CN109594542B - 一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，底板的两侧设置浮板，漂浮式藻水分离斗漂浮通过绳索悬挂于底板的底部，漂浮式藻水分离斗设置气囊，通过调节气囊储气量使漂浮式藻水分离斗的上沿与水面齐平，漂浮式藻水分离斗内设置格栅和穿孔隔板，不锈钢膜组件设置于漂浮式藻水分离斗内，真空泵的进水口端通过管路连接所述不锈钢膜组件，出水口端通过管路接入水体中，通过真空泵将漂浮式藻水分离斗内的藻液经膜过滤后抽出清水排出至水体内，形成涡旋效应将水面表层的蓝藻浓浆从漂浮式藻水分离斗的上沿吸入到漂浮式藻水分离斗。本发明提供一种灵活的，以太阳能为动力，藻分离效率95％以上，操作简单的漂浮式不锈钢膜藻水分离装置。
Description
技术领域
本发明涉及水藻分离装置，具体地，涉及一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置。
背景技术
水华：水华（Algal Blooms）指淡水水体中藻类大量繁殖的一种自然生态现象，是水体富营养化的一种特征，主要由于生活及工农业生产中含有大量氮、磷的废污水进入水体后，蓝藻（又叫蓝细菌，包括颤藻、念珠藻、蓝球藻、发菜等）、绿藻、硅藻等大量繁殖后使水体呈现蓝色或绿色的一种现象。也有部分的水华现象是由浮游动物——腰鞭毛虫引起的。“水华”现象在我国古代历史上就有记载。另外，海水中若出现类似现象（一般呈红色）则称为赤潮。水华的防控措施主要有打捞、絮凝除藻和生物控藻等。
在一些富营养水体中，蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生微囊藻毒素（microcystins，简称MCs），大约50%的绿潮中含有大量MCs。MCs除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。蓝藻大量出现时，附近水体一般呈浓绿色，被风吹到岸边堆积，不但会发出恶臭味，且含毒素的蓝藻细胞在水体中漂游，当与某些漂浮物络合沉淀，或被养殖对象捕食后随其排泄物沉淀，在鱼池池底富集，对无公害水产品生产会带来巨大的负面影响。蓝藻中的项圈藻可快速产生致死因子，破坏养殖对象的鳃组织，干扰其新陈代谢的正常进行，麻痹神经，使其死亡。蓝藻中个别种不但活体带毒，而且死亡个体分解会产生生物毒素——蓝藻毒素（如微囊藻毒素）。蓝藻毒素量多时可直接造成养殖对象中毒死亡；或者即使数量少，也可通过食物链积累效应危害养殖对象，直至危害人体。
我国的太湖、滇池、巢湖等均发生过大规模的蓝藻爆发，造成了威胁沿岸城市数百万人食品安全和饮用水安全的重大事故。
藻水分离现有的技术多为打捞，絮凝，气浮，纱网过滤等。在应对蓝藻爆发时存在蓝藻去除率不高，处理设施远离蓝藻爆发水域，处理成本巨大等问题。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提供一种灵活的、以太阳能为动力、藻分离效率95%以上、操作简单的漂浮式不锈钢膜藻水分离装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，包括太阳能光伏电池组件、电路控制装置、底板、漂浮式藻水分离斗、膜组件和真空泵，其中，所述太阳能光伏电池组件、所述真空泵连接所述电路控制装置，所述太阳能光伏电池组件、所述电路控制装置、所述真空泵设置于所述底板上，所述底板的两侧设置浮板，所述漂浮式藻水分离斗连接于所述底板的底部，所述漂浮式藻水分离斗上沿两侧和后侧设有气囊，所述漂浮式藻水分离斗上沿的前侧为进水端，通过调节所述气囊储气量使漂浮式藻水分离斗的上沿与水面齐平，所述漂浮式藻水分离斗内设置带通孔的隔板，所述隔板将所述漂浮式藻水分离斗分为上腔体和下腔体，所述膜组件设置于所述漂浮式藻水分离斗的上腔体，所述下腔体为藻泥沉淀区；所述真空泵的进水口端通过管路连接所述膜组件，所述真空泵的出水口端通过管路接入水体中，通过所述真空泵将所述漂浮式藻水分离斗内的藻液通过膜组件过滤后抽出排出至水体内，形成涡旋效应将水面表层的蓝藻浓浆从所述漂浮式藻水分离斗的上沿的进水端吸入到所述漂浮式藻水分离斗。将本装置直接放置于藻类爆发水域，免除长距离运输藻液或铺设运输管道，且可实现直接吸取水面表层高浓度的藻浆，针对性强实现自动运行。
本发明通过真空泵从浸没在漂浮式藻水分离斗中的不锈钢微滤膜组件抽吸出清水并直接通过排水管回灌至水面以下20cm深度，造成的涡旋效应可以将水面表层的蓝藻浓浆从藻水分离斗的上沿自然吸入分离斗，最大程度地提高获取蓝藻的效率。上述装置中采用膜组件使蓝藻的分离率可达95%以上，远高于纱网分离，絮凝气浮等工艺。所述电路控制装置用于定时控制真空泵以及吸泥泵的启闭。
优选地，所述太阳能光伏电池组件由若干块太阳能晶体硅电板、逆变器和蓄电池组成，所述蓄电池连接所述电路控制装置，所述太阳能晶体硅电板水平固定于四个立杆上，四个所述立杆的底端分别连接固定于所述浮板上，所述立杆用于支撑所述太阳能晶体硅电板，使所述太阳能晶体硅电板位于所述底板的上方，形成顶棚结构，所述逆变器、所述蓄电池设置于所述底板上，所述太阳能晶体硅电板通过电线连接逆变器，所述逆变器通过所述太阳能晶体硅电板利用太阳能产生的直流电转换成交流电，在逆变器之后再连接蓄电池。太阳能晶体硅电板与立杆形成的顶棚结构，在起到供给本装置动力的作用下，在降雨时亦可起到遮雨的作用。
优选地，所述装置还包括吸泥泵、藻泥箱，所述吸泥泵连接所述电路控制装置，所述藻泥箱设置于所述底板上，所述吸泥泵设置于所述藻泥沉淀区，所述吸泥泵的出口端通过管路连接所述藻泥箱，通过所述吸泥泵将藻泥输送至所述藻泥箱。
优选地，所述藻泥箱设置加热杆，所述加热杆连接所述电路控制装置，所述加热杆用于将所述藻泥箱内的藻泥蒸干脱水。方便后序处置。通过所述电路控制装置控制所述加热杆的启闭，所述加热杆设置过热自动断电保护。
优选地，所述漂浮式藻水分离斗还包括设置格栅，所述格栅位于所述漂浮式分离斗的所述进水端，用于拦截大块杂物。
优选地，所述膜组件为不锈钢微滤膜组件。使蓝藻分离率可达95%以上，远高于纱网分离，絮凝气浮等工艺。不锈钢膜经久耐用，克服有机膜机械强度低易损坏的缺点，并且在相同压力下不锈钢膜过滤通量高于有机微滤膜数十倍；过滤模块组数可自由设置，方便更换，易于清洗。
优选地，所述漂浮式藻水分离斗通过绳索连接于所述底板的底部。可以采用其他悬挂式连接装置，使所述漂浮式分离斗悬挂于所述底板的底部。
优选地，所述底板为不锈钢穿孔板。本装置中采用穿孔不锈钢板方便真空泵管路通往底板下方的藻水分离斗，也方便分离斗内的吸泥泵管路和电路通过，无需在底板专门开孔，减轻装置的整体重量，此外底板不会因风浪产生积水以免电控箱进水。
优选地，所述底板上设置门，所述门的位置对应于所述漂浮式藻水分离斗正上方。用于更换所述膜组件和清洗。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）蓝藻的分离率可达95%以上，远高于纱网分离，絮凝气浮等工艺；
（2）可将本发明直接放置于藻类爆发水域，免除长距离运输藻液或铺设运输管道，节约成本；
（3）本发明的装置方便灵活，可放置于藻类浓度较高的近岸边，克服了大型藻水分离船无法靠近岸边的局限；
（4）通过本发明可直接吸取水面表层高浓度的藻浆，针对性强；
（5）利用光能作为清洁能源，具有安装方便，节约能源，环保安全等特点；
（6）整套装置可实现自动运行，无需值守，维护简单；
（7）不锈钢膜经久耐用，克服有机膜机械强度低易损坏的缺点，并且在相同压力下不锈钢膜过滤通量高于有机微滤膜数十倍；
（8）过滤模块组数可自由设置，方便更换，易于清洗。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一优选实施例的结构示意图；
图2为本发明一优选实施例中图1的侧面视图；
图3为本发明一优选实施例的膜组件结构示意图；
图4为本发明一优选实施例的穿孔不锈钢板俯视图；
图5为本发明一优选实施例的漂浮式藻水分离斗的俯视图；
图中标记分别表示为：太阳能晶体硅电板1、立杆2、浮板3、穿孔不锈钢板4、漂浮式藻水分离斗5、气囊6、真空泵7、膜组件8、吸泥泵9、穿孔隔板10、藻泥箱11、门12、电路控制装置13、格栅14、水面15、进水端16。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1-5所示，一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置的优选实施例的结构示意图，图中包括太阳能光伏电池组件、穿孔不锈钢底板4、浮板3、漂浮式藻水分离斗5、膜组件8，真空泵7与电路控制装置13。
如图1-2所示：穿孔不锈钢底板4的两侧对应设置浮板3，浮板3的上沿通过螺丝固定于穿孔不锈钢底板4的两侧，通过两侧设置浮板3使穿孔不锈钢底板4高出水面15一段距离。漂浮式藻水分离斗5通过绳索悬挂于穿孔不锈钢板4底部，膜组件8设置于漂浮式藻水分离斗5中。
如图4所示，穿孔不锈钢底板4上设有可开启的门12，穿孔不锈钢底板4上门12的位置对应于漂浮式藻水分离斗5正上方，用于放置和更换膜组件8，需要更换膜组件8时打开门12即可操作。
本实施例中底板采用了穿孔不锈钢板4，可方便真空泵7的管路通往底板下方的漂浮式藻水分离斗5，也方便漂浮式分离斗5内的吸泥泵9的管路和电路通过，无需在底板上专门开孔，且减轻装置的整体重量，此外底板不会因风浪产生积水以免电控箱进水。
太阳能晶体硅电板1平铺连接固定在四根立杆2上，四根立杆2的底部分别连接固定在穿孔不锈钢板4两侧的浮板3上，使得平铺的太阳能晶体硅电板1形成本装置的顶部，在起到供给本装置动力的作用下，又可以起到顶棚作用，在降雨时亦可起到遮雨的作用。
真空泵7设置于穿孔不锈钢底板4上，真空泵7的进水口端通过管路连接漂浮式藻水分离斗5中，真空泵7的出水口端通过管路通入水面15下，通过真空泵7从浸没在漂浮式藻水分离斗5中的不锈钢微滤膜组件8抽吸出清水并直接通过排水管回灌至水面15以下20cm深度，形成的涡旋效应可以将水面15表层的蓝藻浓浆从漂浮式藻水分离斗5的上沿前端自然吸入分离斗，可直接吸取水面表层高浓度的藻浆，针对性强，最大程度地提高获取蓝藻的效率。
太阳能光伏电池组件由太阳能晶体硅电板1、逆变器和蓄电池三个部分组成。太阳能晶体硅电板1由若干块组成，根据电机功率确定太阳能晶体硅电板1具体的块数，每块太阳能晶体硅电板1的面积为1m2。太阳能晶体硅电板1通过电线与逆变器连接，逆变器将太阳能晶体硅电板1利用太阳能产生的直流电转换成交流电，在逆变器之后再连接蓄电池，储存电量持续供电。逆变器、蓄电池以及真空泵7和电路控制装置13安装于穿孔不锈钢板4上，靠近装置后部。
如图1、图5所示，漂浮式藻水分离斗5上沿的两侧和后侧安装气囊6，通过调整气囊6气量以确保漂浮式藻水分离斗5的上沿与水面15齐平，漂浮式藻水分离斗5上沿的前侧为水面表层的蓝藻浓浆进水端16。漂浮式藻水分离斗5内设置有穿孔隔板10，膜组件8放置在漂浮式藻水分离斗5内部的穿孔隔板10上，穿孔隔板10将漂浮式藻水分离斗分为上腔体和下腔体，膜组件设置于漂浮式藻水分离斗5的上腔体，下腔体为藻泥沉淀区，漂浮式藻水分离斗5底部藻泥沉淀区放置吸泥泵9一台，每隔1h运行一次将沉淀的藻泥吸出，并存放在藻泥箱11中，在藻泥箱11的底部安装加热杆，由太阳能光伏电池组件提供能源，可将藻泥蒸干脱水，方便后序处置。
漂浮式藻水分离斗5还包括设置有格栅14，格栅14设置于漂浮式藻水分离斗5的进水端16，用于拦截大块杂物。
如图3所示，太阳能光伏电池组件正常工作以后，蓝藻浓浆从漂浮式藻水分离斗5的上沿吸入斗中，膜组件8在自动控制开关的作用下以8分钟抽吸，2分钟待机的频率持续工作。膜通量为20L•m-2•h-1。单个组件尺寸为50x50x50cm，总膜面积10m2。前期试验已知，在此通量下不锈钢膜可过滤蓝藻浓浆超过40h。装置运行时无需人力值守，日落后回收至岸边，工作人员将需要更换的组件取出进行清洗，并清空藻泥箱11。
本实施例在具体实施时，使用者可以根据自动控制开关可以设置通电和断电的时间间隔。
如图1所示，通过顶部的太阳能晶体硅电板1为本装置提供动力，由于藻类具趋光特性，蓝藻在阳光强烈时会在水体表面聚集，所以蓝藻爆发时日照条件良好，完全可以满足太太阳能晶体硅电板1持续运行。而在阴雨天，日出前和日落后等日照条件较差的情况下，藻类在水体中漂浮，不会聚集在表面形成浓浆，此时分离效率变差，本装置可以上岸进行膜片的清洗，更换，维护等操作。
在具体实施时本装置利用人力或机械船只作为牵引，到达目标水域，而由于蓝藻爆发时随风力在岸边聚集的特性，一般情况下只要将本装置推入近岸水体漂浮即可高效工作，避免了大型除藻船只无法靠近岸边的局限。处理能力按照每日8小时工作，每单组件处理能力为1.6吨藻浆/天设计，单个组件总膜面积为10平方米左右，采用便携手提式设计，方便上岸更换，根据所需处理量的大小可自由加载组件数量。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于：所述装置包括太阳能光伏电池组件、电路控制装置、底板、漂浮式藻水分离斗、膜组件和真空泵，其中，所述太阳能光伏电池组件、所述真空泵连接所述电路控制装置，所述太阳能光伏电池组件、所述电路控制装置、所述真空泵设置于所述底板上，所述底板的两侧设置浮板，所述漂浮式藻水分离斗悬挂式连接于所述底板的底部，所述漂浮式藻水分离斗上沿两侧和后侧设有气囊，所述漂浮式藻水分离斗上沿的前侧为进水端，通过调节所述气囊储气量使漂浮式藻水分离斗的上沿与水面齐平，所述漂浮式藻水分离斗内设置带通孔的隔板，所述隔板将所述漂浮式藻水分离斗分为上腔体和下腔体，所述膜组件设置于所述漂浮式藻水分离斗的上腔体，所述下腔体为藻泥沉淀区；所述真空泵的进水口端通过管路连接所述膜组件，所述真空泵的出水口端通过管路接入水体中，通过所述真空泵将所述漂浮式藻水分离斗内的藻液通过所述膜组件过滤后抽出排出至水体内，形成涡旋效应将水面表层的蓝藻浓浆从所述漂浮式藻水分离斗的上沿的进水端吸入到所述漂浮式藻水分离斗。
2.根据权利要求1所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述太阳能光伏电池组件由若干块太阳能晶体硅电板、逆变器和蓄电池组成，所述蓄电池连接所述电路控制装置，所述太阳能晶体硅电板水平固定于四个立杆上，四个所述立杆的底端分别连接固定于所述浮板上，所述立杆用于支撑所述太阳能晶体硅电板，使所述太阳能晶体硅电板位于所述底板的上方，形成顶棚结构，所述逆变器、所述蓄电池设置于所述底板上，所述太阳能晶体硅电板通过电线连接逆变器，所述逆变器连接所述蓄电池，所述逆变器通过所述太阳能晶体硅电板利用太阳能产生的直流电转换成交流电。
3.根据权利要求1所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述装置还包括吸泥泵、藻泥箱，所述吸泥泵连接所述电路控制装置，所述藻泥箱设置于所述底板上，所述吸泥泵设置于所述藻泥沉淀区，所述吸泥泵的出口端通过管路连接所述藻泥箱，通过所述吸泥泵将藻泥输送至所述藻泥箱。
4.根据权利要求3所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述藻泥箱设置加热杆，所述加热杆连接所述电路控制装置，所述加热杆用于将所述藻泥箱内的藻泥蒸干脱水。
5.根据权利要求1所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述漂浮式藻水分离斗还包括设置格栅，所述格栅位于所述漂浮式分离斗的所述进水端，用于拦截大块杂物。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述膜组件为不锈钢微滤膜组件。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述漂浮式藻水分离斗通过绳索连接于所述底板的底部。
8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述底板为不锈钢穿孔板。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种漂浮式太阳能动力不锈钢膜藻水分离装置，其特征在于，所述底板上设置门，所述门的位置对应于所述漂浮式藻水分离斗正上方。
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