一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法，属于水利工程与水环境保护领域。
【背景技术】
[0002]随着人类对自然环境资源开发利用的强度不断增加，自然水体承接了大量的生活污水和工业废水，水体容易出现富营养化问题。富营养化水体在适宜的光照、水温、风、水流等条件下，藻细胞可大量迅速滋生，在水面上形成一层有较强腥臭味的浮沫，形成水华。水华会引起水质恶化、鱼类死亡、生态系统退化等一系列问题，造成巨大经济损失。我国是世界上湖库富营养化与水华问题较为严重国家之一，较有代表性的案例包括太湖、巢湖、滇池等。近些年，富营养化与水华问题进一步恶化，甚至扩展到流动条件相对较好的一些河流中(如汉江等)，引起全社会的关注。因此，如何有效控制水体富营养化并防治水华，成为治理和修复受污染水体、恢复水生生态系统健康所要解决的关键问题。
[0003]水华治理的传统技术主要包括化学控藻法、生物法和物理去除法等几类。常见的化学控藻法主要依靠化学控藻剂，使水华藻类从水中转移到沉淀物中，从而抑制藻类的生长。然而，该方法在抑藻的同时也会造成二次污染，可能在水生生物内富集、残留从而带来长期风险。生物法包括水生植物抑藻、鱼类控藻、人工浮岛法等，主要通过往水中投放一些能够分泌抑藻物质或直接摄食藻类的生物达到清除藻类的目的。此方法一般见效慢，周期长，不适宜作为应急处理措施，同时也存在破坏生物链的风险。通过打捞等物理去除方法将藻类直接从水中分离清除出去，是一种直观且高效的水华应急处置方式。水华暴发的过程实际上也是大量吸收和消纳水中氮磷等营养物质的过程，通过这一类物理去除法也有助于去除水体氮磷等营养元素，降低水体富营养化程度，保护水体生态环境。
[0004]由此可见，上述物理打捞法较为适合水华应急处置，但现有的技术也存在以下几种不足:
[0005](1)主要依赖人工打捞等方式，对重度水华即大面积积聚的水华才有明显的效果，且成本较高，适宜小规模使用；
[0006](2)由于打捞船舶与人员操作条件的限制，较为适合开敞式的大面积水域，如湖泊、水库等，而对于水流较为快的河流则不适宜；
[0007](3)无法根除水中更为微小的藻细胞，治理后水华容易复发，往往并不能达到理想的实施效果。
[0008]由此可见，目前需要开发一种较为适合河流类水域的水华应急处置技术，充分利用河流的地理特性，进一步提升物理打捞法快速便捷的优势，同时又能克服现有技术缺陷，使得能够根除水中更为微小的藻细胞复发水华的风险。
【发明内容】
[0009]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于弯道水体的水华智能消除系统及方法，使之既能高效快速去除大面积水华，又能根除水中藻源微细胞，使之兼具安装简易、低能耗、循环处理等优点。
[0010]技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种适用于弯道水体的水华智能消除系统，包括实时监测单元、水华导流单元、智能消除单元和藻源处理单元；
[0011]所述实时监测单元包括总控台、传感器、流速仪和流量计，所述总控台布置在弯道凸岸临近弯道水体的空地上，所述传感器布置在河道两岸、水华导流单元和智能消除单元中，流速仪和流量计布设在水华导流单元上；
[0012]所述水华导流单元包括位于河流凹岸的中上游和下游的第一导流板组和第二导流板组，在对应布置于所述第一导流板组和第二导流板组最末端处的凸岸一侧均设有引水闸门，所述引水闸门后分别设置一个隔墙板组和无阻塞栗，一个无阻塞栗与第一输水管连接，另一个位于下游的无阻塞栗与第四输水管连接，所述第一输水管两侧分别设有第二输水管和第三输水管，第二输水管、第三输水管和第四输水管形成三角形分布，所述第一输水管与第一水华消除装置连接，第一水华消除装置分别通过第五输水管、第六输水管、第七输水管、第十三输水管与第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置连接，第五水华消除装置与设置在第三输水管上的压滤机连接，第五水华消除装置通过第十五输水输水管与第六水华消除装置连接，第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置分别通过第十输水管、第十一输水管和第十二输水管与第七水华消除装置连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置分别通过第十六输水管和第十八输水管与第四输水管连接，第六水华消除装置和第七水华消除装置之间通过第十七输水管连通，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的两端均设有输水管阀门，所述输水管阀门与总控台连接，在第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管上均设有增氧管和应急管，所述增氧管上安装有减压阀，应急管上安装有应急栗；所述流速仪和流量计布置于第一输水管和第四输水管前端内，位于无阻塞栗后，分别用于监测第一输水管和第四输水管中的水流流速和流量；
[0013]所述智能消除单元包含第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置、第七水华消除装置、压滤机和旋桨，所述压滤机布置于第三输水管中部，所述旋桨位于压滤机两侧，间隔布置于第三输水管上；
[0014]所述藻源处理单元包含超声波换能器、超声波发生器、超声波除藻仪、发射器和至少三个超声波净化箱，所述超声波净化箱间隔安装在第四输水管的末端，所述超声波净化箱的外侧壁安装有超声波换能器和超声波发生器，超声波净化箱的顶部及内侧壁间隔安装有发射器，超声波净化箱侧壁中部安装有若干个超声波除藻仪。
[0015]作为优选，所述第一水华消除装置、第二水华消除装置、第三水华消除装置、第四水华消除装置、第五水华消除装置、第六水华消除装置和第七水华消除装置均包含搅拌桶、收集池、转轮、不锈钢滤网、刮藻刷和收集槽，所述收集池两端分别与输水管连接，所述搅拌桶固定于收集池中部，所述转轮固定在搅拌桶底部，所述不锈钢滤网的下缘与搅拌桶上缘相接，不锈钢滤网的直径小于收集池，所述刮藻刷固定在不锈钢滤网中部与转轮同轴相接，收集槽固定在不锈钢滤网外侧，所述收集池安装有传感器。
[0016]作为优选，所述第一导流板组和第二导流板组均包含若干个导流板，所述导流板为可伸缩板。
[0017]作为优选，所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十四输水管、第十五输水管、第十六输水管、第十七输水管和第十八输水管的管内均安装有监控管道内工作状况的摄像头。所述第一输水管、第二输水管、第三输水管、第四输水管、第五输水管、第六输水管、第七输水管、第八输水管、第九输水管、第十输水管、第十一输水管、第十二输水管、第十三输水管、第十五输水管和第十七输水管端部内嵌有可伸缩移动输水短管，可根据不同的处理流程选择性地连通搅拌桶或收集池。
[0018]作为优选，所述转轮由3个叶片构成，每个叶片之间呈120度角，转轮叶片长度与搅拌桶半径相等，高度和搅拌桶的高度相同；所述刮藻刷固定于不锈钢滤网中部，与转轮同轴相连，共同转动，刷毛长度与不锈钢滤网弧度契合，水华杂质被清扫后经过不锈钢滤网开口处进入收集槽中；所述收集槽底部亦为滤网结构，使收刮到的藻体利用自重进行进一步脱水，侧面挡板可拆卸，用于清理收集槽；所述不锈钢滤网底部半径与搅拌桶半径相等，向上半径逐渐增大，但不大于收集池半径，保证过滤过的水落到收集池中。
[0019]作为优选，所述超声波净化箱内垂直水流方向间隔交错布置有使水体呈“ S”型流动的隔墙板组，形成廊道式结构。
[0020]利用权利要求上述的适用于弯道水体的水华智能消除系统的方法，包括以下步骤:
[0021](1)通过布置在河流两岸的传感器监测弯道水体的水文与水质参数，监测频率为不低于每10分钟一次，并将信息传输给总控台存储；总控台内置有水华识别功能，根据其分析结果进行不同操作，分为以下四种工况:
[0022]工况一:传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度小于5mg/m3;
[0023]工况二:传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度达到5mg/m3但小于10mg/m3;
[0024]工况三:传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于10mg/m3但小于30mg/
3
m ；
[0025]工况四:传感器在6小时内监测的叶绿素a平均浓度大于30mg/m3