一种水体蓝藻去除技术及装置的制作方法

本发明涉及水体生物污染治理技术领域，特别是一种水体蓝藻去除技术及装置。

背景技术：

蓝藻，又称蓝绿藻、蓝细菌，是一种原核生物。它广泛分布于自然水体中，且在一些富营养化水体中常常在夏季形成爆发式繁殖而形成“水华”或“绿潮”，从而使水体环境急剧恶化。发生“水华”或“绿潮”的水体常常由于严重缺氧导致大规模鱼类死亡，且其产生的藻毒素对水体生物和人畜产生毒害作用，甚至诱发肝癌。在我国，大到太湖、巢湖、滇池等宽广水体，小到池塘、城市景观河流等小水体，都发生过蓝藻爆发，甚至诸如汉江、三峡水库区等重大流动性水体也有水华爆发的痕迹。

目前，蓝藻防治的方法主要包括：生物防治法、化学防治法和物理防治法。其中生物防治法包括投放淡水鱼控制藻类、生物浮床法吸收水体营养物质和控制藻类漂移等；化学防治法主要是投放杀藻剂、絮凝剂等化学药剂。物理方法主要包括打捞法、底泥移除法、曝气循环法、超声波除藻法、臭氧法等。各种方法都有其重大局限性。投放淡水鱼生物防治法在水污染严重，水华严重，鱼类无法生长，难以控制大规模蓝藻爆发，且食藻生物的引入可能会进一步引起生物入侵等生态危机；生物浮床法去除藻类的效率不够稳定，技术本身有待完善。化学防治法极可能造成二次污染或造成潜在的二次污染。打捞、底泥移除等物理法往往工程量巨大；曝气循环法、超声波除藻法、臭氧法等方法在达到预期效果时往往需要产生大量的能耗。

紫外线灭藻法是物理法防控蓝藻爆发的一种方法。紫外线杀灭蓝藻的原理：紫外线波长在240-280nm范围内最具破坏细菌病毒中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡和(或)再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。尤其在波长为253.7nm时紫外线的杀菌作用最强。然而，紫外线对人体和生物有危害作用，在使用过程中应当注意避免。

目前的紫外线除藻技术主要存在以下缺陷：

(1)应用紫外线除藻技术对自然水体进行蓝藻防治时，除藻效率难以得到保障。蓝藻必须接受一定时长的紫外线照射才能被杀灭(细胞壁破裂，细胞分解)，照射不够会出现光复活(即在阳光照射下重新恢复活力)现象。目前的技术都未能固定紫外线发光单元与污染水体的相对位置，从而不能保障污染水体接受足够时长的有效紫外线照射，因此处理效率难以得到保障。

(2)应用紫外线除藻原理对自然水体进行蓝藻防治时存在一定安全风险，主要体现在：1)由于缺乏防护措施或可行的技术方案，紫外线对设备操作人员可能产生一定的危害；2)由于缺乏防护措施或技术方案，长期暴露于紫外线照射下的动植物将受到一定危害，影响生态安全。

(3)现有方案的自动化和智能化程度低，大多不能根据实际情况有针对性的进行治理和远程操控。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种水体蓝藻去除技术及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种水体蓝藻去除装置，所述装置包括污水处理单元和主控单元，所述污水处理单元包括进水箱(3)和反应箱(2)，反应箱(2)内壁为抛光面，前侧上半部分开口，与进水箱(3)后侧开口连接；进水箱(3)装有推水扇叶(10)，推水扇叶(10)由电机(20)通过传动杆(11)驱动；反应箱(2)进口设置有进水口翻板(6)和进水口电磁吸(8)；反应箱(2)出口设置有出水口翻板(7)和出水口电磁吸(9)；反应箱(2)内安装有紫外灯管(12)、超声波换能器(14)和曝气管(13)，曝气管连接曝气泵(23)；

具体的，所述进水箱(3)下端开口还和进水口滤网(4)相连接；反应箱(2)后侧下半部分开口，还与出水口滤网(5)连接；

所述主控单元包括水质/藻类传感器(21)、主控制器(25)和电源自动开关控制器(26)；所述水质/藻类传感器(21)、主控制器(25)和电源自动开关控制器(26)为可实现下述过程的任何一种仪器：水质/藻类传感器(21)可测定和传输水体和/或藻类信息；电源自动开关控制器(26)可控制所述污水处理单元的电机(20)、进水口电磁吸(8)、出水口电磁吸(9)、紫外灯管(12)、超声波换能器(14)和曝气泵(23)的供/断电；主控制器(25)可接收水质/藻类传感器(21)测定和传输的水体信息，和通过控制电源自动开关控制器(26)，可控制所述污水处理单元的电机(20)、进水口电磁吸(8)、出水口电磁吸(9)、紫外灯管(12)、超声波换能器(14)和曝气泵(23)的供/断电顺序和时间，和电机(20)的正/反转。

所述主控单元还包括远程控制终端、GPS定位装置和/或无线信号收发装置。

所述装置还包括能量单元，所述能量单元包括蓄电池；所述能量单元还包括太阳能极板和/或风力发电机；当所述能量单元同时包括太阳能极板和风力发电机时，所述能量单元还包括风光互补控制器。

所述装置还包括辅助设施，所述辅助设施包括浮筒、支架、防护架和/或避雷器。

所述主控制器(25)为可实现下述过程的任何一种仪器：根据接收到的水质/藻类传感器(21)测定和传输的水体蓝藻的不同浓度，可实现个性化设置主控制器(25)控制所述污水处理单元的电机(20)、进水口电磁吸(8)、出水口电磁吸(9)、紫外灯管(12)、超声波换能器(14)和曝气泵(23)的供/断电顺序和时间，和电机(20)的正/反转；所述个性化设置过程包括，设置所述水体蓝藻去除装置启动的蓝藻浓度阈值C1-Cn，换水时长T1，超声换能器和曝气泵联合处理单次时间间隔T2及重复次数N1，超声换能器单次通电时长T3，曝气泵单次通电时长T4，反冲洗间隔N2及单次持续时长T5；具体设置步骤为：①水质/蓝藻传感器(21)监测的蓝藻浓度达到某一设定的阈值时，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动正转，推水扇叶(10)将过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)，②T1分钟后，电机(20)停止，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)通电，紫外灯管(12)组通电，③T2分钟后，超声波换能器(14)通电T3分钟后断电，④曝气泵(23)启动T4分钟后断电，⑤重复步骤③和④N1次，⑥紫外灯管(12)组断电，进水口电磁吸(8)和出口电磁吸(9)断电，电机(20)启动，T1分钟后，电机(20)停止，⑦重复步骤①-⑥N2次，⑧进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动反转，推水扇叶(10)从反应箱(2)将处理后的水向外抽，水通过过滤网向外快速排出，从而起到冲洗作用，T5分钟后，电机(20)停止，⑨重复步骤①-⑧。

本发明还提供了一种水体蓝藻去除物联网和/或藻情监测网络体系，所述物联网和/或藻情监测网络体系，由多台上述任一所述的水体蓝藻去除装置通过互联网连接而成。

本发明还提供了上述任一所述的水体蓝藻去除装置、所述的物联网和/或藻情监测网络体系的制造方法。

本发明还提供了一种水体蓝藻去除和/或藻情监测方法，所述方法包括，利用上述任一所述的水体蓝藻去除装置、所述的物联网和/或藻情监测网络体系去除水体蓝藻和/或监控水体污染情况。

所述方法还包括，利用所述水体蓝藻去除装置中的水质/藻类传感器(21)测定和传输水体蓝藻浓度，根据水体蓝藻的不同浓度，个性化设置主控制器(25)控制所述污水处理单元的电机(20)、进水口电磁吸(8)、出水口电磁吸(9)、紫外灯管(12)、超声波换能器(14)和曝气泵(23)的供/断电顺序和时间，和电机(20)的正/反转；所述个性化设置过程包括，设置所述水体蓝藻去除装置启动的蓝藻浓度阈值C1-Cn，换水时长T1，超声换能器和曝气泵联合处理单次时间间隔T2及重复次数N1，超声换能器单次通电时长T3，曝气泵单次通电时长T4，反冲洗间隔N2及单次持续时长T5；具体设置步骤为：①水质/蓝藻传感器(21)监测的蓝藻浓度达到某一设定的阈值时，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动正转，推水扇叶(10)将过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)，②T1分钟后，电机(20)停止，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)通电，紫外灯管(12)组通电，③T2分钟后，超声波换能器(14)通电T3分钟后断电，④曝气泵(23)启动T4分钟后断电，⑤重复步骤③和④N1次，⑥紫外灯管(12)组断电，进水口电磁吸(8)和出口电磁吸(9)断电，电机(20)启动，T1分钟后，电机(20)停止，⑦重复步骤①-⑥N2次，⑧进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动反转，推水扇叶(10)从反应箱(2)将处理后的水向外抽，水通过过滤网向外快速排出，从而起到冲洗作用，T5分钟后，电机(20)停止，⑨重复步骤①-⑧。

本发明还提供了上述任一所述的水体蓝藻去除装置、所述的物联网和/或藻情监测网络体系、所述的方法，在去除水体蓝藻和/或监控水体污染情况中的应用。

本发明还提供了数据采集器在制备权利要求1、2、3、4和/或5任一所述的水体蓝藻去除装置、权利要求6所述的物联网和/或体系中的应用。所述数据采集器具体可为CR1000数据采集器。

本发明的有益效果在于：

(1)污水处理单元的反应箱能够控制污水被处理(紫外照射、超声波处理、曝气)的时间，从而保障了藻类处理效果，避免由于处理不充分而出现光复活现象；

(2)紫外线和超声波密闭于反应箱内，从而避免了紫外线和超声波对人体和周边动植物的伤害，同时反应箱内的抛光内壁使紫外线和超声波在反应箱内来回反射，增加了蓝藻消灭效率，也节约了能量；

(3)自动化控制和无线传输增加了设备使用的便利性；此外，GPS定位和远程数据传输功能可以使多台设备形成物联网，并形成藻情监测网络体系。

(4)可以根据污水水体特定情况，例如水体蓝藻品种和浓度的不同，设置污水处理和反冲洗个性化流程。

(5)利用太阳能、风能，绿色节能。

附图说明

图1为水体蓝藻去除装置工作原理示意图。

图2为污水处理单元结构示意图。

图3为水体蓝藻去除装置结构布局俯视示意图。

图4为水体蓝藻去除装置结构布局立面示意图。

图2-4中，所标注的序号1-36分别依次表示：1.污水处理单元，2.反应箱，3.进水箱，4.进水口滤网，5.出水口滤网，6.进水口翻板，7.出水口翻板，8.进水口电磁吸，9.出水口电磁吸，10.推水扇叶，11.传动杆，12.紫外灯管，13.曝气管，14.超声波换能器，15.浮筒，16.主支架体系，17.蓄电池支架，18.硅能蓄电池，19.电机支架，20.电机，21.水质/蓝藻传感器，22.曝气泵支架，23.曝气泵，24.仪器平台，25.主控制器，26.电源自动开关控制器，27.风光互补控制器，28.逆变器，29.周边防护架，30.四周太阳能极板，31.太阳能板倾斜支架，32.顶面太阳能极板，33.风力发电机立柱，34.风力发电机水平支架，35.风力发电机，36.防雨布。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明进行进一步说明。

下述实施例中所使用的方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、装置、设备、仪器、元件等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、一种水体蓝藻去除装置

本实施例提供的水体蓝藻去除装置，其工作原理、结构及结构布局示意图如图1-4所示，本实施例所述水体蓝藻去除装置主要包括污水处理单元、能量单元、主控单元和辅助设施。

所述污水处理单元通过紫外照射、超声波处理、曝气来去除密闭于反应箱内的污水中的蓝藻；所述能量单元对整个水体蓝藻去除装置进行供电，提供动能；所述主控单元可根据污水水体具体情况，实现对水体蓝藻去除装置的不同元件进行供/断电，从而控制整个除藻过程的进行，同时，主控单元可以直接或通过无线信号收发装置向电脑或移动终端发送信息，并接受来自电脑或移动终端的指令；所述辅助设施包括漂浮装置、支架体系和防护体系，其中漂浮装置支撑整个水体蓝藻去除装置漂浮于水面而不下沉，支架体系用于固定、安装和支撑装置的各个部件，防护体系主要包括防撞击的周边防护架、防雨布和必要防雷措施。

所述污水处理单元包含两个相同的污水处理单元(1)，每个污水处理单元(1)的箱体分为进水箱(3)、反应箱(2)和出水口过滤网(5)三段；进水箱(3)长×宽×高为40×40×20cm，后侧开口和反应箱(2)前侧上部连接，下端开口和进水口滤网(4)相连接，进水箱装有推水扇叶(10)，由电机(20)通过传动杆(11)驱动。反应箱(2)长×宽×高为200×40×40cm，上侧面板为可拆卸面板，以便维护；内壁为抛光面，前侧上半部分开口，与进水箱(3)连接；后侧下半部分开口，与出水口滤网(5)相连接；反应箱(2)的进口和出口分别设置有进水口翻板(6)和出水口翻板(7)，以及进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)；反应箱(2)内安装有30W的发射253.7nm紫外线的紫外灯管(12)8支，均匀分布，平行两灯管间距20cm。反应箱(2)内装有功率200W的超声波换能器(14)，以及孔隙均匀分布的曝气管(13)，两个反应箱(2)的曝气管连接同一个曝气泵(23)。

上述进水箱(3)中的推水扇叶(10)在电机(20)的驱动下向反应箱(2)送水，在正反转电机的驱动下向反应箱推送污水和向外排水，所述进水口翻板(6)和出水口翻板(7)均通过电磁吸进行固定，通过进水口翻板(6)和出水口翻板(8)控制污水在反应箱(2)内停留时间，在进水和排水时，水流推开翻板进出反应箱；在进水和排水结束时，翻板在重力作用下重新封闭，并通过电磁吸进行固定。

本实施例提供的水体蓝藻去除装置，在设计上述污水处理单元的具体结构时，所设计的反应箱(2)，能够将污水控制在一个固定的空间，从而可进一步实现对污水(紫外照射、超声波处理、曝气)处理时间的控制，从而保障了藻类处理效果，避免由于处理不充分而出现光复活现象；此外，紫外线和超声波密闭于反应箱内，从而避免了紫外线和超声波对人体和周边动植物的伤害，同时反应箱内的抛光内壁使紫外线和超声波在反应箱内来回反射，提高了蓝藻消灭效率，也节约了能量。

所述能量单元的构成、布局及与其它单元的连接包括，主体支架(16)顶面安装有12块100W的顶面太阳能极板(32)，前后和左右分别安装4块和6块100W的四周太阳能极板(30)。500W风力发电机(35)通过风力发电机立柱(33)和风力发电机水平支架(34)固定在顶面太阳能极板(32)之上。6块200AH的硅能蓄电池(18)固定在蓄电池支架(17)上。以风光互补控制器(27)控制太阳能板和风力发电机对蓄电池充电，以及蓄电池放电。电源自动开关控制器(26)连接于风光互补控制器(27)的负载端。逆变器(28)连接风光互补控制器(27)，将24V直流电转换成220V或110V的交流电，在电源自动开关控制器(26)的控制下对水体蓝藻去除装置污水处理单元中的部分元件进行供电。

所述主控单元包括水质/藻类传感器(21)、主控制器(25)和电源自动开关控制器(26)。主控制器(25)采集或接收水质/藻类传感器(21)上的污水水体信息，并将污水水体信息与主控制器所设定的阈值进行比较判断后，将相应的不同指令发送电源自动开关控制器(26)，电源自动开关控制器(26)接收指令后，对水体蓝藻去除装置污水处理单元中的不同元件进行供/断电控制，从而控制整个除藻过程的进行；

所述主控单元还可包括远程控制终端、GPS定位装置和/或无线信号收发装置，主控制器直接或通过无线信号收发装置向远程控制终端例如电脑、手机或其它移动终端发送信息，并接受来自远程控制终端的指令。

上述水质/藻类传感器(21)、主控制器(25)、电源自动开关控制器(26)均可从商业途径得到，本实施例中，主控制器具体采用了CR1000数据采集器(美国Cambel公司生产)，水质/藻类传感器(21)具体选择了市售水体蓝藻浓度传感器。

上述主控单元自动化控制和无线传输增加了水体蓝藻去除装置使用的便利性；此外，GPS定位或远程数据传输功能可以使多台水体蓝藻去除装置形成物联网，并形成藻情监测网络体系。

所述辅助设施包括漂浮装置、支架体系和防护体系。漂浮装置以12只长×宽×高为50×50×40cm的浮筒(15)分成2组提供浮力，每平方米浮筒承重350kg重量，由主支架体系(16)固定浮筒(15)、污水处理单元(1)和太阳能极板(30)、(32)。主支架体系(16)上安装蓄电池支架(17)、电机支架(19)、曝气泵支架(22)、仪器平台(24)，主支架体系(16)下端连接有周边防护架(29)。

所述防护体系包括，风力发电机(35)自带避雷器与风力发电机立柱(33)、风力发电机水平支架(34)、主支架体系(16)、周边防护架(29)和水体连接成一个电流通路，从而起到避雷作用。

所述防护体系构成、布局及与其它单元的连接还包括，主控制器(25)、电源自动开关控制器(26)、风光互补控制器(27)、逆变器(28)安置在仪器平台上(24)。由四周太阳能极板(30)和顶面太阳能极板(32)围成的内部空间用防雨布(36)保护内部电子元器件不被淋雨。

实施例2、利用水体蓝藻去除装置处理不同含藻污水的个性化流程

利用上述实施例1所述水体蓝藻去除装置处理含藻污水时，可以根据含藻水体特定情况，例如水体蓝藻的不同浓度，设置污水处理和反冲洗个性化流程。上述主控制器CR1000数据采集器自带程序编辑软件，可以通过编辑程序实现下述污水处理和反冲洗个性化流程。设置所述水体蓝藻去除装置启动的蓝藻浓度阈值C1(可设置多个阈值)，换水时长T1，超声换能器和曝气泵联合处理单次时间间隔T2及重复次数N1，超声换能器单次通电时长T3，曝气泵单次通电时长T4，反冲洗间隔N2及单次持续时长T5；具体设置步骤为：

①水质/蓝藻传感器监测的蓝藻浓度达到某一设定的阈值时，进水口电磁吸和出水口电磁吸断电，电机启动正转，推水扇叶将过滤后的含藻污水推动至反应箱，②T₁分钟后，电机停止，进水口和出水口电磁吸通电，紫外灯管组通电，③T₂分钟后，超声波换能器通电T₃分钟后断电，④曝气泵启动T₄分钟后断电，⑤重复步骤③和④N₁次，⑥紫外灯管断电，进出口电磁吸断电，电机启动正转，T₁分钟后，电机停止，⑦重复步骤①-⑥N₂次，完成含藻污水处理过程；⑧进水口电磁吸和出水口电磁吸断电，电机启动反转，推水扇叶从反应箱将处理后的水向外抽，水通过进水口滤网向外快速排出，从而起到冲洗进水口滤网的作用，T₅分钟后，电机停止，⑨重复步骤①-⑧，完成含藻污水处理过程和进水口滤网及内部元器件的反冲洗过程。

实施例3、低浓度含藻污水处理流程

利用上述实施例1所述水体蓝藻去除装置处理含藻污水，通过主控制器CR1000数据采集器自带的程序编辑软件，实现下述污水处理流程：

水质/蓝藻传感器(21)监测的蓝藻浓度低于20000cells/ml时，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动正转，推水扇叶(10)将进水口滤网(4)过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)。3分钟后，电机(20)停止，进水口和出水口电磁吸通电，紫外灯管(12)组通电。5分钟后，超声波换能器(14)通电1分钟后断电，曝气泵(23)启动1分钟后断电。5分钟后，超声波换能器(14)通电1分钟后断电，曝气泵(23)启动1分钟后断电。5分钟后，超声波换能器(14)通电1分钟后断电，曝气泵(23)启动1分钟后断电，紫外灯管(12)断电。进出口电磁吸断电，电机启动正转，推水扇叶(10)将进水口滤网(4)过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)，同时将反应箱(2)内处理后的水通过出水口滤网(5)向外快速推出，从而进行换水，3分钟后，电机(20)停止。重复上述过程对装置外的污水继续进行处理。每箱污水紫外线照射21分钟，超声波辐射3分钟，曝气3分钟，全程用时24分钟。

实施例4、高浓度含藻污水处理流程

利用上述实施例1所述水体蓝藻去除装置处理含藻污水，通过主控制器CR1000数据采集器自带的程序编辑软件，实现下述污水处理流程：

水质/蓝藻传感器2监测的蓝藻浓度高于20000cells/ml时，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动正转，推水扇叶(10)将进水口滤网(4)过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)。3分钟后，电机(20)停止，进水口和出水口电磁吸通电，紫外灯管(12)组通电。10分钟后，超声波换能器(14)通电2分钟后断电，曝气泵(23)启动2分钟后断电。10分钟后，超声波换能器(14)通电2分钟后断电，曝气泵(23)启动2分钟后断电。10分钟后，超声波换能器(14)通电2分钟后断电，曝气泵(23)启动2分钟后断电，紫外灯管(12)断电。进出口电磁吸断电，电机启动正转，推水扇叶(10)将进水口滤网(4)过滤后的含藻污水推动至反应箱(2)，同时将反应箱(2)内处理后的水通过出水口滤网(5)向外快速推出，从而进行换水，3分钟后，电机(20)停止。重复上述过程对装置外的污水继续进行处理。每箱污水紫外线照射42分钟，超声波辐射6分钟，曝气6分钟，全程用时45分钟。

实施例5、进水口滤网反冲洗

反应箱(2)污水处理完成后，进水口电磁吸(8)和出水口电磁吸(9)断电，电机(20)启动反转，推水扇叶(10)从反应箱(2)将处理后的水向外抽，水通过进水口滤网(4)向外快速排出，从而起到反向冲刷掉进水口滤网(4)和内部元器件上附着物的作用。3分钟后，电机(20)停止，进水口和出水口电磁吸通电，重复处理过程。每处理5箱水反冲洗1次，冲洗时长3分钟。

对上述实施例3-5处理后的水样取样后检测，结果显示，应用本发明所述装置和方法处理后的水样蓝藻去除充分，无蓝藻光复活现象。