随着我国城市化的推进和工业化的迅速发展。水体富营养化及藻类水华问题日益凸显,对饮用水安全、区域生态环境和群众生命健康构成严重威胁。相比传统控藻方法,超声控藻技术具有操作简便、经济性好、无二次污染等优点。
针对现有超声波控藻技术作用参数不合理、能耗高,装备集成度低等问题,2021年至今,浙江省生态环境科学设计研究院等单位以“智能感控-低耗高效-系统集成”为核心思路,攻克了低频超声智慧控藻装备,获授权发明专利3件,发表论文1篇。该科技成果适用于缓流河道、湖泊、水库及景观水体藻类水华防控,尤其适合于湖库型饮用水水源地藻华控制。主要科技创新如下:
(1)探明低频超声波控藻效果与机制。针对铜绿微囊藻,最适超声波频率为20~35 kHz,作用频次为2次,每次作用时间3min,时间间隔为24 h,最高除藻率达94%。低频率超声波对色球藻、席藻及颤藻等多种水华蓝藻均具有显著生长抑制效果,球状单细胞的藻类相比丝状细胞结构藻类对低频率超声波更加敏感。
(2)解析超声处理前后藻细胞形态结构、生理活性变化及藻毒素释放情况。超微结构显示经低频率超声波作用后藻细胞表面褶皱收缩,胞内光合片层受损,仍具有完整细胞结构;胞内有机物、超氧化物歧化酶、丙二醛等指标变化表明低频率超声作用对藻细胞造成一定氧化性损伤,不引起藻毒素释放,对水质安全。
(3)攻克浮标式低频超声智能控藻装备。该装备装备采用扩频跳频技术,超声波在10-60kHz频段内循环跳变,根据藻类生物量变化,智能化控制超声波换能器启停,通过5G网络将水质及藻类相关数据传输到智能终端,实现实时监控和管理。装备经过近3个月的现场测试,控藻效果良好,测试水域藻密度由最初4.5×108 cells/L降至1.5×108 cells/L,控藻率约67%,运行过程中对其它水生生物基本无影响,在确保生态安全前提下实现了低耗高效控藻抑藻,被浙江省环境科学学会组织的由吴丰昌院士、任洪强院士组成的专家组鉴定为“技术达到国际领先水平”。
本成果在北支江水上运动中心、杭州四岭水库、嘉善县长白荡饮用水水源地及台州江厦大港等敏感水域成功应用,控藻效果良好,为供水安全、考核断面水质达标及大型赛事顺利举行提供有力保障。近两年累计藻华防控面积超100 km2,藻类生物量稳定控制在106~107 cells/L,保障约800万人的日常饮用水需求,通过专利实施许可、设备销售及租赁等形式,成果转化合同额约740万元,环境、经济和社会效益显著。

在亚运场馆——富阳水上运动中心范应用

在嘉善长白荡饮用水水源地示范应用