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超声波除藻抑藻及藻渣最终处理系统研究

作　者: 刘智军
导　师: 吉芳英
学　校: 重庆大学
专　业: 环境工程
关键词: 水华应急处理技术超声波抑藻多功能移动除藻平台
分类号: X52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

论文在全面综述水华应急处理技术研究和应用现状的基础上,分析了三峡库区以及其次级河流——澎溪河流域富营养化以及水华爆发特征,对适用于澎溪河水域水华应急处理技术进行了技术集成研究。研究内容包括:研究了固定式超声波对澎溪河流域藻类的抑制特性;构建了多功能移动抑藻与除藻平台,并在澎溪河示范基地进行了多功能移动抑藻与除藻平台的最佳除藻工况和运行效果的试验研究,最后构建了藻渣厌氧发酵工程平台对打捞上岸的藻渣进行资源化处理。研究结果表明。①超声波可以抑制藻类的生长。水样经过超声处理后,在自然状态下培养7d后,随着辐照时间的延长,超声波抑藻具有饱和趋势,最佳抑藻时间出现在辐照后的5min;超声波辐照频率的增加,空化阈提高,空化难以进行,低频率20-50kHz抑藻效果最好,在系统输入总能量相同的条件下,提高频次、降低辐射量对藻类的生长抑制效果较佳。超声波在最佳工况条件下辐照藻类每天抑制其增长值与自然水体之间每天增长值符合幂指数关系y0 = 0.217y₅^1.092,R² = 0.993,通过此关系式可以预测自然水体中藻类的增长情况,对水华爆发时间进行预警;藻密度增加的同时,叶绿素a量也随之增加,呈现出一定的线性关系,超声波对叶绿素a与对藻类的影响作用具有一致性。②多功能移动抑藻与除藻平台主要包括超声波作用系统、JS11型双体船系统、充氧曝气系统和藻渣分离系统,该系统具有超声设备功率低、反应迅速、作用时间短、无二次污染等特点。多功能移动除藻平台航速为16km/h,能够在短时间内迅速到达水华爆发区域,并快速对藻类进行作用,5min超声辐照除藻效果明显。一次性投入后,运营成本为0.84元/m²,适用于三峡库区次级河流的情况,可以起到较好的示范作用。③围绕多功能移动抑藻与除藻平台系统,重点研究了研究超声波辐射时间、辐照频率、辐照距离等不同工艺参数对藻类即时去除效果的影响,并采用响应曲面分析法对各个影响因素进行了优化。结果表明对于藻类的去除,辐照频率A=20-50kHz,辐照距离B=0.5m,辐照时间C=5min为单一频率超声波辐照的最佳工况,对叶绿素a的影响则存在一定的滞后性,辐照时间要延长到7min,才会达到最佳的去除效果。在此工况下,采用3台同频段超声波设备协同作用,对藻类和叶绿素a的去除,则分别提高了23.2%和39.6%,但处理的经济成本也随之增加。④论文还对超声波直接辐照对水体中藻毒素变化的影响进行了专题研究,发现在超声作用的整个10min内,水体中的藻毒素浓度没有明显的变化,略有升高,波动性很小;通过比较超声波辐照条件下的浮游动物、鱼类的生长情况,证明多功能移动抑藻和除藻平台的安全性,不会对水生生态系统造成影响。⑤针对多功能移动除藻平台打捞藻渣的特性,在传统厌氧发酵和常规发酵设备基础上进行创新,构建了藻渣资源化和无害化强化处理处置技术体系,并且对体系的可行性进行了评价。

全文目录

中文摘要  3-5
英文摘要  5-10
1 研究背景  10-26
  1.1 三峡库区水体富营养化现状  10-13
  1.2 水华应急技术研究现状  13-17
    1.2.1 物理抑藻、控藻和除藻技术  13-14
    1.2.2 化学药剂杀藻、控藻技术  14
    1.2.3 微污染抑藻、溶藻控藻技术  14-15
    1.2.4 水华应急技术现状  15-16
    1.2.5 藻渣处理技术现状  16-17
  1.3 超声波技术在水处理中应用  17-22
    1.3.1 超声波作用原理  17-19
    1.3.2 超声波研究技术现状  19-22
  1.4 研究的主要内容、意义和课题来源  22-26
    1.4.1 研究主要内容  22
    1.4.2 技术路线  22-23
    1.4.3 研究意义  23-24
    1.4.4 课题来源  24-26
2 材料与方法  26-32
  2.1 实验材料  26-27
    2.1.1 藻种选择和培养  26
    2.1.2 实验仪器与装置  26-27
  2.2 分析测试项目指标与方法  27-32
3 超声波对藻类生长直接抑制作用  32-44
  3.1 超声波参数的影响  32-37
    3.1.1 超声辐射时间的影响  32-34
    3.1.2 超声辐射频率的影响  34-35
    3.1.3 超声模式的影响  35-36
    3.1.4 最佳抑藻工况与对照组变化值关系  36-37
  3.2 藻类参数的影响  37-39
  3.3 超声波对叶绿素a 含量变化的影响  39-42
    3.3.1 叶绿素a 的作用和结构  39-40
    3.3.2 叶绿素a 与藻密度相关性研究  40-41
    3.3.3 超声辐射对叶绿素a 的影响  41-42
  3.4 本章小结  42-44
4 超声波抑藻和除藻平台的构建和试验研究  44-68
  4.1 实验场地水文概况和场地选择  44-45
    4.1.1 实验场地区水文概况  44
    4.1.2 实验场地选择  44-45
  4.2 多功能移动抑藻与除藻平台集成技术  45-47
    4.2.1 工程方案  45-46
    4.2.2 实验设计  46-47
  4.3 多功能抑藻和除藻平台对藻类即时去除效果  47-59
    4.3.1 单一频段超声波最佳工况探讨  47-57
    4.3.2 最佳工况下同频段超声协同作用效果研究  57-59
  4.4 多功能抑藻和除藻平台工艺安全和对水生生态安全影响  59-65
    4.4.1 藻毒素的产生、结构和性质  59-60
    4.4.2 超声波对藻毒素的影响作用  60-63
    4.4.3 超声波对浮游动物、鱼类及沉水植物影响  63-64
    4.4.4 移动除藻和抑藻平台效果  64-65
  4.5 多功能抑藻和除藻平台经济可行性  65-66
    4.5.1 工程设备投资费用  65
    4.5.2 日常运营管理费用  65-66
  4.6 本章小结  66-68
5 藻渣最终处理系统的构建  68-74
  5.1 工程设计  68-72
    5.1.1 工程概况  68
    5.1.2 藻渣发酵处理方案  68-71
    5.1.3 主要构筑物和设备  71-72
  5.2 工程创新性  72-73
  5.3 本章小结  73-74
6 结论与建议  74-76
  6.1 结论  74-75
  6.2 建议  75-76
致谢  76-78
参考文献  78-83
附录作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  83

超声波除藻抑藻及藻渣最终处理系统研究

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