[發明專利]一種確定藻類聚集的水流流速閾值的裝置及方法

在審

• 申請號: 202211142865.2
• 申請日: 2022-09-20
• 公開（公告）號: CN115452319A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 袁賽瑜;張亞楠;唐洪武;裘佳健;徐磊;汪蘇鵬
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G05D7/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發明公開了一種確定藻類聚集的水流流速閾值的裝置及方法，所述裝置包括箱體、蓋板、試驗圓桶、底座、軸承、溫度控制系統、光照控制系統、驅動裝置和PLC控制器，所述方法包括以下步驟：S1、藻類的擴大培養；S2、旋轉時間的確定；S3、不同流速下藻類聚集度的測定；S4、確定抑制藻類聚集的水流流速閾值。本發明通過改變圓桶轉速實現不同流速下藻類聚集度差異的研究；研究水流條件對藻細胞聚集的作用規律，確定抑制藻類聚集的水流流速閾值；為利用水利工程改變水流速度抑制藻華發生的治理方法提供參考，進而實現一種便于實施、低消耗、高效率、無二次污染的湖庫水體富營養化的治理方法。

技術領域

本發明屬于生態水力學技術領域，具體涉及一種確定藻類聚集的水流流速閾值的裝置及方法。

背景技術

水華爆發是全球范圍內面臨的一項重要環境問題，其爆發實質是生態失衡導致藻類異常增殖，并伴隨藻體上浮聚集。水華的形成需要豐富的營養物質、充足的光照、適宜的溫度以及緩慢的水流流態。此前，大量學者的研究多聚焦于理化因子和生物因子對藻類生長繁殖的影響，提出了物理機械方法、化學方法及生物方法等水華治理方法。其中，物理機械方法主要是通過機械設備或者工程改造對聚集的藻類進行處理，如攔截打撈、機械曝氣、引清調度等，其方法操作簡單，不會對水體造成二次污染，但是此類方法需要特定的儀器設備，在治理時耗費大量的人力物力資源；化學方法主要是利用化學藥劑達到滅殺或抑制藻類生長的目的，易產生有害及有毒副產物，對水體生態造成不良影響；生物方法主要是利用生物之間的競爭、分解、捕食等關系對水生生態群落結構進行調節，但存在生物污染的可能性，且作用時間長，成功率不高。所以如何統一協調治理方法的科學性、經濟性、高效性和安全性，進而從根本上解決水華問題有待進一步研究。

引清調度對藻類生長繁殖及藻華形成有很好的抑制作用，但由于很難弄清楚引水量與藻類生長繁殖之間的關系，常常導致水資源的浪費。其實，水流流速的增加產生的水流剪切力會使藻細胞碰撞、分散甚至破裂，藻類將難以聚集形成水華。也就是說，水流流速存在臨界流速閾值，當流速超過這一閾值時，藻細胞將不再聚集，水華也就難以形成。這為藻華防治提供了一種便于實施、低消耗、高效率、無二次污染的防治思路——利用河流的水系特征和水文特征，結合水利工程布置特點進行系統調度，改變水流流態，調控水流速度，從而防治水華的發生。相對于傳統物理機械方法而言，該方法不需要專業儀器，效率高，節省資源，且不會造成水體污染，在治理藻華方面具有廣闊應用前景。但由于藻類品種多樣、水動力與藻類生長繁殖的作用機制不清，抑制藻類聚集的水流流速閾值的確定非常困難，無法指導水利工程精準調控水動力過程，從而浪費水資源或者無法取得預期的效果，所以發明一種抑制藻類聚集的水流流速閾值確定的方法及裝置十分重要。

發明內容

解決的技術問題：針對上述技術問題，本發明提供一種確定藻類聚集的水流流速閾值的裝置及方法，通過改變圓桶轉速研究不同流速情況下藻類的聚集度的差異，明晰水流條件對藻細胞聚集的作用規律，確定藻類聚集的臨界流速的閾值，為利用水利工程改變水流速度抑制藻華發生提供參考。

技術方案：第一方面，本發明提供一種確定藻類聚集的水流流速閾值的裝置，包括箱體、蓋板、試驗圓桶、底座、軸承、溫度控制系統、光照控制系統、驅動裝置和PLC控制器，所述溫度控制系統包括風機、溫控儀和溫度傳感器，所述風機、溫控儀和溫度傳感器均設置在箱體的內部，且與PLC控制器連接，所述光照控制系統包括白熾燈和光強傳感器，所述光強傳感器和白熾燈的開關控制器均與PLC控制器連接，所述白熾燈設置在蓋板的下表面，所述光強傳感器設置在箱體的內壁上，所述試驗圓桶包括兩個同心圓桶，分別為內層圓桶和外層圓桶，且內層圓桶與外層圓桶之間的夾層中設有培養基，所述箱體為無蓋箱體，所述蓋板設置在箱體的開口端，所述軸承設置在箱體的底面上，所述試驗圓桶通過底座固定設置在軸承上，所述軸承與驅動裝置連接，所述驅動裝置與PLC控制器連接。

優選的，所述溫度控制系統還包括保溫板，所述保溫板設置在箱體的內側壁上。

優選的，所述風機為冷熱風機。

優選的，所述白熾燈的開關控制器為強弱光控制器。