微过滤机除藻船的研制及初步测试

位小时耗油量测定等；微过滤机测试包括系统最大水处理量、除藻率及水体净化前后的浊度、总氮和总磷等技术
指标。
关键词：除藻；微过滤机；船
中图分类号：X52；TH693.9
文献标识码：B
文章编号：1004-7328（2014）06-0062-03
1 概述 近年来，我国工农业的迅速发展大大增加了氮、
磷等营养物质向水体中的排放，加速了河道、湖泊、 水库等水体富营养化进程。对于天津市河湖水域来 说，蓝藻常于每年夏季大量繁殖，高温和强光为蓝藻 提供了良好的生长环境，尤其是在降雨之后大量污 水进入河道，使水中的氮和磷元素集中升高，为蓝藻 提供了丰富的营养物质，导致其爆发。尤其 2012 年 夏季，海河河面上出现了大面积蓝藻爆发。海河作 为天津市的景观河道以及备用水源地，水体中藻类 的大量繁殖会对城乡居民的饮水安全和城市水环境 构成严重威胁。
针对水体防藻、除藻、抑藻的处理，德国贝尔芬 格—帕萨旺公司的转鼓式微过滤机水处理系统为全 球水处理设备中的高端产品，目前该产品在整个欧
收稿日期：2014-09-10 基金项目：水利部“948”引进计划项目（201315） 作者简介：张彤宇（1970-），男，高级工程师，主要从事水利科研工作。
洲 及 全 球 范 围 内 都 有 使 用 业 绩 ，经 其 多 年 实 际 使 用 经 验 证 明 ，较 国 内 外 同 等 设 备 性 能 更 稳 定 、效 率 更高。
项目执行期间分别于 2014 年 7、8 月利用研制的 微过滤机除藻船在海河进行了多次蓝藻打捞试验， 并且每次分别在进水口、出水口取水样，对浊度、总 氮、总磷及藻类的数量进行检测和分析。试验期间正 值盛夏，河面上可以看到明显的蓝藻漂浮带，测试各 次水样发现试验水域藻类数量最少时 280 万个/L、 最多时 4 790 万个/L。根据相关文献用藻密度对蓝
（3）微过滤机水净化能力测试。数据采集分为 野外监测和实验室化验两种方式。野外监测指标 包括水温、pH 值、溶解氧、浊度、蓝绿藻荧光强度 等；实验室化验指标包括总氮、总磷、水藻类型、水 藻数量等。
野外监测采用美国 YSI 公司的 YSI 6600 多参数 水质监测仪，该仪器配有温度传感器、液位传感器、 pH 电极、光学浊度探头、荧光法蓝绿藻强度探头、膜 法溶解氧探头、电导率探头、氧化还原电极、氨氮电 极、硝酸盐电极等，可同时监测水深、水温、电导率/ 全盐量、溶解氧、pH、氧化还原电位、浊度、氨氮、硝 酸盐氮、蓝绿藻强度等指标。
（2）船载可移动式微过滤机水处理系统，能够 满足在河道区域移动作业，起到去除蓝藻、净化水 质的作用。由于该系统在水中具有良好的移动性， 还可以用于天津市的其他水域、河道的水质净化， 提升城市水环境，又可以应对突发水污染事件的紧 急治理。
（3）该系统具有先进的精细筛网结构和自洁网 技术，去除效率高、水处理能力大。船载可移动式微 过滤机水处理系统的开发填补了一项国内空白。
进水格栅安装位置
微过滤机
进水渠道 进水闸门
15
20
25
30
35
5 522
货舱
图 3 微过滤机蓝藻打捞船俯视图
机蓝藻打捞船简图，如图 2-3 所示。 4 微过滤机除藻船的初步测试 4.1 船体测试
微过滤机安装基本完工后，需要在码头进行船 体 重 量 和 重 心 的 测 量 ，以 测 试 船 体 的 纵 倾 和 稳 定 性。当船舶整体基本建成后，即可进行试航，试航包 括微过滤机的工作状态和船的航行状态。微过滤机 工作状态下将船速保持在 5 km/h 以下，进行了 2 h 连 续打捞测试；航行状态下测试主机功率为 1/2、3/4、 4/4 最大主机功率时的船舶航速、稳定性等。
微过滤机水处理系统采用自洁网技术和滤网—流 量优化设计，能有效避免在转鼓淤积，解决了此类设备 普遍存在的筛孔堵塞、长期运行后效率下降的问题。 该系统具有占地面积小、过滤能力大、操作方便等特
点，设备适应外界工作环境的能力强，设计制造灵 活，其外壳可以选择多种材料制造，如混凝土或不锈 钢等。 3 微过滤机除藻船的开发
微过滤机
船体开矩形斜口， 内侧含方法兰便 于格栅的安装
0.20
采用软管连接 提升泵 进水闸门
0.85
0.50
0.30
±0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
11 500
图 2 微过滤机蓝藻打捞船侧视图
1 500 589
清 水 排 放 ，与 船 体预埋管连接
0 驾驶室
5
10
2 368
螺杆压榨机以及备用水源地， 不能选择化学法去除蓝藻。而高效、环保的物理法 除藻技术具有广阔的开发应用前景。为此，天津市 水利科学研究院提出了“微过滤机水处理系统的引 进、研究与应用”项目，该项目在引进德国贝尔芬格 —帕萨旺公司微过滤机水处理系统的基础上，提出 研制、开发出一种除藻船专门用于收集、打捞海河的 蓝藻，并获得 2013 年水利部“948”引进计划的立项 批复。 2 微过滤机水处理系统基本工作原理
由于微过滤机水处理系统由柴油发电机提供电 力，系统单位小时耗油量按照时间累积耗油的方法 测定，即分别记录了系统工作至 60、180、480、900、 1 500 min 时的柴油总消耗量，经测算其平均油耗约 为 5.15 L/h。
（2）微过滤机水处理能力测试。采用美国康创 1010 型超声波流量计，将其安装在进水口管道上， 测试微过滤机进水流量为 360~396 m3/h。微过滤机 的水处理能力平均为 378 m3/h。按蓝藻爆发时每天 工作 10 h 计算，微过滤机处理能力约为 4 000 m3/d。 过滤后的浓藻水产出量为 1.62~3.29 m3/h，浓藻水产 出平均为 2.46 m3/h。
定量样品带回实验室静置后浓缩，以浮游生物 计数框对其进行计数，根据浓缩倍数计算藻细胞密 度，过滤除藻前后藻细胞密度均以镜检计数方法测 定。经对各次水样计数分析看出，试验水体的水藻 密度越大，经微过滤机净化后的水藻去除率越高，最 高去除率可达 76%。 5 结论
（1）该系统使用物理方法有效去除藻类，同时还 能明显降低河水的浊度和氮、磷的含量。
图 1 微过滤机水处理系统组成及基本工作原理
微过滤机水处理系统基本工作原理是将微过滤 机安装在混凝土槽或钢槽内。原水经过入口流入机 器，在经过转鼓装置的过程中原水中携带的固体物 质留在了滤网的内侧表面。在微过滤机顶端装有高
2014.No.6
张彤宇，李胜军，周 军，等：微过滤机除藻船的研制及初步测试
微过滤机除藻系统可以选择手动模式或自动模式启动由于三相电动机的启动电流为正常额定电流的倍为避免电机启动瞬间电流过微过滤机采用软管连接提升泵船体开矩形斜口内侧含方法兰便于格栅的安装10152011500253035螺杆压榨机500滤波出水排入进水渠道589清水排放与船体预埋管连接进水格栅安装位置微过滤机10152025进水渠道进水闸门3035522货舱大造成发电机过载为此两种模式的启动顺序必须按照转鼓喷淋水泵提升水泵先后进行各设备启动间隔大于30s待发电机电流电压稳定后方可启动下一个设备
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海河水利
DOI：10.3969/j.issn.1004-7328.2014.06.023
微过滤机除藻船的研制及初步测试
2014 年 12 月
张彤宇 1，李胜军 1，周 军 2，李 振 1
（1.天津市水利科学研究院，天津 300061；2.天津市北三河管理处，天津 301800）
摘 要：微过滤机除藻船初步测试主要包括船体和微过滤机测试。船体测试包括试航、发电机负荷测试、系统单
4.2 微过滤机测试 微过滤机测试主要包括发电机负荷测试、系统
单位小时耗油量、系统最大水处理量、除藻率及水体 净化前后的浊度、总氮和总磷等技术指标。
（1）微过滤机机电性能测试。为了满足微过滤 机水处理系统的提升水泵、喷淋水泵、转鼓驱动电 机、电气控制柜等设备的用电，配备了 1 台 20 kW 柴 油发电机组。微过滤机除藻系统可以选择手动模式 或自动模式启动，由于三相电动机的启动电流为正 常额定电流的 3～4 倍，为避免电机启动瞬间电流过
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海河水利
2014 年 12 月
大造成发电机过载，为此两种模式的启动顺序必须 按照转鼓—喷淋水泵—提升水泵先后进行，各设备 启动间隔大于 30 s，待发电机电流、电压稳定后方可 启动下一个设备。经测试，当系统全负荷运行时发 电机各仪表显示正常，机组转速、水温等均在正常范 围内，电压、电流输出稳定，说明发电机的输出功率 能够满足系统负荷的要求。
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压 冲 洗 装 置 ，当 滤 网 架 旋 转 到 顶 端 时 就 可 以 被 冲 洗。被冲洗掉的残渣通过轴向齿轮流向安装在内水 位线上的集渣槽，进入废水收集槽，净化水通过专门 管道排放到溢流堰中。
根据流入原水、流出净水之间的水位差和滤网 内残渣量控制微过滤机自动运行，同时变速电动机 也开始调节转鼓的相对转速。此时，喷淋水系统也 根据转鼓旋转速度、水量和水体污染程度控制自动 冲洗滤网。
微过滤机蓝藻打捞船是船舶工程和机械工程相 互结合的工程产品，其关键设备包括两大部分：一是 船体，一是微过滤机水处理系统。
由于目前市场上没有可供微过滤机水处理系统 直接使用的成品船及船型，蓝藻打捞船在现有动力 驳船的基础上，按照微过滤机水处理系统的要求对 船体进行改造，主要包括微过滤机主体设备安装、取 水系统改造、出水系统改造、废料收集系统改造、控 制系统安装、提升水泵安装、发电机安装等。微过滤
微过滤机水处理系统由微过滤机、进水格栅、 NSI 螺旋压榨机、反冲洗系统、控制系统等机电设备 组成。微过滤机水处理系统组成及基本工作原理， 如图 1 所示。
进水 格栅 提升泵
DN32 放空
DN50 冲洗泵
螺旋压榨机 滤渣（收集）
微过滤机
潜水泵 清水自流排出
盖板 集渣槽
转鼓驱动 冲洗水管 超声波液位测量仪
藻水华程度进行分级评价的方法可知，试验水域属 于轻度至中度水华，如不采取治理措施很可能出现 蓝藻大规模爆发。
水质测试化验表明，经过微过滤机净化后的水 体浊度降低 50%以上，总氮、总磷的平均去除率达到 20%以上。
藻类测定方法是在微过滤机进水口和出水口各 取 1 L 水样于样品瓶中，加 15 mL 鲁哥氏液固定，回 实验室静置后分析。藻类种类鉴定以显微镜观测进 行，定性样品分类主要依据形态学分类方法。海河 藻类测定中共发现 4 门，分别为蓝藻门、绿藻门、硅 藻门、甲藻门。8 月 4—12 日，共打捞过 3 次，测得平均 蓝藻门细胞密度为 639 万个/L，占藻类细胞密度的 90.45%，为海河藻类细胞密度的优势类群；其次为 绿藻门和甲藻门，细胞密度分别为 41 万、42 万个/L， 分别占藻类细胞密度的 4.16%、4.19%；硅藻门细胞 密度较小，仅为藻类细胞密度的 1.2%。蓝藻门、绿 藻门、甲藻门占总调查种类数的 98.8%，是构成海河 浮游植物的主要组成类群。