作者：王文 苗淳洋 李昊
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来源：《人民黄河》2020年第07期
摘 要：南水北调中线工程干渠藻类滋生，从干渠内拦截或者從边坡抽吸的藻水混合物数量很大，受场地制约和环保要求必须对藻水混合物进行藻水分离。利用振动筛的工作原理，由激振系统产生的激振力带动筛箱振动，通过高密度筛网实现藻水分离，分离后的水可直接流回干渠或灌溉干渠两侧绿化带，分离后的藻浆进行收集外运。针对藻类浓度的变化，可以改变藻水分离振动装置激振系统的频率和振幅，实现可调频、可调幅的振动分离功能。该装置可以与干渠节制闸自动化拦藻设备或渠道边坡除藻车配合使用，实现拦藻、除藻和藻水分离同步进行。试验结果表明，该装置性能稳定、运行安全可靠，藻水分离效 果良好，机械自动化水平高，可以为南水北调中线工程环境维护节约大量人力、物力和财力。
关键词：藻水分离;筛网;南水北调中线工程
中图分类号：TV213; TV53 文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1000-1379.2020.07.018
Abstract：The algae grow rapidly in the main canal of the Mid-Route of South-to-North Water Diversion Project. There are too much mixtures of algae and water removed from the main canal or the side slope， and the algae separation is necessary for the limited space and the environmental requirements. The working principle of the vibrating screen was used， and the vibration of the screen box was induced by the excitation system of the algae separation equipment， and the algae were separated by the high density screen. The water was used to irrigate the greenbelt along both sides of the main canal or returned to the main canal after filtration， and the algae were collected for trans
扬州杀人案portation. The frequency and amplitude of the excitation system could be changed according to the different concentration of the algae water， therefore the algae vibrational separation equipment was both frequency-adjustable and amplitude-adjustable. This equipment could work together with the automatic mechanical algae removal equipment of the main canal sluice or the algae removal truck of the side slope， then the algae could be separated as soon as they were removed from the canal or the side slope. The results show that this equipment has the advantages of steady performance， safe and reliable operation， and good effects of the algae separation and highly mechanized. This equipment can save a lot of manpower， material resources and financial resources for environmental maintenance of the Mid-Route of South-to-North Water Diversion Project.
Key words： algae separation; screen; Mid-Route of South-to-North Water Diversion Project
随着人类社会工业化进程的加快，工农业生产以及人们日常生活排污加速了内陆湖泊
、水库等缓流水体的富营养化。水体富营养化导致藻类滋生，大量繁殖的藻类呈胶质状覆盖在河面上或悬浮在水中，使水体中溶解氧含量快速减少，破坏水生态系统平衡，藻类还会释放毒性较强的藻毒素，影响用水者的身体健康[1]。南水北调中线工程作为一项重大的民生工程，有效缓解了华北地区的用水压力，但是每年6—11月干渠一些区段藻类滋生，水面一定深度下边坡上附着大量藻类，严重影响水体质量。目前南水北调中线干渠主要采用机械或人工打捞的除藻方式[2]，例如在干渠节制闸门处设置自动化过滤设备拦截藻类，或使用渠道边坡除藻车冲洗和抽吸岸坡上附着的藻类。但是拦截或抽吸上来的藻水混合物数量很大，没有足够大的场地或容器进行存放和处理，外运处理经济上不可行[3]，采取渠岸自然放置处理，未能有效处置的藻类会腐烂发臭，对环境造成二次污染[4]。因此，在前期藻类清除和拦截的基础上，如何对收集的藻类进行脱水分离并有效利用，是当前亟待解决的技术问题。
1 藻水分离原理
藻水分离方法主要有化学分离和物理分离两种。化学分离方法首先把富藻水抽吸集中到固定集藻池中，然后向集藻池中投放大量高分子絮凝剂，使集藻池内的藻浆絮凝浓缩。
化学分离方法藻水分离的效率高、规模大，但是需要建造集藻池集中处理，不适用于跨度较大的南水北调中线干渠，并且化学分离需要投入大量絮凝剂，存在一定环境污染风险[5]。物理分离方法无需添加絮凝剂，并且处理规模可根据实际需要灵活设计。沈银武等[6]采用物理分离方法对滇池富藻水进行藻水分离，首先将富藻水利用重力斜筛过滤，然后通过卧螺离心机对藻水混合物进行藻水分离，分离后的藻浆经“烘干法”测定含水率达91%，但是当藻类较多时，离心机筛网易被堵塞，需要頻繁清洗筛孔或者更换筛网，影响工作效率。
振动筛作为一种振动机械，广泛应用于矿山、冶金、化工、筑路等行业[7]。笔者借鉴振动筛的工作原理，对藻水混合物进行机械分离，其藻水分离流程见图1。藻水分离振动装置产生激振力带动筛箱振动，使物料在筛网上往复运动，为了避免筛网堵塞，将筛网倾斜一定角度，在激振力和重力的作用下，将藻水分离，并沿着筛网倾斜方向将分离出来的藻浆运送出去，从而达到藻水连续分离的目的。分离出来的水，直接流回干渠或浇灌干渠两侧绿化带，分离出来的藻浆收集外运，或进一步处理作为有机肥料等。
2 藻水分离振动装置方案设计
藻水分离振动装置模型见图2，主要由支架、筛箱和激振系统等组成。从干渠拦截或从边坡清除的藻水混合物从进料口进入筛箱，在激振系统的振动激励和重力作用下，藻水混合物被分离为藻浆和水，水顺着筛箱底部的出水管流出，藻浆从出藻口排出，从而实现藻水分离。藻水分离振动装置可以与干渠节制闸自动拦藻设备配合使用，将其安装在节制闸平台上，自动拦藻设备的排污口接入该装置的进料口，实现拦藻和藻水分离同步进行，分离后的清水流回干渠、藻浆收集外运。该装置也可以与渠道边坡除藻车配合使用，将其安装在除藻车车厢底板上，通过边坡除藻车的吸污泵将藻水混合物抽吸进入分离振动装置的进料口，实现边坡除藻和藻水分离同步进行，分离后的清水可以灌溉渠道两侧绿化带，也可以流回干渠，藻浆收集外运。该方法无须投放化学絮凝剂，不会对水质造成二次污染，非常适用于对水质安全要求较高的南水北调中线工程。
2.1 支架机构设计
支架主要用来承载筛箱，同时用来固定藻水分离振动装置，见图2。支架为4个立柱和4个横梁焊接而成的框架结构，立柱和横梁采用100 mm×100 mm×6 mm的标准方钢管，两组横梁分别长1 700、640 mm，立柱高580 mm，立柱顶部安装长160 mm的减振弹簧，筛箱置于4个减振弹簧之上。
2.2 筛箱结构设计
筛箱是藻水分离振动装置的主要构件之一，为2 800 mm×800 mm×130 mm（长×宽×高）的薄壁箱型结构，由Q235A钢板焊接而成。筛箱内部设置两层筛网，两层筛网间距20 mm，上层为100目不锈钢筛网，主要作用是对藻水进行过滤;下层筛网由厚度为2 mm的薄钢板切孔制成，孔直径为10 mm，孔中心距为20 mm，下层筛网和筛箱底板之间的距离为20 mm，见图3。在筛箱底板末端开有出水口，过滤后的水经此流出。由于上层筛网柔性大，工作时会出现“漏斗状”的凹坑，造成藻浆向出藻口流动缓慢，因此在下层筛网和上层筛网之间增加5组支撑，将筛箱分割成10个区域，每个区域放置10个直径20 mm的弹性橡胶球。工作时由于筛箱振动，因此橡胶球在上下筛网之间弹跳，反复撞击上层筛网，避免筛孔堵塞，同时加快上层筛网分离出来的藻浆快速向出藻口流动。筛箱盖通过铰链与侧壁连接，在筛箱盖顶部设计一个吊耳，便于筛箱内部的清洁和更换筛网。筛箱安装时与水平面成5°夹角，降低出藻口位置，加速分离出来的藻浆排出，同时避免筛网堵塞。
2.3 激振系统设计
激振系统主要由激振器和液压传动系统组成，其主要作用是产生高频振动，并将振动
t800碳纤维传递给筛箱，提高筛箱内藻水的分离效率。激振系统通过偏心轮转动产生周期变化的激振力带动筛箱振动。当藻水分离振动装置与边坡除藻车配套使用时，需将激振系统安装在车厢底板上，激振系统距离发动机总成较远，用机械传动会有较大的功率损失，传动效率低，且无法实现无级调速。而液压传动可以将液压油作为传递动力的介质，允许液压泵和液压马达保持一定距离，液压马达还可以在工作过程中实现较大范围的无级调速，且容易实现自动控制，使装置具有较高的自动化程度，因此选择液压系统传输动力。液压系统主要由液压油箱、液压泵、液压马达等组成。选用液压马达公称排量为12.5 mL/r，额定压力为20 MPa，额定转速为2 000 r/min。由于藻类分布不均，水中藻类含量变化较大，因此可以通过调节液压马达的转速调整藻水分离振动装置的振幅和频率，实现可调频、可调幅的振动分离功能。
3 藻水分离技术应用与效果分析
结合以上研究研制了一台藻水分离振动装置，并安装在渠道边坡除藻车车厢底板与其配套使用，2019年6月在南水北调中线干渠郑州须水河倒虹吸进口上游800 m至上游300 m渠段内，完成了渠道边坡除藻和藻水分离试验。试验结果表明，除藻车抽吸上来的藻水混
合物可以直接进入该分离振动装置，藻水被快速分离，分离后的藻浆经“烘干法”测定含水率为91%，分离后的水直接喷洒到两岸护坡草皮和绿化带，实现了边坡除藻、藻水分离和两岸植被浇灌同步作业。
但是试验过程中发现，当干渠边坡沉积有较多淤泥时，从边坡上抽吸上岸的藻水混合物会含有大量淤泥，在藻水分离振动装置中出现了筛网堵塞、藻类不易排出等问题。分析原因是马达驱动力不足，造成筛箱振动频率和幅度不够，不能把卡阻在筛孔上的淤泥颗粒及时、快速振离。通过将单液压马达驱动单偏心装置改为双液压马达驱动双偏心装置，增大激振系统的激励强度，其他结构不变，很好地解决了这一问题。对于藻水混合物含有大量淤泥的情况，改进后的试验结果表明，藻水混合物在藻水分离振动装置中藻浆流动速度更快，更容易排出，筛网不会出现堵塞。
计算机毕业论文 改进后的装置在南水北调中线干渠鲁山楝树村生产桥至榆树湾西跨渠桥渠段（1 km渠段）、郑州魏河倒虹吸出口至十八里河倒虹吸进口渠段（2 km渠段）长时段可靠性试验结果表明，该装置性能稳定、运行安全可靠，藻水分离效果良好，机械自动化水平高，可以为南水北调中线工程环境维护节约大量人力、物力和财力，具有较高的推广应用价值。
参考文献：
[1] 闫苗苗，陈胜男，黄廷林，等.分层型水库藻类垂向演替的水质与细菌种调控[J].环境科学，2020，41（2）：1-15.
[2] 吴林峰，李昊，张佩纶，等.南水北调中线工程除藻拦污技术研究[J].人民黄河，2019，41（1）：121-124.丙型肝炎防治指南
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