CN106966513B - 一种远程遥控式水体原位修复装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种远程遥控式水体原位修复装置，其结构包括船体、菌剂室、曝气系统、采样系统、行进系统、遥控电路板；其中，菌剂室处在船体底部，遥控电路板处在船体内部；曝气系统、采样系统、行进系统三者各自与遥控电路板连接；遥控电路板上接有天线。优点：（1）减少了因菌剂或除藻剂的扩散流失而造成的水体二次污染，方便回收失效的菌剂或除藻剂；（2）船体可遥控前进，到达一些对人体有害的或人们难以到达的重度污染水域开展修复工作；（3）达到了一船多用的多功能修复目的，节约人力、物力、财力；（4）装置设有GPS定位，能有效防止船体丢失现象，实时监控装置对污染水体的修复进度。

Description

一种远程遥控式水体原位修复装置

技术领域

本发明涉及一种水生态修复装置，具体地说是涉及一种远程遥控式多功能水体原位修复装置，属于水污染治理技术领域。

背景技术

随着工农业的迅速发展，含有大量污染物质的废水被肆意排入水体，导致河流、湖泊面临诸多污染问题，严重威胁生态环境安全和人体健康；在水环境污染方面，富含氮磷营养的污水输入导致的水体富营养化现象尤为突出，氮磷营养盐超标诱发有害藻类异常增殖，继而爆发水华，严重影响水体水质；此外，近年来农业生产中农药的大量施用增加其环境残留量，且大部分农药随灌溉水排入河流、湖泊，是造成水体污染的另一重要因素。

现有水体修复方法有物理法、化学法、生物法等，其中物理和化学方法很难实际应用于河流、湖泊的原位修复中，对水体可能造成二次污染，故现研究方向将重点放在生物修复污染水体方面；微生物个体小、代谢旺盛、分布广、数量多，具有强大的分解能力，自然环境中微生物的活动可提高生态系统自净能力，协调生态系统平衡，保障生态系统的物质循环。

现有的生物法治理水体污染的实例有生物除藻剂、农药降解菌剂等；均是从受污染的水体、土壤、活性污泥等材料中分离纯化、驯化筛选得到菌种，使用固定化技术将菌种与载体制备而成。这种微生物修复方法可以针对性地修复某一水域的多种形式的水体污染；但实际修复中，现常用方法是人工直接将菌剂、除藻剂投加入水体中，这种方法存在下列不足：首先，人工投加后由于菌剂没有固定装置，会随水流方向漂散或沉入水底，影响水体的修复效果，若要保证水体修复效果则需要人工多次投加，费时费力且成本高；其次，人工投放的菌剂无法回收，多次投加的菌剂中的非生物载体部分随即残留累积在水体内，对水体可能造成二次污染；现有的少量水体原位修复装置功能单一，且仅是将菌剂固定集中起来，实际应用中存在诸多问题，如：装置无法定位，置于水体中随水流漂失，造成不必要的装置损失；装置不能自行移动，人工安置后，仅能修复小面积水域污染问题且不能修复一些人类难以到达的水体部位或某些对人体有危害的重度污染水域；修复一段时间后，若要检测修复效果需人工另外使用其它采样设备，复杂繁琐。

发明内容

本发明提出的是一种远程遥控式水体原位修复装置，其目的旨在弥补现有技术中水体原位修复装置的空缺。

本发明的技术解决方案：远程遥控式水体原位修复装置，其结构包括船体1、菌剂室7、曝气系统、采样系统、行进系统、遥控电路板22；其中，菌剂室7处在船体1底部，遥控电路板22处在船体1内部；曝气系统、采样系统、行进系统三者各自与遥控电路板22连接；遥控电路板22上接有天线23。

本发明的优点：

（1）本发明所设计的菌剂室构造，可将有修复能力的菌剂、除藻剂固定于船体底部，使用时浸入水体，可有效防止人工直接投加菌剂、除藻剂时，菌剂、除藻剂沉入水体底部导致的修复效果减弱的现象发生，并且替代人工多次投加，省时省力，节约成本；同时，菌剂、除藻剂被固定于菌剂室之内，水体修复过程完成后，方便其回收再利用，解决了菌剂、除藻剂中非生物载体部分对水体可能造成二次污染的问题；

（2）本发明一种远程遥控式多功能水体原位修复装置，基于相关的遥控船技术制成，可通过遥控器远程操纵船体移动；在进行水体修复时，可遥控船体在修复水域自由行进，使有修复能力的微生物充分接触污染水体，从而提升水质修复效果；此外，在一些重度污染水域或人们难以进入的危险水域中，本发明可充分发挥其作用，操纵船体移动，无需亲自到达该水域即可完成水体修复目的；

（3）本发明船体两侧设有挡水板，在修复过程中可遥控操纵其开启，与船体成45°～ 60°夹角；在船体行进过程中可使水流集中流过菌剂室，将有修复能力的微生物带入污染水质中，因此，此挡水板可有效提升水体的修复效果；

（4）由于受污染水体往往处于缺氧状态，菌剂、除藻剂中的微生物在缺氧状态下会大量死亡，无法实现修复水体的目的；本发明船体内设有曝气装置，在修复过程中可遥控开启鼓风机，使空气通过导气管、曝气架进入水体，为微生物活动提供氧气，提高菌剂存活率；本发明中的曝气装置相比现有的曝气装置结构简单、造价低廉，却可有效提升菌剂发挥修复作用的能力；

（5）本发明不仅局限于水质修复装置，同时设计水样采集装置，可利用遥控装置操纵船体内吸水泵工作，当水体修复结束后，开启吸水泵，水体从取样管流入，流经吸水泵、进水管，随即进入集水瓶；检测时，从船体内取出集水瓶，旋开集水瓶盖即可获得待测水样；本设计方便检测水质修复效果，同时将水样采集器和修复装置相结合，节约成本的同时大大提高工作效率；

（6）本发明一种远程遥控式多功能水体原位修复装置，及多功能于一体，体型小，可遥控船体在水中自由移动，且成本低、操控方便；船体内设有GPS天线，可远程监控船体位置，有效防止船体丢失等问题。

附图说明

附图1是本发明的主视图。

附图2是本发明的菌剂室示意图。

附图3是本发明的曝气系统示意图。

附图4是本发明的船体两侧挡水板示意图。

附图5是本发明的采样系统示意图。

附图6是本发明的行进系统示意图。

附图中1是船体，2是挡风罩，3是鼓风机，4是导气管，5是曝气架，6是曝气孔，7是菌剂室，8是过水孔洞，9是螺旋槽口，10是菌剂板，11是旋转电机，12是挡水板，13是集水瓶，14是集水瓶盖，15是进水口，16是进水管，17是吸水泵，18是取样管，19是动力电机，20是螺旋桨，21是行船舵，22是遥控电路板，23是天线。

具体实施方式

远程遥控式水体原位修复装置，其结构包括船体1、菌剂室7、曝气系统、采样系统、行进系统、遥控电路板22；其中，菌剂室7处在船体1底部，遥控电路板22处在船体1内部；曝气系统、采样系统、行进系统三者各自与遥控电路板22连接；遥控电路板22上接有天线23。

所述菌剂室7位于船体1底部，通过船体1底部螺旋槽口9与船体1进行对接，菌剂室7内部包括多层菌剂板10，每层菌剂板10固定放置微生物降解菌剂和/或除藻剂等对水体有修复作用的微生物药剂。

所述菌剂室7外壳设有过水孔洞8，通过过水孔洞8允许待修复水体通过菌剂室7，菌剂室7中的微生物降解菌剂对水体中污染物质进行分解去除，而除藻剂则能有效灭活水体中的藻类，经过菌剂室7的净化降低流出水体污染物的浓度，抑制藻类生长扩增，最终达到净化水体、提高水质的目的。

所述曝气系统包括鼓风机3、导气管4、曝气架5、曝气孔6；所述鼓风机3与遥控电路板22相连，由远程遥控器控制鼓风机3的开关；所述鼓风机3的出风口处与导气管4相连，导气管4与曝气架5相连，曝气架5上均匀设有曝气孔6，当遥控鼓风机3运作时，气体可由鼓风机3进入导气管4从而进入曝气架5，达到曝气效果。

所述采样系统包括集水瓶13、进水管16、吸水泵17和取样管18；所述集水瓶13放置于船体内凹槽处，凹槽尺寸与集水瓶13底部吻合；所述集水瓶13顶部用集水瓶盖14密封，集水瓶盖14与集水瓶13螺旋对接；所述集水瓶13侧身顶部设有进水口15，进水口15与进水管16相连；所述进水管16与吸水泵17相连，吸水泵17与遥控电路板22相连，由远程遥控器控制取样过程；所述吸水泵17下端与取样管18相连，取样管18从船体1底部探出进入水体；吸水泵17运作时，水体样本由取样管18进入，经吸水泵17和进水管16流入集水瓶13；遥控吸水泵17停止工作即取样结束；集水瓶13与进水管16为活动连接，集水瓶13能与进水管16分离，并能从船体1内取出集水瓶13，当集水瓶13从船体1内取出后，打开集水瓶盖14即可获得待测水样。

所述行进系统包括动力电机19、螺旋桨20、行船舵21；其中，动力电机19、行船舵21两者各自与遥控电路板22相连，能够远程遥控动力电机19和行船舵21开关；动力电机19同时与螺旋桨20连接，工作时，动力电机19带动螺旋桨20旋转，从而控制船体1前进；行船舵21由遥控装置控制其摆动，从而控制船体行进方向。

所述船体1两侧设有挡水板12和旋转电机11，挡水板12与旋转电机11相连，旋转电机11控制挡水板12开启、闭合；挡水板12底端低于船体底部达到菌剂室7两旁；当挡水板12开启时，挡水板12与船体形成45°～ 60°的夹角，当船体移动或静止，水流流经船体两旁时，经挡水板作用，能够使水体集中通过菌剂室7，有效提升水体修复效果。

所述船体1上方有挡风罩2，保护船体1内各个系统不受外界干扰，从而正常运作；所述船体1内部设有电源、电路板，电源选用普通电池或太阳能电池等新型节能电池，此处不做限定；电路板采用现有遥控电路板22，与各个系统相连，同时船体1还设有与电路板相连的天线23，天线23包括遥控天线和GPS定位天线，从而达到对船体远程操控和定位的目的。

本发明远程遥控式水体原位修复装置，基于现有电动遥控船技术，用远程遥控方式操控各部分工作。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

远程遥控式水体原位修复装置，其结构由船体1、菌剂室7、曝气系统、采样系统、行进系统、遥控电路板22组成；其中菌剂室7处在船体1底部，遥控电路板22处在船体1内部；曝气系统、采样系统、行进系统三者各自与遥控电路板22连接；遥控电路板22上接有天线23。

对照附图1和附图2，所述菌剂室7位于船体1底部，通过船体1底部的螺旋槽口9与船体1进行对接，菌剂室7内部有多层菌剂板10，每层菌剂板10固定放置微生物降解菌剂和除藻剂；所述菌剂室7外壳设有若干规律排列的过水孔洞8，通过过水孔洞8允许待修复水体流过菌剂室7，使有修复作用的微生物随水流流出菌剂室7，从而发挥修复作用。

对照附图3，所述的曝气系统由鼓风机3、导气管4、曝气架5和曝气孔6组成；其中，鼓风机3与遥控电路板22相连，由远程遥控器控制其运作；鼓风机3出风口处与导气管4相连，导气管4与曝气架5相连，曝气架5上均匀设有曝气孔6，当遥控鼓风机3运作时，气体可由鼓风机3进入导气管4从而进入曝气架5，达到曝气效果；曝气架5围绕在菌剂室7两侧和底部，此曝气装置相比现有曝气装置的构造简单，成本低廉，但却可以为缺氧环境下的微生物提供充足氧气。

对照附图4，所述船体1两侧设有挡水板12和旋转电机11，所述挡水板12与旋转电机11相连，旋转电机11与遥控电路板22相连，遥控操纵挡水板12沿船体1水平方向前后开启、闭合；挡水板12底端低于船体1底部达到菌剂室7两旁；当船体移动到待修复水域时，遥控挡水板12开启，挡水板12与船体1水平方向形成45°～ 60°的夹角，在水流流经船体1两旁，菌剂室7中的菌剂或除藻剂发挥作用时，经挡水板12作用，可使水体集中通过菌剂室7，有效提升水体修复效果。

对照附图5，所述采样系统由集水瓶13、集水瓶盖14、进水口15、进水管16、吸水泵17、取样管18组成；其中，集水瓶13放置于船体1上表面凹槽处，凹槽尺寸与集水瓶13底部吻合；集水瓶13顶部用集水瓶盖14密封，集水瓶盖14与集水瓶13螺旋对接；集水瓶13侧身顶部设有进水口15，进水口15与进水管16相连；所述进水管16与吸水泵17相连，吸水泵17与遥控电路板22相连；所述吸水泵17下端与取样管18相连，取样管18从船体1底部探出进入水体；工作时，由远程遥控器控制吸水泵17工作，吸水泵17运作时，水体样本由取样管18进入，经吸水泵17和进水管16流入集水瓶13；遥控吸水泵17停止工作即取样结束；集水瓶13与进水管16为活动连接，集水瓶13可与进水管16分离，并可从船体1内取出集水瓶13，集水瓶13从船体1内取出后，打开集水瓶盖14即可获得待测水样；此结构可将水质修复和水质采集合二为一，无需采用额外的水质采样装置，当修复结束后，可直接遥控操纵收集水样，与现有方法相比方便快捷，省时省力，且提高工作效率。

对照附图6，所述行进系统由动力电机19、螺旋桨20和行船舵21组成；其中，动力电机19、行船舵21两者各自与遥控电路板22相连，能够远程遥控动力电机19和行船舵21开关；动力电机19与螺旋桨20连接，工作时，动力电机19带动螺旋桨20旋转，从而控制船体1前进；行船舵21由遥控装置控制其摆动，从而控制船体行进方向。

所述天线23 有遥控天线和GPS定位天线；遥控电路板22采用电池供电，电池选用太阳能电池；所述船体1上方可加置挡风罩2，保护船体1内各个系统不受外界干扰，从而正常运作。

所述遥控电路板22优选含芯片PT2272的接收模块电路板，所对应使用的遥控器内设有含芯片PT2262的发射模块以控制船体各个系统正常运作。

本发明远程遥控式水体原位修复装置，基于现有电动遥控船技术，用远程遥控方式操控各部分工作。

实施例2

针对富营养化藻类爆发的水域的远程遥控式水体原位修复装置的使用方法：

1）选用一种有效菌40%、纤维酶10%、草药提取物30%、纯水20%制成的生物除藻剂；

2）旋动菌剂室7，使其与螺旋槽口9分离，将一定数量除藻剂放入菌剂室7的菌剂板10上后，将菌剂室7与螺旋槽口9对接旋紧，从而达到除藻剂固定的目的；

3）将集水瓶13固定放置于船体1内凹槽处，进水口15与进水管16相连，同时检查船体1其余部位有无出现异常，无异常且可正常工作时，将船体1放入待修复水域；

4）遥控操纵船体1的行进系统，使其移动到达修复位置；遥控操纵旋转电机11工作，带动挡水板12开启，此时船体1若行进或水流有一定流速，则会促使水体集中向菌剂室7流动，将有修复作用的微生物菌群带入水体使其大量繁殖，从而达到修复水体的目的；与此同时，由于修复水域存在蓝藻爆发现象，导致水体处于缺氧状态，此时遥控操纵鼓风机3运作，空气通过鼓风机3，经导气管4进入曝气架5并通过曝气孔6流出，为微生物存活提供充足的气体条件；

5）修复一段时间后，除藻剂效果下降，此时，遥控开启吸水泵17，使修复后的水样通过取样管18、进水管16进入集水瓶13，收集一定量的待测水样；

6）结束后，遥控船体1返回；

7）取下集水瓶13，获得水样并检测其修复效果；

8）取下菌剂室7，回收除藻剂。

此为本实施例的一次工作流程，当待修复水域蓝藻爆发严重时，可多次使用多个船体1同时进行修复工作，船体的实时位置，可由GPS天线23实时传输到终端，方便查找定位。

此装置可有效替代人工多次向水体投加除藻剂，节约人力、物力、财力的同时有效防止了二次污染出现的可能，装置及修复与采样于一体，节省时间、成本，便于操纵，由于基于遥控船体，所以可良好的运用到各种水体的修复工作中去。

实施例3

利用本发明设计的远程遥控式水体原位修复装置对江苏南通某农药生产厂污水排入的某池塘进行水体中有机磷农药三唑磷的污染水平调查及污染物原位去除：

1）遥控菌剂室7空载的远程遥控式水体原位修复装置在池塘不同区域采集水体样品至集水瓶13中，检测水体中三唑磷浓度，发现该受污染池塘存在长3 m、宽4 m的重污染区域，该区域水体中三唑磷浓度高达119μg L^-1；

2）针对该重污染区域进行水体原位修复，远程遥控式水体原位修复装置运行前将本实验室筛选获得的特异性三唑磷降解菌株Diaphorobacter sp.大量扩繁后，将降解菌与海藻酸钠进行固定化后形成海藻酸钠-Diaphorobacter sp.固定化颗粒；海藻酸钠-Diaphorobacter sp.固定化颗粒置于菌剂室7中；

3）遥控多功能水体原位修复装置行进至该重污染区域，遥控开启挡水板，使挡水板与船体形成45°夹角，在遥控远程遥控式水体原位修复装置以圆周式运行轨迹工作1周，每天运行3 h，每天取样检测装置运行前后的三唑磷浓度，每天远程遥控式水体原位修复装置运行后该区域水体三唑磷浓度降低2.4%-5.1%，持续修复一周后三唑磷浓度降低至86.5μg L^-1，相比初试浓度下降了27.3%，具有良好的有机农药污染水体原位修复效率，菌剂室7内固定化菌剂每两天回收更新，有效回收率达到95.6%，有效控制了菌剂在水体中的扩散，避免了菌剂流失造成的二次污染问题。

Claims (3)

1.远程遥控式水体原位修复装置，其特征是包括船体、菌剂室、曝气系统、采样系统、行进系统、遥控电路板；其中，菌剂室处在船体底部，遥控电路板处在船体内部；曝气系统、采样系统、行进系统三者各自与遥控电路板连接；遥控电路板上接有天线；

所述船体两侧设有挡水板和旋转电机，挡水板与旋转电机相连，旋转电机控制挡水板开启、闭合；挡水板底端低于船体底部达到菌剂室两旁；当挡水板开启时，挡水板与船体形成45°～ 60°的夹角；

所述菌剂室位于船体底部，通过船体底部螺旋槽口与船体进行对接，菌剂室内部包括多层菌剂板，每层菌剂板固定放置有微生物药剂；所述菌剂室外壳设有过水孔洞，通过过水孔洞允许待修复水体通过菌剂室，菌剂室中的微生物降解菌剂对水体中污染物质进行分解去除，而除藻剂则能有效灭活水体中的藻类，经过菌剂室的净化降低流出水体污染物的浓度，抑制藻类生长扩增，最终达到净化水体、提高水质的目的；

所述曝气系统包括鼓风机、导气管、曝气架、曝气孔；所述鼓风机与遥控电路板相连；所述鼓风机的出风口处与导气管相连，导气管与曝气架相连，曝气架上均匀设有曝气孔，当鼓风机运作时，气体可由鼓风机进入导气管从而进入曝气架，达到曝气效果；

所述采样系统包括集水瓶、进水管、吸水泵和取样管；所述集水瓶放置于船体内凹槽处，凹槽尺寸与集水瓶底部吻合；所述集水瓶顶部用集水瓶盖密封，集水瓶盖与集水瓶螺旋对接；所述集水瓶侧身顶部设有进水口，进水口与进水管相连；所述进水管与吸水泵相连，吸水泵与遥控电路板相连，吸水泵下端与取样管相连，取样管从船体底部探出进入水体；吸水泵运作时，水体样本由取样管进入，经吸水泵和进水管流入集水瓶；遥控吸水泵停止工作即取样结束；集水瓶与进水管为活动连接，集水瓶能与进水管分离，当集水瓶从船体内取出后，打开集水瓶盖即可获得待测水样；

所述行进系统包括动力电机、螺旋桨、行船舵；其中，动力电机、行船舵两者各自与遥控电路板相连，能够远程遥控动力电机和行船舵开关，动力电机同时与螺旋桨连接，工作时，动力电机带动螺旋桨旋转，从而控制船体前进；行船舵由遥控装置控制其摆动，从而控制船体行进方向。

2.根据权利要求1所述的远程遥控式水体原位修复装置，其特征是所述船体上方有挡风罩；船体内部设有电源，电源选用普通电池或太阳能电池。

3.根据权利要求1所述的远程遥控式水体原位修复装置，其特征是所述天线包括遥控天线和GPS定位天线。

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