一种富营养化水体蓝藻暴发应急治理的方法与流程

本发明涉及水环境保护技术领域，尤其涉及一种富营养化水体蓝藻暴发应急治理的方法。

背景技术：

蓝藻暴发性生长繁殖并大面积聚集，是河、湖、库、塘等水体富营养化的表征性指标。中国天然淡水湖泊有2000余个、水库近10万座，水环境污染形势严峻，超过50％的湖泊不同程度出现富营养化，其中大部分存在蓝藻暴发情况，部分水库蓝藻密度也有上升趋势。蓝藻对饮用水水源地安全的威胁、水生生态的危害及水陆景观的影响日趋严重，蓝藻治理迫在眉睫。目前国内外蓝藻治理主要有灭藻、挡藻、引藻、捞藻等技术和方法。

灭藻是利用物理、化学或生物等方法在水体中直接消(杀)灭蓝藻或抑制蓝藻生长繁殖，所用的方法有投加絮凝剂或有絮凝作用的改性粘土、石灰、硫酸铜、微生物和食藻鱼类等。该方法简便、易行、技术要求低，对低浓度藻水有一定效果，但会造成水体的二次污染；被杀灭的蓝藻及其所含有机物、氮磷等成分依然滞留在水体中，对富营养化水体的内源治理未做贡献。仅适用于小型封闭水体蓝藻水华偶尔发生的一次性处理，不可作为富营养化水体蓝藻暴发应急治理的主流方法。

挡藻是利用柔性或硬质的坝型结构阻挡蓝藻进入预设的保护区域，同时借助风力、水流和坝型的因素，导流蓝藻进入治理区域。该方法能有效防止蓝藻对预设保护区域造成污染，如景点景区、疗养区、水源区、湿地区、生活区等，但并没有对蓝藻形成治理，必须与蓝藻治理措施同步实施，否则就会造成蓝藻在同一水体中的污染转移。

引藻是在对大、中型富营养化湖泊进行调水引流的同时将水体中蓝藻生物量大量的带走，比如在太湖实施的引江济太调水引流工程、在滇池实施的牛栏江动力换水工程。该方法主要是为了解决水动力和水环境的问题，可以附带减少蓝藻生物量，但对蓝藻的聚集污染没有直接的治理作用，随水流向下游的蓝藻也存在污染下游水体的危险。因此也难成为蓝藻治理的主导方法。

捞藻是采用各种打捞设备对聚集的蓝藻进行打捞，能迅速有效直接清除蓝藻聚集污染，控制蓝藻死亡腐败后对水环境和水生态造成的危害，防范水体变黑、变臭，迅速减缓蓝藻臭味对周边区域的影响，改善水体景观，带走蓝藻生物量的同时也带走其所含的氮、磷和COD，可明显改善水质，保护水陆环境，增加水环境容量，是富营养化湖泊内源治理的有效手段。该方法不向水体中投加任何物质，不增加水环境容量负荷，与灭藻方法相比具有明显的生态环保优势。但若不对打捞上岸的蓝藻进行处理和无害化处置，也会造成二次污染。

有鉴于此，有必要对现有技术中的富营养化水体中蓝藻暴发应急治理的技术予以改进，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于公开一种富营养化水体中蓝藻暴发应急治理的方法，用以实现对暴发蓝藻的水域中的蓝藻实现高效去除蓝藻，并实现连续高效的无害化处理，提高对不同水域的适应性。

为实现上述目的，本发明提供了一种富营养化水体蓝藻暴发应急治理的方法，迎蓝藻漂浮聚集的盛行风方向设置用于形成治理区域的围合装置；采用打捞装置打捞治理区域中的蓝藻；使用调峰池对打捞上来的蓝藻进行暂存；采用蓝藻细胞脱气、凝絮沉淀分离、气浮分离及磁分离，实现藻水分离，以形成藻渣；采用脱水设备对藻渣进行脱水处理，以形成藻泥；对藻泥进行干化处理，以形成含水率小于40％的藻颗粒。

作为发明的进一步改进，所述围合装置包括与围岸不接触设置的柔性浮坝或硬质堤坝。

作为发明的进一步改进，所述柔性浮坝包括：呈连续布置的浮体、配重物、连接浮体与配重物的隔离网，以及固定于水体底部的固定装置；所述硬质堤坝由高于水体表面的桩柱、土方或者石料制成。

作为发明的进一步改进，所述浮体为柔性材料制成的可充气装置，所述可充气装置被夹持机构隔断形成多个浮体段；所述隔离网由多个隔离子网通过连接件拼接而成，所述隔离网与配重物之间通过连接件连接；所述固定装置包括定位桩与拉绳，所述拉绳一端连接定位桩，另一端与隔离网的上边缘连接。

作为发明的进一步改进，所述柔性浮坝还包括控制机构，所述控制机构包括空压机、控制器、空压机，所述浮体段上设置充气阀及放气阀，以及气管；所述气管通过充气阀及放气阀连接每一个浮体段，控制器控制空压机向浮体段中进行充气与放气的操作。

作为发明的进一步改进，所述打捞装置包括吸取型捞藻船、潜吸型可调式涡井取藻器、悬浮式浮藻汲取机或者悬挂倒吸式涡井取藻器。

作为发明的进一步改进，所述脱水设备包括卧式螺旋沉降离心机、带式压滤机、碟片式螺旋离心机或者板框式压滤机。

作为发明的进一步改进，所述围合装置与盛行风方向呈垂直排布。

作为发明的进一步改进，所述干化处理包括太阳能辐照干化处理、微波干化处理、空心桨叶干化处理或者低温除湿藻颗粒化处理；所述微波干化处理中的微波的频率为3×10²～3×10⁵MHz，波长为1mm～1m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在本发明中，在保护原有景观的同时实现了对富营养化水体中暴发蓝藻时进行高效的打捞、收集及藻水分离，实现了大幅度减容，去除蓝藻的清水可直接回流水体中，避免了水资源的浪费，且可将藻颗粒作为有机肥料使用，实现了连续高效无污染的处理。

附图说明

图1为合肥市巢湖沿岸使用本发明所示出的方法治理富营养化水体蓝藻集中暴发紧急治理的方案示意图；

图2为柔性浮坝的结构示意图；

图3沿图2中B-B线的剖视图；

图4为图2中标号为A处的放大图；

图5为悬挂倒吸式涡井取藻器的结构示意图；

图6为本发明一种富营养化水体蓝藻暴发应急治理的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1所示，本发明所示出的一种富营养化水体蓝藻暴发应急治理的方法的技术路线为：设防、打捞、调峰、藻水分离、脱水及干化，并具体为：迎蓝藻漂浮聚集的盛行风方向75设置用于形成治理区域的围合装置76；采用打捞装置71打捞治理区域中的蓝藻；使用调峰池73对打捞上来的蓝藻进行暂存；采用蓝藻细胞脱气、凝絮沉淀分离、气浮分离及磁分离等藻水分离技术，以实现藻水分离，并形成藻渣；采用脱水设备对藻渣进行脱水处理，以形成藻泥；对藻泥进行干化处理，以形成含水率小于40％的藻颗粒。打捞装置71与调峰池73之间通过输送管道72连接。该围合装置76远离围岸74设置，并确保两者之间的最小距离为500米。

接下来，结合图6对上述主要步骤及主要涉及的技术方案作详细阐述。

(1)设防。在蓝藻频繁暴发的湖、库、塘等水体中，迎着导致蓝藻漂浮聚集的盛行风方向75设置围合装置76。该围合装置76包括柔性浮坝或硬质堤坝，阻挡蓝藻进入预设的保护区域，同时借助风力、水流和坝型条件，导流蓝藻进入治理区域。该方法能有效防止蓝藻对预设保护区域造成污染，如水源区、景观区、疗养区、湿地区、生活区等；导流进入治理区域的蓝藻利于规模化、集中化、及时化地从水体中打捞出来，避免污染转移。在本实施方式中，优选采用柔性浮坝100。

参图2及图3所示，该柔性浮坝100可随风浪浮动，对水体中的蓝藻形成阻拦但不影响水体交换，但具有很好的挡藻和导藻的效果，在太湖、滇池和巢湖已有规模化应用。具体的，参图2至图4所示，在本实施方式中，该柔性浮坝100包括：呈连续布置的浮体10、配重物20、连接浮体10与配重物20的隔离网31，以及固定于水体底部的固定装置5。

浮体10为柔性材料制成的可充气装置。可充气装置被夹持机构隔断形成多个浮体段，每个浮体段的长度可设置为1米或者更长。浮体10可采用橡胶制成，可以采用其他具有良好耐候性并具一定柔性的材料制成。通过设置呈这种多段式结构的浮体10，可使得浮体10能够更好的适应不同的地形与水面形状，具有更好的适应性。

参图3所示，固定装置5分别设置在隔离网31的两侧。固定装置5包括定位桩51与拉绳52。拉绳52一端连接定位桩51，另一端与隔离网31的上边缘连接。定位桩51可靠的固定在水体底部，起到固定浮体10与配重物20的作用。

图2中示出了两个相邻的浮体段101及浮体段102，两者通过夹持机构实现隔离。该夹持机构包括两个长度相等且长度方向大于或者等于浮体段101及浮体段102被压扁状态时宽度的板条11。板条11上形成彼此对应的通孔，并通过紧固件111(例如螺栓组件)，将两个板条11实现夹紧浮体，从而形成两个内部呈隔离的浮体段101及浮体段102。该紧固件111可选用不锈钢螺栓或者铆钉。

隔离网31由多个隔离子网通过连接件30拼接而成，该拼接件30包括锁钩33及锁扣32。具体的，隔离子网311沿垂直方向的边上设有锁钩33，而与该隔离子网311相邻并进行拼接的隔离子网312沿垂直方向的边上设有与上述锁钩33适配并活动连接的锁扣32。

同时，隔离网31的底部也可通过上述连接件30与配重物20连接。配重物20的密度远大于水的密度，以通过自身重力将隔离网31在水中的垂直方向上张紧，以形成一个过滤面。该隔离网31可采用尼龙或者无纺布制成，隔离网31的孔径不小于1mm，从而可防止水体交换功能失效。

该配重物20既可为一个整体结构，也可为分体式结构。具体的，参图2所示，在本实施例中，该配重物20包括连续首尾连接的多个配重管22，以及设置于配重管22内的配重体21。该配重体21可为石块、金属或者密度远大于1的物质。

同时，配合参照图2及图4所示，该柔性浮坝100还包括控制机构，所述控制机构包括空压机(未示出)、控制器(可选用PLC或者单片机)，空压机与气管44连接。浮体段101上设置充气阀41及放气阀43，以及气管44。其中，充气阀41为单向阀，放气阀43为电子阀，并通过导线47与控制器建立电连接。空压机所输出的空气通过气管44并经由充气阀41向浮体段101内充气，从而使浮体段101充气膨胀并漂浮与水面49上。

当需要降低柔性浮坝100漂浮在水面49上的高度时，控制器向空压机发出停止充气的指令，并向放气阀41发出停止信号，放气阀43受控打开并将浮体段101内的空气通过气管44排出。从而使得该柔性浮坝100能够实现在水面49上实现活动升降的效果，提高了该柔性浮坝100的适应性。

气管44通过充气阀41及放气阀43连接每一个浮体段，充气阀41、放气阀43与气管44之间通过三通45连接。控制器控制空压机向浮体段101中进行充气与放气的操作，从而实现了调节每一个浮体段漂浮在水面49的高度，从而实现对不同浓度的蓝藻进行拦截，同时也能对悬浮于水体中的蓝藻进行水下拦截，提高了该柔性浮坝100对水体内部及表面的蓝藻的拦截效率。

硬质堤坝，是指根据蓝藻防控区范围设置，按照设计的坝形，采用桩柱、土方、石材材料从水底构筑高于水面的坝体，在富营养化水体构筑硬质堤坝具有阻拦蓝藻，防止蓝藻聚到近岸导致坏死发臭而影响环境和景观的效果，同时也可通过坝形设计将蓝藻导引到治理区域进行打捞。

(2)打捞。对导流进入治理区域聚集的蓝藻(含固率0.5～1％)，采用打捞装置12进行机械打捞，以及时将蓝藻移除水体进行处理。该方法能迅速有效直接清除蓝藻聚集污染，控制蓝藻死亡腐败对水环境和水生态造成的危害，防范水体变黑、变臭；能迅速减缓蓝藻臭味对周边区域的影响，改善水体景观；在带走蓝藻生物量的同时也带走其所含的氮、磷和COD，可明显改善水质，保护水陆环境，增加水环境容量。

该打捞装置12包括：

吸取型捞藻船，其由双体船、固定架、聚集箱、调节螺杆组成，可在水面上移动打捞蓝藻，具有打捞效果好、机动性强、作业范围广的特点。

潜吸型可调式涡井取藻器，其由水上固定的支撑平台、侧壁上连接潜污泵且可上下调节的吸藻筒构成。根据不同水位上下调整0～1.5m的高度，保证高效抽吸水面表层的藻浆。具有大流量、表层汲取蓝藻的优点。该潜吸型可调式涡井取藻器的具体实现方式可参本申请人于2015年提交的申请号为201510674477.2的中国发明专利申请文件。

悬浮式浮藻汲取机，其包括连接有浮球的机架，机架上安装有潜水泵，潜水泵的进水口朝上。可对小范围聚集的蓝藻进行表层汲取，具有灵活方便的优势。

悬挂倒吸式涡井取藻器的结构参图5所示。该悬挂倒吸式涡井取藻器包括电动葫芦81，取藻器82，该取藻器82的底部连接一个涡井取藻器86，涡井取藻器86沿图5中箭头88的方向吸取蓝藻，并从输藻管87排出。该涡井取藻器86整体没于水面49的下方，并可在电动葫芦81的驱动下实现涡井取藻器86在垂直方向上的升高或者降低。该悬挂倒吸式涡井取藻器中的电动葫芦81，取藻器82及涡井取藻器86被整体的安装在由槽钢焊接的框架83内部，框架83内部焊接有由角钢制成的支架84及支架85，取藻器82连续贯穿支架84与支架84。电动葫芦81通过链条或者其他连接件与框架83固定连接。

(3)调峰。由于蓝藻暴发具有周期性和峰值性，高峰期聚集的蓝藻需及时打捞，防止其在高温条件下停留水中死亡腐败而造成危害。受客观条件限制，打捞作业在白天12小时内进行。打捞上岸的藻浆需进行藻水分离及无害化处理，处理能力是按经济最优化原则，根据蓝藻暴发的平均量设计的，有一定限值，可24小时运行。为解决打捞和处理能力不完全同步的矛盾，因此可在围岸13的附近设置调峰池14，以对高峰期打捞的藻浆进行暂存，保证打捞能力的充分发挥和后续的调节处理。该调峰池14可为构建封闭式混凝土池，也可为改造的露天池塘。调峰池14通过输送管道15与打捞装置12相互连通，以将打捞装置12打捞上来的藻浆通过输送管道15输送至调峰池14中。

(4)藻水分离。藻水分离是指采用藻水分离技术将蓝藻从藻水或藻浆中与水分离，蓝藻沉积或浮积为含水率93～95％的藻渣，去除蓝藻的清水回排入原水体。

该藻水分离技术包括：

沉淀分离技术。

直接絮凝沉淀分离：在絮凝剂的作用下，使藻水或藻浆中的蓝藻颗粒、以及其它细微悬浮物凝聚成絮凝体，絮体在沉淀池中快速沉淀，完成藻水分离。该絮凝剂包括但不限于PAM药剂、PAC药剂。

蓝藻细胞脱气与絮凝沉淀分离技术。

蓝藻通常以囊团的形式存在，一个蓝藻囊团中可含有数十或数百个细胞，囊团的外膜是一层胶被，蓝藻细胞中含多个伪空泡。伪空泡充气时囊团作上浮运动，这会影响直接絮凝沉淀分离效果。通过脱气设备将藻细胞伪空泡内的气体释出，减小蓝藻的浮力，从而利在絮凝剂作用下形成沉淀，达到藻水分离目的。

所述脱气设备包括：

高速剪切脱气设备。利用定子与转子间高速旋转所产生的机械剪切力和压力，破坏蓝藻囊团囊膜，使藻细胞游离分散，并使藻细胞伪空泡内的气体释出。

压力脱气设备。通过在容器中对藻水或藻浆施压，破环蓝藻本身特有的气囊等内部结构，释放其中气体，减小蓝藻的浮力，从而利在絮凝剂作用下形成沉淀，达到藻水分离目的。

气浮分离技术。

蓝藻以单细胞或细胞群囊团的形式悬浮于水中，是絮凝与气泡附着最理想的靶标。气浮分离是指在压力状况下，将大量空气溶于水中，形成溶气水，作为工作介质，通过释放器骤然减压快速释放，产生大量微细气泡。微细气泡与藻水中经混凝反应形成的蓝藻絮体粘附在一起，使絮体比重小于1而浮于水面，从而使蓝藻从水中分离出来，形成藻渣。

磁分离技术。

向蓝藻水或藻浆中投加磁种(俗称铁粉)和絮凝剂，凝聚成磁性絮团。再通过外界磁场将含蓝藻的磁性絮团吸出，实现藻水分离。

(5)脱水。采用脱水设备对含水率93～95％的藻渣(沉渣和浮渣)进一步脱水减容，获得平均含水率85％的藻泥，利于后续的无害化处置。

脱水设备包括：卧式螺旋沉降离心机、带式压滤机、碟片式螺旋离心机、板框式压滤机，以下对上述脱水设备对藻渣进行脱水的处理过程作简要阐述。

卧式螺旋沉降离心机：藻渣与絮凝剂反应形成絮体，加大固液的比重差，通过脱水设备的离心力作用，使固液两相分离，固相沉降到离心机转鼓壁上形成藻泥，由螺旋器将其推出渣口，清液则从溢流口溢出。

带式压滤机：利用滤布(带)的张力和压力在滤布上对藻渣施加压力使其脱水，脱水泥饼由刮板剥离，剥离了泥饼的滤带用喷射水冲洗，防止滤带孔堵塞。该机具有低速运行，无噪声，处理量较的特点。

碟片式螺旋离心机：叠片螺旋式过滤机主要由螺旋推动轴、多重固定叠片和多重游动叠片组成，该机有浓缩段和脱水段两个功能区，藻渣中大量滤液由浓缩腔流出，经浓缩后藻渣受到螺旋推动轴进一步压缩脱水而成藻泥排出机外。

板框式压滤机：属于正压强压脱水，即一定数量的滤板在强机械力的作用下被紧密排成一列，滤板面和滤板面之间形成滤室，藻渣在强大的正压下被送入滤室，进入滤室的藻渣中固体部分被滤布截留形成滤饼，液体部分透过过滤介质而排出滤室，从而达到固液分离的目的。板框式压滤机具有结构简单，滤饼含固率高，滤液中含固率低的特点。

(6)干化。

打捞蓝藻经过分离、脱水处理后获得含水率85％左右的藻泥，藻泥若不能得到有效处置则可能造成二次污染，成为蓝藻应急治理工作的制约因素。利用干化技术，将含水率85％的藻泥干化成含水率小于40％的藻颗粒，可作为有机肥使用，也可直接填埋或焚烧，从而实现无害化处置。

该干化技术包括：

太阳能辐照干化处理：温室内的藻泥经过太阳光辐射后，温度升高，内部水分向周围空气中加速蒸发汽化，藻泥表面的空气湿度增加达到饱和状态；经过通风和自然循环，温室内的湿空气被排出，藻泥表面的空气湿度由原来的饱和状态进入非饱和状态，藻泥内部的水分进一步向周围空气蒸发，如此往复达使藻泥干化。太阳能干化技术能耗低、操作方便。

微波干化处理：是指频率为3×10²～3×10⁵MHz，波长为1mm～1m的微波，被微波辐射的极性分子会在微波电场中剧烈振动，产生摩擦，将吸收的微波能转化为热能。微波干化技术即是利用微波的这一性质，促使藻泥内部的水分子在微波电场中摩擦升温，形成由内向外的温度梯度，促使藻泥内部水分很快扩散到表面蒸发。微波干燥藻泥时，加热时间短，热效率高。

空心桨叶干化处理：是通过桨叶干燥机完成藻泥干化的技术。桨叶干燥机是一种以热传导为主的卧式搅拌型连续干燥设备，主要有带夹套的筒体、空心桨叶轴及驱动装置组成，从轴端的旋转接头导入导出，加热介质分别进入干燥机壳体夹套和桨叶轴内腔，将干燥机内壁、中空叶片、空心轴加热，通过热传导的方式对物料进行干化。物料连续进入干燥机内，在中空桨叶连续转动搅拌作用下不停翻转，能够充分均匀地受热。桨叶在转动的同时将干化后的物料输送至出料口排除。桨叶干燥机具有能耗低、热量利用率高、安全可靠、设备占地与投资省、运行维护费用低等特点。

低温除湿藻泥干化处理：除湿热泵，是利用制冷系统使湿热空气降温脱湿同时通过热泵原理回收空气中的水份凝结潜热加热空一种装置。藻泥除湿干化机是利用除湿热泵对藻泥采用热风循环冷凝除湿烘干，无臭味外溢，具有能耗低，根据现场实测证明，每1度电可去除3.5kg水、环境友好、占地面积小、智能控制等优点。

在本实施方式中，解决了传统的蓝藻暴发应急处理中挡藻而没治藻、打捞而无处理以及藻泥无出路的矛盾。

通过设置围合装置，以阻挡蓝藻进入预设的保护区域，并借助风力、水流和坝型等条件，导流蓝藻进入治理区域，有效防止蓝藻对水源区、景观区、疗养区、湿地区、生活区等造成污染；导流进入治理区域的蓝藻(含固率0.5～1％)，采用高效取藻器等专用打捞设备进行规模化、集中化、及时化打捞，及时将蓝藻移除水体，防止对水体造成持续危害；打捞上岸的蓝藻通过藻水分离处理，获得含水率小于85％的藻泥，实现大幅度减容，去除蓝藻的清水回排水体，避免水资源浪费；采用低能耗、环境友好的干化设备对含水率85％的藻泥进行干化，得到含水率小于40％的藻颗粒，可作为有机肥使用，也可直接填埋或焚烧，从而实现无害化处置。

工程案例

工程选址：合肥包河区巢湖沿岸。

设置柔性浮坝作为围合装置：1000m×2条，两条呈弧形的柔性浮坝，柔性浮坝距离湖岸500m(最小距离)。

潜吸型可调式涡井取藻器：500m³/小时，白天打捞12小时。

调峰池容积：5000m³。

藻水分离：处理量3360m³/天，24小时运行。

设干化车间：干化藻颗粒量7吨/小时。

藻颗粒外运到沿湖做绿化基肥使用。

效果：1.保护了沿岸的商住区、公园等区域的水陆环境；2.每天处理蓝藻藻浆3360m³，相当于从巢湖中带出氮1.34吨、磷79kg。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。