適用船載的藻水高效分離技術研究

徐佳良，楊棟，陳嘉偉，倪其軍

（1.無錫東方船研水環境科技有限公司，江蘇 無錫 214082；2.中國船舶科學研究中心，江蘇 無錫 214082）

目前，太湖湖體表層的藍藻有機顆粒物清除技術較落后，清除能力與水華堆積之間的差距巨大，藻源性顆粒物清除力度不能滿足太湖水質改善的目標。藍藻打撈和運輸是藍藻水華有機物質有效去除工程投資的重點之一，機械撈藻的效率提升是該工程效益的技術難點[1]。同時，不同支浜河道有不同的河道條件，而現有的打撈船往往因過于寬大，不利于作業，因而對藍藻打撈船提出了更為靈活的河道環境適應性要求。

針對藍藻治理的長期性、艱巨性和緊迫性，緊密結合藍藻打撈工作中暴露的實際問題，開發具有小型化特點，靈活多變、除藻效率高的浮動式藍藻顆粒物清除技術，將有效提高藍藻水華的打撈能力。作為陸基藻水處理站的有利補充，開發高效的藍藻顆粒物清除技術將為提升藍藻打撈清除工程能力提供支撐，實現藍藻治理的全覆蓋。

1 藻水分離技術現狀

我國機械除藻技術研究始于20世紀90年代末[2]，中船重工702所先后完成實驗室科技攻關與“太湖一號”藍藻打撈船工程原理樣機的研制及綜合試驗，較好地解決了可調式高濃度表面藻水收集及吸取技術、特種藻水分離及濃縮技術，開發了浮動式藻水吸頭、傾斜式旋轉篩、PE管、阿碼機等多種專用設備的原理樣機，制造了一艘從收集到分離到濃縮的功能配套的“太湖一號”藍藻打撈船工程原理樣機[3]。經湖上多次作業試驗，證明了選用的撈藻作業工藝流程合理，能完成應急除藻。此外，國內其他單位也開發了一些專用撈藻設備樣機，但由于均停留在實驗室、原理樣機階段，不能滿足量大、易分、易出等工程化要求。

近年來，國內已建立了一條完整的與藍藻打撈、處理相關設備的產業鏈。

圖1為振動滾動篩藍藻分離船[4]，目前已在國內普遍使用。圖2為振動滾動篩裝置[5]。振動滾動篩藍藻分離船的原理是：先將濃藻經過滾動篩，然后進行帶式壓濾。振動滾動篩藍藻分離船的缺點是：處理量小，富藻水處理能力約20m3/h，獲得藻泥約為40kg/h；去除率低，約70%；處理效果不穩定。圖3為破壁離心機試驗樣機[6]，破壁離心分離機的處理量大，可達1000t/d，效率極高，去除率在95%以上，藻泥含水率在85%～95%。但其缺點也十分明顯：能耗大，使用成本較高，不適合船載供電；占地面積大，只適合岸上使用；破壁后的藻類釋放毒素，易對水體產生二次污染。

圖1 振動滾動篩藍藻分離船

圖2 振動滾動篩裝置

圖3 破壁離心機試驗樣機

圖4 為磁分離藍藻船[7]，圖5為磁分離裝置[8]。該技術適應移動作業，速度快、效率高，處理能力約為20m3/h，藻泥含水率＜90%，去除率約為90%，尾水SS較高，約150mg/L，但設備的采購、維護成本高，其使用過程需要添加磁粉，使用成本較高[9、10]。

圖4 磁分離藍藻船

圖5 磁分離裝置

圖6 為可移動式藍藻處置設備方艙，該箱體配備有液壓升降系統，裝車和卸車無需使用吊車，在生產和閑置停放時可采用液壓腳落地放置，便于吊裝維修。圖7為移動式藍藻分離車及其工作原理，其可將水與藍藻進行快速分離干化，大大減少其運輸重量。

圖6 可移動式藍藻處置設備方艙

圖7 移動式藍藻分離車

目前市場上的移動式藻水分離車或分離船，受限于載體尺度，存在較為嚴重的缺陷：1）只可以處理含藻量較低的藻漿，藻漿濃度升高后的脫水率不合格；2）處理量較小，一般為30～50m3/h，不適合大型的藻水處理；3）能耗較高，利用柴油發電機發電提供能源。因而移動式藻水分離車或分離船只適用于短時間的應急處理。

2 船載藻水高效分離的關鍵技術

2.1 船載藍藻混合技術

首先對船載藍藻混合技術進行了研發，設計了立式絮凝反應器一座，并裝置攪拌機一組。濃縮藍藻及特效絮凝劑分別由泵送入絮凝反應器，通過攪拌作用達到絮凝目的。

圖8為船載藍藻混合裝置制作的試驗樣機，采用單級雙桶式溶藥裝置溶解配制特效絮凝劑，貯藥箱設有液位控制，加藥泵與污泥泵聯鎖控制，可有效防止在加藥過程中藥劑投加系統出現故障而發生工藝紊亂，充分保證藍藻減容干化一體化設備正常、穩定工作。干粉投加采用有軸螺旋輸送機構，出粉口卸料非常均勻，旋流器布水，藥劑入水后驟然擴散，藥劑顆粒表面潤濕效果好，不沾黏不結團，能有效防止“魚眼”現象的產生。加藥泵采用隔膜計量泵，運行條件滿足流量調節要求。

圖8 船載藍藻混合裝置方案設計

2.2 船載藍藻絮凝技術

對船載藍藻高效絮凝技術進行了實驗，在常規絮凝劑的基礎上，增加了納米曝氣技術[11]，如圖9所示。此套方法效率高、成本低、設備易維護保養，適合大規模推廣應用。

通過紫外分光光度計測定法研究了靜置的藍藻絮凝劑與本專題增加了納米曝氣的船載藍藻絮凝劑的絮凝能力。試驗結果表明，在1min內納米曝氣與絮凝劑共同作用下對藍藻的沉降率達到98%，而未加納米曝氣的絮凝劑在沉降5h后對藍藻的沉降率才達95%。

圖9 高效藍藻絮凝劑絮凝效果試驗

3 樣機制造與試驗

3.1 系統集成設計

對船載藍藻混合技術、船載藍藻絮凝技術、藻水初級分離技術進行集成，并研發合適的加藥系統、箱體及底盤系統、智能控制系統設計方案，形成適用于小型化平臺的浮動式藍藻顆粒物清除技術和可移動式船載藍藻處置設備。

整個系統布置如圖10所示。整備質量約10.00t。主構架以304不銹鋼制成，并足以承受設備本身之重量及運轉狀況下的負荷重，沒有發生撓曲變形。運轉時不產生劇烈震動，機架兩側設有擋板，可防止水噴濺。在重力脫水段和壓力脫水段裝配有防泄露密封條，密封條采用不銹鋼板制作，并帶有橡膠裙邊。

藻水通過2臺提升泵輸送到藻水分離裝置，先進入藻水混合器，添加混凝劑和絮凝劑，絮凝后的藻絮體流入初級藻水分離器。上層濃藻渣溢出至帶式壓濾機，第一級進行重力過濾，第二級帶式壓濾機壓榨脫水，藻泥通過刮渣板刮出直接掉入收集器，初級藻水分離器的下清水排放，帶式壓濾機的壓榨水及反沖洗水匯總輸送到藻水分離裝置進行再次處理。

可移動式船載藍藻處置設備的操作方式為就地集中手動按鈕控制，控制柜位于減容干化艙內，能對主機和輔助設備進行單獨操作和以一條流水線為單元進行連動操作的組合柜。此外，控制柜還配有向中心控制室傳輸各設備狀態顯示信號的接口。

3.2 樣機制造

對船載藍藻處置設備進行了樣機制造，樣機的設備組成有：藻水提升泵2臺、流量計（LDEY-80）2個、混合器（HH-40）2臺、絮凝裝置1臺、藻水分離裝置1臺、重力過濾機（濾帶寬1.8m）1臺、帶式壓濾機（濾帶寬2.0m）1臺、藻泥輸送機1套、PAC化藥裝置1臺、PAM自動化藥裝置1臺、加藥裝置4臺、高壓反沖洗泵（30G9-6）1臺、回流泵1臺、空氣壓縮機1臺、電控柜1臺、監控系統1套等設備。樣機如圖11所示，功率合計為29.8kW，富藻水處理能力50m3/h，富藻水去除率達90%以上。

3.3 樣機測試檢驗

研制期間，委托復旦大學太湖水環境研究基地實驗室不定期對藻水分離設備進行取樣檢測，通過對懸浮物、葉綠素a、藻水含水率等指標進行檢測，具體測試結果如下表所示。

圖10 可移動式船載藍藻處置設備系統原理圖

圖11 樣機制造及效果

測試結果匯總表

經多次檢測，排放水的懸浮物SS均＜30mg/L、葉綠素a去除率＞99%、藻泥含水率＜90%、經處理后的出水懸浮物≤70mg/L（外觀無色、透明），藍藻去除率≥99%（以藻水含固率為0.5%為基準對比），優于《污水綜合排放標準》（GB 8978—96）一級標準（70mg/L），均滿足任務書的要求。

3.4 船載方案設計

對樣機的船載方案進行了設計，圖12中方框區域為可移動式船載藍藻處置設備的布置區域，并設計了配套樣機的船型、舾裝、機電系統。該船主要由船體、推進動力、電源設備及船載藻水處理設備等組成。為單體縱流船型，具有抗風能力強、吃水淺、便于作業等特點，適用于內河、湖泊B級水域作業。船體總長24.8m、型寬6.0m、型深為1.4m，設計排水量90.93t，最大航速12km/h。共設有6道橫向艙壁，分別位于3#、11#、19#、27#、35#和40#，將全艇分隔成艏尖艙、防撞艙、空艙、機艙、舵機艙7個艙段，其中3#、11#、35#和40#為主橫水密艙壁。

圖12 船載方案設計

該技術成果應用于蘇州藍藻處理船“園區處置001”上，圖13為船內分離設備布置圖，圖14為實船圖，該船富藻水處理能50m3/h，富藻水去除率達95%以上，實船使用效果良好。

圖13 “園區處置001”實船

圖14 船載藍藻處置設備實船

4 結論

船載藻水高效分離技術，通過優化工藝路線，將固定處理站藻水先進入氣浮工藝后脫水的工藝，調整為先經藻水初級處理再脫水和對尾水進行深化處理，解決了原有氣浮工藝無法直接處理高濃度的藻水，富藻水處理能力不小于50m3/h，藻類去除率＞90%。利用船只作為載體，研發高集約化表層藍藻收集與高效分離技術，具備機動靈活、快速清除表層藍藻并進行就地分離、不占土地的優勢，給工程化推廣應用提供了樣板經驗。