一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置

摘要

本发明公开一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置，包括收集系统、扩散硅压力变送器、分离系统、净化系统、动能系统和浮动平台，收集系统包括自动开渡口、开渡门和切割刀，开渡门设置于自动开渡口处，自动开渡口连通扩散硅压力变送器，自动开渡口内设有切割刀；分离系统包括固液过滤网、氮磷同步吸附剂钢制过滤网和旋转盘，动能系统驱动旋转盘带动离心桶转动；净化系统包括下孔板、复合填层和上孔板，水体经过潜水泵输送至下孔板，净化后水体从上孔板流出；动能系统包括设置于浮动平台上的太阳能发电机构，装置本体连接在浮动平台的底部。本发明可对富营养化水体进行处理使得净化后的水质达到自然状态下的水质标准，避免水资源的浪费。

说明书

技术领域

本发明涉及水体治理技术领域，特别是涉及一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置。

背景技术

由于人类生活中大量使用化肥，以及各类污水的排放，已造成许多湖泊，河流水体氮磷污染严重，这种污染造成水体富营养化，导致了水质恶化。水体的富营养化是当今社会面临的重大环境问题之一，已成为经济社会发展的重要影响因素，经济而有效地控制水体富营养化已经成为当代亟待解决的环境问题。水体富营养化就像是湖泊的慢性疾病一样，完全“治愈”是非常困难的。目前没有有效的治理手段来完全防止和治理水体富营养化。

发明内容

本发明的目的是提供一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置，以解决上述现有技术存在的问题，可对遥感技术监测到的富营养化水体进行定点投放、多机联合投放，使得净化后的水质达到自然状态下的水质标准，避免水资源的浪费。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置，包括收集系统、扩散硅压力变送器、分离系统、净化系统、动能系统和浮动平台，装置本体的内腔从上至下依次设置有收集系统和分离系统，净化系统位于装置本体的外腔；收集系统包括自动开渡口、开渡门和切割刀，开渡门设置于自动开渡口处并用于控制自动开渡口的打开或关闭，自动开渡口连通扩散硅压力变送器，所述扩散硅压力变送器用于控制开渡门的开关，自动开渡口内设有切割刀；

分离系统包括自上而下依次设置在离心桶内的固液过滤网、氮磷同步吸附剂钢制过滤网和旋转盘，扩散硅压力变送器设置在固液过滤网的下方，动能系统驱动旋转盘带动离心桶转动，经分离后的水体通过动能系统中的潜水泵与净化系统相连；

净化系统包括下孔板、复合填层和上孔板，水体经过潜水泵输送至下孔板，然后经过复合填层进行水体净化后从上孔板流出；动能系统包括设置于浮动平台上的太阳能发电机构，装置本体连接在浮动平台的底部。

优选地，切割刀包括固定杆、传动杆、压片器、垫片、护刃器、动刀片和刀杆。压片器和垫片将刀杆及护刃器固定在固定杆上，刀杆装有动刀片，切割刀在传动杆的带动下进行工作。切割刀采用往返式切割刀，其原理是由传动杆的空间运动变成拔叉的固定杆转动，进而达到的往复运动。往复式切割刀的护刃器将目标浮游物分成若干份递向动刀片，动刀片在往复运动中将目标推向护刃器固定部分进行切割。

优选地，扩散硅压力变送器是把带隔离的硅压阻式压力敏感元件封装于不锈钢壳体内制作而成。

优选地，复合填层包括下纤维介质、陶粒、硅藻土-沸石复合剂、竹丝填料和上纤维介质。

优选地，净化系统的进水口处设置有防倒流设备。防倒流设备采用DSBP741X型低阻力倒流防止器。利用介质流过进水阀时因机械阻力和过流水头损失而减压，使进口压力高于泄水阀腔的压力，这个压差控制泄水阀关闭，保证倒流防止器正常工作。

优选地，浮动平台上种植有植物，水体经净化系统的上孔板流出口流出后植物根系对水体再次进行净化过滤。

优选地，太阳能发电机构包括单晶硅太阳能电池发电板和蓄电舱，单晶硅太阳能电池发电板安装在浮动平台上方，单晶硅太阳能电池发电板产生的直流电进入蓄电舱储存，使用时通过逆变器将蓄电舱的直流电逆变成交流电；潜水泵与太阳能发电机构电连接。

优选地，单晶硅太阳能电池发电板产生的直流电通过电路管经过防反充电二级管再触发控制器充电回路中的开关，将开关打开，进入设备下端的蓄电舱进行储电，蓄电舱两端安装有防反接二极管和保险丝，蓄电舱安装的蓄电池放电开关与潜水泵及切割刀负荷相连。

优选地，还包括有GPS定位仪，GPS定位仪设置于浮动平台的底部。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明利用太阳能提供装置的所有电能，节约能源，绿色环保；利用生态浮岛模型的机动性能高的特点，可大范围有效地处理湖泊水体富营养化，治理封闭式水体的水质。且本装置不受季节性气候影响，工作效率高；本发明还可拼接多台仪器共同工作，可形成大面积工作区域，处理能力强，处理范围广；拆卸维护方便，简单。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供装置结构示意图；

图2为开渡口切割刀示意图；

图3为复合填层装置示意图；

图4为太阳能发电储电系统示意图；

其中，1植物；2单晶硅太阳能电池发电板；3自动开渡口；4切割刀；5浮动平台；6开渡门；8复合填层；9电路管；10水泵出口；11输水管；12推进器；13进水口；14氮磷同步吸附剂钢制过滤网；15固液过滤网；16蓄电舱；17潜水泵；18旋转盘；20离心桶；21GPS定位仪；22浮游物；23扩散硅压力传感器；24固定杆；25传动杆；26压片器；27垫片；28护刃器；29动刀片；30刀杆；31防倒流设备；32下孔板；33下纤维介质；34陶粒；35硅藻土-沸石复合剂；36竹丝填料；37上纤维介质；38上孔板；39植物根系；40出口；41固定装置；42防反充电二级管；43防反接二极管；44控制器充电回路中的开关；45蓄电池放电开关；46保险丝；47泄荷负载。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置，以解决上述现有技术存在的问题，可对遥感技术监测到的富营养化水体进行定点投放、多机联合投放，使得净化后的水质达到自然状态下的水质标准，避免水资源的浪费。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供一种同步处理富营养化水体及水体中浮游物的装置，将置于受富营养化和浮游物影响的水体中，水体及浮游物22由于重力自发流进本发明内收集系统，收集系统包括自动开渡口3、切割刀4、开渡门6、连通扩散硅压力变送器23。水体及浮游物22由于重力自发流进，自动开渡口3连通扩散硅压力变送器23，将感受到的液体和固体压力，并将其转换成标准的电信号对外输出，通过收集电信号控制开渡门6的开关，监控装置收集情况，及时处理收集的浮游物22。

自动开渡口3内设有切割刀4防止浮游物22体积过大而导致开渡口堵塞。附图2为切割刀示意图，主要由固定杆24，传动杆25，压片器26，垫片27，护刃器28，动刀片29，刀杆30组成。压片器26和垫片27将刀杆30及护刃器28固定在固定杆24上，刀杆30装有动刀片，切割刀4在传动杆25的作用下进行工作。本发明的切割刀4采用往返式切割刀，其原理是由传动杆25的空间运动变成拔叉的固定杆24转动，进而达到的往复运动。往复式切割刀的护刃器28将目标浮游物22分成若干份递向动刀片29，动刀片29在往复运动中将目标推向护刃器28固定部分进行切割。

富营养化水体及浮游物经过收集系统的初步处理后将会到达本发明的分离系统。本发明的分离系统包括固液过滤网15、DATA-52系列扩散硅压力变送器23、氮磷同步吸附剂钢制过滤网14、旋转盘18、离心桶20在第一层固液过滤网15的下方装有扩散硅压力传感器23，水体经过固液过滤网15过滤后，水体中的浮游物22留在离心桶20内，当重力达到标准时，扩散硅压力传感器23将信号传送给自动开渡口3，开渡口接受到传来的电信号，开渡门6就关闭。

DATA-52系列的扩散硅压力变送器23是把带隔离的硅压阻式压力敏感元件封装于不锈钢壳体内制作而成。利用压阻效应原理，被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上不锈钢或陶瓷，使膜片产生与介质压力成正比的微小位移，使传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。将感受到的液体或气体压力转换成标准的电信号对外输出，通过收集电信号控制开渡门6的开关，监控装置收集情况，及时处理收集的浮游物22。

水体经过固液过滤网15过滤后，水中的较大的浮游物22得到了有效的处理。接下来通过旋转盘18高速旋转产生离心力，水和离心桶20桶壁、浮游物22和水、浮游物22和离心桶20桶壁互相摩擦，水体中的水在离心力的作用下向下流经第二层过滤网氮磷同步吸附剂钢制过滤网14进行二次过滤，使水体中的水和浮游物22进一步分离。氮磷同步吸附剂钢制过滤网14在过滤掉浮游物22的同时吸附一次N、P元素并控制氮磷的释放，还能够有效地防止该系统堵塞。

水体经过固液过滤网15及氮磷同步吸附剂钢制过滤网14的二次过滤水体中的浮游物22将过滤完成，将达到排入复合填层8进行下一步的处理的标准。

水体从离心桶20到净化系统需要通过潜水泵17的作用。水体通过旋转盘18正中间的潜水泵17进水口13集中进入，通过潜水泵17的传输作用水体通过输水管11输送至水泵出口10再流入复合填层8。净化系统包括氮磷同步吸附剂钢制过滤网14，复合填层8，植物1。

附图3为复合填层8装置示意图，主要由防倒流设备31，输水管11，下孔板32，下纤维介质33，陶粒34，硅藻土-沸石复合剂35，竹丝填料36，上纤维介质37，上孔板38，植物根系39，出口40，固定装置41组成。水体经过潜水泵17到达复合填层8装置中的防倒流设备31，再经过输水管11输送至下孔板32。在潜水泵17提供的动力后水体经过下纤维介质33，再通过陶粒34、硅藻土-沸石复合剂35、竹丝填料36进行水体净化。

复合吸附剂中的亲水性功能性基团，快速及大量吸附富营养化水体中的污染物。陶粒34内部细密蜂窝状微孔很好的吸附污染物，这些微孔都是封闭型的，而不是连通型的，它是由于气体被包裹进壳内而形成的，这是陶粒质轻吸附性好的主要原因。硅藻土独特的纳米微孔结构，有良好的交换性和选择吸附性，沸石是一种含水的架状铝硅酸盐矿物，能去除污水中的氨氮磷，对其他污染物质也有一定的去除能力。硅藻土－沸石复合剂35对氮，磷的吸附效果更为显著，因此本装置选择其为复合填层一部分。竹丝填料36可以形成一些零散的竹丝纤维，生物膜结构，加强对大分子有机颗粒和无机颗粒的网捕作用。通过陶粒34、硅藻土-沸石复合剂35、竹丝填料36的净化后水体将通过上纤维介质37及上孔板38，在上孔板上多种植物组合植物根系39对水中氮磷污染物进行最后的净化。最后水体通过出口40排出本发明。多种植物的组合对水中氮磷污染物的去除效果都要优于种植单一植物。通过运用生物浮岛技术原理，一方面表现在利用植物浓密且表面积很大的根系网，吸附水体中大量的N、P元素，另一方面装置通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用，阻止浮游植物的过度生长。同时在装置上方种有茂密的水生植物，水生植物可根据当地的自然环境来选取。一般有水芹、凤眼莲、鸢尾、再力花、黄菖蒲这些挺水植物，以及狐尾藻、伊乐藻、金鱼藻这些沉水植物。

浮岛工作的原理参考无土栽培技术的原理，利用植物根系39和水体的直接接触，对水体中的氮、磷和有机污染物等富营养物质的吸收来降低水体的化学输氧量；通过植物和床体对阳光的遮挡抑制藻类的生长；通过填料与动植物微生物的共同作用加强对水中悬浮物质的沉淀来增加水体的透明度。

本发明充分利用太阳能发电。其组成动能系统包括单晶硅太阳能电池发电板2、蓄电舱16、潜水泵17、推进器12。单晶硅太阳能电池发电板2，将安装在浮动平台5上方，单晶硅太阳能电池发电板2发电：通过光伏效应收集电力，且主要利用单晶硅太阳能电池组，它的构造和生产工艺已定型，产品已广泛用于空间和地面。单晶硅太阳能电池发电板2的光电转换效率为15％左右，实验室成果也有20％以上的，在太阳能电池中光电转换效率最高，可以为装置提供足够的动能。单晶硅太阳能电池发电板2产生的直流电首先进入设备下端的蓄电舱16储存，使用时通过逆变器将蓄电舱16的直流电逆变成交流电，确保了装置在不同的环境下能够正常运行。太阳能电池板通过12V/20A太阳能充电控制器对蓄电舱16进行充电。

附图4为太阳能发电储电系统示意图，其中包括单晶硅太阳能电池发电板2，防反充电二级管42，防反接二极管43，控制器充电回路中的开关44，蓄电池放电开关45，保险丝46，泄荷负载47。单晶硅太阳能电池发电板2产生的直流电通过电路管9经过防反充电二级管42再触发控制器充电回路中的开关44，将开关打开，进入设备下端的蓄电舱16进行储电。在蓄电舱16两端安装防反接二极管43，保险丝46。并安装蓄电池放电开关45并于潜水泵17及切割刀4等负荷相连。在控制器充电回路中的开关44处串联泄荷负载47，检测控制电路。用于监控电池两端电压。

潜水泵17是一体机化，电动机防水密封，可以长期潜入水中运行的一种水泵。该设备可以将水从分离系统传输到净化系统，并将净化后的水排入原水体。浮动平台5采用用高分子聚乙烯HDPE，经过吹塑工艺加工而成的组合模块状浮筒，可以自由组合成不同形状的浮动平台，并具有安装简单，拆卸方便，造价便宜，经久耐用等特点。

本发明的GPS定位系统21采用一款基于GPRS(数据流量)+SMS(短信)通讯方式的GPS卫星定位跟踪终端，采用具有高稳定性保证的GSM公众网络，完全吸取了这种通讯方式所有的接入响应速度快，永远在线，实时监测本发明的所在位置。可通过平台实时跟踪监控移动目标，监控当前速度，方向，行驶距离，行驶时间等，自动记录行驶轨迹，用户可播放历史移动轨迹。能够有效定点地对所在水域进行水体净化。

本发明具有移动性强、可循环处理富营养化水体和浮游固体的处理方式，可以有效治理富营养化水体以及水体中的浮游物，达到净化水体的目的。充分利用太阳能发电，通过分离系统将水体中的水、浮游物分离，再采用复合吸附技术、复合填层、水生植物共同作用对水质进行多级净化，从而达到对富营养化湖水进行治理修复。但是收集到的浮游物仍需要人工经常性地对其进行回收、投放、处理、清洁。

需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。