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水体蓝藻清除的研究及其新型机械除藻初探
黄维;裴毅;陈飞勇
【期刊名称】《企业技术开发（学术版）》
【年(卷),期】2008(027)004
【摘要】文章阐述了目前国内外蓝藻清除的研究现状及存在的问题,并从蓝藻细胞的结构及生命活动方式出发,提出一种物理除藻方法,为新型除藻机械设计提供理论依据.
【总页数】3页(P29-31)
【作者】黄维;裴毅;陈飞勇
【作者单位】湖南农业大学,工学院,湖南,长沙,410128;湖南农业大学,工学院,湖南,长沙,410128;东星技研有限会社,日本,东京,111-0041
【正文语种】中文
【中图分类】X524.05
【相关文献】
1.两种除藻剂对富营养化水体除藻净化性能的比较研究 [J], 和晓荣;孙珮石;王洁;邓辅唐;吴广;王奇;许晓毅
2.新型除藻剂对滇池含藻水体的除藻效果研究 [J], 孙学习;孙珮石;许晓毅;王洁;毕晓伊;李发荣
3.洱海蓝藻水华应急控制措施及机械除藻效果初探 [J], 赵志红;李亚妮;廖婧璇
4.轻质除藻材料用于滇池水体的除藻效果初探 [J], 毕晓伊;许晓毅;孙佩石;李发荣
5.滇池富营养化水体新型除藻材料的试验研究 [J], 孙珮石;许晓毅;刘竹仙;李晓梅;毕晓伊
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科技成果——大型仿生式水面蓝藻清除技术及设备对应需求藻类拦捞及清除技术成果简介该设备采用仿生技术原理，模仿鲢鱼滤食藻类的方式，利用可连续调节的藻水分离铲解决了富含蓝藻表水层高效分离汲取问题；采用鳃式过滤器解决了蓝藻与水的大流量高效分离问题，在总面积72m2的载体平台上实现流量达1000m3/h的藻水分离能力；采用叠层式摇振浓缩筛进行藻液二次浓缩，不需要投加任何化学药剂；特制多个蓝藻储存囊袋对大量的高浓度蓝藻藻浆进行储运，能够保证除藻设备实现7×24小时现场连续作业。
整个工艺流程经济环保，并且经处理后排出的清水中不含肉眼可见蓝藻。
主要性能指标设备处理能力：1000m3/h，500m3/h，300m3/h。
设备宽度：11m、6m、3m。
设备最大吃水深度：0.3m。
汲取湖水厚度：0-25cm。
最大行进速度：5km/h，作业行进速度：0-2km/h处理能耗：0.03-0.05kWh/m3富藻水。
适用范围适用于水源水体应急除藻和深度控藻。
技术特点高效、节能、环保的特点。
以纯物理方式过滤出可见蓝藻，不添加任何药剂采用优化的全不锈钢材质加强型扁平载体平台结构设计，无油漆与防腐涂料污染，适用于水源区。
应用成本设备单方处理能力造价约290元/m3，运行费约0.1元/m3富藻水。
典型案例案例1：常州武进西太湖（滆湖）北部分区，该区域被沿江高速公路桥分隔而形成了面积15km2的半封闭湖区，为保障该区域的水生态环境、控制肆虐的蓝藻。
设计为湖区配备了5台500型的仿生式水面蓝藻清除设备进行除藻控藻，保障了该区域的水质和生态环境，经过多年运行，逐渐总结了规模化蓝藻控制模式，有效去除了大量湖面富集蓝藻，净化了湖区。
案例2：在云南省洱海、星云湖、草海等高原湖泊进行了应用推广，取得了良好的控藻效果。
推广应用情况该设备在国内多个蓝藻重污染湖泊及水库得到了应用，目前推广25台。
典型应用包括：云南大理洱海云南玉溪星云湖、云南昆明草海、天津于桥水库、江苏武进滆湖、天津海河、安徽巢湖、山东济南护城河（硅藻颤藻），为水体蓝藻水华应急控制、水源区藻类深度控制提供了有效手段。
科技成果——大型仿生式水面蓝藻清除技术与设备技术开发单位中科院南京地理与湖泊研究所适用范围可用于水华蓝藻易堆积需要清除、但是又必须绝对避免二次污染的湖泊饮用水水源成果简介仿照鲢鱼滤食浮游生物的原理，研制出以“鳃式过滤器”为核心技术（ZL200910031268.0）的“大型仿生式水面蓝藻清除设备”（ZL200910026679.0）。
工艺流程技术工艺：抽吸富藻水（1000m3/h）→仿生式鳃式过滤器→浓缩富藻水→摇振浓缩→藻泥→收集→运输。
操纵工艺：接受蓝藻水华发生预报→达到蓝藻打捞现场→清除蓝藻→收集→运输→无害化处理。
关键技术鳃式过滤器技术大型仿生式水面蓝藻清除设备技术应用情况该设备代表“水专项”作为重大科技成果，参加了“十一五”国家重大科技成就展、“十一五”环保成就展暨十二届中国国际环保展，并在太湖流域的湖泊、云南高原湖泊和天津于桥水库等得到推广应用。
目前该设备已经进驻南京市省级科技产业园区，实现产业化。
典型案例（一）项目概况大型仿生式水面蓝藻清除设备从2010年2月开始至2010年5月底完成了研制工作。
2010年6月中旬持续西南风导致巢湖水华蓝藻向东漂移，在集中式水源保护区内大量蓝藻水华堆积，嗅味难闻；7月4日部分自来水厂出水异味，一度停水4小时，引起群众恐慌。
大型仿生式水面蓝藻清除设备投入应用，达到1000m3/h处理量，过滤水体中的高密度蓝藻，保证每天2.4万吨的安全取水，成功化解了因蓝藻水华引起的供水危机。
（二）技术指标2010年9月7日由中国科学院主持，对“大型仿生式水面蓝藻清除设备”开展了现场硬件结构核查和作业性能测试。
该设备作业幅宽10m，能够以1000m3/h的流量分离汲取表层5-20cm富含蓝藻的湖水，经过两级过滤分离输出粘稠藻浆，并通过藻浆袋装储运实现连续作业，对可见蓝藻颗粒的去除率100%，在含藻率只有万分之一（体积比）时每小时仍然可以去除100kg的蓝藻，具有从低含量水体中富集分离蓝藻的优势，可于春季蓝藻复苏时去除藻种，积极防御蓝藻灾害。
第1篇一、实验目的1. 掌握蓝藻的生物学特性及其培养方法。
2. 熟悉实验室无菌操作技术。
3. 观察蓝藻在不同培养条件下的生长情况，分析其生长规律。
二、实验原理蓝藻是一类原核生物，具有光合作用能力。
在适宜的培养条件下，蓝藻能够迅速繁殖。
本实验通过调整培养条件，观察蓝藻的生长情况，了解其生长规律。
三、实验材料1. 蓝藻藻种：集胞藻PCC68032. 培养基：BG11培养基3. 培养设备：恒温培养箱、光照培养箱、移液器、显微镜等4. 试剂：无菌水、葡萄糖、硝酸钠、磷酸二氢钾等四、实验方法1. 蓝藻藻种活化将蓝藻藻种接种于BG11培养基中，置于光照培养箱中培养，温度设置为25℃，光照强度为1000 lx，光照时间为12小时。
待藻种生长至适宜密度后，进行下一步实验。
2. 培养基配制根据BG11培养基配方，准确称取葡萄糖、硝酸钠、磷酸二氢钾等试剂，加入无菌水溶解，定容至1000 mL。
3. 培养条件设置（1）不同光照强度：设置光照强度分别为500 lx、1000 lx、1500 lx，其他培养条件相同。
（2）不同温度：设置温度分别为20℃、25℃、30℃，其他培养条件相同。
（3）不同营养盐浓度：设置硝酸钠浓度为0.5 g/L、1.0 g/L、1.5 g/L，其他培养条件相同。
4. 蓝藻生长观察在培养过程中，定期取样，观察蓝藻的生长情况，记录细胞密度、颜色、形态等特征。
5. 数据处理与分析对实验数据进行统计分析，绘制生长曲线，分析蓝藻在不同培养条件下的生长规律。
五、实验结果1. 不同光照强度对蓝藻生长的影响在不同光照强度下，蓝藻的生长情况如下：- 500 lx：蓝藻生长缓慢，细胞密度较低，颜色较淡。
- 1000 lx：蓝藻生长良好，细胞密度较高，颜色较深。
- 1500 lx：蓝藻生长速度较快，但部分细胞出现损伤，细胞密度较高，颜色较深。
2. 不同温度对蓝藻生长的影响在不同温度下，蓝藻的生长情况如下：- 20℃：蓝藻生长缓慢，细胞密度较低，颜色较淡。
蓝藻打捞及资源化利用方案引言蓝藻是一种常见的水生植物，具有很高的生长速度和繁殖能力。
然而，过多的蓝藻生长会导致水体富营养化和水质恶化，对水环境和生态系统造成严重影响。
因此，采取有效的蓝藻打捞及资源化利用方案是解决蓝藻问题的重要措施。
蓝藻打捞方案蓝藻打捞是指通过物理或化学手段将水体中的蓝藻捞出，减少蓝藻对水环境的影响。
常见的蓝藻打捞方案包括以下几种：1. 机械打捞机械打捞是使用专门的打捞船或设备将水体中的蓝藻收集起来。
这种方法快捷高效，适用于大面积的蓝藻覆盖区域。
打捞船可以通过刷子、挡板等装置将蓝藻推向一侧，再利用刮板、网篮等装置将其捞起。
机械打捞可以有效地清除水体中的蓝藻，但会对水体底部的生态系统造成一定的破坏。
2. 生物打捞生物打捞是利用其他生物来吞食或过滤蓝藻。
例如，一些鱼类、贝类和甲壳类动物对蓝藻有较高的食欲，可以将其作为一种天然的蓝藻防治方法。
在一定控制条件下引入这些生物，可以帮助控制蓝藻的生长，减少水体中的蓝藻数量。
3. 化学打捞化学打捞是利用化学药剂来抑制或杀灭蓝藻。
常用的化学药剂包括铜制剂、杀藻剂等。
化学打捞可以迅速控制蓝藻的生长，但需要注意剂量和使用方法，避免对水环境产生负面影响。
蓝藻资源化利用方案除了打捞，将蓝藻资源化利用也是解决蓝藻问题的一种可行方式。
蓝藻可以被提取出有价值的成分，例如藻酸、蛋白质等，用于制备食品、饲料、化妆品等产品。
1. 生物质能利用蓝藻可以作为生物质能的原料，通过发酵或热解等技术将其转化为生物柴油、生物气体等能源产品。
这不仅可以有效利用蓝藻资源，还可以降低对传统能源的依赖，减少碳排放。
2. 水质净化蓝藻中的藻酸和蛋白质等成分具有良好的吸附能力，可以用于水质净化，去除水中的重金属离子、有机物等污染物。
将蓝藻制成吸附剂，不仅可以净化水质，还可以回收经济利用。
3. 生态景观设计利用蓝藻打捞收集而来的藻体可以用于生态景观设计。
蓝藻可以作为景观元素，与其他植物、装饰物相结合，营造出独特的环境氛围。
太湖蓝藻打捞和资源化利用的实践与思考蓝藻在地球上已经生存了35亿年以上，但近期太湖蓝藻大规模爆发是由于严重的水污染和富营养化引起的。
20世纪80年代以来，水污染日渐严重，1990年太湖以蓝藻为主的藻类（以下简称蓝藻）第一次爆发后便年年爆发，而2007年在贡湖（太湖北部的湖湾）取水口附近产生大规模的蓝藻爆发和“湖泛”（严重污染的底泥在厌氧状态下发生强烈生化反应的俗称）的联合作用使湖水发臭，形成供水危机。
中央、省、市均高度重视，采用了调水、打捞蓝藻、人工降雨、提高水处理深度和确保纯净水供应等科学合理的措施，顺利渡过了供水危机。
清除蓝藻的技术、方法有物理、化学、生物、生化等多种，从对蓝藻的影响或去向来分，总体为三类：一是直接清除水体中蓝藻，并移出水体，即打捞蓝藻法，这是目前非常有效的和学术界没有争议的一种方法；二是在水体中直接杀死蓝藻，使蓝藻残体中的N、P营养盐得到分解、降解，或部分气化后逸出水面，如电催化技术除藻、改性黏土技术除藻、化学法除藻、微生物除藻、生物酶法除藻、超声波杀藻等；三是抑制蓝藻生长，如植物抑藻和鱼类控藻等。
无锡根据本地水域的具体情况、功能要求和可能条件，选择上述技术、方法的一种或多种，发挥其最大长处，尽量避免其副作用。
1打捞蓝藻经过太湖供水危机，无锡市政府就把打捞清除蓝藻由应对供水危机的应急措施变为治理太湖的长期措施。
主要选择的是物理打捞蓝藻法。
无锡已购置、配置了80多台套的蓝藻打捞清除设备，组建了专业蓝藻打捞队伍，基本实行定点打捞。
2007年、2008年分别打捞富藻水（蓝藻与水的混合体，含水率在99％~99．9％左右）19．6万m3、51万m3。
打捞方法已由2007年的人工打捞升级为2008年的机械打捞为主。
目前的蓝藻打捞设备主要是移动吸藻船、吸藻泵水上固定平台或陆上固定点，局部区域采用人工打捞，并且利用局部有利地形富集蓝藻，提高打捞蓝藻效率。
大规模打捞蓝藻可大幅度减少水体中的N、P等营养盐，据研究测试，太湖蓝藻（干物质）含N、P率分别为6．7％、0．68％，打捞并移出水面的富藻水含干物质率为1％~0．1％，平均以0．55％计，则2007年、2008年分别打捞蓝藻干物质为1078t、2805t，分别折合去除N、P各为72．2t、7.3t，187．9t、19．1t。
模糊PID控制器在除蓝藻过程中的设计与应用摘要：最近几年，太湖蓝藻爆发，无锡市的饮用水发臭，给人们的日常生产生活带来了很大的影响。
治理蓝藻成了无锡市的当务之急。
在除藻过程中，除藻器得到了应用，但是除藻器的工作环境非常复杂。
利用传统的控制器无法得到好的控制效果。
本文就是结合传统PID控制器和模糊控制器的优点，设计一个模糊PID控制器来控制除藻器，使其能够很好的工作。
关键词：模糊PID控制器除蓝藻饮用水近几年，太湖蓝藻爆发，无锡市的饮用水发臭，给人们的日常生产生活带来了很大的影响。
治理蓝藻成了无锡市的当务之急。
目前，治理蓝藻的方法有很多，有化学治藻法、生物治藻法和物理治藻法。
但是化学治藻法对生态环境有一定的破坏，生物治藻法治理的时间长，物理治藻法成为目前优选的方法，物理治藻法中最常见的是利用流体动力处理蓝藻。
该方法是利用流体动力使含有蓝藻的水体获得足够的能量，以改变藻类的生存条件和破坏藻的细胞囊，促使藻细胞死亡，达到去除目的。
此方法不会对水体造成二次污染及带来负面效应，处理后水体清澈透明。
在利用除藻器进行流体动力处理蓝藻的过程中，压力和水体的流速对除藻的作用有影响。
除藻器的控制系统主要检测藻体的浓度，然后根据蓝藻的浓度来确定机器的气压和水体的流速。
因为除藻的过程是一个复杂的过程，气压，水体的流速对除藻的结果致关重要。
由于灭藻过程控制具有高度非线性、时变性和随机性，无论是通过某些假设导出的机理模型，还是通过实验所得出的控制模型，其适用范围都是有限的，很难准确有效地描述整个控制过程特性。
要取得较理想的控制效果，必须建立基于现代控制理论的智能控制系统。
作者以除藻过程控制中的蓝藻浓度控制为目标设计了一个模糊PID控制器来跟踪并控制复杂的除藻过程。
设计的基本思想是利用模糊推理机分别实现PID控制的比例、积分和微分控制参数的实时自整定。
为了提高控制精度，消除因PID控制参数大幅度变化而引起的系统输出振荡，控制器采取了在参数预估的基础上利用模糊推理进行小幅度调节的方法。
青山湖湖面蓝藻治理与去除及选用试剂筛选实验方案设计江西省环境保护科学研究院1.实验目的针对南昌市青山湖的水质情况以及蓝藻爆发的程度，选取了几种自制的对蓝藻吸附絮凝效果较好的试剂来对青山湖的蓝藻进行一个去除过程，并从中选取效果最佳的试剂进行批量化生产并投入实际运行使用。
本文设置实验装置及各因素试验，研究各个吸附絮凝剂对蓝藻的去除效果,力求为治理青山湖湖面蓝藻爆发问题提供解决方案，并进行室外试验模拟，以探求将筛选出来的最佳试剂投入实际运行当中，为治理青山湖蓝藻爆发提供并为此技术和试剂的推广应用提供可靠的理论依据、科学实践经验和最佳的适合的设计运行参数。
2.实验设计蓝藻是水体产生水华现象最主要的因素之一，其在夏季常出现大爆发现象。
在温度大于等于28摄氏度，pH值在8.0~9.5之间时，藻类的繁殖效率最高，速度最快，最适宜其生长。
尤其是在低N/P比或磷含量较高的水体中。
2.1实验材料和仪器2.1.1实验仪器本次实验实验仪器主要包括有：混凝实验搅拌机；pH 计；分光光度计；分析天平；光学显微镜；离心机；电热恒温鼓风干燥箱。
马弗炉；聚四氟乙烯反应釜；分析天平。
2.1.2实验材料实验材料与试剂：（1）壳聚糖（青岛海生生物工程有限公司生产，脱乙酰度纯度＞90%。
）（2）AlCl3·6H2O （3）无水乙醇；NaOH；HCl（4）高粘凹凸棒石（5）十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）（6）聚合氯化铝(PAC)（7）蒙脱土（8）高岭土（9）废铁屑（10）无水氯化铁（11）无水氯化镁（12）NaOH（13）无水乙醇C2H5OH（14）氯化钠（15）氯化氢HCl 32%~38%。
粘土矿物经烘干后磨碎，过 200目筛子，干燥保存。
2.2初步筛选准备用于去除蓝藻的试剂包括有三大类：改性蒙脱土，改性高岭土和改性高粘凹凸棒石。
本文将分段简述三类试剂及其具体的改性方法以及对蓝藻去除的实验。
主要的监测指标为叶绿素a、浊度、藻细胞数、总磷、总氮和COD。
第8卷第2期环境工程学报Vol ．8，No ．22014年2月Chinese Journal of Environmental EngineeringFeb ．2014巢湖蓝藻的机械清除工艺以及藻水分离实验研究熊鸿斌1李耀耀1张强2（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，合肥230009；2.安徽国祯环保节能科技股份有限公司，合肥230088）摘要对巢湖蓝藻进行机械清除以及藻水分离实验研究，实验采用的浮式围栏引导-机械清除-投加剥离液辅助机械清除工艺处理量大，除藻效率高，筛网过滤-浓缩-卧螺离心机脱水成藻泥的藻水分离工艺较为理想，藻泥含水率仅为89%。
2011年5—10月在巢湖运用上述方法清除湖面水华蓝藻，共处理富藻水1.6万m 3，得到藻泥970t ，累计清除蓝藻106.7t （干重）。
按照所清除蓝藻的总氮、总磷的平均含量计算，相当于从湖中移除了氮6.25t ，磷2.1t 。
表明在富营养湖泊中水华蓝藻大量暴发时，采用上述方法除藻，对控制蓝藻水华污染，有效降低内源氮、磷等污染物负荷具有十分重要的作用。
关键词巢湖蓝藻机械清除离心脱水中图分类号X703.1文献标识码A文章编号1673-9108（2014）02-0599-06Mechanical removal and dewatering of cyanobacteriablooms in Chaohu LakeXiong Hongbin 1Li Yaoyao 1Zhang Qiang 2（1.School of Ｒesources and Environmentai Engineering ，Hefei Univeristy of Technology ，Hefei 230009，China ；2.Anhui Guozhen Environment Protection Sci．＆Tech．Co．Ltd．，Hefei 230088，China ）Abstract The collection of cyanobacteria by mechanical approach and the dewatering technology of cya-nobacteria blooms in Chaohu Lake were investigated ，which based on several designed experiments ，includingenclosure constructing for algae blooms collection ，mechanical method for removal of algae ，algae flocculation ，and dewatering of the algae slurry．The results indicate that the mechanical removal approach could be a better method in the rapidly eliminating of a large bloom of cyanobacteria ，and the dewatering technology was an effec-tive way to dewater the blue-green algae slurry．The humidity of blue green algae mash with high organic contentcould be reduced by 89%using dewatering technology．During the study period ，a total of 970t of algae slurry was removed from the lake ，which equal to remove 6.25t of nitrogen and 2.1t of phosphorus from the lake．These suggest that the designed equipment system consist of cyanobacteria collection and dewatering technology was an applicable measure for emergency control of algae blooms in Chaohu Lake ，and thus reduce the internal nitrogen loading and phosphorus loading in lake water．Key words Chaohu Lake ；algae blooms ；cyanobacteria collection ；centrifugal dewatering technology 基金项目：安徽省2009年科研计划资助项目（0902*******）；巢湖流域水污染防治中央环保专项资金资助项目收稿日期：2013－01－01；修订日期：2013－03－25作者简介：熊鸿斌（1963 ），男，博士，教授，主要从事水污染控制技术、环境规划与管理等方面研究工作。
1.2 生物法生物法是在污染湖泊中投菌剂，分解水体中的有机物，减轻水体的富营养化程度，或建立一个良好的生态系统，保持湖泊的稳定。
生物处理法工作量大，主要以湖泊的长期治理为主，不宜作为应急处理。
1.3 物理法物理法主要有曝气增氧法，围堰捕捞法，人工打捞法，机械打捞法。
其中，机械打捞法处理量大，工作效率高，成本较低，可以快速有效地控制蓝藻爆发，而且打捞上来的水藻可以用作厌氧发酵等工艺的原料或作为饲料，实现废物利用。
2 国内机械捕捞船研究应用现状随着人工成本的增大，水藻机械打捞技术越来越受到重视。
目前国内比较先进的机械打捞技术包括水面漂浮物拦截、履带式多功能环保船、以及水藻抓斗装置。
我国的除蓝藻技术发展于20世纪90年代，在“九五”期间研制出第一艘捞藻船“太湖一号”，该船既能够实现收集，还能够实现分离；2007年后，我国的蓝藻收集逐渐向自动化、机械化方向发展。
我国相关部门研制的吸取-分离型蓝藻打捞船，能够适应不同浓度蓝藻的水域湖泊。
综合型捞藻船集采集装置－分离装置－减容干化装置于一体，具有分离效率较高、过滤量较大、高效浓缩、现场减容、连续作业等特点。
分离型的捞藻船含有双体船以及倾斜式旋转筛，既可以扩大蓝藻清扫面积，还能减少水的阻力以形成较高速度的流道，从而提高清扫效率。
吸取型的捞藻船也含有双体船装置，同时含泥浆泵和固定架，但是其中的泥浆泵处在双体船上，打捞出的蓝藻含水率低，只适用于对湖面上的蓝藻进行打捞。
黄福艇等[2]发明的新型蓝藻捕集船一般包括船体单元、捕藻单元、脱藻单元、储藻单元、检测单元和供能单元，为我们进行漂浮式蓝藻收集机的设计提供了方向，如图1所示。
0 引言随着经济社会的高速发展，水污染现象越来越严重，导致蓝藻大量繁殖，各个水域都出现蓝藻水华现象。
蓝藻水华现象可造成水体富营养化、水体生物多样性降低、且造成水缺氧，水质变坏。
在一些营养比较丰富的水体里，有的蓝藻在夏季大量繁衍，同时在水体表面形成一层蓝绿色且有腥臭的泡沫，称其为“水华”，大规模的蓝藻繁衍，称之为“绿潮”(和红色的赤潮对应，以颜色命名)。
大型仿生式水面蓝藻清除设备研制【大中小】【打印】【关闭】受中国科学院科研装备研制项目“仿生式水面蓝藻富集清除设备(YZ2009 32)”资助，依托国家水专项巢湖项目水源地课题“水源保护湖区物理－生态水质净化技术研究与工程示范(2008ZX07103-005)”，中国科学院南京地理与湖泊研究所科研人员近期在巢湖研制出“大型仿生式水面蓝藻清除设备”，在巢湖市水源区第二自来水厂取水口对岸建立临时泊位，并立即投入巢湖市水源地蓝藻灾害防治进行实战检验，取得了显著成效。
该设备作为湖泊蓝藻灾害积极防御和蓝藻水华控制的手段，仿照鲢鱼滤食藻类的科学原理，并结合巢湖水源地蓝藻灾害防御的特殊用途进行设计，在0.3m以上的浅水水域中就能工作，以10m的作业幅宽分离获取表层5cm左右的富含蓝藻水层，以1000m3/s的流量汲取藻水并完成初级过滤，藻液经过二次浓缩成为藻浆后，用特制的漂浮囊袋灌装储运。
该蓝藻清除设备的特点在于：(1) 工作效率，作业幅10m，行进作业最大航速5km/h，每小时清扫水面5公顷，昼夜连续作业；(2) 超强的富集浓缩能力，可以在任何蓝藻密度情况下工作，准确分离汲取富含蓝藻的表水层，100%分离出肉眼可见的蓝藻颗粒（粒径>0.04mm），最终浓缩成鲜藻含量>50%（体积比）的藻浆；(3)环境适应性强，可以在水深>0.3m的水域静态作业或行进作业，尤其适用于清除沿岸浅滩上聚集的蓝藻；(4) 节能，由一台50kw发电机组提供动力，最大作业功率30千瓦，汲取处理1m3含藻湖水的能耗仅有0.03千瓦时；(5) 环保，全部采用物理方法，不添加任何药剂或矿物质，收获的藻浆在漂浮囊袋中自然发酵后由环卫系统收集处理。
今年入夏以来，巢湖地区偏西风出现频率较高，位于巢湖东北偶的巢湖市水源地蓝藻灾害比较严重，该设备大有用武之地。
6月下旬，安徽巢东水泥集团自来水厂取水口蓝藻灾害愈演愈烈，自来水浑浊发臭，影响到企业生产和周围社区2万多居民生活。
第25卷第4期农业工程学报V ol.25 No.4130 2009年4月 Transactions of the CSAE Apr. 2009 蓝藻处理机的设计及除藻效果试验裴毅1，黄维1，陈飞勇2，吴明亮1，徐波1，施祖强1（1．湖南农业大学工学院，长沙 410128；2．东星技研有限会社，东京 111－0041）摘 要：利用压力破坏蓝藻细胞内存在气囊即伪空泡，使得蓝藻失去浮力，根据该原理研究设计了一种除藻机械。
通过试验对新型蓝藻处理机械的除藻效果进行了验证，采用水质监测仪对叶绿素、浊度、含氧量等7项指标进行监测，蓝藻处理机工作1h后水体中的叶绿素含量、浊度、含氧量分别降低了45%、61%和50%，除藻效果显著。
该机械可以作为蓝藻大面积爆发时的应急除藻设备。
关键词：蓝藻控制，除藻设备，浮力，压力，叶绿素，浊度中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2009)-4-0130-05裴 毅，黄 维，陈飞勇，等. 蓝藻处理机的设计及除藻效果试验[J]. 农业工程学报，2009，25(4)：130－134.Pei Yi, Huang Wei, Chen Feiyong, et al. Design of blue algae removal machine and experimental research on blue algae removal efficiency[J]. Transactions of the CSAE, 2009,25(4)：130－134.(in Chinese with English abstract)0 引 言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。
国内外对于蓝藻的清除已经有很多研究。
主要有化学法、生物法、物理法等。
其中化学法能够高效除藻，但是使用的化学药剂极易对水体造成二次污染；现在发达国家基本上已不再使用。
生物法易造成引进的高等水生植物过度繁殖，对湖泊生物种群结构、航运、景观等带来不利影响；物理方法有机械清除、过滤、曝气、遮光、挖掘底泥等多种方法。
采用机械方法清除蓝藻水华，能直接大量清除湖面蓝藻水华，且无明显负面影响。
机械除藻是将物质从湖泊中移出的一种方式，一般包括固顶式抽藻、移动式抽藻、流动式除藻及人工围捕、打捞等机械清除物理措施。
因此，在蓝藻水华大量发生季节，采用机械方法清除湖面水华并加以综合利用，可以防止恶性增殖和二次污染，并由此降低水体营养水平、污染负荷，达到改善水环境的目的[1-6]。
中船重工第702所联合多家单位研制了蓝藻打捞样船，将藻水采集装置、过滤分离装置、浓缩成饼的减容干化装置合为一体，体积庞大，机构复杂。
本研究根据蓝藻的物理特性，利用机械压力来破坏蓝藻的浮力，使其下沉，抑制生长，达到清除蓝藻水华的目的。
1 除藻机的设计1.1 水藻的特性收稿日期：2008-02-13 修订日期：2008-11-05作者简介：裴毅（1960－），男，湖北枣阳人，教授，硕士生导师，主要从事水力机械产品应用研究。
长沙湖南农业大学工学院，410128。
Email:peiyi@蓝藻暴发，是因为水体里富营养化较为严重，水流流速缓，水体交换量小。
研究表明，蓝藻细胞内存在气囊，气囊中存在气体。
1965年，Bowen和Jensen指出气囊由众多圆柱形气泡堆叠而成，并将这些气泡命名为伪空泡。
其主要作用是为细胞提供浮力[7-9]。
蓝藻伪空泡是由蛋白质构成的两端为锥形中间为圆柱体的中空、充有气体的细胞内结构，见图1[8]，壁厚仅2 nm，宽45～110 nm，长100～800 nm或更长不等。
它具有2个显著特征：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0.1 MPa时，其体积仅缩小1/1000。
只要伪空泡不破裂，就可以为蓝藻提供浮力。
在水体里，悬浮在水体中的游离伪空泡所承受的压力p n及细胞内的伪空泡所承受的压力p n′的计算公式如下：n0gp p p p=+−（1）n t0gp p p p p′=++−（2）式中p——水静压；p0——液面压力，通常为当地大气压p a；p t——细胞液与周围环境渗流势差引起的细胞膨压；p g——伪空泡内气体压力。
注：c—水中溶解气体的浓度，箭头方向表示气体交换的方向图1 伪空泡所受压力示意图Fig.1 Pressure diagram of gas vesicles第4期 裴 毅等：蓝藻处理机的设计及除藻效果试验 131当伪空泡承受的压力高于临界压力p c 时，会引起伪空泡的破裂。
1.2 工作原理由水藻特性可以看出，要想清除水藻就要破坏水藻的浮力，而蓝藻的浮沉取决于细胞的密度和伪空泡的相对含量。
上两式表明如果要破坏伪空泡有两种方法：1）提高p 0，使伪空泡所受的压力超过p c ，当伪空泡大量地破裂，蓝藻将失去必需的浮力下沉。
2）p t 升高，淡水蓝藻p t 一般为0.2～0.4 MPa ，当光强增大时，细胞吸收增加，p t 升高，会导致脆弱的伪空泡破裂。
但种方法比较难实现。
利用第1种方法，设计水体表层的富藻水经除藻机加压，破坏蓝藻气囊及细胞结构，减小细胞浮力，促使蓝藻下沉。
除藻机工作时，进水口吸入表层的蓝藻细胞悬液，除藻机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，然后经出水口排出，沉入水体中。
水底阳光照射不足，造成水下缺氧，蓝藻不易进行光合作用得不到能源和氧气而死亡。
残体可以被水生植物根系吸附、分解、吸收，达到除藻的目的。
1.3 结构设计蓝藻处理机主要由压力室、吸藻口、出水口、浮体装置以及机架构成。
用压力浊度计测定压力前后的浊度，从而计算一定压力下破裂伪空泡所占的比率（C %）：b c 100()%T T C T T −=− （3）式中 T ——初始蓝藻细胞悬液的比浊度；T b ——加压后部分伪空泡破裂时蓝藻细胞悬液的比浊度；T c——所有伪空泡破裂时细胞内其他物质的比浊度。
根据式（1）、（2）改变p 0，蓝藻伪空泡破裂的临界压力p c [8]为：1.63c 875p d −= （4）式中 d ——伪空泡圆柱体直径，nm 。
根据前面所述，d 一般在100 nm 左右，因此可得p c约为0.4 MPa 。
通过蓝藻压力试验也显示，当压力大于 0.4 MPa 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0.4 MPa 。
压力室采用由动力机械带动的旋转式叶轮机械，能够满足最小工作压力。
图2 吸藻口简图Fig.2 Blue alga sucking device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0～20 cm 的水表层区域[9]，除藻机除藻效率决定于吸藻口的吸藻效率。
经过多次试验，我们设计了如图2形状的吸藻口。
出水口采用钢管，并安装阀门，调节除藻机的压力，控制流量。
机架用来组装固定各个部件，为了使吸藻口能够吸到水体表层富积蓝藻，我们为整个装置设计了浮体，确保整个装置漂浮在水面，并保证机构运行平稳。
2 除藻试验试验时间：2007年7月23日下午。
试验地点：江苏太湖梅梁湾蓝藻水华严重暴发的水域（平均水深约1.3 m ）。
试验前制作2个直径3m ，高2m 的圆柱形隔离圈，用来隔离试验区域，阻断试验区与外界环境的物质交换。
隔离圈材料为工程防水布，外围用韧性良好的竹板编成网状，支撑固定防水布，如图3所示，除藻机固定在试验区内。
图3 除藻机布置图Fig.3 Arrangement of algae removal machine3 除藻效果测试与分析3.1 测试原理与设备由于湖水的悬浮物主要是蓝藻，故水体浊度的变化主要反应的是蓝藻的变化量，当浊度下降，表明水体表层的蓝藻数量下降[10]。
叶绿素也是反映水体藻类含量的重要参数，由于试验区域的水体中主要是蓝藻水华，所测叶绿素主要反应蓝藻的变化量，叶绿素的大幅度下降也可揭示蓝藻数量下降的趋势。
另外，水体中藻类进行强烈的光合作用，会产生大量的溶解氧，溶解氧的降低表明水体中的光合作用减弱，蓝藻的增殖受到抑制测试设备：HydroLab DS5多参数水质监测仪。
3.2 测试用HydroLab DS5多参数水质监测仪对试验区水体表层进行实时监测。
分析仪器探头固定在水面以下约20～30 cm 处，探头远离除藻机械的进出口，监测指标包括温度、pH 值、含氧量、氧饱和度、电导率、浊度、叶绿素共7种。
每隔10 min 测试记录1组数据，试验进行了约1 h 。
在试验的1 h 内，水温表面维持在32℃，光照条件基本不变（下午约3︰30～4︰30）。
3.3 数据处理利用水质监测仪采集的数据，包括叶绿素、浊度、pH 值、温度、含氧量、氧饱和度、电导率共7种参数，运132 农业工程学报 2009年用最小二乘法对取得的数据进行曲线拟合，分别得到7种参数随试验时间变化的曲线图4～10。
图4 试验水体和对照水体叶绿素变化Fig.4Comparison of chlorophyll content change with CK图5 试验水体和对照水体浊度变化 Fig.5 Comparison of turbidity change with CK图6 试验水体和对照水体含氧量变化Fig.6Comparison of oxygen content change with CK图7 试验水体和对照水体氧饱和度变化Fig.7 Comparison of oxygen saturation change with CK图8 试验水体和对照水体温度变化Fig.8Comparison of temperature change with CK图9 试验水体和对照水体pH 变化 Fig.9Comparison of pH change with CK图10 试验水体和对照水体电导率变化 Fig.10 Comparison of conductivity change with CK3.4 水质测试结果与分析1）从曲线图看出，对于试验水体，除电导率外，温度、pH 、含氧量、氧饱和度、浊度、叶绿素等参数随试验时间的增长呈现非常明显的下降趋势；对于对照水体，各参数的变化趋于平稳。
2）对于试验水体和对照水体，温度、pH 、含氧量、氧饱和度、电导率、浊度、叶绿素7种参数的曲线图初始值不在同一位置。
除试验水体电导率初始值低于对照组电导率初始值外，试验水体的温度、pH 、含氧量、氧饱和度、浊度、叶绿素各参数的初始值均高于对照水体的各参数初始值。
