CN106368192A - 一种海上浒苔处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种海上浒苔处理系统，动力船舶上搭载控制系统，采样环境信息，对系统的各个部分进行控制；动力船舶通过拖曳方式驱动后级浮筒平台，浮筒平台上搭载混水系统、增压系统、水锤系统、管道变径调压系统、深排系统。本发明的海上浒苔处理装置及方法，可以在海上直接对浒苔进行处理，不需要陆上转运和陆上处置，对市内交通和环境卫生、空气质量没有任何影响；全程都采用物理方式，不使用任何化学制剂，不改变浒苔的化学性质，经济环保、无污染，对海洋环境、海洋生态系统没有任何危害。

Description

一种海上浒苔处理系统及方法

技术领域

本发明涉及机械领域，特别涉及一种海上浒苔处理装置，还涉及一种海上浒苔处理方法。

背景技术

每年夏季，温带沿海海域集中爆发浒苔泛滥现象，浒苔对生态和环境的危害主要有：一是影响海上活动，阻塞航道；二是毒害海洋生物，引发次生危害，大量浒苔在近海海域集中腐烂分解后，所产生的氨氮、硫化物及腐烂过程导致的缺氧，不仅对海洋生物具有急性毒性，而且还会刺激部分微藻生长，有可能在局部海域导致赤潮发生，造成次生灾害；三是影响旅游业，大面积浒苔入侵海滨浴场，影响水质，让人们无法下海戏水，在浅滩与沙石混杂后，清理难度大；四是污染环境，浒苔腐烂后散发恶臭，污染空气，影响空气质量。

目前，海上浒苔的常规打捞处理方式主要有以下几个过程：

第一步是海上打捞：以船舶为载体，通过人工作业方法在海上将浒苔打捞上船，靠码头后从船上卸载到码头或沙滩上，转运过程中会对码头、沙滩造成二次污染。

第二步是陆上转运：以车辆为载体，通过大型交通运输车转运到浒苔处理场，需要占用大量的运输车辆、耗费大量人力、物力，影响市内交通。

第三步是陆上处理：由于浒苔生长的季节性很强，只在每年夏天旅游季节集中爆发。在浒苔爆发期，大量浒苔需要处理，浒苔加工厂根本没有如此大的深加工能力，只能运输到浒苔处理场进行摊开晾晒、等待腐烂、风干。未经脱水处理的浒苔中夹杂着大量的海水和泥沙，而浒苔腐烂后具有刺鼻气味，对环境、土壤和空气造成极大的危害，使浒苔处理场沦为了新的盐碱地。

浒苔爆发季节性强，多是集中爆发，爆发期后，海上几乎看不到浒苔，由于效费比过低，对浒苔的深加工处理仅限于理论研讨，至今没有形成深加工规模。

如何提供一种方便有效、干净环保的浒苔处理装置及方法，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提出一种海上浒苔处理系统及方法，解决了现有浒苔清理方式效率低、对环境影响大的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种海上浒苔处理系统，动力船舶上搭载控制系统，采样环境信息，对系统的各个部分进行控制；动力船舶通过拖曳方式驱动后级浮筒平台，浮筒平台上搭载混水系统、增压系统、水锤系统、管道变径调压系统、深排系统；

浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间设置轴流式切割刀盘，将浒苔纤维长度剪短；

经过剪短处理的浒苔纤维通过管道进入增压系统，增压系统为整个系统提供水流动力；

增压系统的另一输入端连接到混水系统，混水系统根据水深实时控制浒苔与海水的配比；

增压系统的输出端通过管道连接水锤系统，利用水锤效应，增大浒苔密度；

浒苔经过水锤系统增大密度后，通过管道连接到管道变径调压系统，管道变径调压系统多次改变管径大小，则流过管道中的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔管道反复进行负压排气；

深排系统通过一根末端配重的软管，将多次负压排气后、密度增大的浒苔纤维导入水层中。

可选地，所述浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒前端的锥形帽朝向行进方向，锥形浮筒之间间隔固定距离，锥形浮筒之间的间隔中装配轴流式切割刀盘。

可选地，所述轴流式切割刀盘包括两个紧密结合的刀盘，一个为固定刀盘，一个为转动刀盘，两个刀盘上有一定数量的圆孔；转动刀盘转动时，与固定刀盘上的圆孔产生错位，流过圆孔的浒苔被切断。

可选地，所述混水系统包括混水泵，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比。

可选地，所述增压系统包括离心泵，通过可变频调节转速的大功率离心泵，改变通过离心泵中浒苔的数量，并且为水锤系统、管道变径调压系统和深排系统提供水流动力。

可选地，所述水锤系统中，当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大；当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环。

可选地，所述管道变径调压系统多次改变管径大小，管道中流过的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔纤维管反复进行负压排气。

可选地，所述管道变径调压系统的管道为刚性材料制成的。

可选地，所述控制系统通过动力船舶上安装的多个传感器，采集浒苔液位、海水水深、海水水温、海面照度、真空度信息，通过信号调理电路和PLC控制器来实时调整其他系统的工况。

本发明还提出了一种海上浒苔处理方法，以中小型船舶为动力拖曳浮筒平台收集浒苔，浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间装配轴流式切割刀盘；

首先，采用轴流式切割刀盘将浒苔纤维剪短；

接下来，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比；

然后，利用水锤效应，营造负压排气环境；当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大；当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环；

再然后，利用伯努利方程原理，设计变径管道，多次改变管径大小，则流过管道的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔纤维管反复进行负压排气，最终导致浒苔密度增大；

最后，利用深水增压原理，将处理过的浒苔加压排到特定水深，浒苔纤维内的残余气体，再在海水的静压下融入水中，进一步增大浒苔密度，确保浒苔不再上浮，直接沉降到海底。

本发明的有益效果是：

(1)可以在海上直接对浒苔进行处理，不需要陆上转运和陆上处置，对市内交通和环境卫生、空气质量没有任何影响；

(2)全程都采用物理方式，不使用任何化学制剂，不改变浒苔的化学性质，经济环保、无污染，对海洋环境、海洋生态系统没有任何危害；

(3)采取自动控制技术，结构简单、操作方便，可以连续作业，降低了劳动强度，节省了人力开支，低成本、高效率；

(4)可以持续不间断作业，全程采用自动控制，不需要人工进行打捞和处理作业，操纵方便，劳动强度低，处理效率高。

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，下面将对实施例或现有技术描述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为本发明一种海上浒苔处理系统的原理图；

图2为本发明的动力船舶和浮筒平台的结构示意图；

图3为本发明的控制系统的原理框图。

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。

目前常用的浒苔捕捞、运输和处理方法，不仅劳动强度大、工作效率低，浪费了大量的人力、物力和财力，而且对海洋生物、环保和陆地环境、空气、土壤都会造成极大的危害，影响到城市旅游形象和陆地生态环境。

如图1所示，本发明的海上浒苔处理系统以中小型船舶为动力船舶，动力船舶1上搭载控制系统，采样环境信息，对系统的各个部分进行控制；动力船舶通过拖曳方式驱动后级浮筒平台，浮筒平台上搭载混水系统3、增压系统4、水锤系统5、管道变径调压系统6、深排系统7；浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间设置轴流式切割刀盘，将浒苔纤维长度剪短；经过剪短处理的浒苔纤维通过管道进入增压系统4，增压系统4为整个系统提供水流动力；增压系统4的另一输入端连接到混水系统3，混水系统3根据水深实时控制浒苔与海水的配比；增压系统4的输出端通过管道连接水锤系统5，利用水锤效应，增大浒苔密度；浒苔经过水锤系统5增大密度后，通过管道连接到管道变径调压系统6，管道变径调压系统多次改变管径大小，则流过管道中的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，达到对浒苔管道反复进行负压排气的目的；最后，深排系统通过一根末端配重的软管，将多次负压排气后、密度增大的浒苔纤维导入一定深度的水层中。

下面结合说明书附图对本发明海上浒苔处理系统的各个部分进行详细说明。

如图2所示，本发明的海上浒苔处理系统，动力船舶1通过船艉的绞盘12带动系在浮筒平台两侧的钢缆11，牵引浮筒平台2前行。

浮筒平台2底部设置多个锥形浮筒21，锥形浮筒21前端的锥形帽朝向行进方向，锥形浮筒21之间间隔固定距离，锥形浮筒21之间的间隔中装配轴流式切割刀盘22。当动力船舶1牵引着浮筒平台2前行时，海面上的浒苔被锥形浮筒21前端的锥形帽自动分流到轴流式切割刀盘22中。轴流式切割刀盘22的直径与锥形浮筒21的间隔距离相匹配，保证不会造成浒苔遗漏。

本发明通过动力船舶拖曳浮筒平台的方式，在海上自动进行浒苔打捞，尤其是锥形浮筒的设计，使浒苔经过锥形浮筒后自动分流，不会造成浒苔堆积和遗漏。

轴流式切割刀盘22包括两个紧密结合的刀盘，一个为固定刀盘，一个为转动刀盘，两个刀盘上有一定数量的圆孔。转动刀盘转动时，与固定刀盘上的圆孔产生错位，流过圆孔的浒苔便被切断。在转动刀盘转速一定的情况下，浒苔切割长度与浒苔流速成正比。通过与浒苔流向垂直分布的轴流式切割刀盘，将通过刀盘空隙的浒苔切割成特定长度，方便后续处理过程中对浒苔的再加工。

本发明通过轴流式切割刀盘的方式，使通过刀盘的浒苔被自动切割，缩短了浒苔纤维长度，使浒苔纤维管内的气体更加容易溢出。

混水系统包括混水泵，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比。海水深度浅时，可以加大混水泵的比例阀，增大增压系统中海水与浒苔比例，加大浒苔管道内气体的排出，增加浒苔密度，使其更容易沉降到海底，反之亦然。

增压系统包括离心泵，通过可变频调节转速的大功率离心泵，改变通过离心泵中浒苔的数量，并且为水锤系统、管道变径调压系统和深排系统提供水流动力。

具有一定流速的液体，在管道中突然被截止，会因流动惯性在截止处的后面产生负压，这种现象叫做水锤效应。水锤系统中，当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大。当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环。

由于液体的不可压缩性，流过等体积液体时，液体流速与其管径大小成反比。混合在海水中的浒苔，在通过不同管径的管道时，流速也会发生相应地改变，从小管径流过大管径时，浒苔流速会变慢。根据伯努利方程：p+ρg+(1/2)*ρv^2＝C可知，在流体体积不变的情况下，流过不同管径的液体流速v不同，造成液体压强P不同。管径越小，液体流速v越快，液体压强P越小，管路中浒苔纤维管内的气体由于负压作用，膨胀溢出。管道变径调压系统多次改变管径大小，则流过管路变径系统中的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少。达到对浒苔纤维管反复进行负压排气的目的，最终导致浒苔密度增大，可以沉降到某一水深处。需要注意的是，管道必须为刚性材料制成的，弹性材料的管道达不到调压目的。

深排系统为一根末端配重的软管，将经过多次负压排气后、密度增大的浒苔纤维导入一定深度的水层中，使之承受海水静压，由公式：P＝ρgh可知，物体在水中的深度越深，其承受的海水压力越大。由于浒苔长期进行光合作用，浒苔纤维管中气体大部分为氧气，根据压力对氧气在水中溶解度的公式：C2/C1＝(P2-P)/(1.013*10^5-P)，式中C1、C2分别为标准大气压和P2气压下氧气在水中的溶解度(mg/L)；P为确定温度下饱和水蒸气的压力(P：25℃水饱和蒸汽压为3.169*10^3Pa，C1＝2.63*10^4mol/L(相当于8.4mg/l)。根据上面的公式可计算出，在水深10米处，氧气在海水中的溶解度，约为16.8mg/L，溶解度增大了一倍。纤维管中含有气体的浒苔经过以上多次处理后，其密度大于海水密度，可确保处理过的浒苔最终沉降在海底，不再上浮。

图3示出了本发明的控制系统的原理框图，控制系统通过动力船舶上安装的多个传感器，采集浒苔液位、海水水深、海水水温、海面照度、真空度等信息，通过信号调理电路和PLC控制器来实时调整其他系统的工况，如混水泵比例阀、轴流式切割刀盘的刀盘转速、离心泵的转速、水锤的工作频率等，确保系统处于最优工作状态。通过位于动力船驾驶室内的显示控制面板，将需要的各种工况集中显示；通过视频摄像监控系统，将浒苔处理情况实时显示，便于人工通过显示控制面板和简操台，来手动调节各种工况，实施人工干预。

本发明还提供了一种海上浒苔处理方法，以中小型船舶为动力拖曳浮筒平台收集浒苔，浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间装配轴流式切割刀盘，首先，采用轴流式切割刀盘将浒苔纤维剪短，方便后续对浒苔处理；

接下来，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比；海水深度浅时，可以加大混水泵的比例阀，增大增压系统中海水与浒苔比例，加大浒苔管道内气体的排出，增加浒苔密度，使其更容易沉降到海底；反之亦然；

然后，利用水锤效应，营造负压排气环境；当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大；当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环；

再然后，利用伯努利方程原理，设计变径管道，多次改变管径大小，则流过管道的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，达到对浒苔纤维管反复进行负压排气的目的，最终导致浒苔密度增大；

最后，利用深水增压原理，将处理过的浒苔加压排到特定水深，浒苔纤维内的残余气体，再在海水的静压下融入水中，进一步增大浒苔密度，确保浒苔不再上浮，直接沉降到海底。

本发明的浒苔处理方法通过可变频调节转速的大功率离心泵，改变通过离心泵中浒苔的数量，为系统各个部分提供水流动力。

本发明的海上浒苔处理装置及方法，可以在海上直接对浒苔进行处理，不需要陆上转运和陆上处置，对市内交通和环境卫生、空气质量没有任何影响；全程都采用物理方式，不使用任何化学制剂，不改变浒苔的化学性质，经济环保、无污染，对海洋环境、海洋生态系统没有任何危害；采取自动控制技术，结构简单、操作方便，可以连续作业，降低了劳动强度，节省了人力开支，低成本、高效率；可以持续不间断作业，全程采用自动控制，不需要人工进行打捞和处理作业，操纵方便，劳动强度低，处理效率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上浒苔处理系统，其特征在于，动力船舶上搭载控制系统，采样环境信息，对系统的各个部分进行控制；动力船舶通过拖曳方式驱动后级浮筒平台，浮筒平台上搭载混水系统、增压系统、水锤系统、管道变径调压系统、深排系统；

浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间设置轴流式切割刀盘，将浒苔纤维长度剪短；

经过剪短处理的浒苔纤维通过管道进入增压系统，增压系统为整个系统提供水流动力；

增压系统的另一输入端连接到混水系统，混水系统根据水深实时控制浒苔与海水的配比；

增压系统的输出端通过管道连接水锤系统，利用水锤效应，增大浒苔密度；

浒苔经过水锤系统增大密度后，通过管道连接到管道变径调压系统，管道变径调压系统多次改变管径大小，则流过管道中的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔管道反复进行负压排气；

深排系统通过一根末端配重的软管，将多次负压排气后、密度增大的浒苔纤维导入水层中。

2.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒前端的锥形帽朝向行进方向，锥形浮筒之间间隔固定距离，锥形浮筒之间的间隔中装配轴流式切割刀盘。

3.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述轴流式切割刀盘包括两个紧密结合的刀盘，一个为固定刀盘，一个为转动刀盘，两个刀盘上有一定数量的圆孔；转动刀盘转动时，与固定刀盘上的圆孔产生错位，流过圆孔的浒苔被切断。

4.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述混水系统包括混水泵，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比。

5.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述增压系统包括离心泵，通过可变频调节转速的大功率离心泵，改变通过离心泵中浒苔的数量，并且为水锤系统、管道变径调压系统和深排系统提供水流动力。

6.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述水锤系统中，当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大；当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环。

7.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述管道变径调压系统多次改变管径大小，管道中流过的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔纤维管反复进行负压排气。

8.如权利要求7所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述管道变径调压系统的管道为刚性材料制成的。

9.如权利要求1所述的一种海上浒苔处理系统，其特征在于，所述控制系统通过动力船舶上安装的多个传感器，采集浒苔液位、海水水深、海水水温、海面照度、真空度信息，通过信号调理电路和PLC控制器来实时调整其他系统的工况。

10.一种海上浒苔处理方法，其特征在于，以中小型船舶为动力拖曳浮筒平台收集浒苔，浮筒平台底部设置多个锥形浮筒，锥形浮筒之间装配轴流式切割刀盘；

首先，采用轴流式切割刀盘将浒苔纤维剪短；

接下来，根据水深信号，实时控制浒苔与海水的配比；

然后，利用水锤效应，营造负压排气环境；当位于管道入口处的水阀关闭时，管道中的液体由于惯性作用，继续向前运动，在密闭的管道中形成负压环境，浒苔纤维管内的气体膨胀溢出，浒苔密度增大；当负压消失后，水阀再次打开，浒苔继续流入，如此循环；

再然后，利用伯努利方程原理，设计变径管道，多次改变管径大小，则流过管道的浒苔压强反复被加大、减少，再加大、减少，对浒苔纤维管反复进行负压排气，最终导致浒苔密度增大；

最后，利用深水增压原理，将处理过的浒苔加压排到特定水深，浒苔纤维内的残余气体，再在海水的静压下融入水中，进一步增大浒苔密度，确保浒苔不再上浮，直接沉降到海底。