CN105565441B - 一种太阳能除藻船 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种太阳能除藻船，将船和反应装置有效的联合，提供低能耗、高效率、环保节能的水处理装置，它是由太阳能电池板、电化学反应器、船体三部分组成。反应中会产生大量微小气泡，由于电气浮的作用，带动水流在反应过程中自下而上随着气泡一起上升，电化学反应器内产生的微气泡使得反应体系内外产生密度差，从而形成自流泵，使藻水自动进入电化学反应器而无需外加推动力。该装置效率高，不产生二次污染，能有效合理地利用太阳能，利用太阳光转化成的电能维持反应的进行，大大降低了处理成本和维护费用，船放入水体后无需人工操作，反应过程中产生自动循环，从而达到除藻之目的，具有结构简单、节省成本和节能环保的优点。

Description

一种太阳能除藻船

技术领域

本发明涉及一种针对湖泊富营养化水体进行处理的节能高效的水处理装置，特别是涉及一种应用太阳能电催化降解的太阳能除藻船。

背景技术

水华是淡水水域近年来发生的重要环境灾害问题之一，2007年太湖发生大规模蓝藻爆发引起无锡供水危机后，政府部门和学术界都高度重视太湖治理。近几年通过控源截污、调水引流、蓝藻打捞、生态清淤等防控措施，但是由蓝藻爆发而造成的水华污染现象还时有发生，严重影响了水质环境和生态安全。目前，国内外关于蓝藻的消除研究已有很多，类似太湖这样浅水水面的湖泊发生水华，不仅仅需要及时发现、跟踪监测，更需要寻找快速经济的消除措施，从根本上解决严重的水环境问题。

现在的很多电化学方法降解藻类等有机物由于苛刻的实验条件，很难运用到现实中，同时节约能源、降低成本已成为应用技术中首要考虑的因素。专利号申请号为200910009057.7，名为“一种高能物理直接氧化蓝藻的工作平台”的发明设计了一整套电化学处理设施，虽设计全面，但是长时间工作耗油量大，性价比不高，处理效率低，同时一旦装置出现问题，维修也相对麻烦，而且费用昂贵。因此，尽量将电化学降解装置节能简化，同时不影响水处理效果已成为研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中电化学降解装置耗油量大、处理效率低、维修麻烦且费用昂贵的不足，本发明提供一种太阳能除藻船，将船和降解装置有效联合，采用太阳能电池板提供电源，达到节能简化的目的。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种太阳能除藻船，包括船体、若干块太阳能电池板和电化学反应器，所述太阳能电池板为所述电化学反应器提供电源，且所述太阳能电池板固定在所述船体上表面，所述船体的底部设有向上的凹槽，所述电化学反应器置于所述凹槽内，且所述电化学反应器与所述船体的底部连接，所述电化学反应器与所述太阳能电池板的电源输出端连接。

本除藻船直接利用由光伏组件——太阳能电池板产生的电能进行直接供电，充分利用太阳光，达到节能环保的作用；同时，省去逆变和蓄电装置，按功率转换效率的一般损失量每一次转换10％的损耗量计算，可节约能耗20％以上，大大降低了能耗，提高了使用效率，大大降低了装置的制造成本，节约空间；将电化学反应器设置在船体的底部，减少了电化学反应器与船体之间的连接结构。

进一步，所述电化学反应器包括至少两个平行设置的电极板，相邻所述电极板分别与所述太阳能电池板的不同极性的电源输出端连接，形成阳极板和阴极板间隔分布的栅格结构。

采用栅格结构的电化学反应器，充分利用空间位置，扩大了反应的面积，含藻水体可以最大限度的与电化学反应器的电极板接触，不受进出水口大小的限制，反应中会产生大量气泡，由于气浮的作用，反应过程中生成的悬浮物会随着气泡一起上升，电化学反应器内外产生密度差，从而形成自流泵，使湖水自动进入电化学反应器而无需外加推动力，提高了处理的效率，降低了成本，便于应用。另外，由于形成自流，船体也无需额外的动力机构进行推动，就能在湖面任意浮动，避免了除藻船静止在同一位置，提高了反应的效率，节省能源。

进一步，由于采用栅格结构，相邻电极板之间需要间隔一定的距离，因此，所述电化学反应器还包括若干连接杆和设置在电极板上的钻孔，所述连接杆包括PVC空心绝缘柱以及设置在所述PVC空心绝缘柱两端的硬质复合材料杆，所述硬质复合材料杆将电极板和PVC空心绝缘柱串起来，并进行固定，且所述电极板间隔均匀的与所述连接杆固定连接。

中间钻孔的阴阳极板间用特制的PVC空心绝缘柱分隔，由硬质复合材料杆将电极板和绝缘柱串起来，并进行固定，达到轻质有效的作用。通过连接杆既可以实现电极板之间的固定，也可以保证相邻电极板之间存在足够的反应空间，与箱体式相比可以增大水流量，不受进出水口大小的限制，效率更高。

优选的，所述阳极板和阴极板均采用钛电极，且所述阳极板上设有钴锡锑钽钌铱复合涂层。

采用钛电极作为阳极板和阴极板，钴锡锑钽钌铱复合涂层钛电极是一种具有高催化性能，无损耗的稳定电极。常规用石墨、铁、不锈钢等可溶性电极最多反应不超过48小时即消耗殆尽，不仅引入了新污染物，还对设备的正常运行带来了很大不便，要频繁的更换电极。复合涂层电极是一种不溶性电极，与常规用的石墨、铁、不锈钢等消耗性电极相比，具有电极本身不带来二次污染，效率高的优良性能；阳极板上涂有钴锡锑钽钌铱复合涂层，与同类型的DSA电极相比钴锡锑钽钌铱复合钛电极具有性能稳定，不易脱落，强化实验使用寿命可达5年以上，而普通的钛基DSA电极的使用寿命最长不超过2年；电催化效果好，催化性能优于钌铱钛涂层DSA电极的20％以上，且成本降低35％，具有电极本身不带来二次污染，效率高的优良性能，可以延长电极的使用寿命等优点。

优选的，所述阳极板和阴极板之间的距离为3.0cm。通过实验发现在一般的南方自然水体中，3.0cm的阴阳极板间距，具有最优处理效果，可达到低能耗，高效率的处理效果。

进一步，还包括升降机构，所述升降机构包括旋转螺杆和连接板，所述电化学反应器固定在所述连接板的底面上，所述旋转螺杆一端与所述连接板的顶面固定连接，所述旋转螺杆的另一端穿过所述船体的底部向上延伸至所述船体的船舱内，且所述旋转螺杆与所述船体的底部螺纹连接，为了方便转动旋转螺杆，更加快速有效的调节电化学反应器的高度，所述旋转螺杆延伸至所述船舱内的一端设有转盘，所述转盘与所述旋转螺杆固定连接。

由于各个水域的水深不同，其水面上藻类的厚度也不尽相同，因此，为了合理利用电化学反应器以及延长电化学反应器的使用寿命，通过升降机构调整电化学反应器的入水深度。

优选的，所述太阳能电池板包括三组并联的多晶硅片，每组所述多晶硅片为二十四个，且每组所述二十四个多晶硅片依次串联。

具体的，每块所述太阳能电池板的输出电压为12V，输出最大电流为25A，输出最大功率为300W。

若干块太阳能电池板可按照多排多行的方式进行排布，如：共两排，每排三块每块太阳能电池板。每块太阳能电池板的电路结构是由24个多晶硅片串联成一组，然后三组并联，达到12伏电压输出，最大电流25安的大电流输出的特种组件构成，最大功率300瓦，该组件每块太阳能电池板可满足总阳极面积达1平米的工作面积。

进一步，还包括太阳能电池板支架，所述太阳能电池板支架固定在所述船体上，所述太阳能电池板固定在所述太阳能电池板支架上，且所述太阳能电池板支架具有一定的倾斜角度，使所述太阳能电池板能够最大效率的接受太阳光的照射。

将太阳能电池板安装在具有倾角的支架上面，可以增加太阳能电池板的数量，提高发电总量；通过设置合理的倾斜角度，使太阳能电池板转化效率达到最大，提高太阳能电池板的效率。

进一步，为了固定除藻船在湖水中的位置，还包括船锚，所述船锚通过锁链与所述船体连接。通过船锚的限制使船体在有限范围内随机浮动，即保证了处理的效果，又保证除藻船的安全。

将太阳能电池板固定到船体的上表面，使其充分吸收太阳光，将船体的底部设有电化学反应器，电极板平行设置，通过与太阳能电池板的不同极性的电源输出端连接形成阳极板和阴极板间隔分布的栅格结构，其中，与太阳能电池板正极电源端连接的为阳极板，与太阳能电池板负极电源端连接的为阴极板，阳极板和阴极板分别作为电化学反应器的阳极和阴极，太阳能电池板作为电源通过导线连接阳极板和阴极板。太阳能电池产生电流，产生的电流通过阳极反应直接或间接降解有机物，阴极还有还原重金属离子，进而沉积集聚重金属的功能，从而达到提升水质，改善水环境的目的。反应中会产生大量气泡，由于气浮的作用，反应过程中生成的悬浮物会随着气泡一起上升，电化学反应器内外产生密度差，从而形成自流泵，使湖水自动进入电化学反应器的阳极板和阴极板之间，而无需外加推动力。

该装置不产生二次污染，能有效合理地利用太阳能，它可以只靠太阳光转化成电能，不会引起环境污染。将电化学反应器设计安装在船体底部，大大降低了处理装置的成本，船放入水体后无需人工操作，反应过程中会产生自循环，从而达到处理湖水中藻类的目的。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种太阳能除藻船，该装置能有效合理地利用太阳能，它可以只靠太阳光转化成电能，不会引起环境污染；反应中会产生大量气泡，由于气浮的作用，反应过程中生成的悬浮物会随着气泡一起上升，电化学反应器内外产生密度差，从而形成自流泵，使湖水自动进入电化学反应器而无需外加推动力，不产生二次污染；将电化学反应器设计安装在船体底部，大大降低了处理装置的成本，船放入水体后无需人工操作，反应过程中会产生自循环，实现消除湖水中藻类和有机物及部分重金属的目的，具有结构简单、节省成本和节能环保的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明另一实施例的结构示意图；

图3是本发明电化学反应器的结构示意图；

图4是本发明太阳能电池板的结构示意图。

图中：1、船体，2、太阳能电池板，21、多晶硅片，3、凹槽，4、电极板，41、阳极板，42、阴极板，5、连接杆，6、导线，7、阳极电极引出端，8、阴极电极引出端，9、旋转螺杆，10、连接板，11、转盘，12、太阳能电池板支架，13、船锚，14、锁链。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-4所示，本发明的一种太阳能除藻船，包括船体1、若干块太阳能电池板2和电化学反应器，所述太阳能电池板2为所述电化学反应器提供电源，且所述太阳能电池板2固定在所述船体1上表面，所述船体1的底部设有向上的凹槽3，所述电化学反应器置于所述凹槽3内，且所述电化学反应器与所述船体1的底部连接，所述电化学反应器与所述太阳能电池板2的电源输出端连接。

如图3所示，所述电化学反应器包括至少两个平行设置的电极板4，相邻所述电极板4分别与所述太阳能电池板2的不同极性的电源输出端连接，形成阳极板41和阴极板42间隔分布的栅格结构。相邻所述阳极板41和阴极板42之间的距离为3.0cm。所述阳极板41和阴极板42均采用钛电极，且所述阳极板41上设有钴锡锑钽钌铱复合涂层。

如图1所示，所述电化学反应器还包括若干连接杆5和设置在电极板4上的钻孔，所述连接杆5包括PVC空心绝缘柱以及设置在所述PVC空心绝缘柱两端的硬质复合材料杆，所述硬质复合材料杆将电极板4和PVC空心绝缘柱串起来，并进行固定，且所述电极板4间隔均匀的与所述连接杆5固定连接。

电极板4可以通过导线6直接与太阳能电池板2连接，形成阳极板41和阴极板42间隔分布的栅格结构。

如图2所示，电极板4也可以设有阳极电极引出端7和阴极电极引出端8，通过导线6或者其他金属导体使电极板4相间的与阳极电极引出端7和阴极电极引出端8连接，然后阳极电极引出端7在与太阳能电池板2的正极输出端连接，阴极电极引出端8与太阳能电池板2的负极输出端连接，形成阳极板41和阴极板42间隔分布的栅格结构。

还包括升降机构，所述升降机构包括旋转螺杆9和连接板10，所述电化学反应器通过连接杆5固定在所述连接板10的底面上，所述旋转螺杆9一端与所述连接板10的顶面固定连接，所述旋转螺杆9的另一端穿过所述船体1的底部向上延伸至所述船体1的船舱内，且所述旋转螺杆9与所述船体1的底部螺纹连接。所述旋转螺杆9延伸至所述船舱内的一端设有转盘11，所述转盘11与所述旋转螺杆9固定连接。

如图4所示，每块太阳能电池板2包括七十二个多晶硅片21，二十四个多晶硅片21依次串联为一组，形成A和B两个电极引出端，三组多晶硅片21的A电极引出端相互连接，三组多晶硅片21的B电极引出端相互连接，形成三组多晶硅片21的并联电路，太阳能电池板2的输出电压为12V，输出最大电流为25A，输出最大功率为300W。

还包括太阳能电池板支架12，所述太阳能电池板支架12固定在所述船体1上，所述太阳能电池板2固定在所述太阳能电池板支架12上，且所述太阳能电池板支架12具有一定的倾斜角度，使所述太阳能电池板2能够最大效率的接受太阳光的照射。太阳能电池板支架12还可以具有高度调节和角度调节功能。

还包括船锚13，所述船锚13通过锁链14与所述船体1连接。

使用时，首先将除藻船放置在需要进行处理的水域内，将船锚13抛下，限制除藻船的处理范围在以船锚13为圆心在水面形成的最大圆形区域内，圆形区域的大小与锁链14长度有关；然后太阳能电池板2吸收太阳光能转化为电能提供给电化学反应器的阳极板41和阴极板42，在阳极板41和阴极板42之间形成反应区，反应中会产生大量气泡，由于气浮的作用，反应过程中生成的悬浮物会随着气泡一起上升，电化学反应器内外产生密度差，从而形成自流泵，使湖水自动进入电化学反应器的阳极板41和阴极板42之间，而无需外加推动力。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种太阳能除藻船，其特征在于：包括船体（1）、若干块太阳能电池板（2）和电化学反应器，所述太阳能电池板（2）为所述电化学反应器提供电源，且所述太阳能电池板（2）固定在所述船体（1）上表面，所述船体（1）的底部设有向上的凹槽（3），所述电化学反应器置于所述凹槽（3）内，且所述电化学反应器与所述船体（1）的底部连接，所述电化学反应器与所述太阳能电池板（2）的电源输出端连接；

所述电化学反应器包括至少两个平行设置的电极板（4），相邻所述电极板（4）分别与所述太阳能电池板（2）的不同极性的电源输出端连接，形成阳极板（41）和阴极板（42）间隔分布的栅格结构；

还包括升降机构，所述升降机构包括旋转螺杆（9）和连接板（10），所述电化学反应器固定在所述连接板（10）的底面上，所述旋转螺杆（9）一端与所述连接板（10）的顶面固定连接，所述旋转螺杆（9）的另一端穿过所述船体（1）的底部向上延伸至所述船体（1）的船舱内，且所述旋转螺杆（9）与所述船体（1）的底部螺纹连接，所述旋转螺杆（9）延伸至所述船舱内的一端设有转盘（11），所述转盘（11）与所述旋转螺杆（9）固定连接。

2.如权利要求1所述的太阳能除藻船，其特征在于：所述电化学反应器还包括若干连接杆（5）和设置在电极板（4）上的钻孔，所述连接杆（5）包括PVC空心绝缘柱以及设置在所述PVC空心绝缘柱两端的硬质复合材料杆，所述硬质复合材料杆将电极板（4）和PVC空心绝缘柱串起来，并进行固定，且所述电极板（4）间隔均匀的与所述连接杆（5）固定连接。

3.如权利要求1或2所述的太阳能除藻船，其特征在于：所述阳极板（41）和阴极板（42）均采用钛电极，且所述阳极板（41）上设有钴锡锑钽钌铱复合涂层。

4.如权利要求1或2所述的太阳能除藻船，其特征在于：相邻所述阳极板（41）和阴极板（42）之间的距离为3.0cm。

5.如权利要求1所述的太阳能除藻船，其特征在于：每块所述太阳能电池板（2）包括三组并联的多晶硅片（21），每组所述多晶硅片（21）为二十四个，且每组所述二十四个多晶硅片（21）依次串联。

6.如权利要求5所述的太阳能除藻船，其特征在于：所述太阳能电池板（2）的输出电压为12V，输出最大电流为25A，输出最大功率为300W。

7.如权利要求1所述的太阳能除藻船，其特征在于：还包括太阳能电池板支架（12），所述太阳能电池板支架（12）固定在所述船体（1）上，所述太阳能电池板（2）固定在所述太阳能电池板支架（12）上，且所述太阳能电池板支架（12）具有一定的倾斜角度，使所述太阳能电池板（2）能够最大效率的接受太阳光的照射。

8.如权利要求1所述的太阳能除藻船，其特征在于：还包括船锚（13），所述船锚（13）通过锁链（14）与所述船体（1）连接。