中科院研发新型清洁水质设备

　　 近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所科研人员在巢湖研制出“大型仿生式水面蓝藻清除设备”，并立即投入巢湖市水源地蓝藻灾害防治进行实战检验，取得显著成效。

　　———— 案例回放 ————

　　巢湖水源的“救火队员”

　　今年入夏以来，安徽巢湖市水源地蓝藻灾害比较严重。6月下旬，巢东水泥集团自来水厂取水口蓝藻灾害愈演愈烈，自来水浑浊发臭，严重影响到了企业生产和周围社区2万多居民的生活。

　　7月2日，一台造型奇特的设备被安置取水口，并经过4昼夜的连续作业，清除了该水源区聚集的蓝藻，恢复了清洁的水面，清澈的滤过水直接流入水厂取水口。

　　随后，巢湖发出第二自来水厂取水口的蓝藻灾害警报，数公顷水面已经发展成厚重黏稠的蓝藻层，在烈日和高温下开始腐烂，危及供水安全。

　　7月6日，设备到达蓝藻聚集区开展除藻作业。

　　7月9日，设备转移至蓝藻聚集区西侧，沿岸设防拦截清除随偏东风漂移的蓝藻，沿湖岸漂移的蓝藻带被斩断，蓝藻清除设备排出的清水顺风而下，清澈的水流汇入巢湖，该区域蓝藻污染隐患基本消除。

　　之后，设备课题组向巢湖市政府提交了“关于建立巢湖市水源保护区环境管理机制的建议”，将协助地方政府建立水源地环境长效管理机制和蓝藻灾害应急机制。

　　———— 技术原理 ————

　　灵感来源于鲢鱼头

　　这台造型奇特的设备，就是中国科学院南京地理与湖泊研究所科研人员研制的“大型仿生式水面蓝藻清除设备”。由于其设计原理是仿照鲢鱼滤食，所以这台看起来并不像鱼的设备被大家俗称为机器“鱼”。

　　项目负责人、中科院南京地理与湖泊研究所研究员李文朝告诉本报记者，鲢鱼、胖头鱼等鱼类用嘴巴吸入水后，会将藻类和浮游生物等过滤出来作为食物，然后清水从鳃中释放出来。研究水生生物生态出身的李文朝，正是从鱼身上得到了设计灵感。

　　设备的最前端是一个长达10米的平台，也就是“鲢鱼嘴”，10个水泵同时抽出水体表面5厘米的水，随后，蓝藻水流经“鳃式过滤器”。在这里，200层筛子重重叠叠，每10厘米就有一层，独立工作。最后，筛出的藻浆用特制漂浮囊袋灌装储运。

　　“这是一种纯物理的处理方式。”李文朝介绍，过滤的核心部件跟鱼鳃一样，利用流体力学原理过滤。被污染的水从倾斜的“鳃面”往下滑，并不离开鳃面，在下滑过程中，会遇到像刀刃一样的分离器，然后蓝藻就留在鳃面了。

　　“直径超过3微米的杂质，都会被过滤掉。”李文朝表示，“机器鱼”其实并不是只会吃蓝藻，绿藻、硅藻以及其他超过3微米的杂质都是过滤对象，因此“机器鱼”的应用范围也就不仅仅局限于预防蓝藻灾害，改善水质的日常水面维护也可以使用。

　　———— 技术思路 ————

　　从水华积累过程入手

　　由于受到环境影响，清洁水源到生成蓝藻水华这一质变的过程似乎是不可逆，李文朝说：“蓝藻是细菌一样的原核生物，繁殖非常快，根治和斩尽杀绝是不可能的。而随着我国农业和工业的发展，水体的富营养化不可避免。研究如何分离、净化、清除蓝藻是我们的责任。研究发现，水华积累到成为灾害的量变过程是可控的。”而这一蓝藻清除设备就是在这一环节对蓝藻进行有力阻击。

　　李文朝说，此前城市水源蓝藻灾害控制手段较为单一，且效率不高。如从前加氯的方法可以杀死蓝藻、破坏其结构，但常会遇到沉淀池故障，滤池堵塞，出水色、浊、臭、氨氮等问题。而被动“打捞”却因技术欠缺，往往效率太低、能耗过高，经济上的代价很大。

　　主动预防水面灾害

　　依据目前的数据来看，该蓝藻清除设备的特点则非常明显。

　　首先是工作效率大大提高，李文朝介绍说，该设备作业幅可达10米，行进作业最大航速5千米/小时，每小时清扫水面5公顷，汲取流量可达1000立方米/小时，而且可以昼夜连续作业。

　　超强的富集浓缩能力，是李文朝向记者强调的特点之一，意即可在任何蓝藻密度情况下工作，准确分离汲取富含蓝藻的表水层，“100%分离出肉眼可见的蓝藻颗粒（粒径>3微米）”，最终浓缩成鲜藻含量大于50%的藻浆。

　　该设备环境适应性很强，可以在水深超过30厘米的水域静态作业或行进作业，分离汲取表层５厘米富含蓝藻水层，尤其适用于清除沿岸浅滩上聚集的蓝藻。

　　与高能耗相对应的就是节能，以现有的一台用50kW发电机组提供动力的设备为例，最大作业功率30千瓦，汲取处理1立方米的含藻湖水，仅耗0.03度电。

　　另外值得一提的是，该设备全部采用物理方法，不添加任何药剂或矿物质，收获的藻浆在漂浮囊袋中自然发酵后由环卫系统收集处理。李文朝的课题组并未开展回收蓝藻的开发研究，但是此类的研究已经有人在做，燃料、饲料或者肥料，这些蓝藻有多种途径变废为宝。

　　据悉，该项目早在上世纪90年代初就已开始，为了依托国家水专项巢湖项目水源地课题水源保护湖区物理——生态水质净化技术研究与工程示范项目，研究一直在安徽巢湖进行。

　　“预计生产造价在260万以上。”李文朝告诉记者，虽然这条“鱼”的成本比其他现有设备高，但其工作效率却是普通设备的40倍，“性价比很高”。

　　这台设备放到其他水面完全可以适用，不仅如此，它还可以应用于河流、湖泊、城市水库等所有富营养化水体，“这是一种主动预防水面灾害的方式，一种积极的预防措施。”

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　　蓝藻危害安全

　　蓝藻是原核生物，又叫蓝绿藻、蓝细菌；大多数蓝藻的细胞壁外面有胶质衣，因此又叫粘藻，在所有藻类生物中，蓝藻是最简单、最原始的一种。

　　在一些营养丰富的水体中，有些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色的“蓝藻水华”。这种有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻暴发，被称为“绿潮”（和海洋发生的赤潮对应）。绿潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生毒素（简称MC），大约50%的绿潮中含有大量MC。MC除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。MC耐热，不易被沸水分解，但可被活性碳吸收，所以可以用活性碳净水器对被污染水源进行净化。

　　■ 核心提示

　　长达10米的“鲢鱼嘴”，以最快5公里/小时的速度在水面“游动”，把水表5厘米的蓝藻水“吸”进“嘴”里，通过200层“牙齿”把蓝藻筛成藻泥、浓缩成藻浆，储存在“嘴”里的“大袋子”里储运，可以昼夜“吃藻”……日前，中国科学院大型仿生式水面蓝藻清除设备研制成功。

　　李文朝是中科院南京地理与湖泊研究所研究员，也是该项目负责人。“你见过鲢鱼么，鲢鱼也叫‘大头鱼、胖头鱼’，头比身子大，一边在水里慢吞吞地游，一边把水体表面浮游生物吞到嘴里，两边腮起到过滤的作用。我认为这种模式的生物过滤很好，效率又高、又环保”。