超声波除藻技术设备研究及推广前景

66关注超声波除藻技术设备研究及推广前景卢健谷金钰技术研究背景近年，我国许多湖泊水藻泛滥，河湖水华现象严重，除了云南滇池、江苏太湖、安徽巢湖、武汉东湖和上海淀山湖等大型淡水湖泊已发生严重的蓝藻水华污染外,长江、黄河以及珠江中下游的许多湖泊和水库也都相继发生了不同程度的蓝藻水华，目前已有超过70%的湖泊呈富营养化状态，水藻的面积、强度以及藻毒素含量均大幅度增长。湖泊是最大的淡水供水源,其富营养化的典型标志——蓝藻水华暴发，加剧了我国水质性缺水的矛盾。为了清除藻类水华，国内外专家已经投入多年努力，研究了多种控制藻类水华暴发的方法，如化学法、机械法、生物法、生态法和絮凝法等，但由于各种方法都存在一定缺陷，多年来，人们一直期待着一套安全、有效、成本较低、操作简便的技术出现。超声波技术是近年发展起来的一种新型环境技术,被称为环境友好技术，具有操作和控制容易、便于引进自动化操作手段、在处理中不引入其他化学物质、反应条件温和及反应速度快等优点。目前有研究利用超声波的空化效应抑制自然水体中藻类的生长，从而达到控制水华暴发的目的。但目前的超声波除藻技术大多数还在实验室和小水体规模，自然大水面湖泊中的实验和成功的例子还未见报道。由于藻类暴发周期短，生长速度快，如不能实时快速地监测并形成预警系统，同时采取有效措施抑制其大面积暴发，将严重影响人民群众基本的生活需求，甚至威胁其生命安全，因此开展外界环境对水质的影响等多方向课题研究，实时快速地监测出藻的种类及含量，开展新技术在藻治理上的研究及水体生态修复示范课题研究非常必要和紧迫，且意义重大。超声波除藻技术原理超声波除藻技术主要是利用特殊频率的超声波所产生的振荡波，作用于水藻外壁并使之破裂、死亡，以达到消灭水藻、平衡水环境生态的目的。超声波抑藻杀藻机理是：破坏细胞壁，破坏气胞，破坏活性酶。藻类细胞的特殊构造是一个占细胞体积50%的气胞，气胞控制藻类细胞的升降运动。超声波引起的冲击波、射流、辐射压等可以破坏气胞。在适当的频率下，气胞成为空化泡而破裂；同时，空化产生的高温高压和大量自由基，可破坏藻细胞内活性酶和活性物质，从而影响细胞的生理生化活性。此外，超声波引发的化学效应也能分解藻毒素等藻细胞分泌物和代谢产物。蓝藻、绿藻和硅藻是天然湖泊中最为主要的三类藻，其中蓝藻危害最为严重。在富营养化水体中水华频繁发生，水华的发生会导致水体异味，堵塞供水系统，影响景观，而且蓝藻产生的毒素会对水生生态、牲畜甚至人类的安全产生威胁。低能量的超声波对水体中危害性最强的蓝藻有较强的治理能力，对绿藻有较好的治理抑制作用，对硅藻具有较好的抑制作用，选用超声波抑藻，在很大程度上可降低水体浮游植物生物量，改善水质。鲫鱼是鱼类中较小的品种，是对超声波相对较为敏感的种类。试验表明，鲫鱼对这种低能量的超声波有较强的耐受能力，说明这种能量的超声波对鱼类的生存不会产生明显的影响。草履虫和大型蚤是水体中典型的原生生物和后生生物，试验表明，该两种生物对这种能量的超声波有很好的耐受能力，说明超声波对原生生物和后生生物不会产生明显的影响。总之，采用低能量超声波抑藻，有可能通过编者按：近年，我国水体富营养化问题日益突出，已经严重威胁到国民经济发展和人民生活安全。曾经的无锡太湖蓝藻暴发就是深刻的教训。然而目前国内的藻类监测技术比较落后，多以取样化验为主，不仅耗费大量人工，还不能得到实时监测数据。针对这种现状，水利部南京水利水文自动化研究所承担了水利部“948”项目“藻类监测分析系统及超声波除藻设备”，对国内外藻类监测处理设备及技术进行了调研，结合我国河湖水藻特点，将从国外引进的先进技术及设备进行消化吸收再创新，形成了完整的藻类在线监测系统，解决了目前国内无法实现的藻类实时快速监测难题，并在此基础上自主研究开发出适合我国国情的湖泊及景观水体灭藻设备——复频超声波除藻设备。该设备已申请国家发明专利1项，获得国家实用新型专利1项(复频超声波除藻技术及设备，专利号ZL201120248720.1)。本期资讯特别对该项目成果进行介绍。67控制超声波的辐射能量，有选择地抑制有害的蓝藻，而不对沉水植物、鱼类以及浮游生物产生明显的危害，从而改善水生生态环境。“948”项目消化吸收及创新情况水利部南京水利水文自动化研究所承担了水利部“948”项目“藻类监测分析系统及超声波除藻设备”研发，在引进德国BBE公司藻类分类监测分析系统和比利时ThomasElectronics公司超声波除藻技术及设备基础上，通过对其工作原理、构造及工艺水平的研究，分析系统设备的优缺点、精准度、适用范围及仪器各参数，进行消化吸收。经过几年努力，该项目完成了超声波除藻设备对水生动植物的影响试验，确定超声波治理技术具有较好的除藻效果且对水生动植物无影响；完成了监测及治理设备在无锡梅梁湖和广东佛山东风水库的