专利名称：水中有害微体生物的灭杀装置、灭杀方法及输水工程系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水中有害微体生物的灭杀装置，特别是水体中的污损生物幼虫的灭杀装置、灭杀方法及输水工程系统。
背景技术：
自然界各类水源(包括淡水和咸水)中一般会含有一定量的会对人类构成危害的微体生物。人类在使用这类水源时，或者为了控制有害微体生物的成长时，就需要对水中有害微体生物进行杀灭。所述水中有害微体生物是指体长0. 01-5mm的微小水生生物，主要为中小型浮游生物，所述水中有害微体生物包括直接对人类构成危害的生物或者在其长大以后会对人类构成危害的生物，或者是有害生物的宿主生物。例如污损生物的幼虫等。许多输水工程的运行都受到污损生物不同程度的困扰，污损生物在工程物体表面和缝隙中大量附着生长，所造成的生物污损有些已经严重影响到输水工程的正常运行甚至会引发运行事故。所述污损生物是指附着或固着在工程物体上生长的固着生物成虫，其幼虫通常为上述的浮游生物，属于本发明所称的水中有害微体生物；所述生物污损是指污损生物对工程物体的包裹、腐蚀以及对输送水体的污染。所述输水工程包括输送淡水、咸水或其它水体的管道、箱涵、隧洞及其附属工程；所述工程物体是指输水工程的结构物体和输水设备(如水泵、闸阀)的水下部分。所述生物污损的直接危害在于降低输水工程的输水能力、缩短输水工程的使用寿命和增加输水的运行与维护成本。所述污损生物属于固着生物，其在自然水域的固体物质上附着或固着以后就不再移动或移动距离较小，不会直接入侵到输水工程中，入侵输水工程的是污损生物幼虫，即本发明所称的水中有害微体生物。所述污损生物幼虫是污损生物在幼年尚处于浮游阶段的生物，其个小体轻可随水流做长距离的迁移且具有主动附着物体的特性，当其随水流进入输水工程以后便会择机附着在工程物体上，并在工程物体上成长为污损生物(固着生物成虫)。所以，进入到输水工程的污损生物幼虫是输水工程中污损生物的来源，属于所述水中有害微体生物。污损生物幼虫对输水工程的入侵能力很强，比如在繁殖的高峰季节，自然淡水水体中沼蛤幼虫的密度可达5000个/m3以上，海水中的贻贝(包括美洲著名的入侵物种斑马贻贝(Dreissena polymorpha)等)幼虫或藤壶幼虫也是如此。输送水源中含有高密度的污损生物幼虫，会导致输水工程中污损生物的高密度生长和对工程物体造成严重的生物污损。目前全球每年都得耗费极庞大的人力及资金在清除污损生物上。因此，消除输水工程(无论淡水还是海水)中的污损生物就成为一个亟待解决的现实问题。现有的灭杀污损生物与减少污损生物附着量的方法主要有1，人工铲刮方法即每年都要对管道中的污损生物进行铲刮处理。处理工作必须在全线停水的情况下进行，不仅需要投入大量的人力、物力，在铲刮过程中还会对输水管壁造成一定程度的损伤，影响到输水工程的使用寿命。而且铲刮后的管壁较铲刮前更为粗糙， 更利于污损生物的附着，会带来更大的隐患。2，涂料防护法即在工程物体表面涂刷防护涂料，以提高物体表面的光滑度，减少污损生物的附着量，有些涂料中含有杀虫剂，可以对污损生物进行杀灭，但从应用情况来看，防护效果并不明显。3，化学灭杀法目前研究了多种化学灭杀剂用于污损生物的灭杀，如采用氯气和次氯酸钠作为沼蛤的杀灭剂，但实际应用的报道极少。在饮用水输水工程中采用化学方法防止污损生物入侵、减少生物污损更需谨慎，化学药剂对水质及环境的影响均不容忽略，且巨大的化学药剂量成本很高。到目前为止，尚无安全、可靠、有效、可选择性的杀灭所述水中有害微体生物的装置。
发明内容
本发明提供了一种针对水中有害微体生物的灭杀装置，利用水流通过不同规格的孔板产生的不同的脉动波，能够有效的有选择的灭杀水中一定体长范围的水中有害微体生物，不仅满足水源的使用要求，而且不损伤或少损伤水中生活的与灭杀对象体长不同的生物，对水源的使用更为有利，本发明还涉及针对水中有害微体生物的灭杀方法和应用该灭杀装置和灭杀方法的输水工程系统。一种水中有害微体生物的灭杀装置，包括过流通道和其中安装的孔板，所述过流通道包括进水端和出水端；在所述进水端和/或出水端具有推动水体流动的动力系统；所述进水端和/或出水端具有给水和/或排水的流量或流速调控装置；所述孔板沿过流断面方向横过所述过流通道，并与所述过流通道的内壁固定连接，而且所述孔板与所述过流通道内壁之间不留空隙。所述过流通道可以是过流水槽，所述过流水槽为开放无压系统，所述动力系统包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力和/或所述进水端和/或出水端的给水和/或排水装置；所述过流水槽的底面具有自进水端向出水端倾斜的坡度，且所述过流水槽的底面的进水端一侧高于其出水端一侧，且所述过流水槽是直槽；底面的坡度彡1 20。所述过流通道可以是过流管道，所述过流管道为有压或无压的封闭系统，所述动力系统包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力；和/或所述过流管道的断面形态是圆形、椭圆形或矩形。所述孔板可以是多级孔板；各级所述孔板之间的距离为孔板间距，和/或所述孔板间距大于IOcm ；和/或所述孔板采用无毒的刚性的材料制成；和/或所述进水端安装有拦污栅。所述过流通道的过流断面的面积可以根据设计流量和/或设计流速确定；和/或通过所述过流通道内的水体流速大于0. 3m/s。孔板的厚度可以为0. 61-1. 2mm ；孔形可以为圆形；孔径为6_14mm ；孔距为2_4mm ； 所述孔板间距为30-60cm ；流速为0. 8-2. 5m/s，所述孔距指同一孔板上相邻的孔与孔之间
最近的距离。一种输水工程系统，包括上述的水中有害微体生物的灭杀装置。一种水中有害微体生物的灭杀方法，在过流通道中设置具有供流水通过的贯通结构的拦挡物，流水通过所述拦挡物的贯通结构产生脉动波，所述脉动波灭杀与所述脉动波具有相应体长的水中有害微体生物。所述拦挡物可以横过所述过流通道与过流通道的内壁固定连接，并与所述过流通道的内壁之间不留空隙；和/或所述拦挡物是多个拦挡物。所述拦挡物可以是孔板或栅板，或孔板和/或栅板的组合，所述拦挡物的贯通结构是孔板上的贯通孔或栅板上的栅格或栅条间的空隙，或所述贯通孔和/或栅格和/或栅条间空隙的组合。本发明的技术效果本发明一种水中有害微体生物的灭杀装置，利用脉动的物理效应，能够根据灭杀对象的体长有选择性地进行杀灭而不影响其它体长水生生物的存活，并且不使用化学药剂和污染环境的材料，对水体不会造成任何污染，可以保证输送水源的卫生、安全。本发明的技术方案根据脉动波产生的条件，利用水流通道(即过流通道)和其中的孔板，使通过的流水在孔板后方产生脉动波，选择性的灭杀水中有害微体生物，结构简单，成本低廉，效果明显，而且对环境和其它生物无害，有利于生态环境的保护。本发明进一步的方案介绍了过流通道是水槽的情况下的方案，利用自然地势的进水端高于出水端的水位差驱动水体流动，并在槽底设置坡度使水体保持合适的流速，装置简单，设计巧妙，无需消耗电力和能源，灭杀效果显著。本发明进一步的方案介绍了过流通道是管道的情况下的方案，装置简单，参数更加可控，灭杀效果更加明显。本发明进一步的方案优选在过流通道中设置多级孔板，使得灭杀效率更高；本发明进一步的方案还提供了优选的孔板间距。本发明进一步的方案优选的孔板材料应具有一定刚性并且无毒。本发明进一步的方案优选在进水端安装拦污栅，拦挡水中携带或漂浮的直径大于所使用孔板的孔径物质。本发明进一步的方案优选地提供了过流通道中的水体流速，更有利于灭杀水中有害微体生物而不会影响到不同体长的其它生物的生存。本发明进一步的方案提供了灭杀淡水中沼蛤幼虫(体长在0. 14mm Imm范围内) 的优选方案，对沼蛤幼虫的灭杀率可达到80%以上或接近100%。本发明进一步的方案的输水工程系统由于包括上述水中有害微体生物的灭杀装置，因此也具有其有益效果。本发明进一步的方案提供了使用脉动波灭杀水中有害微体生物的方法，利用脉动的物理效应，能够根据生物体长的不同，有选择性地杀灭有害生物而不影响其它水生生物的生存，并且不使用化学药剂和污染环境的材料，所以对输送的水体不会造成任何污染，对环境无害，可以保证水源的卫生、安全。本发明进一步的方案，过流通道与所述具有供流水通过的贯通结构的拦挡物之间没有空隙，保证了含有有害微体生物的水体均通过所述拦挡物的贯通结构，提高了对于水中有害微体生物的灭杀效果。本发明进一步的方案提供了多个拦挡物，既有效利用了通道的空间，又可大大提高灭杀效率。
本发明进一步的方案提供了所述拦挡物的优选方式，采用孔板或栅板生产简单， 成本低廉，效果显著。
图1是水中有害微体生物的灭杀装置的一个实施例的示意图。图2是孔板的一个实施例的示意图。附图标记如下1-孔板，2-过流管道，3-水流方向，4-孔板间距，5-孔距，6_孔径
具体实施例方式下面结合附图对具体实施方式
进行详细说明。一种水中有害微体生物的灭杀装置，包括过流通道和其中安装的孔板，所述过流通道可以是过流管道(例如水管)或过流水槽(例如沟渠)，当然也可以是其它形式的过水通道，例如其它装置里的水流通道，比如冷却水管道。所述过流通道包括进水端和出水端， 所述进水端可以与自然水源或容纳自然水体的进水池或水处理装置连接；所述出水端可以与用水装置或输水工程或后续水处理装置连接。在所述进水端和/或出水端具有推动水体流动的动力系统，比如，在进水端或出水端安装提供或控制水压的装置，比如水泵或造波机等；所述动力系统不一定是耗费能源的动力系统，也可以是利用进水端和出水端的水位差产生的水头压力使水流从进水端向出水端流动的方式，这样可以不消耗能源；而且所述动力系统还可以是利用天然地势形成的上述进水端和出水端的水位差产生的水头压力，更节省了运行成本。所述进水端和/或出水端具有给水和/或排水的流量或流速调控装置，比如在出水端和/或进水端安装的各种控制流量或流速的控制装置，比如阀门、水泵等，用于控制水流的流速或流量。所述过流通道的过流断面的面积能够根据设计流量和/或设计流速加以确定。由于进水端能够控制进水量(单位立方米/秒)，而用进水量除以过流断面的面积可以得到该段过流断面的流速(单位米/秒)，因此根据在过流断面处所需要的流速，根据现有的流量调控装置可以设计和确定过流断面面积。同样地，在已知过流断面面积的条件下，所述流量调控装置可以控制任一段过流断面处的流速，因此此处的流量调控装置和流速调控装置实际的功能相同。所述孔板沿过流断面方向横过所述过流通道，并与所述过流通道的内壁固定连接，而且所述孔板与所述过流通道内壁之间不留空隙。所述固定连接是指孔板位置的整体相对于所述过流通道不发生位移，所述固定连接可以采用卡槽、支架或套管将孔板可拆卸的固定，保证其在水流通过时不会移动、变位；优选地，在孔板损坏或孔被堵塞时还可以拆下更换或维修。水流通过孔板时会在孔板的下游方向产生脉动波，理论和试验证明，这种脉动波能够击碎相应体长的水中有害微体生物，对水中有害微体生物具有选择性杀灭作用。所述过流通道如果是过流水槽，则所述过流水槽为开放无压系统。此时，所述动力系统至少包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力，当然还可以包括所述进水端和/或出水端的给水和/或排水装置。所述水位差应能够产生推动所述过流水槽中的水体流动的最小压力。由于所述过流水槽是开放无压系统，因此只有在所述进水端高于所述出水端且具有较高的水头压力时才能使用。所述过流水槽的断面形状一般为矩形，也可以是其它几何形状，比如圆角矩形或圆形。所述过流水槽的底面具有自进水端向出水端倾斜的坡度，且所述过流水槽的底面的进水端一侧高于其出水端一侧。所述坡度可以是均勻坡度，也可以是分段均勻坡度或不均勻坡度。所述过流水槽应当是直槽，即没有拐弯，以保证槽内具有能够满足脉动灭杀水中有害微体生物所需要的较高的稳定流速；所述直槽的底面坡度一般应之1 20，即坡高坡长之1 20。所述过流通道是过流管道的情况见附图1。所述过流管道2为有压或无压的封闭系统。由图可见，孔板1横过过流管道2并与所述过流管道2的内壁固定连接，而且所述孔板1与所述过流管道2的内壁之间不留空隙。在所述动力系统的驱动下，当水流沿流动方向3通过过流管道2时，在孔板1的下游方向会产生脉动波，杀灭相应尺寸的水中有害微体生物。此时，所述动力系统可以是人工动力系统，如水泵等，也可以包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力，该水位差应能够产生推动所述过流水槽中的水体流动的最小压力。当然不只是在所述进水端高于所述出水端且具有较高的水头压力时才能使用所述过流管道，但如果利用水位差，则可以节省推动水体流动的能源消耗。当所述进水端高于所述出水端且水头压力较大时，水流在过流通道内依靠水头压力自然流动的流速就可以满足脉动灭杀水中有害微体生物的流速的需要，此时无需使用为过流通道加压和提高流速的动力装置。此时可能需要配合内部流速调控装置比如阀门等进行限速。当然也可以调控进水端和出水端的水头压力来控制流速。当所述进水端水位不高于所述出水端水位或者水位差较小(即水位差具有的水头压力在过流通道中不能形成满足脉动灭杀所需要的流速)时，则需要利用所述进水端或出水端的所述流量调控装置，加大给水或排水的流量和/或压力，提高管道内的流速，以满足脉动灭杀所需要的流速要求。所述过流管道的断面形态可以是圆形、椭圆形或矩形，当然亦可根据应用条件设计为多边形或其它形状，还可以是由不同规格、不同形状的一个或多个连接件、组合件连接而成的异形管道。在过流通道中，优选地，所述孔板1可以是多级孔板，如图1所示。所述多级孔板1 均沿过流断面方向横过所述过流通道且在所述孔板1与所述过流通道之间不留空隙；各级所述孔板之间的距离为孔板间距4，所述孔板间距4根据脉动波的作用范围确定，一般应大于10cm。所述孔板1在不同的流速条件下所产生的脉动波的作用范围不同，流速越高作用范围越大。根据流速与所述孔板规格计算并通过试验数据确定脉动波的作用范围，据此确定所述过流通道中的所述孔板间距4。所述的孔板规格包括孔板的厚度、孔型(过流水孔的形状，一般为圆形，亦可采用矩形、五角星型或其它形状)、孔径6 (过流水孔的内直径)、 孔距5 (过流水孔之间的最短距离)，如图2所示。其中，孔距5和孔板间距4对脉动灭杀的效果起着更为重要的作用。所述多级孔板的过流断面的面积可以是一样的，以保证各过流断面的流速与灭杀效果一致，当然也可以是不同的，比如在水体中具有至少两种水中有害微体生物时，可以通过设置和/或调整过流断面的面积以确定和/或调整每个过流断面的流速，并根据具体试验结果在不同段过流断面设置不同规格的孔板和/或多级孔板的间距，达到在同一个过流通道中灭杀多种水中有害微体生物的目的。所述孔板可以采用无毒的刚性的材料制成，例如金属或具有一定强度的塑料，或陶瓷等，以水流通过时板体不弯曲变形、不污染水体为宜。
优选地，所述进水端可以安装有拦挡水中携带或漂浮的直径大于所使用孔板的孔径物质的拦污栅。当然在进水端与前一级净水装置连接的情况下，即进水端进入的水体无大的杂质的情况下，也可以没有拦污栅。经实验验证，若要达到更好的灭杀效果，通过所述过流通道内的水体流速应大于 0. 3m/s，在流速大于2m/s时灭杀效果更佳。所述孔板的规格、流速不同所产生的脉动波的类型与强度就不同，对于不同大小的所述有害微体生物的杀灭效果也不相同。在实际应用本发明装置时，必须针对具体的灭杀对象和水体条件，通过试验来确定获得最佳灭杀效果的孔径、孔距、孔板间距、水体流速的参数。针对所述水中有害微体生物之一的沼蛤幼虫的灭杀所采用的是如图1所示的所述过流管道2，所述过流管道2中安装有多级孔板1，所述孔板1如图2所示，其规格为孔板的厚度为0. 61-1. 2mm ；孔形为圆形；孔径6为6_14mm ；孔距5为2_4mm ；所述孔板间距4 为 30-60cm ；流速为 0. 8-2. 5m/S0该实施例的所述水中有害微体生物的灭杀装置对于水体中的沼蛤幼虫具有较好的灭杀效果，如果应用得当，杀灭率可达80-100%。包括上述的水中有害微体生物的灭杀装置的输水工程系统，也具有所述水中有害微体生物的灭杀装置的有益效果。一种水中有害微体生物的灭杀方法，在水体流过的过流通道中设置具有供流水通过的贯通结构的拦挡物，例如带有贯通孔、贯通栅格结构的闸阀或构筑物(人工构筑的物体)，流水在通过所述拦挡物的贯通结构后产生脉动波，可灭杀与所述脉动波具有相应体长的水中有害微体生物。所述拦挡物可以横过所述过流通道与过流通道的内壁固定连接，并与所述过流通道的内壁之间不留空隙，当然也可以与过流通道的内壁以其它方式连接或不连接。所述拦挡物可以是多个拦挡物，所述多个拦挡物可以彼此平行排列，使得拦挡物在过流通道中排列紧凑。当然多个拦挡物可以不平行。当然也可以是只有一个拦挡物。所述拦挡物可以是孔板或栅板，或孔板和/或栅板的组合，所述拦挡物的贯通结构可以是孔板上的贯通孔或栅板上的栅格或栅条间的空隙，或所述贯通孔和/或栅格和/ 或栅条间空隙的组合。当然也可以是其它任何有贯通的缝或贯通孔的结构。本发明通过选择使用不同规格(厚度、孔型、孔径、孔距)的孔板并对流速进行控制，可以针对某一种或几种水中有害微体生物进行灭杀，而水中的其它体长的生物将继续存活。而且因没有使用药剂和污染环境的材料，所以对输送的水体不会造成任何污染，可以保证水源的卫生、安全。所以本发明的应用有利于生态环境的保护。另外，如果采用进水端高于出水端并产生水头压力的动力系统，则利用自然水源的水头压力，应用所述水中有害微体生物的灭杀装置则无需消耗电力和能源。本发明使用的材料很容易买到，施工比较简单。设备的运行管理比较简单，所需人力较少。应当指出，以上所述具体实施方式
可以使本领域的技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换， 而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。
权利要求
1.一种水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，包括过流通道和其中安装的孔板， 所述过流通道包括进水端和出水端；在所述进水端和/或出水端具有推动水体流动的动力系统；所述进水端和/或出水端具有给水和/或排水的流量或流速调控装置；所述孔板沿过流断面方向横过所述过流通道，并与所述过流通道的内壁固定连接，而且所述孔板与所述过流通道内壁之间不留空隙。
2.根据权利要求1所述的水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，所述过流通道是过流水槽，所述过流水槽为开放无压系统，所述动力系统包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力和/或所述进水端和/或出水端的给水和/或排水装置；所述过流水槽的底面具有自进水端向出水端倾斜的坡度，且所述过流水槽的底面的进水端一侧高于其出水端一侧，且所述过流水槽是直槽；底面的坡度> 1 20。
3.根据权利要求1所述的水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，所述过流通道是过流管道，所述过流管道为有压或无压的封闭系统，所述动力系统包括所述进水端高于所述出水端的水位差产生的较高的水头压力；和/或所述过流管道的断面形态是圆形、椭圆形或矩形。
4.根据权利要求1至3之一所述的水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，所述孔板是多级孔板；各级所述孔板之间的距离为孔板间距，和/或所述孔板间距大于IOcm ；和/或所述孔板采用无毒的刚性的材料制成；和/或所述进水端安装有拦污栅。
5.根据权利要求1至4之一所述的水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，所述过流通道的过流断面的面积根据设计流量和/或设计流速确定；和/或通过所述过流通道内的水体流速大于0. 3m/s。
6.根据权利要求4所述的水中有害微体生物的灭杀装置，其特征在于，孔板的厚度为 0. 61-1. 2mm ；孔形为圆形；孔径为6_14mm ；孔距为2_4mm ；所述孔板间距为30-60cm ；流速为 0. 8-2. 5m/s，所述孔距指同一孔板上相邻的孔与孔之间最近的距离。
7.一种输水工程系统，其特征在于，包括权利要求1至6之一所述的水中有害微体生物的灭杀装置。
8.一种水中有害微体生物的灭杀方法，其特征在于，在过流通道中设置具有供流水通过的贯通结构的拦挡物，流水通过所述拦挡物的贯通结构产生脉动波，所述脉动波灭杀与所述脉动波具有相应体长的水中有害微体生物。
9.根据权利要求8所述的水中有害微体生物的灭杀方法，其特征在于，所述拦挡物横过所述过流通道与过流通道的内壁固定连接，并与所述过流通道的内壁之间不留空隙；和/或所述拦挡物是多个拦挡物。
10.根据权利要求8或9所述的水中有害微体生物的灭杀方法，其特征在于，所述拦挡物是孔板或栅板，或孔板和/或栅板的组合，所述拦挡物的贯通结构是孔板上的贯通孔或栅板上的栅格或栅条间的空隙，或所述贯通孔和/或栅格和/或栅条间空隙的组合。
全文摘要
本发明一种针对水中有害微体生物的灭杀装置，包括过流通道和其中安装的孔板，所述孔板沿过流断面方向横过所述过流通道，并与所述过流通道的内壁固定连接，而且所述孔板与所述过流通道内壁之间不留空隙。在推动水体流动的动力系统的推动下，利用水流通过不同规格的孔板产生的不同的脉动波，能够有效的有选择的灭杀水中一定体长范围的水中有害微体生物，不仅满足水源的使用要求，而且不损伤或少损伤水中生活的与灭杀对象体长不同的生物，对水源的使用更为有利，本发明还涉及针对水中有害微体生物的灭杀方法和应用该灭杀装置和灭杀方法的输水工程系统。
文档编号C02F1/50GK102424458SQ201110255939
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月1日 优先权日2011年9月1日
发明者徐梦珍, 朱海龙, 李文哲, 王兆印, 王旭昭, 苏学敏 申请人:清华大学