CN104261512A - 一种基于太阳能发电的超声除藻方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于太阳能发电的超声除藻方法和设备，除藻方法包括以下步骤：富藻水收集；超声除藻；富藻水过滤；干化藻收集；除藻设备包括由太阳能发电组，蓄电池、逆变器和电源控制器组成的电力单元、藻类收集单元、藻类过滤单元、藻类干化单元、干化藻存储仓和用于支承上述部件的承重体，藻类收集单元包括储水槽、钳夹和除藻槽，藻类过滤单元从下至上依次为排水槽、摇床、过滤槽，过滤槽中设有刮板并且铺设有过滤层，藻类干化单元由预热干化槽、干化箱和带气泵的蒸汽导出管构成；本发明提供的除藻方法除藻效果好并且不会对水体产生二次污染；除藻设备集灭藻、藻类烘干、藻类收集功能为一体，除藻彻底并且除藻成本低。

Description

一种基于太阳能发电的超声除藻方法及设备

技术领域

本发明涉及一种除藻方法和设备，特别涉及一种以太阳能作为电力来源的超声除藻方法和设备。

背景技术

近十几年，由于水体富营养化，而引起大面积的蓝藻水华诞生，对水中生物及饮用水水源产生重大威胁，藻类腐烂时降解产生的藻毒素对人类及生物健康造成威胁，目前，国内外也开发了很多除藻去水华的方法，根据其去除原理可分为物理方法、化学方法和生物方法。

物理方法主要是对蓝藻进行收集处理，如人工打捞、除藻船等，该方法具有见效速度快，比较适用于藻浓度较高时，已形成严重蓝藻水华时，适用性较强，但针对还未形成蓝藻水华时低浓度蓝藻并不具有适用性，而且在除藻的过程中，一部分除藻船采用燃油动力系统，其产生的废气对环境不可避免的造成污染，且耗费不可再生能源，而一部分用电能，限制了其使用移动灵活性。

化学方法是根据蓝藻水华的化学生物特性，往水体中喷洒各种消毒剂等，但该法容易对水体造成二次污染，不能适用于养殖区域蓝藻水华的去除。

生物方法，是通过水体中食物链，往水体中放养鲢鱼、鳙鱼及蚌类等滤食浮游生物等，可抑制微囊藻的繁殖，但此类生物对水体环境有一定要求，其对藻类的摄食没有选择性，去除蓝藻的能力有限，只能作为辅助性的一种去除方法。寻找一种清洁、快速有效去除蓝藻水华的方法，而且在藻浓度不高时进行除藻，成为水体治理领域解决亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种基于太阳能发电的超声除藻方法及设备，在发生水华时可快速有效且清洁的去除大面积蓝藻，除藻效果好并且不会对治理的水域产生二次污染。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种基于太阳能发电的超声除藻方法，包括以下步骤：

(1)富藻水收集：使用太阳能供电的收集装置将水面上的藻类聚集形成富藻水，将富藻水收集在储水槽中；

(2)超声除藻：使用水泵将储水槽中的富藻水抽至除藻槽中，使用超声波发生器向除藻槽中发射超声波，超声波对富藻水中的藻细胞进行破碎得到藻液，实现灭藻目的，水泵和超声波发生器均由太阳能供电；

(3)富藻水过滤：将藻液引入太阳能供电的过滤装置中，通过过滤装置滤出藻液中的藻类残渣，将过滤装置滤出的水直接排放至水域中；

(4)藻类干化：将过滤所得的藻类残渣聚集，随后将聚集的藻类残渣堆放至太阳能供电的烘干装置中，首先在烘干装置中对藻类残渣进行预热，除去藻类残渣之间蓄存的水，随后将预热后的藻类残渣进行干化，烘干藻类残渣中含带的水分得到干化藻，藻类残渣中的水分汽化成为热蒸汽，将热蒸汽抽出，冷却成冷凝水后直接排放至水域中；

(5)干化藻收集：将干化藻收集并冷却至室温，将冷却后的干化藻存储在存储仓中。

本发明还对应提供一种用于上述方法的基于太阳能供电的超声除藻设备，至少包括由太阳能发电组，蓄电池、逆变器和电源控制器组成的电力单元、超声波发生器和用于支承上述部件的承重体，电源控制器连接逆变器的输入端和太阳能发电组，太阳能发电组包括太阳能电池板和安装在桅杆上的太阳能船帆，太阳能电池板安装在太阳能船帆的下方，承重体上设有支撑板，电力单元安装在支撑板上，支撑板和承重体组成除藻仓，除藻仓中从前往后依次安装有藻类收集单元，藻类过滤单元，藻类干化单元和干化藻存储仓，超声波发生器安装在藻类收集单元中；所述藻类收集单元包括安装在承重体前端的藻类收集器，和通过进水管道与藻类收集器连通的除藻槽，藻类收集器包括储水槽和钳夹，储水槽的盒体由圆管和圆台型的底部构成，圆管上设有孔径为3～10㎝的网孔，钳夹安装在储水槽下方，钳夹的钳嘴位于储水槽的前方，超声波发生器位于除藻槽外并与除藻槽的底面连接，除藻槽与藻类过滤单元连通；所述藻类过滤单元从下至上依次为排水槽、摇床和过滤槽，过滤槽的入料口通过水管与除藻槽的出水口连通，过滤槽位于除藻槽的出水口下方并且固定在摇床上，过滤槽中设有刮板并且铺设有过滤层，刮板位于过滤层上方并且与过滤层的表面接触，过滤槽的底端设有带水管的出水口，过滤槽通过水管与排水槽连通，排水槽上设有伸向承重体外的出水管道；所述藻类干化单元由预热干化槽、干化箱和带气泵的蒸汽导出管构成，预热干化槽位于过滤槽的出料口与干化箱的进料口之间，预热干化槽中设有推板，干化箱中设有可移动的搅拌器，干化箱箱体中安装有发热电阻丝，蒸汽导出管紧密缠绕在预热干化槽的槽壁外，一端连通干化箱，另一端伸入排水槽中；干化藻存储仓的进料口连通干化箱的出料口。

所述桅杆为伸缩杆，桅杆底端通过滚动轴承固定在支撑板上。

钳夹的钳嘴为两个开口相对的半圆球壳。

过滤槽和预热干化槽的出料口上均对称设有两扇门板，两扇门板通过弹簧连接。

进水管道和出水管道上均设有水泵。

所述承重体为小型渔船，船体前端设有支架，储水槽和钳夹均固定在支架上。

除藻槽的出水口上设有电动阀。

所述过滤层为三层层叠结构，从下至上依次为鹅卵石层、细沙层和植物纤维层。

由上述技术方案可知，本发明提供的基于太阳能供电的超声除藻方法，在超声除藻前将藻类聚集，提高处理区水域含藻浓度，增大单位时间内的水体处理面积，提高处理效率；将超声波灭除的藻类干化并存储，避免破碎的藻类污染水体，防止二次污染；进行藻类干化时，先对藻类进行预热，去除藻类中部分水分，随后将藻类烘干，预热减少了烘干时间，加快除藻效率。

本发明提供的基于太阳能供电的超声除藻设备，包括由太阳能发电组，蓄电池、逆变器和电源控制器组成的电力单元、藻类收集单元、藻类过滤单元、藻类干化单元、干化藻存储仓和用于支承上述部件的承重体，电力单元中的太阳能船帆的桅杆为伸缩杆，桅杆安装在滚动轴承中，太阳能船帆可升降和改变方向，发电的同时利用风能驱动设备前进。

安装在船体前的舀水钳可将设备前进方向及其两侧的藻类聚集在储水槽中，提高超声除藻的效率，储水槽的槽壁上设有网孔，网孔可将水体中体积较大的污染物阻隔在储水槽外，避免损坏除藻设备。

使用从下至上依次铺设的鹅卵石层、细沙层和植物纤维层作为过滤层，植物纤维层可有效粘附水体中破碎的藻类，细沙层可将穿过植物纤维层的藻类粘附在细沙表面，底层鹅卵石之间的空隙较大，可使滤出的水快速排出，植物纤维层上的刮板可将滤出的藻类及时刮离植物纤维层，避免藻体堵塞过滤层，影响过滤效果。

干化预热槽外紧密缠绕蒸汽导出管，利用蒸汽导出管中蒸汽含带的热量对滤出的藻类进行预热，预热不耗能，干化预热槽同时对蒸汽导出管中的热蒸汽进行冷却，加快蒸汽的流速，干化箱中设有搅拌器，搅拌器可翻转干化箱中的藻类，是藻类受热均匀，提高烘干效率。

与现有技术相比，本发明提供的除藻方法将藻类收集后进行灭藻，并将破碎的藻类聚集，提高了除藻效率，除藻效果好并且不会对水体产生二次污染；除藻设备使用太阳能发电板作为船帆，设备行驶和除藻均不需消耗化石能源，可持续除藻，该设备集灭藻、藻类烘干、藻类收集功能为一体，除藻彻底并且除藻成本低。

附图说明

图1为本发明提供的基于太阳能供电的超声除藻设备结构示意图。

图2为藻类干化单元的结构示意图。

图3为过滤槽的结构示意图。

其中，1-支架，2-超声波发生器，3-电动阀，4-排水槽，5-蒸汽导出管，6-摇船，7-预热干化槽，8-推板，9-干化箱，10-搅拌器，11-干化藻存储仓，12-水泵，13-出水管道，14-太阳能船帆，15-桅杆，16-滚动轴承，17-刮板，18-过滤槽，19-除藻槽，20-进水管道，21-储水槽，22-钳夹，23-气泵，24-门板，25-横梁，26-弹簧，27-植物纤维层，28-细沙层，29-鹅卵石层，30-支撑板，31-太阳能电池板，32-电源控制器，33-蓄电池，34-逆变器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明。

本发明提供的超声除藻方法，步骤如下：

(1)富藻水收集：将除藻设备放置在带治理水域的水面上，使用太阳能供电的收集装置将除藻设备行驶方向及其两侧水面上的藻类聚集形成富藻水，将富藻水收集在储水槽中；

(2)超声除藻：使用太阳能供电的水泵将储水槽中的富藻水抽至除藻槽中，使用太阳能供电的超声波发生器向除藻槽中发射超声波，超声灭藻10分钟，超声波对富藻水中的藻细胞进行破碎得到藻液，实现灭藻目的；

(3)富藻水过滤：将藻液引入太阳能供电的过滤装置中，通过过滤装置滤出藻液中的藻类残渣，将过滤装置滤出的水集中到水槽中，用太阳能供电的抽水机将过滤后的水直接排放至水域中；

(4)藻类干化：将过滤所得的藻类残渣聚集，随后将聚集的藻类残渣堆放至太阳能供电的烘干装置中，首先在烘干装置中对藻类残渣进行预热15～20分钟，除去藻类残渣之间蓄存的水，随后将预热后的藻类残渣进行干化，将藻类残渣烘干20～30分钟，烘干藻类残渣中含带的水分得到干化藻，藻体中的水分汽化成为热蒸汽，将热蒸汽抽出并通入水槽中，热蒸汽冷却成冷凝水，冷凝水随水槽中的水一同排放至水域中；

(5)干化藻收集：将干化藻收集并冷却至室温，将冷却后的干化藻存储在存储仓中。

本实施例还对应提供一种用于上述方法的基于太阳能供电的超声除藻设备，除藻设备的结构如图1所示，承重体上设有支撑板30，承重体为小型渔船，太阳能发电组，蓄电池33、逆变器34和电源控制器32组成电力单元，电源控制器连接逆变器的输入端和太阳能发电组，电力单元安装在支撑板上，支撑板和承重体组成除藻仓，除藻仓中从前往后依次安装有藻类收集单元，藻类过滤单元，藻类干化单元和干化藻存储仓，超声波发生器2安装在藻类收集单元中；所述太阳能发电组包括太阳能电池板31和安装在桅杆15上的太阳能船帆14，太阳能电池板安装在太阳能船帆的下方，桅杆为伸缩杆，桅杆底端通过滚动轴承16固定在支撑板上。

藻类收集单元包括安装在承重体前端的藻类收集器，和通过进水管道20与藻类收集器连通的除藻槽19，藻类收集器包括储水槽21和钳夹22，船体前端设有支架1，储水槽和钳夹均固定在支架上，储水槽的盒体由圆管和圆台型的底部构成，圆管上设有孔径为3～10㎝的网孔，钳夹安装在储水槽下方，钳夹的钳嘴位于储水槽的前方，所述钳夹的钳嘴为两个开口相对的半圆球壳，超声波发生器2位于除藻槽外并与除藻槽的底面连接，除藻槽的出水口上设有电动阀3。

藻类过滤单元从下至上依次为排水槽4、摇床6和过滤槽18，过滤槽的入料口通过水管与除藻槽的出水口连通，过滤槽位于除藻槽的出水口下方并且固定在摇床上，过滤槽的结构如图3所示，过滤槽中设有刮板17并且铺设有过滤层，刮板位于过滤层上方并且与过滤层的表面接触，过滤层为三层层叠结构，从下至上依次为鹅卵石层29、细沙层28和植物纤维层27，过滤槽的出料口上对称设有两扇门板24，两扇门板通过弹簧26连接，过滤槽的底端设有带水管的出水口，过滤槽通过水管与排水槽连通，排水槽上设有伸向承重体外的出水管道13，进水管道和出水管道上均设有水泵12.

藻类干化单元的结构如图2所示，由预热干化槽7、干化箱9和带气泵23的蒸汽导出管5构成，预热干化槽位于过滤槽的出料口与干化箱的进料口之间，预热干化槽中设有推板8，预热干化槽的出料口上对称设有两扇门板24，两扇门板通过弹簧26连接，干化箱中设有可移动的搅拌器10，搅拌器的顶端固定在横梁上25，干化箱箱体中安装有发热电阻丝，蒸汽导出管紧密缠绕在预热干化槽的槽壁外，一端连通干化箱，另一端伸入排水槽中；干化藻存储仓11的进料口连通干化箱的出料口。

使用上述除藻设备在可发生蓝藻水华时，快速有效且清洁的去除大面积蓝藻水华，在蓝藻浓度低时可阻碍蓝藻发展，具体使用方式如下：

使用方式1：在蓝藻水华爆发水域进行除藻。

将设备至于蓝藻水华爆发区，正对太阳升起太阳能船帆和太阳能板，启动太阳能发电系统，调整储水槽的高度，使得储水槽锥形底部的开口略高于水面，打开钳夹的控制开关，钳夹不断开阖，将设备前进方向及其两侧水面上的藻类聚集在储水槽中，储水槽的锥形底部装满富藻水时，打开水泵开关，富藻水被送入除藻槽中，打开超声波发生器开关，超声除藻10分钟后，打开电动阀开关，富藻水进入过滤槽，打开可变速摇床开关，摇动过滤30～40分钟后打开刮板控制开关，刮板将藻类刮向出口端，藻类在出口端聚集到一定程度后挤开门板，过滤后的藻类进入预热干化槽，藻类在预热干化槽中预热15～20分钟，打开预热干化槽的自动推板开关，推板将藻类推向出口端，藻类在出口端聚集到一定程度后挤开门板，预热后的藻类进入干化箱，打开干化箱开关、搅拌器开关，将预热后的藻类在干化箱中烘干20～30分钟，将干化藻存储于干化藻储存仓中，干化藻充满干化藻存储仓后将设备驶回岸边，干化藻运至岸上。

使用方式2：在蓝藻未形成水华的水域进行除藻。

将设备放置在至于水面上，将超声波发生器置于水体中，启动太阳能发电系统，打开电源控制器中的超声波发生器开关，其余装置均不运行，结束作业时，关闭超声波发生器开关和太阳能发电组。

Claims (9)

1.一种基于太阳能发电的超声除藻方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)富藻水收集：使用太阳能供电的收集装置将水面上的藻类聚集形成富藻水，将富藻水收集在储水槽中；

(2)超声除藻：使用水泵将储水槽中的富藻水抽至除藻槽中，使用超声波发生器向除藻槽中发射超声波，超声波对富藻水中的藻细胞进行破碎得到藻液，实现灭藻目的，水泵和超声波发生器均由太阳能供电；

(3)富藻水过滤：将藻液引入太阳能供电的过滤装置中，通过过滤装置滤出藻液中的藻类残渣，将过滤装置滤出的水直接排放至水域中；

(4)藻类干化：将过滤所得的藻类残渣聚集，随后将聚集的藻类残渣堆放至太阳能供电的烘干装置中，首先在烘干装置中对藻类残渣进行预热，除去藻类残渣之间蓄存的水，随后将预热后的藻类残渣进行干化，烘干藻类残渣中含带的水分得到干化藻，藻类残渣中的水分汽化成为热蒸汽，将热蒸汽抽出，冷却成冷凝水后直接排放至水域中；

(5)干化藻收集：将干化藻收集并冷却至室温，将冷却后的干化藻存储在存储仓中。

2.一种用于权利要求1所述方法的基于太阳能发电的超声除藻设备，至少包括由太阳能发电组，蓄电池、逆变器和电源控制器组成的电力单元、超声波发生器和用于支承上述部件的承重体，电源控制器连接逆变器的输入端和太阳能发电组，其特征在于：太阳能发电组包括太阳能电池板和安装在桅杆上的太阳能船帆，太阳能电池板安装在太阳能船帆的下方，承重体上设有支撑板，电力单元安装在支撑板上，支撑板和承重体组成除藻仓，除藻仓中从前往后依次安装有藻类收集单元，藻类过滤单元，藻类干化单元和干化藻存储仓，超声波发生器安装在藻类收集单元中；所述藻类收集单元包括安装在承重体前端的藻类收集器，和通过进水管道与藻类收集器连通的除藻槽，藻类收集器包括储水槽和钳夹，储水槽的盒体由圆管和圆台型的底部构成，圆管上设有孔径为3～10㎝的网孔，钳夹安装在储水槽下方，钳夹的钳嘴位于储水槽的前方，超声波发生器位于除藻槽外并与除藻槽的底面连接，除藻槽与藻类过滤单元连通；所述藻类过滤单元从下至上依次为排水槽、摇床和过滤槽，过滤槽的入料口通过水管与除藻槽的出水口连通，过滤槽位于除藻槽的出水口下方并且固定在摇床上，过滤槽中设有刮板并且铺设有过滤层，刮板位于过滤层上方并且与过滤层的表面接触，过滤槽的底端设有带水管的出水口，过滤槽通过水管与排水槽连通，排水槽上设有伸向承重体外的出水管道；所述藻类干化单元由预热干化槽、干化箱和带气泵的蒸汽导出管构成，预热干化槽位于过滤槽的出料口与干化箱的进料口之间，预热干化槽中设有推板，干化箱中设有可移动的搅拌器，干化箱箱体中安装有发热电阻丝，蒸汽导出管紧密缠绕在预热干化槽的槽壁外，一端连通干化箱，另一端伸入排水槽中；干化藻存储仓的进料口连通干化箱的出料口。

3.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：所述桅杆为伸缩杆，桅杆底端通过滚动轴承固定在支撑板上。

4.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：钳夹的钳嘴为两个开口相对的半圆球壳。

5.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：过滤槽和预热干化槽的出料口上均对称设有两扇门板，两扇门板通过弹簧连接。

6.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：进水管道和出水管道上均设有水泵。

7.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：所述承重体为小型渔船，船体前端设有支架，储水槽和钳夹均固定在支架上。

8.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：除藻槽的出水口上设有电动阀。

9.根据权利要求2所述的基于太阳能发电的超声除藻设备，其特征在于：所述过滤层为三层层叠结构，从下至上依次为鹅卵石层、细沙层和植物纤维层。