CN106365333A - 一种多功能全自动太阳能水处理设备以及处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种多功能全自动太阳能水处理设备以及处理方法，它包括水样检测装置、曝气头、超声波探头、叶轮、直流无刷电机和控制系统，所述的水样检测装置用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统的信号采集端相连，控制系统的控制信号输出端分别连接曝气头、超声波探头和直流无刷电机，前述控制系统通过曝气头的气调节水中氧气含量，通过超声波探头的工作杀灭藻类，通过直流无刷电机带动叶轮转动，将底层水体提升至表层，实现水层的交换。本发明的全自动化控制无需人员现场操控；全程数据可实时在线传输和管理，便于后期的运维管理。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理设备，尤其是一种多功能全自动太阳能水处理设备以及处理方法。
背景技术
水是人类发展不可缺少的自然资源，是人类和一切生物赖以生存的物质基础。当今世界，水资源不足和污染构成的水源危机已成为任何一个国家在政策、经济和技术上所面临的复杂问题和社会经济发展的主要制约因素。
在水资源日益缺乏的情况下，水资源污染的现实又使人们增加了一份忧虑。在中国很多地区，由于各种复杂因素致使不少水体已经严重受到污染，这更加剧了水资源紧缺的矛盾。
发明内容
本发明的目的是针对水污染的处理问题，提出一种多功能全自动太阳能水处理设备以及处理方法。
本发明的技术方案是：
一种多功能全自动太阳能水处理设备，它包括浮体、太阳能光电板、设备主体、压水盘、电机罩、水样检测装置、水管、曝气头、入水盘、超声波探头、叶轮、直流无刷电机、控制系统和太阳能专用蓄电池，所述的电机罩安装在设备主体的中心，其下方安装无刷电机、控制系统和压水盘，电机罩的周边均匀布置若干个太阳能光电板，位于外侧的太阳能光电板的底部连接浮体，用于将整个设备支撑于水面上，直流无刷电机的控制信号端与控制系统相连，其输出轴连接叶轮，超声波探头和水样检测装置均安装在设备主体上，水样检测装置用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统的信号采集端相连，控制系统的超声控制信号输出端连接超声波探头，所述的设备主体的底部安装水管，水管的另一端伸入水体内，连接曝气头和入水盘。
本发明的水样检测装置包括抽水装置和蓄水管，所述的蓄水管的底部设有放水口，所述的抽水装置对水体底层、中层和上层的水样分别进行抽取。
本发明的设备还包括微生物投放装置，该微生物投放装置包括储液箱、布液管和计量泵，所述的压水盘作为储液箱，用于存放能够降解有机物的微生物制剂，在储液箱的外圈上设置若干个布液管，前述布液管上均匀地开设有若干个小孔，用于将压水盘内的微生物制剂均匀地投放在水体内，所述的计量泵的进液口连接储液箱，出液口连接若干个布液管的进液口，前述计量泵用于将储液箱内的微生物制剂泵至各布液管，通过布液管将微生物制剂均匀地投放在水体内，扩散至四面八方。
本发明的布液管为不锈钢钢管，点焊在压水盘的外圈上。
本发明的储液箱内设有液位传感器，所述的液位传感器用于检测储液箱内的液位，其检测信号输出端与控制系统的信号输入端相连。
一种多功能全自动太阳能水处理系统，它包括水样检测装置、曝气头、超声波探头、叶轮、直流无刷电机和控制系统，所述的水样检测装置用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统的信号采集端相连，控制系统的控制信号输出端分别连接曝气头、超声波探头和直流无刷电机，前述控制系统通过曝气头的气调节水中氧气含量，通过超声波探头的工作杀灭藻类，通过直流无刷电机带动叶轮转动，将底层水体提升至表层，实现水层的交换。
本发明的水样检测装置包括温度检测单元、叶绿素检测单元和含氧量检测单元。
一种多功能全自动太阳能水处理方法，应用多功能全自动太阳能水处理系统，各个模块分时工作，根据环境条件构成闭环控制系统，具体为：
S1、采用水样检测装置对水体样本进行检测，当检测到水温大于T摄氏度时，控制系统开启叶绿素监测单元，转步骤S2，否则，转步骤S3；
S2、当叶绿素监测单元测试到叶绿素值大于预设的叶绿素阈值B时，控制系统启动超声波探头工作，杀灭藻类，否则，转步骤S3；
S3、对水体样本中的含氧量进行检测，当溶解氧量小于预设的溶解氧量A时，控制系统开启曝气头，增加水中氧气含量。
本发明的控制系统运行在低功耗模式下，预设数据上传时间，当时间到设定值时，开启GPRS电源，上传数据到服务器。
本发明的超声波探头为多个，在控制系统中预设各超声波探头的工作频率，然后按工作频率逐个间隙性工作。
本发明的有益效果：
本发明的全自动化控制无需人员现场操控；全程数据可实时在线传输和管理，便于后期的运维管理。
本发明的整套系统采用太阳能，无需外接能源，运行成本低。
本发明的安装、维护便捷，施工周期短，对现场要求低；整套系统成本低，功能全面。
附图说明
图1是本发明的结构示意图之一。
图2是本发明的结构示意图之二。
图3是本发明的结构示意图之三。
图4是本发明的结构示意图之四。
图5是本发明的原理框图。
图6是本发明的流程图。
其中：1、浮体；2、太阳能光电板；3、设备主体；4、压水盘；5、电机罩；6、水样检测装置；7、水管；8、曝气头；9、入水盘；10、超声波探头；11、叶轮；12、直流无刷电机；13、控制系统；14、太阳能专用蓄电池；15、布液管；16、计量泵；17、液位传感器；18、压力控制表。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-6所示，一种多功能全自动太阳能水处理设备，它包括浮体1、太阳能光电板2、设备主体3、压水盘4、电机罩5、水样检测装置6、水管7、曝气头8、入水盘9、超声波探头10、叶轮11、直流无刷电机12、控制系统13和太阳能专用蓄电池14，所述的电机罩5安装在设备主体3的中心，其下方安装无刷电机12、控制系统13和压水盘4，电机罩5的周边均匀布置若干个太阳能光电板2，位于外侧的太阳能光电板2的底部连接浮体1，用于将整个设备支撑于水面上，直流无刷电机12的控制信号端与控制系统13相连，其输出轴连接叶轮11，超声波探头10和水样检测装置6均安装在设备主体3上，水样检测装置6用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统13的信号采集端相连，控制系统13的超声控制信号输出端连接超声波探头10，所述的设备主体3的底部安装水管7，水管7的另一端伸入水体内，连接曝气头8和入水盘9。
本发明引入水体纵向循环，可以消除水体分层；可以增加水体溶解氧含量；提高水体透明度；增强水体自净能力；彻底解决水体黑臭；有效抑制水华暴发；加快底部淤泥的降解；降低水体中N、P、COD含量；抑制底泥中磷、铁、锰、盐的释放；无二次污染，无污染转移；利用太阳能作为驱动力，无运行费用，低碳节能；可控制藻类生长。
工作原理：
该设备设有循环复氧、水质检测、超声波除藻、微纳曝气模块、无线传输模块这几大项功能。
该设备是通过MPPT太阳能控制器将太阳能转换成电能，然后输出到总控电路，总控电路将电能分别分配给超声波除藻模块、微纳曝气模块、水循环复氧模块、无线传输模块、水质监测模块和电池组。
超声波除藻模块是在控制模块里实现设定到好工作频率，然后按工作频率逐个间隙性工作。
微纳曝气模块是通过水质监测的溶氧值来判断工作状态的：即溶氧值低于一定区间时，曝气工作；待溶氧值达到一定区间时，曝气停止工作。
水循环复氧模块是总控电路输出电压至电机控制器使直流无刷电机得电工作，电机带动叶轮旋转将底层水体提升至表层，实现水层的交换；同时表层水体以层流状的形式向外扩散形成表面流。随着表面流扩散，覆盖面积增加，改善水体的表面张力，提高气水界面的氧浓度，从而逐步提高水体溶解氧，促使水体均匀化。水循环复氧模块为24小时工作，系统中设有光敏电阻来控制设备的运行状态，即：白天光照强度高时设备则高速运行；夜晚或阴雨天气光照强度弱时则低速运行。遇到连续阴雨天气时则通过蓄电池中的电能来维持设备的运行，设备在无光照的情况下，能运行3—5天。
无线传输模块主要由DTU负责设备总控系统跟服务器之间的数据通信；然后由采集模块负责相关数据的采集和管理。
水质监测模块是通过配重块将抽水管沉入水中，然后通过步进电机和旋转编码器两者判断沉入水中的深度，待到达指定深度时水泵工作，开始抽水至存水器中，通过液位传感器来判断存水器中的水是否满足监测要求，达到一定水位要求时水泵停止工作；水位满足监测要求时传感器开始检测水体的数据，然后通过GPRS将监测的数据传送到我公司的服务终端，监测结束后步进电机反转将抽水管提至原始位置，通过行程开关来判断(以防回提时受阻打滑)抽水管的位置，最后通过延时控制电磁阀放水，同时另一路电磁阀开路将平时收集的雨水或维护时添加的清洗液放置存水器中对传感器经行冲洗，冲洗一定时间后两电磁阀失电闭路，结束整个水质监测过程。
具体实施时：
本发明通过各个模块分时工作，根据环境条件构成闭环控制系统，达到低功耗要求：
如图5所示所示，根据长期实验和观测得知，藻类爆发时间多出现于夏季，所以，控制器使用温度传感器实时测试水体温度，当水体温度大于T摄氏度，启动叶绿素监测装置，监测水体中叶绿素的含量，当叶绿素含量大于B，超声波控制器开始工作,分时控制3个超声波工作，使用超声波技术杀死藻类，并且，实时监测叶绿素含量，小于设定阀值停止超声波控制器工作，减小系统电能负荷。
同时，启动溶解氧传感器，实时监测水体中氧气含量，如果含氧量低于值A，曝气机开始工作设定长度时间，停止工作。
其中业务处理包含，控制逻辑、定时计数、数据通讯等功能，每分钟处理一次数据，其他时间都处于睡眠状态，具有极低的功耗。
综上所述，该系统各个模块分时工作，尽可能使用最少的能源(太阳能)，通过超声波灭藻和曝气增加含氧量的紧密配合从而实现水体水质改善。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (10)
1.一种多功能全自动太阳能水处理设备，其特征是它包括浮体(1)、太阳能光电板(2)、设备主体(3)、压水盘(4)、电机罩(5)、水样检测装置(6)、水管(7)、曝气头(8)、入水盘(9)、超声波探头(10)、叶轮(11)、直流无刷电机(12)、控制系统(13)和太阳能专用蓄电池(14)，所述的电机罩(5)安装在设备主体(3)的中心，其下方安装无刷电机(12)、控制系统(13)和压水盘(4)，电机罩(5)的周边均匀布置若干个太阳能光电板(2)，位于外侧的太阳能光电板(2)的底部连接浮体(1)，用于将整个设备支撑于水面上，直流无刷电机(12)的控制信号端与控制系统(13)相连，其输出轴连接叶轮(11)，超声波探头(10)和水样检测装置(6)均安装在设备主体(3)上，水样检测装置(6)用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统(13)的信号采集端相连，控制系统(13)的超声控制信号输出端连接超声波探头(10)，所述的设备主体(3)的底部安装水管(7)，水管(7)的另一端伸入水体内，连接曝气头(8)和入水盘(9)。
2.根据权利要求1所述的多功能全自动太阳能水处理设备，其特征是所述的水样检测装置(6)包括抽水装置和蓄水管，所述的蓄水管的底部设有放水口，所述的抽水装置对水体底层、中层和上层的水样分别进行抽取。
3.根据权利要求1所述的多功能全自动太阳能水处理设备，其特征是该设备还包括微生物投放装置，该微生物投放装置包括储液箱、布液管(15)和计量泵(16)，所述的压水盘(4)作为储液箱，用于存放能够降解有机物的微生物制剂，在储液箱的外圈上设置若干个布液管(15)，前述布液管(15)上均匀地开设有若干个小孔，用于将压水盘(4)内的微生物制剂均匀地投放在水体内，所述的计量泵(16)的进液口连接储液箱，出液口连接若干个布液管(15)的进液口，前述计量泵(16)用于将储液箱内的微生物制剂泵至各布液管(15)，通过布液管(15)将微生物制剂均匀地投放在水体内，扩散至四面八方。
4.根据权利要求3所述的多功能全自动太阳能水处理设备，其特征是布液管(15)为不锈钢钢管，点焊在压水盘(4)的外圈上。
5.根据权利要求3所述的多功能全自动太阳能水处理设备，其特征是储液箱内设有液位传感器(17)，所述的液位传感器(17)用于检测储液箱内的液位，其检测信号输出端与控制系统(13)的信号输入端相连。
6.一种多功能全自动太阳能水处理系统，其特征是它包括水样检测装置(6)、曝气头(8)、超声波探头(10)、叶轮(11)、直流无刷电机(12)和控制系统(13)，所述的水样检测装置(6)用于检测水体样本的相关参数，其信号输出端与控制系统(13)的信号采集端相连，控制系统(13)的控制信号输出端分别连接曝气头(8)、超声波探头(10)和直流无刷电机(12)，前述控制系统(13)通过曝气头(8)的气调节水中氧气含量，通过超声波探头(10)的工作杀灭藻类，通过直流无刷电机(12)带动叶轮(11)转动，将底层水体提升至表层，实现水层的交换。
7.根据权利要求6所述的多功能全自动太阳能水处理系统，其特征是所述的水样检测装置(6)包括温度检测单元、叶绿素检测单元和含氧量检测单元。
8.一种多功能全自动太阳能水处理方法，应用权利要求6所述的多功能全自动太阳能水处理系统，其特征是各个模块分时工作，根据环境条件构成闭环控制系统，具体为：
S1、采用水样检测装置(6)对水体样本进行检测，当检测到水温大于T摄氏度时，控制系统(13)开启叶绿素监测单元，转步骤S2，否则，转步骤S3；
S2、当叶绿素监测单元测试到叶绿素值大于预设的叶绿素阈值B时，控制系统(13)启动超声波探头(10)工作，杀灭藻类，否则，转步骤S3；
S3、对水体样本中的含氧量进行检测，当溶解氧量小于预设的溶解氧量A时，控制系统(13)开启曝气头(8)，增加水中氧气含量。
9.根据权利要求8所述的多功能全自动太阳能水处理方法，其特征是所述的
控制系统(13)运行在低功耗模式下，预设数据上传时间，当时间到设定值时，开启GPRS电源，上传数据到服务器。
10.根据权利要求8所述的多功能全自动太阳能水处理方法，其特征是所述的超声波探头(10)为多个，在控制系统(13)中预设各超声波探头(10)的工作频率，然后按工作频率逐个间隙性工作。
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