专利名称：水上清道夫多功能环保船设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种水上清道夫环保船，尤其涉及一种水上清道夫多功能环保船设备
及其方法。
背景技术：
蓝藻暴发是全球性的问题。湖泊营养化日益严重是造成蓝藻生长和暴发的主要原
因，同时全球气候变暖、水温升高也是蓝藻暴发的诱因。只要湖泊营养盐浓度长期在较高
水平波动，即使完全切断外源污染，只要温度、水流、光照等条件适宜，蓝藻很可能大规模暴
发。这一现象即使在采取非常严格的治理措施的条件下，仍会延续3-5年甚至更长时间，这
种趋势短时间内无法改变。所以湖泊的蓝藻治理和生态恢复是一个长期的过程。 近几年中国云南滇池、江苏太湖等重要水域相继暴发大规模的蓝藻水华。 一方面
严重污染环境，危害饮水水源；另一方面给旅游业带来了极大的影响。尤其是太湖作为无锡
重要的饮用水地表水源，蓝藻爆发致使无锡发生水危机。如何减轻甚至消灭蓝藻污染，成为
一项迫切需要解决的课题。 目前湖泊的富营养化已呈积重难返之势，要想在短时间里彻底解决蓝藻问题，国 内外都还没有一个成熟的好方法。 大面积的湖库水体发生蓝藻现象十分普遍，国内外的许多湖泊都发生蓝藻。水体 富营养化是指湖泊、水库和河流中接纳过多的氮和磷等营养物质，使水体的生态结构与功 能发生变化，导致藻类特别是蓝藻的异常繁殖生长而出现的蓝藻水华现象。当蓝藻水华严 重时，水面形成厚厚的蓝绿色湖靛，散发出难闻的气味，不仅破坏了健康平衡的水生生态系 统，而且因藻细胞破裂后释放出多种藻毒素而对人和动物的饮用水安全构成了严重的威 胁。 目前，世界上淡水湖泊蓝藻水华发生的频率日益严重。过去，湖泊蓝藻以人工打 捞为主，堆放他处后容易形成二次污染。南京大学宜兴环保科技研发中心向蓝藻打捞船涉 及的藻水分离、浓縮干化等世界级技术难题发起冲击，他们与江苏鼎泽环境工程公司联合 攻关，仅用了 30多天的试验和研究，就使"蓝藻脱水用带式压滤机"的关键技术取得重大突 破。"蓝藻脱水用带式压滤机"吸入绿色的藻水后，采用复合絮凝的办法将藻水初步分离，然 后通过浓縮压滤将清水排出，同时形成干化的藻饼。这一技术成果的诞生为蓝藻打捞作业 机械化奠定了基础。 目前，江苏鼎泽已完成了首批设备的生产并投入使用。专家认为，这种高效的蓝藻 打捞船打捞蓝藻，是目前最直接、最有效、最快速的蓝藻治理方法。 但上述技术成果存在船体庞大、工艺复杂、设备笨重和处理效率低下的缺点，尤其 是只能单纯地处理蓝藻或者说只能处理蓝藻层。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种水上清道夫多功能环保船设备及其方法。
本发明的设计思想 本发明是一利用压力破坏蓝藻细胞的伪空泡，使蓝藻失去必需的浮力从而快速清 除水面蓝藻，将蓝藻吸附在硅藻土肌体内而沉于湖底；二是利用硅藻土高效絮凝剂将湖中 之氮、磷及有机物吸附后自动沉降于湖底，达到快速清洁湖水脱氮去鳞之目的。
具体地说 —、多功能环保船设备(简称设备)
1、总体 本设备包括船体和船体吊装环； 在船体上设置有吸藻槽、过滤罐、进水管、出水管、除藻螺旋送料机、立式离心泵、 静态混合器、压力缓冲罐、回流安全阀、空压机、空压机出气管、巻扬升降机、喷枪、脱氮去鳞 螺旋送料机、柴油发电机、排气、进气管和排水管； 吸藻槽固定在船体的前端，过滤罐安装在船体前端下部的底板上，进水管一端连 接吸藻槽，另一端通过进水阀门与过滤罐的筒体上部连接；出水管一端通过出水阀门与过 滤罐的筒体下部连接，出水管另一端与立式离心泵的进水口连接，立式离心泵的出水口与 静态混合器的进口连接，静态混合器的出口与压力缓冲罐的进口连接，压力缓冲罐的出口 与回流安全阀的进口连接，回流安全阀的出口通过船体与湖水接通； 空压机安装固定在船体的尾部，空压机、出气管、空气快速接头和喷枪前后依次连 接； 安装固定在船体尾部中间的巻扬机通过钢丝绳与升降槽钢连接，在升降槽钢上连 接有喷枪，在喷枪上设置有空气快速接头和物料快速接头； 安装固定在船体尾部的螺旋送料机通过螺旋管和集料筒连接，集料筒通过出料软 管与喷枪的物料快速接头连接。
其工作原理是
1、船头除蓝藻 蓝藻湖水通过吸藻槽进入立式离心泵增压后进入静态混合器，可将蓝藻湖水和硅 藻土高效絮凝剂混合又进入压力缓冲罐，蓝藻在压力缓冲罐中的O. 4MPa压力下使伪空泡 破裂并被硅藻土高效絮凝剂吸附，使湖水和蓝藻(被硅藻土蓝藻絮凝剂包裹的蓝藻)分离， 湖水和硅藻土蓝藻絮凝剂同时通过回流安全阀直接排入湖中即完成了对蓝藻的处理，硅藻 土蓝藻絮凝剂包裹蓝藻自行沉于湖底。
2、船尾脱氮去磷 空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气促进水体流动，向湖 水中充氧；将硅藻土强化絮凝剂吸入喷枪向湖水中排出；将硅藻土强化絮凝剂与含氮、磷 及有机物的湖水曝气快速混合；硅藻土强化絮凝剂对湖水中的氮、磷具有独特的功效，该絮 凝剂只要与湖水混合就能快速去除氮、磷，将劣五类水质提升为四类以上水质；湖水与硅藻 土曝气快速混合后硅藻土高效絮凝剂会将湖中之氮、磷及有机物吸附后自动沉降于湖底， 达到快速清洁湖水脱氮去鳞之目的。
二、多功能环保方法
1、船头除蓝藻方法
船头除蓝藻方法包括下列步骤
①预前准备 开车前(离心水泵启动前)需关闭过滤罐所有阀门，打开空气排出通道，从过滤罐 底部排水通道用潜水泵将过滤罐水灌满，检验方法是视空气排出通道有水溢出为准；
②吸藻 由于蓝藻大规模暴发时，蓝藻以群体方式悬浮聚集在水面下0-200mm的水表层区 域，蓝藻处理环保船除藻效率决定于吸藻口的吸藻效率；经过多次试验，设计了吸藻槽(一 种前方后圆、前大后小的不锈钢或玻璃钢漏斗式结构)；出水口采用钢管，并安装阀门，调 节蓝藻处理环保船的压力，控制流量。
③混合施压 蓝藻湖水加硅藻土蓝藻絮凝剂后，经离心泵(7)打入静态混合器(8)快速混合，该 混合水再进入压力缓冲罐加压；
沉淀 回流安全阀额定压力为0.4-0. 5MPa，回流安全阀前面的蓝藻湖水所受压力为 0. 4-0. 5MPa，回流安全阀回流流出的蓝藻湖水之压力为常压，流入湖中之蓝藻(被硅藻土
蓝藻絮凝剂包裹的蓝藻)会自行沉淀；
⑤加药 硅藻土蓝藻絮凝剂的加料是螺旋进料机来执行的，硅藻土蓝藻絮凝剂从料斗进 入，经螺旋进料机的螺旋杆推进，经进料阀门及进料管进入过滤罐；
⑥杂质处理 漂浮在湖面的一切杂物如树叶、短树枝、废弃的塑料制品经吸入过滤罐后，在上筛 板的作用下这些杂物会被拦截下来，过滤罐装满后需要进行处理(过滤罐一般设计两台， 交替使用)处理前关闭过滤罐所有阀门只打开排水阀，将空压机的压縮空气从进气支管进 入进行脱水，随后利用压力机进行压榨，打开过滤罐的下大法兰，压榨成饼的杂质经过滤罐 的下方压出。 2、船尾脱氮去鳞方法 船尾脱氮去鳞方法包括下列步骤 ①空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气促进水体流动；
②空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气向湖水中充氧；
③空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气可将硅藻土强化 絮凝剂吸入喷枪向湖水中排出； ④空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气可将硅藻土强化 絮凝剂与含氮、磷及有机物的湖水曝气快速混合； ⑤硅藻土强化絮凝剂对湖水中的氮、磷具有独特的功效，该絮凝剂只要与湖水混 合就能快速降低氮、磷，将劣五类水质提升为四类以上水质； ⑥湖水与硅藻土曝气快速混合后硅藻土高效絮凝剂会将湖中之氮、磷及有机物吸 附后自动沉降于湖底，达到快速清洁湖水脱氮去鳞之目的。
本发明具有下列优点和积极效果 1、本设备结构简单、紧凑，运行平稳，船头除蓝藻和船尾脱氮去鳞效率高。
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2、经处理过的水体表层蓝藻明显减少，水质检测结果表明，本发明可以作为蓝藻 大面积爆发时的应急措施； 3、将硅藻土应用于城市湖泊水体修复技术，是最廉价、最有效、效率最高、效果最 好、修复最快且行之有效的技术。
图1. 1是本设备的结构示意图(主视)； 图1. 2是本设备的结构示意图(俯视)。 图2. 1是吸藻槽的结构示意图(主视)； 图2. 2是吸藻槽的结构示意图(侧视)； 图3是喷枪的结构示意图； 图4是伪空泡所受压力示意图，其中 C-水中溶解气体的浓度； P-水静压； Po-液面压力，通常为当地大气压Pa ; Ps-细胞液与周围环境渗流势差引起的细胞膨压； Pt-伪空泡内气体压力。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例详细说明
—、多功能环保船设备(简称设备)
1、总体 如图1. 1、1. 2，本设备包括船体1)和船体吊装环20 ; 在船体1上设置有吸藻槽2、过滤罐3、进水管4、出水管5、除藻螺旋送料机6、立式 离心泵7、静态混合器8、压力缓冲罐9、回流安全阀10、空压机11、空压机出气管12、巻扬升 降机13、喷枪14、脱氮去鳞螺旋送料机15、柴油发电机16、排气管17、进气管18和排水管
19 ; 吸藻槽2固定在船体1的前端，过滤罐3安装在船体1前端下部的底板上，进水管 4 一端连接吸藻槽2，另一端通过进水阀门4. 1与过滤罐3的筒体3. 5上部连接；出水管5 一端通过出水阀门5. 1与过滤罐3的筒体3. 5下部连接，出水管5另一端与立式离心泵7 的进水口连接，立式离心泵7的出水口与静态混合器8的进口连接，静态混合器8的出口与 压力缓冲罐9的进口连接，压力缓冲罐9的出口与回流安全阀(10)的进口连接，回流安全 阀(10)的出口通过船体(1)与湖水接通； 空压机11安装固定在船体1的尾部，空压机11、出气管12、空气快速接头14. 1和 喷枪14前后依次连接； 安装固定在船体1尾部中间的巻扬机13通过钢丝绳与升降槽钢13. 1连接，在升 降槽钢13. 1上连接有喷枪14，在喷枪(14)上设置有空气快速接头14. 1和物料快速接头
14. 2 ; 安装固定在船体1尾部的螺旋送料机15通过螺旋管15. 1和集料筒15. 2连接，集
7料筒15. 2通过出料软管15. 3与喷枪14的物料快速接头14. 2连接。 2、功能部件 1)船体1 船体1由驾驶室1. 1、船尾室1. 2、船体推进器1. 3、船尾舵1. 4、和船用柴油机1. 5 组成； 驾驶室1. 1设置在船体1的前端；在船尾室1. 2设置有船体推进器1. 3和船舵 1. 4 ;在船尾室1. 2的下部设置有船用柴油机1. 5，船用柴油机1. 5是船体(1)前进的动力。 2)吸藻槽2 如图2. 1 、 2. 2，吸藻槽2固定在船体1的前端，是一种前方后圆、前大后小的不锈钢 漏斗式结构，通过法兰盘和进水管4连接，其功能是大口吸入蓝藻湖水。 3)过滤罐3 如图1. 1、1. 2，过滤罐3由上封头3. 1、上大法兰3. 2、上活动筛板3. 3、中心导管 3. 4、筒体3. 5、下活动大法兰3. 6、下固定筛板3. 7、下封头3. 8和上液压缸3. 9组成； 其连接关系是 上封头3. 1、上大法兰3. 2、筒体3. 5、下活动大法兰3. 6和下封头3. 8上下依次连 接； 在上封头3. 1上部设置有中心导管3. 4和两台液压缸3. 9 ; 在筒体3. 5上部设置有上活动筛板3. 3，在下封头3. 8上部设置有下固定筛板 3. 7。 过滤罐3的工作原理是 进入过滤罐3的蓝藻湖水带有大量的浮渣(树叶、树根、杂草等)，过滤罐3主要清
除浮渣。该浮渣经过滤罐3压榨、脱水形成渣饼后由液压缸3. 9挤出排入湖中。 4)进水管4 属常用零部件。 5)出水管5 属常用零部件。 6)除藻螺旋送料机6 除藻螺旋送料机6是一种按定量输入固体粉末的输送机，进给量的调节是由变频
电机控制的，属定型产品。 7)立式离心泵7 属定型产品；其功能是吸蓝藻湖水和增压。 8)静态混合器8 属定型产品；其功能是将硅藻土高效絮凝剂与蓝藻湖水混合。 9)压力缓冲罐9 属定型产品；其功能是保持额定压力。 10)回流安全阀10 属定型产品；其功能是控制压力。 ll)空压机ll 属定型产品；其功能是提供压縮空气。
12)空压机出气管12
属常用零部件。
13)巻扬升降机13 属定型产品；在巻扬升降机13上连接有升降槽钢13. 1。
其功能是调节喷枪14在湖水中的高低。
14)喷枪14 如图3，喷枪14属定型产品；在喷枪14上设置有空气快速接头14. 1和物料快速 接头14.2。 其功能是将空气或硅藻土高效絮凝剂吸入并喷如湖中。
15)脱氮去鳞螺旋送料机15 是一种按定量输入固体粉末的输送机，进给量的调节是由变频电机控制的，属定 型产品。 16)柴油发电机16 属定型产品；其功能是发电。 17)排气管17 属常用零部件。 18)进气管18 属常用零部件。 19)排水管19 属常用零部件。 20)船体吊装环20 属常用零部件。 二、多功能环保方法的工作原理 蓝藻暴发，是因为水体里富营养化较为严重，水流流速过缓，水体交换量小。
如图5，研究表明，蓝藻细胞内存在气囊，气囊中存在气体。气囊由众多圆柱形气泡 堆叠而成，人们把这些气泡命名为伪空泡。其主要作用是为细胞提供浮力。蓝藻伪空泡是由 蛋白质构成的其两端为锥形，中间为圆柱体的中空、充有气体的细胞内结构；壁厚仅2nm， 宽45-110nm，长100-800nm或更长不等。
伪空泡特征 1)具有疏水性内表面，可阻止水分子进入，而气体分子可以自由扩散进出。
2)具有刚性，伪空泡在承受的压力增加0. lMPa时，其体积仅縮小1/1000。
只要伪空泡不破裂，就可以为蓝藻提供浮力。由蓝藻特性可以看出，要想清除蓝藻 就要破坏蓝藻的浮力，设计水体表层(0-200mm)的富藻水经船头除蓝藻系统加压，破坏蓝 藻气囊及细胞结构，减小细胞浮力，促使蓝藻下沉。除藻系统工作时，进水口吸入表层的蓝 藻细胞悬液，除藻系统产生的压力将水中的蓝藻团打散，并使蓝藻细胞的气囊破裂，细胞破 坏，再经硅藻土高效絮凝剂吸附，然后经出水口排出，沉入水体中，达到除藻的目的。
根据前面所述，蓝藻直径一般在100nm左右，因此可得蓝藻被破坏的压力约为 0. 4MPa。通过蓝藻压力试验显示，当压力大于0. 4MPa时，藻类可迅速沉淀，说明蓝藻气囊及 细胞结构被破坏。因此确定压力室的最小工作压力为O. 4MPa。压力室由压力泵及回流安全阀实现，能够满足最小工作压力。 硅藻土 (粘土矿物)蓝藻絮凝剂是吸附蓝藻的极好的不可多得的天然材料，不仅 具有较高的效能，而且来源充足，成本低廉，无毒无污染，对非藻华生物的影响也较小，被认 为是一种治理藻华的天然凝聚剂。硅藻土蓝藻絮凝剂比表面积大50-60m7g，可把蓝藻吸附 在其肌体内而沉于湖底。 将蓝藻吸附在硅藻土肌体内而沉于湖底这是本发明的一大特色 其一，如果蓝藻破灭后单独沉于湖底会大量消耗湖底溶解氧并会释放有毒气体危
害水体，现被硅藻土吸附包裹就不会危害水体了 其二，硅藻土沉于湖底后会遮挡湖中底泥的阳光致使底泥的富营养-氮、磷而不 被释放出来，这样蓝藻的生长将会得到遏制。 众所周知，"蓝藻水华"是湖水被严重污染的标志，而造成蓝藻爆发的主要因素是
水体严重富营养化，要根除蓝藻必须从富营养化下手。为此，本发明的主要任务就是脱氮去
鳞，从根本上铲除蓝藻生存的物质基础，将劣五类湖水处理提升到四类水质以上，处理蓝藻
只是水上清道夫环保船的副产品。 三、试验结果 水上清道夫环保船(3000)型 船体1的载重量为50T左右； 离心水泵7流量为565mVh，适用于1000-3000万方水域； 吸藻槽2的形状为前方后圆，500*500-2000*2000，材质为不锈钢或玻璃钢。 脱氮去鳞能力为12000mVh ; 去除蓝藻的能力为3000m7h。
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权利要求
一种水上清道夫多功能环保船设备，包括船体(1)和船体吊装环(20)；其特征在于在船体(1)上设置有吸藻槽(2)、过滤罐(3)、进水管(4)、出水管(5)、除藻螺旋送料机(6)、立式离心泵(7)、静态混合器(8)、压力缓冲罐(9)、回流安全阀(10)、空压机(11)、空压机出气管(12)、卷扬升降机(13)、喷枪(14)、脱氮去鳞螺旋送料机(15)、柴油发电机(16)、排气管17、进气管(18)和排水管(19)；吸藻槽(2)固定在船体(1)的前端，过滤罐(3)安装在船体(1)前端下部的底板上，进水管(4)一端连接吸藻槽(2)，另一端通过进水阀门(4.1)与过滤罐(3)的筒体(3.5)上部连接；出水管(5)一端通过出水阀门(5.1)与过滤罐(3)的筒体(3.5)下部连接，出水管(5)另一端与立式离心泵(7)的进水口连接，立式离心泵(7)的出水口与静态混合器(8)的进口连接，静态混合器(8)的出口与压力缓冲罐(9)的进口连接，压力缓冲罐(9)的出口与回流安全阀(10)的进口连接，回流安全阀(10)的出口通过船体(1)与湖水接通；空压机(11)安装固定在船体(1)的尾部，空压机(11)、出气管(12)、空气快速接头(14.1)和喷枪(14)前后依次连接；安装固定在船体(1)尾部中间的卷扬机(13)通过钢丝绳与升降槽钢(13.1)连接，在升降槽钢(13.1)上连接有喷枪(14)，在喷枪(14)上设置有空气快速接头(14.1)和物料快速接头(14.2)；安装固定在船体(1)尾部的螺旋送料机(15)通过螺旋管(15.1)和集料筒(15.2)连接，集料筒(15.2)通过出料软管(15.3)与喷枪(14)的物料快速接头(14.2)连接。
2. 按权利要求1所述的一种水上清道夫多功能环保船设备，其特征在于 吸藻槽2是一种前方后圆、前大后小的不锈钢或玻璃钢漏斗式结构。
3. 按权利要求1所述的一种水上清道夫多功能环保船设备，其特征在于过滤罐(3)由上封头(3. 1)、上大法兰(3. 2)、上活动筛板(3. 3)、中心导管(3. 4)、筒体 (3. 5)、下活动大法兰(3. 6)、下固定筛板(3. 7)、下封头(3. 8)和上液压缸(3. 9)组成;上封头(3. 1)、上大法兰(3. 2)、筒体(3. 5)、下活动大法兰(3. 6)和下封头(3. 8)上下 依次连接；在上封头(3. 1)上部设置有中心导管(3.4)和两台液压缸(3.9); 在筒体(3. 5)上部设置有上活动筛板(3. 3)，在下封头(3. 8)上部设置有下固定筛板 (3. 7)。
4. 按权利要求1所述设备的船头除蓝藻方法，其特征在于包括下列步骤① 预前准备；② 吸藻；③ 混合施压； 沉淀； 加药； ⑥杂质处理。
5. 按权利要求1所述设备的船尾脱氮去鳞方法，其特征在于包括下列步骤① 空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气促进水体流动；② 空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气向湖水中充氧；③ 空压机压縮空气从船尾向湖水底部由喷枪向上排出高压空气将硅藻土强化絮凝剂 吸附于喷枪内后同步向湖水中喷出。④ 硅藻土强化絮凝剂与高压空气同步喷出后在高压空气的作用下硅藻土高效絮凝剂 会对蓝藻湖水实施曝气快速混合；⑤ 硅藻土高效絮凝剂对蓝藻湖水实施曝气快速混合后将对湖中之氮、磷及有机物吸附 后自动沉降于湖底，达到快速清洁湖水脱氮去鳞之目的。
全文摘要
本发明公开了一种水上清道夫多功能环保船设备及其方法，涉及一种水上清道夫环保船。本发明是一利用压力破坏蓝藻细胞的伪空泡，使蓝藻失去必需的浮力从而快速清除水面蓝藻，将蓝藻吸附在硅藻土肌体内而沉于湖底；二是利用硅藻土高效絮凝剂将湖中之氮、磷及有机物吸附后自动沉降于湖底，达到快速清洁湖水脱氮去磷之目的。本设备结构简单、紧凑，运行平稳，船头除蓝藻和船尾脱氮去鳞效率高。经处理过的水体表层蓝藻明显减少，水质检测结果表明，本发明可以作为蓝藻大面积爆发时的应急措施；将硅藻土应用于城市湖泊水体修复技术，是最廉价、最有效、效率最高、效果最好、修复最快且行之有效的技术。
文档编号E02B15/04GK101746488SQ20101002895
公开日2010年6月23日 申请日期2010年1月11日 优先权日2010年1月11日
发明者程中和 申请人:程中和