壓濾機：屬于正壓強壓脫水，即一定數量的濾板在強機械力的作用下被緊密排成一列，濾板面和濾板面之間形成濾室，藻渣在強大的正壓下被送入濾室，進入濾室的藻渣中固體部分被濾布截留形成濾餅，液體部分透過過濾介質而排出濾室，從而達到固液分離的目的。板框式壓濾機具有結構簡單，濾餅含固率高，濾液中含固率低的特點。

(6)干化。

打撈藍藻經過分離、脫水處理后獲得含水率85％左右的藻泥，藻泥若不能得到有效處置則可能造成二次污染，成為藍藻應急治理工作的制約因素。利用干化技術，將含水率85％的藻泥干化成含水率小于40％的藻顆粒，可作為有機肥使用，也可直接填埋或焚燒，從而實現無害化處置。

該干化技術包括：

太陽能輻照干化處理：溫室內的藻泥經過太陽光輻射后，溫度升高，內部水分向周圍空氣中加速蒸發汽化，藻泥表面的空氣濕度增加達到飽和狀態；經過通風和自然循環，溫室內的濕空氣被排出，藻泥表面的空氣濕度由原來的飽和狀態進入非飽和狀態，藻泥內部的水分進一步向周圍空氣蒸發，如此往復達使藻泥干化。太陽能干化技術能耗低、操作方便。

微波干化處理：是指頻率為3×10²～3×10⁵MHz，波長為1mm～1m的微波，被微波輻射的極性分子會在微波電場中劇烈振動，產生摩擦，將吸收的微波能轉化為熱能。微波干化技術即是利用微波的這一性質，促使藻泥內部的水分子在微波電場中摩擦升溫，形成由內向外的溫度梯度，促使藻泥內部水分很快擴散到表面蒸發。微波干燥藻泥時，加熱時間短，熱效率高。

空心槳葉干化處理：是通過槳葉干燥機完成藻泥干化的技術。槳葉干燥機是一種以熱傳導為主的臥式攪拌型連續干燥設備，主要有帶夾套的筒體、空心槳葉軸及驅動裝置組成，從軸端的旋轉接頭導入導出，加熱介質分別進入干燥機殼體夾套和槳葉軸內腔，將干燥機內壁、中空葉片、空心軸加熱，通過熱傳導的方式對物料進行干化。物料連續進入干燥機內，在中空槳葉連續轉動攪拌作用下不停翻轉，能夠充分均勻地受熱。槳葉在轉動的同時將干化后的物料輸送至出料口排除。槳葉干燥機具有能耗低、熱量利用率高、安全可靠、設備占地與投資省、運行維護費用低等特點。

低溫除濕藻泥干化處理：除濕熱泵，是利用制冷系統使濕熱空氣降溫脫濕同時通過熱泵原理回收空氣中的水份凝結潛熱加熱空一種裝置。藻泥除濕干化機是利用除濕熱泵對藻泥采用熱風循環冷凝除濕烘干，無臭味外溢，具有能耗低，根據現場實測證明，每1度電可去除3.5kg水、環境友好、占地面積小、智能控制等優點。

在本實施方式中，解決了傳統的藍藻暴發應急處理中擋藻而沒治藻、打撈而無處理以及藻泥無出路的矛盾。

通過設置圍合裝置，以阻擋藍藻進入預設的保護區域，并借助風力、水流和壩型等條件，導流藍藻進入治理區域，有效防止藍藻對水源區、景觀區、療養區、濕地區、生活區等造成污染；導流進入治理區域的藍藻(含固率0.5～1％)，采用高效取藻器等專用打撈設備進行規模化、集中化、及時化打撈，及時將藍藻移除水體，防止對水體造成持續危害；打撈上岸的藍藻通過藻水分離處理，獲得含水率小于85％的藻泥，實現大幅度減容，去除藍藻的清水回排水體，避免水資源浪費；采用低能耗、環境友好的干化設備對含水率85％的藻泥進行干化，得到含水率小于40％的藻顆粒，可作為有機肥使用，也可直接填埋或焚燒，從而實現無害化處置。

工程案例

工程選址：合肥包河區巢湖沿岸。

設置柔性浮壩作為圍合裝置：1000m×2條，兩條呈弧形的柔性浮壩，柔性浮壩距離湖岸500m(最小距離)。

潛吸型可調式渦井取藻器：500m³/小時，白天打撈12小時。

調峰池容積：5000m³。

藻水分離：處理量3360m³/天，24小時運行。

設干化車間：干化藻顆粒量7噸/小時。

藻顆粒外運到沿湖做綠化基肥使用。

效果：1.保護了沿岸的商住區、公園等區域的水陸環境；2.每天處理藍藻藻漿3360m³，相當于從巢湖中帶出氮1.34噸、磷79kg。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。

對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。