一种利用改性粘土粉末提高近海藻华去除率的装置及方法

摘要

本发明属于海水中有害藻华的控制与治理的技术领域，具体地说是一种利用改性粘土粉末提高近海藻华去除率的装置及方法。所述装置包括进料部分、混料部分、管道部分及搅拌器，其中混料部分和搅拌器均安装于船体上，所述混料部分包括混合腔体和悬浮装置，混合腔体的上端和下端分别设有进料口和出料口，进料口上设有进料部分，出料口通过管道部分与搅拌器连接，粘土或改性粘土固体粉末由进料部分进入混合腔体内、并通过悬浮装置的作用下漂浮，漂浮起来的粘土或改性粘土固体粉末由气流携带通过管道部分进入搅拌器内、并通过搅拌器的搅拌与海水混合，最后由搅拌器排进海里与有害藻华发生絮凝，从而去除海水内的有害藻华生物。本发明可以提高现场应用时海水配制改性粘土去除效率，成本不高，操作简单。

说明书

技术领域

本发明属于海水中有害藻华的控制与治理的技术领域，具体地说是一种 利用改性粘土粉末提高近海藻华去除率的装置及方法。

背景技术

有害藻华是指在一定的环境条件下，海洋中的浮游微藻、原生动物或细 菌等在短时间内突发性链式增殖和聚集，而引起的海洋生态系统严重破坏、 水色变化的灾害性海洋生态异常现象。近年来，有害藻华爆发的频率和强度 不断增加，有害藻华对海洋生态系统健康、养殖业和旅游业带来的危害也越 来越大。而有害藻华的应急处置可以有效地减轻这些损失，特别是对一些养 殖区、育苗区、景观性和功能性水体，研究有害藻华的防治就显得尤为必要。

目前，有害藻华防治的方法主要有化学法、物理法、生物法和絮凝法，其 中利用改性粘土治理有害藻华是一种有效的方法，也可能是目前唯一得以大 规模应用的方法，它因成本低、来源广、效率高、污染小而受到人们的青睐。 这种方法作用的主要原理是利用粘土颗粒和有害藻华生物的絮凝作用将有害 藻华生物从水体表层沉降到底层。

目前，在有害藻华消除的过程中，往大海中喷洒的是粘土的水悬浮液。这 需要配置大量的粘土悬液，从大海中直接使用海水貌似是最经济的选择。使 用淡水配制，淡水用量大，往返于赤潮爆发区和港口不仅影响有害藻华的控 制进度，也极大的增加了成本。但是，海水容易造成改性粘土悬浮液的自身 絮凝，影响去除效果。使用海水配制改性粘土悬浮液去除有害藻华的过程可 以分作两个阶段来研究：一个是使用海水配制改性粘土悬浮液，此过程中改 性粘土容易发生自身的絮凝，这是由于海水中高的离子强度、离子种类和浓 度、pH等因素引起的；另一个过程是改性粘土悬浮液喷洒到赤潮区域，第一 个过程形成的絮体再与藻类相互作用，二次生长形成新的絮体。第一个过程 粘土自身絮凝对改性粘土对有害藻华的去除影响较大。在以往的研究中，要 么不对海水进行处理，直接使用海水，要么着眼于如何处理海水，以降低使 用海水配制改性粘土时其自身的絮凝程度。但是，在现场应用时海水的需要 量大，处理海水成本较高。海水的离子强度高、容易引起改性粘土絮凝的特 点可以用来提高改性粘土对有害藻华的去除效率。

发明内容

为了实现上述目的，本发明的目的在于提供一种利用改性粘土粉末提高 近海藻华去除率的装置及方法。该装置及方法可以提高现场应用时改性粘土 对藻华生物的去除效率，成本不高，操作简单。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用改性粘土粉末提高近海藻华去除率的装置，包括进料部分、混 料部分、管道部分及搅拌器，其中混料部分和搅拌器均安装于船体上，所述 混料部分包括混合腔体和设置于混合腔体内的悬浮装置，所述混合腔体的上 端和下端分别设有进料口和出料口，所述进料口上设有进料部分，所述出料 口通过管道部分与搅拌器连接，粘土或改性粘土固体粉末由进料部分进入混 合腔体内、并通过所述悬浮装置的作用下漂浮，漂浮起来的粘土或改性粘土 固体粉末由气流携带通过管道部分进入搅拌器内、并通过搅拌器的搅拌与海 水混合，与海水混合的粘土或改性粘土颗粒由搅拌器排进海里与有害藻华发 生絮凝，从而去除海水内的有害藻华生物。

所述混合腔体的底部设有排渣口，与所述排渣口相对应的设有检修系统， 所述排渣口与检修系统之间设有可打开或关闭排渣口的第一密封装置。 所述检修系统包括第一凹槽和设置于凹槽内的第一螺旋输送机，所述第一封 闭装置为第一钢板。

所述悬浮装置包括转轮、转轴、风扇片及第一驱动装置，其中转轴水平 设置于混合腔体内、并两端转动安装在混合腔体上，所述转轴的一端穿出混 合腔体与第一驱动装置连接，所述转轮套装于转轴上，转轮的外圆周上沿周 向设有多个风扇片。

所述进料部分包括进料器上部和进料器下部，其中进料器上部为倒置的 圆台形，所述进料器下部内设有筛板，所述筛板的下方设有防止固体粉末从 混合腔体内喷出的隔板。

所述筛板包括上、下设置的上筛板和下筛板，所述上筛板和下筛板上的 筛孔交错设置，所述隔板为两个、并分别向下倾斜设置于进料器下部的内壁 两侧。

所述搅拌器包括搅拌器外壁、第二驱动装置、内螺旋转子及外螺旋转子， 其中内螺旋转子与外螺旋转子同轴设置于搅拌器外壁的内部、并均与第二驱 动装置连接，所述第二驱动装置驱动内螺旋转子与外螺旋转子同轴旋转，所 述搅拌器外壁的上端设有与管道部分连通的搅拌器进料口、并侧壁及底部均 设有多个水孔。

所述内螺旋转子包括旋转主轴、螺旋桨和预分散装置，其中旋转主轴一 端转动安装在搅拌器外壁的上端、并与第二驱动装置连接，另一端插设于搅 拌器外壁内、并沿轴向设有预分散装置，所述螺旋浆设置于旋转主轴另一端 的端部；所述外螺旋转子包括金属框和多个螺旋片，所述金属框连接于旋转 主轴上，金属框上分布有多个螺旋片，所述螺旋浆和预分散装置分别位于金 属框的外部和内部，所述第二驱动装置驱动金属框随同旋转主轴一起旋转。

所述管道部分包括管道、连接法兰、鼓风机及第二密封装置，其中管道 与混合腔体的出料口之间设有用于调整所述出料口大小的第二密封装置，所 述管道的拐弯处通过连接法兰连接、并在拐弯处设置用于防止粘土或改性粘 土颗粒在管道内沉降的鼓风机。

一种利用所述装置去除海水中有害藻华的方法：利用所述装置直接往海 水中水面以下喷洒粘土或改性粘土固体粉末，借助于携带固体粉末的气流的 力量和末端搅拌器的机械搅拌形成的双向逆流作用，使粘土或改性粘土固体 粉末在海水中充分分散并混合，在海水中高离子强度的条件下，分散并混合 后的粘土颗粒和海水中有害藻华生物发生絮凝，从而去除海水中的有害藻华 生物。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明可以克服使用海水配制改性粘土悬浮液时它的自身絮凝，减少 海水中大规模应用时对有害藻华生物的去除效率的影响，提高去除效率。该 方法通过搅拌作用能增大作用深度，尤其对一些不在表层聚集而是分布于整 个近岸水体的藻华生物，如褐潮藻，能提高去除效率，改善治理效果。

2.本发明将传统方法中海水中高的离子强度和种类等这些不利因素转化 成促进絮凝的有利因素，提高了去除效率。

3.本发明的装置所占体积较小，可在船上放置多台，可以节约船上有限 的空间，降低使用船只的数量。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明中管道拐弯处的连接情况示意图；

图5为本发明中搅拌器的结构示意图；

图6为利用改性粘土固体粉末与传统湿法对东海原甲藻藻华的去除效率 对比图；

图7为利用改性粘土固体粉末与传统湿法对球形棕囊藻藻华的去除效率 对比图。

其中：1为进料器上部分，2为进料器下部分，301为上筛板，302为下 筛板，4为混合腔体，5为转轮，6为挡板，7为第一钢板，8为固定架，901 为第一螺旋输送机，902为第二螺旋输送机，10为第二钢板，11为管道，12 为第三钢板，13为管道过渡带，14为开关，15为风扇片，16为连接法兰， 17为鼓风机，18为第一凹槽，19为搅拌器进料口，20为搅拌器外壁，21 为水孔，22为第二驱动装置，23为螺旋浆，24为预分散装置，25为金属框， 26为旋转主轴，M为气流的方向，N为水流的方向。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明中一种利用改性粘土粉末提高近海藻华去除率的 装置，其包括进料部分、混料部分、管道部分及搅拌器，其中混料部分和搅 拌器均安装于船体上，所述混料部分包括混合腔体4和设置于混合腔体4内 的悬浮装置，所述混合腔体4的上端和下端分别设有进料口和出料口，所述 进料口上设有进料部分，所述出料口通过管道部分与搅拌器连接，粘土或改 性粘土固体粉末由进料部分进入混合腔体4内、并通过所述悬浮装置的作用 下悬浮，悬浮起来的粘土或改性粘土固体粉末由气流携带通过管道部分进入 搅拌器内、并通过搅拌器的搅拌与海水混合，与海水混合的粘土或改性粘土 颗粒由搅拌器排进海里与有害藻华发生絮凝，从而去除海水内的有害藻华生 物。

所述混合腔体4的底部设有排渣口，与所述排渣口相对应的设有检修系 统，所述排渣口与检修系统之间设有可打开或关闭排渣口的第一密封装置， 所述第一封闭装置为第一钢板7。所述检修系统包括第一凹槽18和设置于凹 槽内的第一螺旋输送机901，对于混料混合腔体4中不能悬浮而积聚在混合腔 体4下部的大颗粒改性粘土，由检修系统排出。将第一钢板7拉开，残渣将 由混合腔体4进入第一钢板7下方的第一凹槽18中，由第一凹槽18中的第 一螺旋输送机901将这部分残渣输出到大海中。为了将外露于第一凹槽18外 部的残渣排除干净，靠近检修系统设置辅助检修系统，所述辅助检修系统包 括第二凹槽、第二螺旋输送机902及第二钢板10，其中第二螺旋输送机902 设置于第二凹槽内，所述第二凹槽的上方设有第二钢板10，通过提拉第二钢 板10打开第二凹槽。

所述混料部分通过固定部分安装与船体上，所述固定部分由四个金属支 脚架8和支脚架相连的平面钢板组成，金属支脚架8的上方通过螺丝与混料 部分的混合腔体4连接在一起，下方通过螺丝或者是电焊与船体连接在一起。

所述悬浮装置包括转轮5、转轴、风扇片15及第一驱动装置，其中转轴 水平设置于形状为近似圆形的混合腔体4内、并两端转动安装在混合腔体4 上，混合腔体4的直径为1.5m-2m。所述转轴的一端穿出混合腔体4、并通过 三角带与第一驱动装置连接，所述第一驱动装置采用电动机。所述转轮5套 装于转轴上，转轮5的外圆周上沿周向设有6-10片风扇片15，每个风扇片 15的长度在30-40cm之间。电动机的转动带动转轮5的转动，转轮带动扇片 15转动，从而引起改性粘土粉末在混合腔体4的空气中悬浮。

所述进料部分包括进料器上部1和进料器下部2，其中进料器上部1为倒 置的圆台形(即上大下小)，圆台的上边缘直径为60cm-100cm，下边缘直径为 30cm-45cm。所述进料器下部2内设有上、下布置的上筛板301和下筛板302， 上筛板301和下筛板302之间的距离为15-20cm。所述上筛板301和下筛板 302上具有不同孔径和数量的圆孔，上筛板301的孔径为2-3cm，下筛板302 的孔径为1-2cm，通过调整不同的上筛板301和下筛板302，就可以控制加料 的速度。所述上筛板301和下筛板302上的筛孔交错设置，即上下两层上的 圆孔在垂直方向上并不重叠，这样加料时可以防止固体粘土粉尘从混合腔体4 中的溢出。所述筛板的下方设有防止固体粉末从混合腔体4内喷出的隔板6， 所述隔板6为两个、并分别向下倾斜设置于进料器下部2的内壁两侧。

如图4所示，所述管道部分包括管道11、连接法兰16、鼓风机17及第 二密封装置，其中管道11固定于船体上、并内壁光滑，管道11的端部通过 管道过渡带13与混合腔体4的出料口相切，管道11为10-15cm大口径钢丝 骨架软管。混合腔体4的出料口上设有用于调整所述出料口大小的第二密封 装置，所述第二密封装置为第三钢板12，第三钢板12的尺寸为30cm×50cm。 在混合腔体4上设有专门固定第三钢板12的插槽，第三钢板12可以在插槽 中来回的拉伸，可以通过拉伸第三钢板12来调整混合腔体4的出料口的大小。 各管道11在拐弯处由过渡平缓的连接法兰16连接。在各管道11拐弯处加装 大功率的鼓风机17，鼓风机17可以防止粘土或改性粘土颗粒在管道11内的 沉降，进入海水后也可以促进海水和改性粘土粉末的混合。

如图5所示，所述搅拌器为出料部分，包括搅拌器外壁20、第二驱动装 置22、内螺旋转子及外螺旋转子，其中内螺旋转子与外螺旋转子同轴设置于 搅拌器外壁20的内部、并均与第二驱动装置22(电动机或柴油机等)连接， 所述第二驱动装置22驱动内螺旋转子与外螺旋转子同轴旋转，所述搅拌器外 壁20的上端设有与管道部分连通的搅拌器进料口19、并侧壁及底部均设有多 个水孔21。所述内螺旋转子包括旋转主轴26、螺旋桨23和预分散装置24， 其中旋转主轴26一端转动安装在搅拌器外壁20的上端、并与第二驱动装置 连接，另一端插设于搅拌器外壁20内、并沿轴向设有预分散装置24，所述预 分散装置24为多个螺旋浆或钢筋。所述螺旋浆23设置于旋转主轴26另一端 的端部，螺旋浆23可采用钢筋；所述外螺旋转子包括金属框25和多个螺旋 片，所述金属框25采用钢筋材质。所述金属框25连接于旋转主轴26上，金 属框25上分布有多个螺旋片，所述螺旋浆23和预分散装置24分别位于金属 框25的外部和内部，所述第二驱动装置驱动金属框25随同旋转主轴26一起 旋转。带有粘土或改性粘土粉末的气流由搅拌器进料口19进入金属框25内， 并被输入到与转动主轴26连接的预分散装置24上，进行预混合。预混合后 的液体在离开金属框25时被搅拌器内的外螺旋转子充分搅拌，然后由水孔21 从搅拌器内排出、并进入赤潮爆发区域。螺旋转子转动时产生的水流的方向N 与气流的方向M相反，整个搅拌器内部为双向逆流装置，有利于混合均匀。

本发明的工作过程是：

使用时，分别将该装置主体、管道部分和搅拌器固定在船体上，将通过开 关14将第三钢板12插到底，将混合腔体4的出料口关闭。将粘土或改性粘 土固体粉末加入进料系统中，粘土或改性粘土通过上筛板301和下筛板302 进入混料部分的混合腔体4内，在混料部分的风扇片15的作用下，固体粉末 悬浮在混合腔体4的空气中。浓度较高时，通过提拉第三钢板12打开混合腔 体4的出料口，同时打开管道拐角处的鼓风机17。悬浮起来的粘土或改性粘 土固体粉末由气流携带进入管道11，进入管道11的粘土或改性粘土粉末在管 道拐弯处鼓风机17的加速作用下进入海水，在搅拌器内经双向对流作用发 生混合，混合后产生的水流将改性粘土分散到较大区域，发生絮凝作用。

利用所述装置去除海水中有害藻华的方法：

利用本发明中的装置直接往海水中水面以下喷洒粘土或改性粘土固体粉 末，借助于携带固体粉末的气流的力量和末端搅拌器的机械搅拌形成的双向 逆流作用，使粘土或改性粘土固体粉末在海水中充分分散并混合，在海水中 高离子强度等的条件下，粘土颗粒和海水中有害藻华生物发生絮凝，从而去 除海水中的有害藻华生物。

一般的藻华生物爆发时，大多聚集于水体的表层，但是也有一些藻华， 如褐潮藻，藻华生物并不是集中于表层，而是分布于整个近岸水体中，该方 法在实际应用时，能够增大作用深度，提高对藻华生物，如褐潮藻的去除效 率。

实施例

在实验室条件下，利用改性粘土固体粉末去除东海原甲藻(Prorocentrum  donghaiense)和球形棕囊藻(Phaeoecystis globosa)，与湿法相比，利用 改性粘土固体粉末去除有害藻华生物时粘土-藻细胞形成的絮体更大，絮体的 沉降速度更快，去除后水体的透明度更高。对东海原甲藻的去除效率由湿法 的18％提高到32％(0.5g／L)，25％提高到41％(1g／L)，61％提高到82％(5g／L)， 如图6所示。对球形棕囊藻的去除效率由8％提高到30％(0.25g／L)，由18％ 提高到51％(0.5g／L)，由38％提高到78％(1g／L)，如图7所示。

本发明使用时对粘土或改性粘土和空气的比例没有要求，但可以适当提 高空气的比例。在船体的前部和后部都可设置本装置，船体前部出料口排出 的固体粉末和海水的混合物，在船体后面的装置经过时，还会再一次喷洒， 起到搅拌作用，在同一位置存在两次喷洒及混合操作，能够提高去除效率。 本发明可以使用粘土或者是改性粘土，使用的粘土或改性粘土要求砂质要少， 粒径要接近藻华生物细胞的直径并且尽可能的小，以增强粘土或改性粘土的 悬浮能力和絮凝能力。因此，在选择粘土或改性粘土的种类和浓度时需要注 意。