太湖蓝藻AIO 打捞技术及藻泥高值化工程应用

钱盘生， 谢琤琤

（1.江苏金山环保科技有限公司， 江苏 宜兴 214212；2.中持新概念环境发展宜兴有限公司， 江苏 宜兴 214200）

太湖作为我国的第三大淡水湖， 湖岸线总长405 km， 水面面积为2 338 km2， 在多年平均水位2.99 m 时的库容为44.28 亿m3， 平均水深1.89 m，是典型的浅水型湖泊［1］。 太湖蓝藻水华是指蓝藻种源在富营养和较高水温等合适生境和缺乏种间竞争情况下快速增值， 达到一定密度而爆发。 爆发的蓝藻不仅污染水体， 产生腥臭味， 大量消耗水中氧气造成鱼类死亡， 同时藻类分泌的藻毒素更是威胁到人类及湖泊生态系统安全［2］， 造成了严重的影响，引起广泛关注。

经过10 余年的努力和探索， 太湖流域治理取得相当成效， 水环境质量明显改善， 蓝藻打捞装置基础设施能力和水平不断提升。 但是， 流域经济社会发展与资源环境之间的矛盾没有根本缓解， 太湖蓝藻生长无限性和蓝藻打捞处置能力有限性之间的矛盾仍然客观存在［3］。 蓝藻打捞尚未做到“日产日清”， 大面积爆发风险依然存在。 虽然太湖已连续14 a 安全度夏， 但由于太湖藻型生境条件尚未改变， 在特定气象条件下， 大面积爆发蓝藻甚至引起湖泛的可能性依然存在［4］。

针对目前太湖蓝藻治理存在的上述问题， 为给新时期太湖蓝藻防治工作提供新的工程经验， 以及响应和落实国家和省委省政府对太湖治理的政策和要求， 同时为探索蓝藻高值化利用途径、 改善太湖生态环境、 提升城市形象， 本文提出了一套全天候（Allweather）、 智能化（Intelligence）、 离岸式（Offshore）蓝藻打捞系统技术（以下简称蓝藻AIO 打捞）， 进行蓝藻的打捞和处置， 并对运行成本进行分析， 以期为同类蓝藻治理项目提供参考。

1 工程概况

本项目选址在太湖宜兴周铁镇竺山湖区域， 该区域一直为蓝藻爆发重度区域， 建设4 km 蓝藻AIO 打捞装置， 以渎边线现代农业博览园为起点，向北3 km 至小径港， 向南1 km 至殷村港， 藻水日最大打捞能力为96 000 m3。

2 工程设计

本示范项目的主体包括蓝藻AIO 打捞工程、藻水分离处置工程以及藻泥资源化处置工程。 项目的总体技术路线如图1 所示。

图1 蓝藻资源化全过程技术路线Fig.1 Overall technical roadmap of blue-green algae recycling

2.1 蓝藻AIO 打捞工程

蓝藻的爆发时间通常在每年3 ～10 月， 其中高峰时期为7、 8、 9 月， 共3 个月［5］。 本示范项目在距湖岸约200 m 的湖面中建设总长度约4 km 的蓝藻AIO 打捞装置， 每33 m 设置1 个V 形装置， 相当于设置人工港湾约120 个， 在每个人工港湾设置1 台吸藻泵， 单台吸藻泵流量为50 m3／h， 单个人工港湾打捞量按800 m3／d 计， 则4 km 最大打捞量可达96 000 m3／d。

2.2 藻水分离处置工程

根据藻水收集工程和管道布置， 本示范项目藻水分离处置工程拟选址于盛渎桥和环湖线交接的湖岸边， 占地约5 800 m2。 藻水分离站设计规模为2万t／d， 每天可产生藻泥量（含水率按50% 计）约为60 t。 以每年100 d 计， 每年可产生藻泥量（含水率按50%计）约为6 000 t。

2.3 藻泥资源化处置工程

本示范工程采用以太湖芦苇破碎秸秆作为辅料， 好氧发酵＋高值炭化工艺为主的技术， 产生生物炭基肥［6］。 生物炭基肥作用于农田或园林绿化中能使大量有益菌群在根际繁殖， 抑制有害微生物的生长； 丰富土壤矿物质， 增加土壤有机质， 提高作物产量和品质； 锁住土壤中的营养成分， 增强作物抗逆性， 减少作物病虫害［7］。

3 工程技术说明

太湖蓝藻AIO 打捞系统包含智能化控制系统、浮动拦截收集平台及浮动检修操作平台组成， 整体设备飘浮于湖面上， 能随着水位变化上下浮动。 首先在离岸边约数百米处设置离岸打捞装置， 打捞的蓝藻通过管道输送至藻水分离处理系统（包含絮凝反应、 高效微纳米浮选、 叠螺机、 破壁薄层高干压榨、 太阳能低温蒸发等脱水设备）进行高效浮选、 脱水及干化， 最后转运至蓝藻处置点进行资源化利用。

3.1 浮动拦截收集平台

浮动拦截收集装置如图2 所示。 该装置位于操作平台前端， 由多个V 形装置组成， 相当于多个人工港湾打捞点， 其侧边为2 条HDPE 材质的中空管道。 每条中空管道外侧坠挂有钢制重链的挡藻布， 坠至湖底并留有相应余量， 防止湖水涌动将藻水推至V 形装置内侧后外泄。 通过设置于中空管道上部挡浪板（高出水面约1.0 m）及坠至湖底的挡藻布， 保证蓝藻全部能阻挡汇集在V 形装置内，不会飘向湖岸边。 每个V 形装置夹角处安装有吸藻泵， 相当于一个打捞点， 并且吸藻口的高度可根据藻水浓度自动调节， 使之能持续吸入高浓度藻水，然后通过检修操作平台内侧的藻水总管输送至设置在湖边的藻水分离平台。

图2 浮动拦截收集装置示意Fig.2 Floating intercept collection device

拦截收集装置采用交错连接的方式， 既能使蓝藻无法进入内河， 又留有通航出口， 保证航道通畅。 另外， 在遇到汛期需泄洪时， 也能快速松开连接件， 保证汛期抗洪需要。

3.2 智能化控制系统

物联网加智能远程监控系统是控制中心集中管理各个分散于湖泊岸边V 形装置的重要手段， 可实现远程监测各V 形装置内藻水浓度， 机电设备运行状态及能耗、 现场实时图像或视频等； 可远程控制各V 形装置抽吸泵、 液位控制器、 冲藻装置等设备的运行； 能够实时掌握位置信息， 并在屏幕上展示。

具体控制逻辑： 吸藻泵与V 形装置连为一体，并配套手电一体启闭机。 在前期安装时将吸藻泵吸入口调整至湖面以下合适深度， 在常规情况下吸藻泵随着V 形装置自然升降， 无需上下调整。

（1） 每个V 形装置内侧安装蓝藻专用浓度计，当检测到V 形平台内蓝藻密度不小于3 000 万个／L， 即达到中度以上时， 启动吸藻泵， 将藻水输送到储存池； 蓝藻密度低于中度时延迟关闭吸藻泵。

（2） 系统具备自学习、 自诊定和记忆功能， 在应用过程中， 会自动识别蓝藻浓度高、 吸藻泵开启频繁、 吸藻泵抽吸持续时间久的V 形平台。 在后续程序控制中， 会优先开启对应的吸藻泵。 吸藻泵出现故障时， 上位机系统做出报警提示， 并由程序做出判断， 开启次级吸藻泵启动权。

3.3 浮动检修操作平台

浮动检修操作平台位于V 形装置拦截收集系统内侧， 沿拦截收集系统呈长条形布置， 底部为HDPE 中空管组成浮筒， 通过钢丝绳与V 形装置拦截收集系统软性连接。 打捞人员通过检修操作平台至湖中对吸藻泵进行检修维护， 安全性大大提高。挡藻板上两侧坠挂有钢制重链的挡藻布， 沉至湖底， 防止水中的蓝藻进入内部， 将蓝藻挡于拦截装置外。 在检修平台内还可设置景观、 灯光， 检修操作平台内部安装水景喷泉， 既美化环境， 又能对湖水充氧， 改善水质。

3.4 藻水分离处置系统

首先， 打捞的蓝藻由吸藻泵通过输送总管送至蓝藻储存池， 当藻水量较大， 多个吸藻泵同时开启， 确保收集的藻水均能够进入藻水储存池。 藻水储存池中设置潜水搅拌机搅拌， 防止蓝藻沉积在储存池底部。 其次， 储存池中的藻水经提升泵提升至絮凝浮选反应槽， 向反应槽中投加絮凝剂。 待絮凝反应后， 藻水自流进入蓝藻专用微纳米浮选装置，进行泥水分离。 大颗粒藻泥沉淀至浮选装置斗底部， 排入藻渣储罐， 藻渣储罐中设置穿孔曝气进行搅拌， 防止蓝藻沉积在储罐底部。 在藻渣储罐中的藻泥由提升泵提升至全自动藻泥叠螺脱水机中进行脱水， 脱水后的藻泥含水率约90% 左右， 进入藻泥储罐中。 该储罐中含水率90% 的脱水藻泥用柱塞泵打入高压破壁装置， 经多次挤压释放后的藻泥进入初级薄层压榨设备， 经初级压榨（1 600 t／次）后再进入二次压榨（4 000 t／次）， 最终得到含水率降低至50% 以下的藻泥。 该技术可实现物理破壁，减少后续资源化利用的运行成本。

3.5 藻泥太阳能复合膜干化

太阳能复合膜低温蒸发干化系统由上料装置、输送装置、 太阳能低温复合疏水膜箱、 布料收料装置、 集水管网及风道风干等设备组成。 含水率90% 的藻泥可经输送装置均匀布入密闭的膜箱内，膜箱与水平面成一定倾斜角。 膜箱上表面内为高透光率的太阳能低温复合疏水膜， 在太阳光照射下膜箱内温度升高， 与外界形成一定的温差， 藻泥吸收热能后实现水分子蒸发， 蒸发的水雾在低温复合疏水膜表层得到冷凝而凝聚成微小水珠， 并迅速下滑至集水管， 此蒸发出水可回用或直接排放。 经检测藻泥中水分蒸发后得到含水率低于10% 的藻粉。同时经太阳紫外线消毒杀菌后的干渣和蒸发出水，无臭气排放。

3.6 生产废水及生活污水处理

蓝藻叠螺脱水及高压压榨过程中因加入聚合氯化铝和聚丙烯酰胺会产生大量废水， 其中主要污染指标氨氮质量浓度达到60 mg／L， COD 质量浓度高达600 mg／L 和TP 质量浓度为5 mg／L。 需对此废水以及分离站上工作人员产生的生活污水进行集中处理， 废水总处理量为1 800 m3／d。 本系统配套采用改良型AAO-MBBR 工艺［8-9］， 即在传统AAO 工艺中配置了化学除磷和碳源投加系统， 同时在好氧池中投加MBBR 填料， 以提高工艺污水处理负荷。经处理后氨氮质量浓度可降至3 mg／L， COD 质量浓度降至40 mg／L， TP 质量浓度降至0.3 mg／L， 其余各项出水水质指标均达DB32／ 1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》要求。 出水可排入太湖， 也可以经深度处理后回用至藻水分离站， 用于冲厕、 配制药剂等。

4 工程效果

该示范项目于2022 年4 月验收通过， 整体通过“挡、 围、 聚、 抽、 缩、 景观化”等防控措施， 在竺山湖水域进一步加强离岸设防、 强化蓝藻防控处置。 同时， 加强离岸机动化蓝藻打捞处置能力， 实现对该区域外太湖蓝藻的拦截效率达到98%， 藻水分离后蓝藻资源化使用率达到100%， 有效减轻竺山湖近岸水域的蓝藻聚集压力， 实现“近岸少藻”， 降低湖泛和异常水体事件的发生概率及强度，维护太湖湖滨环境形象。

5 示范项目效益分析

5.1 经济效益

目前， 无锡市蓝藻处理站大多采用人工＋机械方式打捞蓝藻， 然后经过藻水分离站的气浮池浮选， 叠螺式脱水机处理后得到含水率90% 的藻泥，处理成本约为330 元／t； 将含水率90% 藻泥进一步干化后， 与其他垃圾按一定比例掺拌， 送入焚烧炉内进行焚烧， 处理成本约为1 200 元／t， 现存蓝藻处理站从打捞、 浮选、 脱水到干化焚烧， 处理费用约为1 500 元／t。 AIO 打捞装置无需人工打捞，只需少量人工定期维修装置， 且从打捞输送、 藻水分离到资源利用一站式解决， 处理成本约为820元／t， 较传统处理成本降低约45%。

5.2 环境效益

以本示范项目每年产生藻泥量（含水率按50%计）6 000 t 为例， 根据DB32／T 2231—2012《蓝藻打捞工作量计算规范》的规定方法计算［10］， 每年打捞的蓝藻量可削减水体中氮含量约402 t， 磷含量约40.8 t， 碳含量约2 700 t。 本示范工程的实施加快了太湖TP 控制目标的实现。

6 结论与展望

太湖蓝藻AIO 打捞及资源化处置技术不仅符合低碳、 环保与循环经济的要求， 填补国内空白，实现蓝藻高效打捞、 藻泥稳定化、 无害化、 减量化、 资源化处理目标， 减少因蓝藻爆发来而不及打捞及藻泥堆放过程中产生的二次污染问题； 同时，本项目的浮动检修操作平台上可种植树木、 芦苇、花草， 设置景观、 灯光， 作为夜间亮化。 浮动检修操作平台内部安装水景喷泉， 浮于水面的整体打捞平台可兼为景观长廊， 实现与湖面自然生态景观的和谐统一。 藻泥的处理处置及最终产品都能够应用于市场中， 具有非常好的市场推广和应用前景。

目前蓝藻AIO 打捞技术也在符渎港、 梁溪河、蠡湖等多处蓝藻爆发区域推广和应用， 形成可持续、 低成本、 市场化的生态循环利用体系， 成为太湖地区蓝藻处置和利用的典范。 在未来， 该技术可通过不断升级运用新工艺， 因地制宜， 打造“互联互通、 畅引畅排、 集约高效、 安全可靠、 绿色智能”的现代化区域蓝藻治理技术网， 应用于更多的湖泊治理。