荷蘭LG Sonic超聲波控藻儀技術(shù)交流

一、品牌與產(chǎn)品概述

LG Sonic總部位于荷蘭南荷蘭省祖特梅市，是一家專注于水體藻類治理與水質(zhì)監(jiān)測(cè)的技術(shù)型企業(yè)。自2011年成立以來，公司長期投入超聲波控藻技術(shù)的研發(fā)，其方案以減少或替代化學(xué)藥劑為出發(fā)點(diǎn)，通過在湖泊、水庫等水體中布設(shè)相應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)藻類問題的在線監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)與控制。

該公司的控藻路線以低功率超聲波為核心，區(qū)別于依靠空化效應(yīng)的高功率超聲方案。其裝置發(fā)射經(jīng)過參數(shù)調(diào)節(jié)的超聲波，干擾藻類細(xì)胞的浮力調(diào)節(jié)能力，使藻類無法獲取充足光照，進(jìn)而沉入水體下層自然分解。目前，LG Sonic的裝置已在超過55個(gè)國家投入使用，覆蓋飲用水水庫、冷卻水池、景觀湖泊、水力發(fā)電水庫等十余個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。

二、主要產(chǎn)品

LG Sonic當(dāng)前主要產(chǎn)品可歸為以下：

MPC-Buoy——監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)與控制一體化超聲控藻浮標(biāo)系統(tǒng)。

Monitoring Buoy——水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，可實(shí)時(shí)采集水質(zhì)參數(shù)，預(yù)測(cè)藻華發(fā)生趨勢(shì)。

Vertical Profiler——垂直剖面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可沿水柱不同深度測(cè)量水質(zhì)參數(shù)。

PO?Sensor——磷酸鹽在線分析儀，采用芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)對(duì)水體磷酸鹽進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

E-line——適用于中小型水體的超聲波控藻系列，常用于景觀池塘、高爾夫球場(chǎng)水域等場(chǎng)景。

Industrial Line——面向工業(yè)水體的控藻系列，包含濕式安裝和干式安裝等形態(tài)，適用于冷卻塔、工業(yè)蓄水池等。

MPC-NanoBubble——微納米氣泡增氧系統(tǒng)，用于提升水體溶解氧濃度。

三、主要型號(hào)

LG Sonic產(chǎn)品體系中的代表性型號(hào)如下：

MPC-Buoy——旗艦型號(hào)，集超聲波控藻與多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)于一體的浮標(biāo)。

E-line——面向中小水域的超聲波控藻系統(tǒng)，單臺(tái)覆蓋直徑可達(dá)200米。

Industrial Wet——工業(yè)濕式超聲波控藻單元，適用于冷卻池、工業(yè)蓄水構(gòu)筑物等。

Industrial In-Line——工業(yè)管式超聲波處理單元，用于封閉管道系統(tǒng)中的藻類及生物膜防治。

MPC-Buoy Mini——小型化浮標(biāo)，適應(yīng)面積較小或水深較淺的水域。

MPC-Lab——用于多深度水體剖面采樣與監(jiān)測(cè)的分析系統(tǒng)。

PO?Analyzer——利用實(shí)驗(yàn)室級(jí)光學(xué)檢測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)不同水深磷酸鹽濃度的連續(xù)在線分析。

四、產(chǎn)品介紹

以下選取四個(gè)代表性產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

4.1 MPC-Buoy 超聲控藻浮標(biāo)

MPC-Buoy是LG Sonic的核心產(chǎn)品，外形為浮動(dòng)式平臺(tái)，頂部搭載太陽能板，水下掛載四個(gè)超聲波發(fā)射器與一套多參數(shù)水質(zhì)傳感器。單臺(tái)裝置的處理直徑可達(dá)800米，適合大面積水體使用。

技術(shù)參數(shù)（部分）：

浮體：3只鋁框聚乙烯浮筒，內(nèi)填閉孔聚氨酯泡沫，總浮力容量約270–285 kg

太陽能板：3塊250 Wp單晶硅板

電池：24V、40Ah磷酸鐵鋰電池

遙測(cè)通訊：GSM/GPRS（4G），可選配銥星衛(wèi)星、CDMA、無線電

超聲波發(fā)射器：4個(gè)，發(fā)射參數(shù)可程控調(diào)節(jié)

水質(zhì)傳感器：葉綠素α（470 nm）、藻藍(lán)蛋白（610 nm）、濁度、pH、溶解氧、溫度，支持?jǐn)U展

數(shù)據(jù)接口：RS485 ×1、RS232 ×3、SDI-12 ×1、4個(gè)模擬通道

工作原理：

MPC-Buoy的超聲波發(fā)射器向上覆水層發(fā)送低功率聲波，在水體表層形成一定聲壓場(chǎng)。藻類細(xì)胞內(nèi)部用于調(diào)節(jié)浮力的氣囊結(jié)構(gòu)（gas vesicles）在聲波作用下發(fā)生振動(dòng)、塌陷，細(xì)胞隨之失去上浮能力，無法接近水面吸收光能進(jìn)行光合作用。沉入水底的藻類細(xì)胞進(jìn)入自然分解過程，且因細(xì)胞未被直接擊碎，分解時(shí)不向水中釋放藻毒素。

為適應(yīng)不同水體中藻類種群結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化及水質(zhì)條件差異，MPC-Buoy配備了“Chameleon Technology™"（變色龍技術(shù)），可根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)切換波形、頻率、間歇時(shí)長和振幅等超聲參數(shù)，以防止藻類產(chǎn)生適應(yīng)性。

4.2 E-line 超聲波控藻系列

E-line系列適用于中小型水體（如景觀湖、河道、污水廠集水池、冷卻塔等），通過在水下安裝復(fù)合頻率超聲波發(fā)射器，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)藻類抑制。單臺(tái)裝置覆蓋直徑約200米。該系列支持在一個(gè)控制器上連接多個(gè)頻率發(fā)射器，各發(fā)射器可根據(jù)不同水深和水質(zhì)工況獨(dú)立編程運(yùn)行。

4.3 PO? 磷酸鹽在線監(jiān)測(cè)傳感器

磷酸鹽是藻華形成的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子之一。LG Sonic的PO?傳感器將實(shí)驗(yàn)室級(jí)檢測(cè)流程集成于一臺(tái)原位運(yùn)行的裝置中，采用“鉬黃法"顯色原理，通過LED光學(xué)檢測(cè)與3D微流控模塊完成自動(dòng)采樣、顯色、檢測(cè)與數(shù)據(jù)回傳。設(shè)備每次測(cè)量前進(jìn)行2點(diǎn)自動(dòng)校準(zhǔn)，可在不同水深位置實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)，為藻華預(yù)警提供直接的數(shù)據(jù)支撐。

五、優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

（1）分層囊泡干擾機(jī)理，減少毒素釋放風(fēng)險(xiǎn)。 該技術(shù)不依賴細(xì)胞裂解方式殺滅藻類（即非“破壁式"控藻），而是通過干擾藻類氣囊結(jié)構(gòu)使其沉降并自然分解，分解過程中不易出現(xiàn)藻毒素集中釋放的情況。該機(jī)理被表述為對(duì)魚類、水生植物和浮游動(dòng)物較為安全。

（2）參數(shù)可動(dòng)態(tài)調(diào)整，降低藻類適應(yīng)性風(fēng)險(xiǎn)。 藻類可在短期內(nèi)對(duì)單頻超聲產(chǎn)生適應(yīng)性響應(yīng)。為此，系統(tǒng)將波形、頻率、間歇時(shí)間、振幅等構(gòu)建為可動(dòng)態(tài)切換的超聲程序。在遇到水質(zhì)參數(shù)發(fā)生顯著波動(dòng)時(shí)，程序可自動(dòng)或遠(yuǎn)程調(diào)整為新的執(zhí)行方案，從而盡可能保持處理效果的穩(wěn)定。

（3）多參數(shù)在線監(jiān)測(cè)與藻華預(yù)測(cè)。 浮標(biāo)每10分鐘采集一次葉綠素α、藻藍(lán)蛋白、pH、濁度、溶解氧和溫度等參數(shù)。結(jié)合項(xiàng)目積累超過10年的全球運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，由算法模型識(shí)別藻華趨勢(shì)并提前發(fā)出預(yù)警提示。用戶還可通過MPC-View在線軟件遠(yuǎn)程查看水質(zhì)變化、設(shè)置報(bào)警閾值、生成數(shù)據(jù)報(bào)表等。

（4）運(yùn)行維護(hù)頻率較低。 主要維護(hù)周期約為每半年一次，維護(hù)事項(xiàng)可在水面上乘船完成，無需將浮標(biāo)拖回岸邊。超聲波發(fā)射器配有Aquawiper™自動(dòng)清洗裝置，定期清除表面生長的微生物膜，以持續(xù)保持超聲輸出的效能。據(jù)研究顯示，在缺乏定期清洗的情況下，發(fā)射器因污損附著可導(dǎo)致超聲輸出衰減達(dá)50%以上。

（5）幾乎全年均可部署，不用因冬季撤回。 浮標(biāo)在高溫、低溫、高海拔及沙漠干旱等氣候條件下均可正常運(yùn)行，常規(guī)情況下無需在寒冬時(shí)節(jié)將其移出水面。

六、主要應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)資料，LG Sonic的產(chǎn)品已應(yīng)用于以下五類具有代表性的水體場(chǎng)景：

（1）飲用水水源水庫。 對(duì)用于供給飲用水的湖泊和水庫進(jìn)行藻類預(yù)防與治理，以減少化學(xué)藥劑消耗，同時(shí)改善由藻類引起的感官嗅味問題。案例顯示，位于多米尼加共和國Valdesia水庫在使用MPC-Buoy后，首年葉綠素α水平下降了87%。

（2）工業(yè)冷卻水池。 對(duì)電廠、石化等工業(yè)設(shè)施冷卻水系統(tǒng)中的藻類進(jìn)行控制，有助于減少后續(xù)管道的生物污堵，維持冷卻系統(tǒng)換熱效率。

（3）市政污水與自然靜水景觀水體。 市政污水處理廠的穩(wěn)定塘或景觀湖中因富營養(yǎng)化頻繁發(fā)生藻華，通過布設(shè)浮標(biāo)裝置可降低出水的總懸浮固體（TSS）、生化需氧量（BOD）及相關(guān)指標(biāo)，降低后續(xù)深度處理工序的負(fù)擔(dān)。在公園、高爾夫球場(chǎng)等景觀水體中，也有應(yīng)用以兼顧水質(zhì)改善與景觀維護(hù)。

（4）水力發(fā)電水庫。 對(duì)壩前庫區(qū)的藻華進(jìn)行持續(xù)處理，以減少壩體水工建筑物、閘門等附著生物的滋擾，有效減少與藻相關(guān)的運(yùn)行維護(hù)成本。據(jù)報(bào)道，在美國佛羅里達(dá)的一座水電水庫（水面面積約1700英畝）的項(xiàng)目中，藻類下降水平約為87%。

（5）農(nóng)業(yè)灌溉水源。 對(duì)灌溉水庫和渠道水體進(jìn)行藻類控制，以避免絲狀藻類堵塞過濾器與滴灌管路滴頭，保障農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)用水通暢。