一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置及方法，所述装置包括箱体、盖板、试验圆桶、底座、轴承、温度控制系统、光照控制系统、驱动装置和PLC控制器，所述方法包括以下步骤：S1、藻类的扩大培养；S2、旋转时间的确定；S3、不同流速下藻类聚集度的测定；S4、确定抑制藻类聚集的水流流速阈值。本发明专利技术通过改变圆桶转速实现不同流速下藻类聚集度差异的研究；研究水流条件对藻细胞聚集的作用规律，确定抑制藻类聚集的水流流速阈值；为利用水利工程改变水流速度抑制藻华发生的治理方法提供参考，进而实现一种便于实施、低消耗、高效率、无二次污染的湖库水体富营养化的治理方法。染的湖库水体富营养化的治理方法。染的湖库水体富营养化的治理方法。

【技术实现步骤摘要】
一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置及方法


[0001]本专利技术属于生态水力学
，具体涉及一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置及方法。

技术介绍

[0002]水华爆发是全球范围内面临的一项重要环境问题，其爆发实质是生态失衡导致藻类异常增殖，并伴随藻体上浮聚集。水华的形成需要丰富的营养物质、充足的光照、适宜的温度以及缓慢的水流流态。此前，大量学者的研究多聚焦于理化因子和生物因子对藻类生长繁殖的影响，提出了物理机械方法、化学方法及生物方法等水华治理方法。其中，物理机械方法主要是通过机械设备或者工程改造对聚集的藻类进行处理，如拦截打捞、机械曝气、引清调度等，其方法操作简单，不会对水体造成二次污染，但是此类方法需要特定的仪器设备，在治理时耗费大量的人力物力资源；化学方法主要是利用化学药剂达到灭杀或抑制藻类生长的目的，易产生有害及有毒副产物，对水体生态造成不良影响；生物方法主要是利用生物之间的竞争、分解、捕食等关系对水生生态群落结构进行调节，但存在生物污染的可能性，且作用时间长，成功率不高。所以如何统一协调治理方法的科学性、经济性、高效性和安全性，进而从根本上解决水华问题有待进一步研究。
[0003]引清调度对藻类生长繁殖及藻华形成有很好的抑制作用，但由于很难弄清楚引水量与藻类生长繁殖之间的关系，常常导致水资源的浪费。其实，水流流速的增加产生的水流剪切力会使藻细胞碰撞、分散甚至破裂，藻类将难以聚集形成水华。也就是说，水流流速存在临界流速阈值，当流速超过这一阈值时，藻细胞将不再聚集，水华也就难以形成。这为藻华防治提供了一种便于实施、低消耗、高效率、无二次污染的防治思路——利用河流的水系特征和水文特征，结合水利工程布置特点进行系统调度，改变水流流态，调控水流速度，从而防治水华的发生。相对于传统物理机械方法而言，该方法不需要专业仪器，效率高，节省资源，且不会造成水体污染，在治理藻华方面具有广阔应用前景。但由于藻类品种多样、水动力与藻类生长繁殖的作用机制不清，抑制藻类聚集的水流流速阈值的确定非常困难，无法指导水利工程精准调控水动力过程，从而浪费水资源或者无法取得预期的效果，所以专利技术一种抑制藻类聚集的水流流速阈值确定的方法及装置十分重要。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提供一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置及方法，通过改变圆桶转速研究不同流速情况下藻类的聚集度的差异，明晰水流条件对藻细胞聚集的作用规律，确定藻类聚集的临界流速的阈值，为利用水利工程改变水流速度抑制藻华发生提供参考。
[0005]技术方案：第一方面，本专利技术提供一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，包括箱体、盖板、试验圆桶、底座、轴承、温度控制系统、光照控制系统、驱动装置和PLC控制器，所述温度控制系统包括风机、温控仪和温度传感器，所述风机、温控仪和温度传感器均设置在
箱体的内部，且与PLC控制器连接，所述光照控制系统包括白炽灯和光强传感器，所述光强传感器和白炽灯的开关控制器均与PLC控制器连接，所述白炽灯设置在盖板的下表面，所述光强传感器设置在箱体的内壁上，所述试验圆桶包括两个同心圆桶，分别为内层圆桶和外层圆桶，且内层圆桶与外层圆桶之间的夹层中设有培养基，所述箱体为无盖箱体，所述盖板设置在箱体的开口端，所述轴承设置在箱体的底面上，所述试验圆桶通过底座固定设置在轴承上，所述轴承与驱动装置连接，所述驱动装置与PLC控制器连接。
[0006]优选的，所述温度控制系统还包括保温板，所述保温板设置在箱体的内侧壁上。
[0007]优选的，所述风机为冷热风机。
[0008]优选的，所述白炽灯的开关控制器为强弱光控制器。
[0009]优选的，所述驱动装置为无刷电机。
[0010]优选的，所述装置还包括计算机，所述计算机与PCL控制器连接。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种采用第一方面所述的装置确定藻类聚集的水流流速阈值的方法，包括以下步骤：S1、藻类的扩大培养：先将待测试藻类置于培养箱内进行扩大培养，培养到预设浓度后将藻液及培养基倒入圆桶的夹层中，接通电源，调试装置，将箱体内部光照强度和温度调整到适宜藻类生长的范围，关上盖板，继续进行放大培养，当水体中藻类数量级数达到预期值后开始试验；S2、旋转时间的确定：启动驱动装置，调节至预设转速，每间隔1h取样测定藻类聚集度，直至连续两次测定的聚集度稳定在设定范围内，将前一次取样时间确定为旋转时间T；S3、不同流速下藻类聚集度的测定：设置静水组编号为0#，试验组编号为1#、2#、3#...m#，其中m为实验组总数；每组试验将试验圆桶调节至相应预设转速，旋转时间T后，取1mL藻液测定藻类聚集度，取液后不补充藻液以及培养液；S4、确定抑制藻类聚集的水流流速阈值：根据步骤S3获得的不同流速条件下藻类聚集度大小，绘制藻类聚集度与流速变化的关系曲线，通过回归分析得到藻类聚集度与流速经验公式，取聚集度为1cell的对应流速为抑制藻类聚集的临界速度，即抑制藻类聚集的水流流速阈值。
[0012]优选的，步骤S2中测定藻类聚集度的具体操作为：采用无菌吸管吸取1mL的藻类培养液，移至吸管中，震荡后吸取0.1mL到微藻计数板上，在显微镜下进行计数，记录观察到的一个群体中藻细胞聚集数为及藻细胞聚集数为的所有藻群数，将观察所得到的、带入公式（1）中计算得到藻类聚集度A；重复计数2~4次并取平均值，确定最终藻类的聚集度，其中，式中：A为藻类聚集度，单位cells；为一个群体中藻细胞聚集数，单位cells，其中i为不小于1的整数；为藻细胞聚集数为的所有藻群数，单位个。
[0013]优选的，步骤S3中转速与平均流速的关系如下式所示：
式中：n为转速，单位r
•
min
‑1；r1为内层圆桶半径，单位cm；r2为外层圆桶半径，单位cm；u为平均流速，单位为m/s。
[0014]有益效果：1）本专利技术通过改变圆桶转速实现不同流速下藻类聚集度差异的研究；2）研究水流条件对藻细胞聚集的作用规律，确定抑制藻类聚集的水流流速阈值；3）为利用水利工程改变水流速度抑制藻华发生的治理方法提供参考，进而实现一种便于实施、低消耗、高效率、无二次污染的湖库水体富营养化的治理方法。
附图说明
[0015]图1是本专利技术一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置结构示意图；图2是本专利技术一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置的俯视图；图中序号：1、箱体，2、盖板，3、试验圆桶，3
‑
1、内层圆桶，3
‑
2、外层圆桶，4、底座，5、轴承，6、白炽灯，7、温控仪，8、光控仪，9、温度传感器，10、光强传感器，11、风机，12、保温板，13、驱动装置，14、PLC控制器，15、计算机。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作详细说明：实施例1如图1
‑
图2，一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，包括箱体1、盖板2、试验圆桶3、底座4、轴承5、温度控制系统、光照控制系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：包括箱体（1）、盖板（2）、试验圆桶（3）、底座（4）、轴承（5）、温度控制系统、光照控制系统、驱动装置（13）和PLC控制器（14），所述温度控制系统包括风机（11）、温控仪（7）和温度传感器（9），所述风机（11）、温控仪（7）和温度传感器（9）均设置在箱体（1）的内部，且与PLC控制器（14）连接，所述光照控制系统包括白炽灯（6）和光强传感器（10），所述光强传感器（10）和白炽灯（6）的开关控制器均与PLC控制器（14）连接，所述白炽灯（6）设置在盖板（2）的下表面，所述光强传感器（10）设置在箱体（1）的内壁上，所述试验圆桶（3）包括两个同心圆桶，分别为内层圆桶（3
‑
1）和外层圆桶（3
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2），且内层圆桶（3
‑
1）与外层圆桶（3
‑
2）之间的夹层中设有培养基，所述箱体（1）为无盖箱体，所述盖板（2）设置在箱体（1）的开口端，所述轴承（5）设置在箱体（1）的底面上，所述试验圆桶（3）通过底座（4）固定设置在轴承（5）上，所述轴承（5）与驱动装置（13）连接，所述驱动装置（13）与PLC控制器（14）连接。2.根据权利要求1所述的一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：所述温度控制系统还包括保温板（12），所述保温板（12）设置在箱体（1）的内侧壁上。3.根据权利要求1所述的一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：所述风机（11）为冷热风机。4.根据权利要求1所述的一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：所述白炽灯（6）的开关控制器为强弱光控制器。5.根据权利要求1所述的一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：所述驱动装置（13）为无刷电机。6.根据权利要求1所述的一种确定藻类聚集的水流流速阈值的装置，其特征在于：还包括计算机（15），所述计算机（15）与PCL控制器（14）连接。7.一种采用权利要求1
‑
6任一项所述的装置确定藻类聚集的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁赛瑜，张亚楠，唐洪武，裘佳健，徐磊，汪苏鹏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：