CN109629537A - 一种浮式除藻系统及除藻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮式除藻系统及除藻方法，包括漂浮装置和船载装置，所述漂浮装置包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的下表面通过支腿安装在浮筒装置的上部，所述浮筒装置上部安装有水平托板，水平托板的上表面上还安装有控制箱和浮筒配重装置，所述控制箱中设有第一无线通讯模块；所述船载装置包括浮藻传送设备以及浮藻提取装置，所述浮藻传送设备以及浮藻提取装置分别与船体上设有的第二PLC控制器电连接，所述第二PLC控制器连接有第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块和控制箱中设有的第一无线通讯模块分别与遥控器无线通讯。本发明利用漂浮装置与船体结合方式，具有藻类水域收集范围广，收集量大的特点，为治理藻类水华提供一条新思路。

Description

一种浮式除藻系统及除藻方法

技术领域

本发明涉及除藻系统及除藻方法，尤其涉及一种浮式除藻系统及除藻方法。

背景技术

研究表明，与人们生活息息相关的内陆水域，发生水华时的藻类，以蓝藻居多。蓝藻 是最原始，最古老的藻类，喜欢生活在有机质丰富且pH值较高的水体中，喜高温，生存能力强，有些蓝藻可生活在60～85℃的温泉；有些种类还能与菌、苔藓、蕨类和裸子植物共生；有些还可穿入钙质岩石或介壳中(如穿钙藻类)或土壤深层中(如土壤蓝藻)，在自然界分布很广。按照危害性大小，蓝藻大致可以分为微囊藻、螺旋藻、项圈藻、颤藻。其中以 微囊藻的危害最大。微囊藻老百姓习惯称作蓝绿藻，夏季高温季节大量繁殖，在水表层形 成一层厚厚的类似于油漆状的物质。蓝藻一旦成为优势种群，温度越高繁殖越快。更为严 重的是，由于蓝藻的过度繁殖，抑制了其他藻类的繁殖，蓝藻中有些种类(如微囊藻)的死 亡个体分解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。MCs耐热，不易被 沸水分解，淡水水体中的蓝藻毒素已成为全球性的环境问题，世界各地经常发生蓝藻毒素 中毒事件。

随着高温季节的到来，养殖水体投饵增加，蓝藻较容易大量暴发。近年来研究表明蓝藻 的发生和水体的营养元素比例失衡也有很大关系。蓝藻的光合作用强烈，导致水体的pH值 急剧升高，pH的上升又进一步促使其繁殖，所以形成恶性循环。而且当蓝藻大量死亡后， 发出一股难闻的腥臭味，在消耗大量氧气的同时会分解产生大量毒素。会造成养殖动物的 食欲降低，免疫能力下降，并且由于大部分蓝藻的外层都有一层胶被，不易消化，鱼虾误 食后易引起胃肠道疾病，极大地增加了患病概率。蓝藻水华出现时，水面被厚厚的蓝绿色 湖靛所覆盖，被风吹到岸边堆积，不仅会发出恶臭味，影响饲养管理，而且对水产业可持续发展和实现绿色水产品养殖的目标，将造成巨大的负面影响。

蓝藻发生的原因主要有以下几点，

温度。蓝藻一般需要高温条件下才会大规模暴发，当水温25～35℃时，蓝藻的生长速 度才会比其他藻类快，故温度是蓝藻暴发的主要因素之一。但在生产实践中，尤其是夏季 高温水华爆发时，面对偌大的水域，进行温度调控很难操作，况且温度变化会对水域内的 其他生物的生态环境造成危机，影响生态安全。

水体富营养化也是诱因之一。养殖户为了提高产量，增加水产品苗种放养量、投饵量， 只注重产量而不注重水生植物的人工栽培和资源保护，造成养殖水体富营养化，水色呈“绿 豆汤”色。池底沉积大量淤泥，又黑又臭，污染环境，造成“光水塘”、也称养殖水体“荒漠化”，这种片面强调消费者，忽视分解者和生产者的生态系统极为不平衡。致使在水塘等不流动的类似水域往往更容易暴发蓝藻。但换水会增加养殖成本，而且实践证明，在温度其他外界条件不变的情况下，频繁的换水并不是每次都有效。对于富营养化严重的湖泊，采取“引水释污”不是一个长久之计。而且换水后的水质变化，同样会对水域内生物造成 应激反应，影响存活率和品质，特别是随着水资源短缺程度的加剧，这种治理蓝藻的方式 也不可取。

有机磷是蓝藻生长的必须因素，除去水域中的有机磷在当前尤为人们所重视，使用无 磷洗衣粉的公告已为人们所熟知，但个别地区还会大量使用其他富含有机磷的清洁制剂， 由于涉及面较广，不易监管，需要全体人们的积极配合才能做好，所以，短期内难以奏效， 要想迅速实现对蓝藻的治理存在一定的难度。

现如今，人们防止蓝藻爆发也想出了很多办法，防治方法可分为物理方法和化学方法 两大类，就物理方法而言，有彻底清理消毒、定期更换新鲜水以及人工捞除等方式，彻底 清理消毒、定期更换新鲜水在上面已有论述，不仅成本高，而且收效不大；人工捞除，因没有称手的工具对整个水域内进行大量打捞，往往在增加人力和物力消耗后收效甚微。

化学方法防治有很多种，其中，利用蓝藻比其它藻类对铜离子更敏感的特点，将铜制 剂用作抑藻、杀藻剂。但高浓度的铜离子会引发浮游植物大量死亡，使水体严重缺氧。铜制剂的使用还会引起对虾蓄积性中毒，造成其肝、肾组织损害，影响生长；同时，过多过 量铜制剂的使用还会腐蚀虾的鳃丝，形成黑鳃等疾病。经食物链最终危害到人体健康。因 此，铜制剂使用对环境造成二次污染，造成生物链的危害往往不可逆，不宜采用。

利用茶麸治理蓝藻，适用于蓝藻爆发初期，研究表明，因为茶麸含有茶皂素，除对虾 养殖外，对以血红蛋白为氧载体的其他水产动物毒害较大，不易采用。

利用蓝藻的固氮作用进行选择性施肥治理蓝藻，虽然低氮磷比，有利于蓝藻的固氮， 高氮磷比有利于绿藻繁殖。国外一些学者认为，氮磷比接近或等于16:1时，能有效控制固 氮蓝藻的爆发。但这样一来，往往会引入氮类等其他物质，造成水域内氮氧化物等其他元 素的比例变化，相当于对水域的二次污染，也不利于开展。

同样，利用高锰酸盐、硫酸铝、高铁酸盐复合药剂、液氯、次氯酸、臭氧和过氧化氢等化学制剂不仅遗留制剂在水域造成二次污染，而且仅仅也是一种治标方法，必须慎重使用。更主要的，一是用化学药剂除藻后的蓝藻尸体仍留在水体中，并不断释放藻毒素，危 害性变的更长和更隐蔽；二是化学杀藻剂对水体其他生物影响很大，使用化学药剂后的河 道不利于生物恢复；三是使用化学杀藻剂仅能在短时间内对水体中藻类有控制作用，由于 不能彻底杀灭，时隔不久又死灰复燃，有时会因藻类具备抗药性甚至变本加厉，水体将是 一种恶性循环。可以说，运用化学方法治理河道是“饮鸩止渴”。国家已经限制化学方法在 河道治理中的使用。

综合上述分析获得，当水域内发生水华后，目前的物理除藻方法和化学除藻方法存在 效率低、成本高、大规模除藻副作用大等弊端，离实际应用还存在差距。因此，急需找出 一种切实可行的藻类治理方法。

发明内容

本发明的一个目的在于解决现有内陆水域中的藻类尤其是蓝藻水华的治理问题，为实 现上述目的，本发明提出一种浮式除藻系统，包括漂浮装置和船载装置，所述漂浮装置通 过管道与所述船载装置连接，所述漂浮装置包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的下表 面水平间隔120度角度设置有支腿，各个所述支腿的下端分别安装在浮筒装置的上部，所 述浮筒装置上部还安装有水平托板，在水平托板的上表面安装有控制箱和浮筒配重装置， 所述浮筒配重装置通过连通管与所述浮筒装置连接，所述浮筒装置上设有水位感应器，所 述浮筒装置与浮藻收纳装置靠接，所述太阳能电池板、浮筒配重装置、水位感应器分别与 所述控制箱电连接，所述控制箱中设有第一无线通讯模块；所述船载装置包括浮藻传送设 备以及浮藻提取装置，所述浮藻传送设备以及浮藻提取装置分别与船体上设有的第二PLC 控制器的输出端电连接，所述第二PLC控制器上的输入端连接有第二无线通讯模块，所述 第二无线通讯模块和所述控制箱中设有的第一无线通讯模块分别与遥控器无线通讯。

另外，根据本发明实施例可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述船载装置中的浮藻传送设备包括与所述管道连接的泥 浆泵，所述泥浆泵安装在船体上，所述泥浆泵与位于船体上的所述第二PLC控制器输出端 电连接。

根据本发明的一个实施例，所述浮藻提取装置包括在泥浆泵的输出管下方设有的水槽， 还包括位于水槽内泥浆泵输出管旁边通过支架安装的水平辊筒，所述水平辊筒露出所述水 槽槽帮的辊筒轴上连接有第一电机，沿水平辊筒的径向方向上，在所述水平辊筒的筒面上 设有若干针状刺，所述水槽靠近泥浆泵的输出管一侧的槽帮上设有溢流管，所述溢流管的 自由管端位于船体外侧并朝向水体，在远离所述泥浆泵的输出管，且与所述水平辊筒的轴 向轴线平行的水槽槽帮上连接有斜劈板，所述斜劈板的劈刃部与所述水平辊筒的筒面靠接 且外切于筒面，所述斜劈板上靠近所述劈刃的板面上设有若干通孔，所述斜劈板远离所述 劈刃的一端朝向船舱，所述第一电机与第二PLC控制器输出端电连接，所述第二PLC控制 器、所述泥浆泵以及所述水槽均安装在船体首部的基座上。

根据本发明的一个实施例，所述浮筒装置包括三个水平间隔呈120度角度的柱状的浮 筒，各个浮筒顶端除与所述支腿的下底面连接外还分别与所述水平托板的下表面相连接， 各个浮筒的相面对的筒身中段侧壁上在同一水平高度上分别设置固定托架，各个所述固定 托架与浮藻收纳装置固定连接，所述水位感应器安装在一个浮筒且靠近该浮筒上所述固定 托架的偏上方的筒身侧壁上；所述水位感应器包括由上到下依次设有水位上限电触点、公 共端、水位下限电触点，至少一个所述浮筒在靠近所述水位上限电触点所在筒身侧壁表面 的偏上方设置溢流孔。

根据本发明的一个实施例，所述浮筒配重装置包括设置在所述水平托板上表面上的水 泵，所述水泵与所述第一PLC控制器的输出端电连接，所述水泵的汲水管连接在水体中， 所述水泵的出水口与连通管连接，所述连通管为水平安装在靠近三个所述浮筒的筒身顶端 侧壁位置上的环管，且连通三个所述浮筒。

根据本发明的一个实施例，所述浮藻收纳装置包括与各个浮筒的所述固定托架连接的 漏斗本体，所述漏斗本体的下端连接有汇流管，在所述漏斗本体的斗内设有悬置在水平托 板的下表面上的紫外线灯，所述紫外线灯呈柱状，紫外线灯的轴向轴线通过所述汇流管轴 向轴线且位于所述汇流管的上方。

根据本发明的一个实施例，所述控制箱中还包括电连接在太阳能电池板与蓄电池之间 的充电控制器，所述第一PLC控制器与所述蓄电池电连接，所述水位感应器中的水位上限 电触点、公共端、水位下限电触点分别与所述第一PLC控制器输入端电连接，所述第一PLC 控制器的输出端还与所述紫外线灯电连接。

根据本发明的一个实施例，所述太阳能电池板为圆形，除第二无线通讯模块外，所述 第二PLC控制器的输入端还连接有手动急停按钮、手动启动按钮。

根据本发明的一个实施例，所述水槽靠近泥浆泵的输出管一侧的槽帮上沿设有溢流管， 所述溢流管的自由管端位于船体外侧并朝向水体。

一种浮式除藻系统的除藻方法，包括的步骤是：

步骤一，利用遥控器遥控控制箱中第一PLC控制器，启动位于漂浮装置中的紫外线灯； 利用遥控器或利用与第二PLC控制器的输入端连接的手动启动按钮，启动泥浆泵和第一电 机；

步骤二，第一PLC控制器实时监测水位感应器中的水位下限电触点、水位上限电触点 与公共端之间的电位，当仅有水位下限电触点浸没在水中时，第一PLC控制器依照程序逻 辑判断，通过输出端向水泵发出启动指令，水泵汲取水体中的水并通过连接各个浮筒的连 通管向各个浮筒中注水，当安装在浮筒上的公共端、水位下限电触点直至水位上限电触点 三者都浸没在水中时，第一PLC控制器向水泵发出停止运行指令；浮筒内被注入的多余水， 将从位于浮筒上的与所述水位上限电触点基本同一水平标高的溢流孔中排入水体中，实现 浮筒连同漏斗本体的漂浮深度不再变化，同时形成水体表面浸没所述漏斗本体的斗口的状 态，在泥浆泵的抽动下，富集在水表面的浮藻连同水跌落式流入漏斗本体的斗口并向汇流 管汇集，再通过管道经泥浆泵输送到船载装置中的浮藻提取装置的水槽内；

步骤三，经泥浆泵输送到水槽内的浮藻中多余的水分，通过设置在水槽上沿的溢流管 排入水体中，于此同时，浮藻提取装置中的水平辊筒在第一电机的驱动下顺时针旋转，利 用水平辊筒表面上设置的若干针状刺将浮藻过滤在水平辊筒表面，辊筒继而转至相切与筒 面的斜劈板的劈刃部，在斜劈板的劈刃刮蹭下，过滤在水平辊筒表面针状刺上的浮藻被刮 到斜劈板上，斜劈板靠近劈刃位置设有若干通孔，有韧性的针状刺随斜劈板被刮倒而后随 着水平辊筒的继续旋转，又再次挺直，并通过通孔对位于斜劈板上被刮下的浮藻团进行弹 拨，减少被过滤的浮藻团积聚在所述斜劈板表面，被刮蹭下来的浮藻团在重力以及针状刺 的弹拨下，陆续落入斜劈板下方的船舱内实现集中收纳；

步骤四，船舱内装满浮藻后，利用船体拖拽漂浮装置一起停靠岸边的码头卸下收纳的 浮藻，以便后期在岸上对浮藻进行集中处理；船舱清空后，继续拖拽漂浮装置到浮藻富集 的水域，继续重复进行步骤一至步骤四进行浮藻的收纳及清理工作。

除藻系统以及除藻方法的工作原理是：通过观察蓝藻等藻类发现，大部分藻类会浮在 水体表面，形成所说的浮藻、浮华现象。利用这一点，将漂浮装置与船体相结合，通过管 道将漂浮装置与船载的包括泥浆泵在内的浮藻传送设备相连接，利用漂浮装置中浮藻收纳 装置所包括的漏斗本体，在泥浆泵的抽力下，漏斗本体上方的水面形成局部跌落的瀑布效 果，连带漏斗本体周边富集在水面上的浮藻连同水一起汇聚并“跌入”到漏斗本体中，再 经漏斗本体底部的汇流管以及管道被泥浆泵输送到船体上的水槽内，水槽内设置有旋转的 水平辊筒，垂直于辊筒筒面的过滤浮藻功能的针状刺，劈刃部与筒面相切的斜劈板，利用 相对固定的斜劈板与旋转的筒面相互配合形成刮蹭效应，实现对由针状刺过滤到筒面上的 浮藻的收纳，斜劈板靠近所述劈刃的板面上还设有若干通孔；针状刺长度可以露出通孔且 具备一定的韧性，针状刺随水平辊筒的旋转被斜劈板刮倒后再挺直的过程中，一部分针状 刺的弹性势能在途经劈刃旁的通孔时，释放到被刮在斜劈板上的浆状的浮藻团上，减少了 浮藻团在斜劈板上的粘附力，有利于将浮藻团、块剥离到下方的船舱中，避免浮藻积聚在 斜劈板的板面上，影响对浮藻的刮蹭以及收纳效率。

将漂浮装置安放在藻类尤其是蓝藻爆发的水域中，并将管道与位于船体上的泥浆泵连 接，利用遥控器，遥控启动漂浮装置中的紫外线灯的同时，还启动位于船体上的泥浆泵和 驱动水平辊筒旋转的第一电机，所述第一电机可以采用普通的交流异步电机或直流电机。

漂浮装置之所以能在水体中漂浮到规定深度，是通过控制向浮筒中注入水量的多少， 满足整个漂浮装置的自重等于此时所受水体的浮力实现的。最理想的情况是使漂浮深度恰 好满足既能对富集在水面的浮藻的收集，又要尽量减少“跌入”漏斗本体中水量的效果。 通过了解，从水面至水下100～150毫米深度范围内为浮藻最富集水层，而漏斗本体的喇叭 口的上缘正好处于各个所述固定托架位置，因此，在一个浮筒且靠近该浮筒的固定托架的 稍偏上方的筒身侧壁上安装水位感应器；水位感应器包括由上到下依次设有水位上限电触 点、公共端、水位下限电触点，水位上限电触点和水位下限电触点之间的间距设置为100～ 150毫米，公共端位于上、下限电触点之间且放置在水中通过水可以与上、下限电触点之 间导通。还在至少一个所述浮筒在靠近所述水位上限电触点所在筒身侧壁表面的偏上方设 置溢流孔，标高基准点以水体平面为基准，溢流孔基本与水位上限电触同标高。

利用遥控器激活第一PLC控制器后，第一PLC控制器会实时检测水位感应器中的水位 下限电触点的电平高低，当整个漂浮装置自重偏轻时，出现仅有水位下限电触点浸没在水 中或出现水位感应器由上到下依次设有的水位上限电触点、公共端、水位下限电触点三者 都暴露在空气中的极端情况，这将导致作为正电平的公共端分别和水位下限电触点、水位 上限电触点二者之间都不导通，第一PLC控制器的输入端无法接收的水位下限电触点、水 位上限电触点电平信号而启动水泵向浮筒内注水，直至使水位上限电触点、公共端、水位 下限电触点三者都浸没在水中三者联通，使第一PLC控制器的输入端接收的水位下限电触 点、水位上限电触点电平信号才停止水泵运行。由于注水惯性，多余注入的水通过与所述 水位上限电触点基本等标高位置的筒身侧壁表面上的溢流孔进行溢流，从而有效保障整个 漂浮装置的自重稳定，使整个装置满足刚刚浸没水位上限电触点的要求。由此漏斗本体的 喇叭口的上缘正好处于水下100～150毫米深度范围内。实现对浮藻最富集水层的浮藻的收 集。

利用紫外线灯对跌入漏斗本体中的浮藻进行辐照，实现辅助杀灭藻类的效果。众所周 知，紫外线是波长在200～400nm的电磁波，其中能杀菌消毒的紫外波段是200～300nm。 这一波段的紫外线照射微生物时，其体内的蛋白质、RNA和DNA能吸收紫外线。生物膜中 蛋白质对紫外线的高吸收使得细胞膜被破坏，最终导致细胞死亡。即便在紫外线剂量较低 时，DNA或某些病毒中的RNA吸收紫外线导致微生物不能复制，实现对藻类等水生生物的 清除抑制效果。紫外线灯所作用于藻类的主要靶分子包括核酸、蛋白质、膜质体、细胞骨架及光合作用系统等，作用机理主要基于以下几种：1)紫外线破坏蛋白质结构并使之变性；2)紫外线破坏核酸分子的结构，3)损害细胞，抑制细胞活性；4)降解漂白细胞的色素， 阻碍光合作用的顺利进行等。鉴于藻类当中不少是单细胞生物，细胞一旦被破坏，藻类也 就面临消亡了。

将紫外线灯设置在漏斗本体中，一定程度上对紫外线进行遮蔽，减少和避免紫外线对 其他水生生物如鱼类生活造成的影响，不仅可以满足紫外线对飘浮在水面上的藻类的辐照， 还可减少光污染。

控制箱中包括设有的第一PLC控制器以及蓄电池，蓄电池通过充电控制器与设有的太 阳能电池板连接，第一PLC控制器的功能是对紫外线灯以及浮筒配重装置中的水泵进行控 制，经遥控激活实现第一PLC控制器的启动和停止的操作。船载装置中的泥浆泵以及与辊 筒轴连接的第一电机由船上的第二PLC控制器控制，所述第二PLC控制器上的输入端连接 有第二无线通讯模块，第一PLC控制器的第一无线通讯模块分别与遥控器无线通讯，实现 对漂浮装置和船载装置的远程激活和启动停止控制。除第二无线通讯模块外，第二PLC控 制器的输入端还连接有手动急停按钮、手动启动按钮，可以满足在人们手动控制欲望，实 现包括漂浮装置和船载装置紧急停止和紧急启动的要求，增加整个装置系统的可靠性。

漂浮装置中可以利用自身的太阳能电池板经蓄电池蓄能，也可通过连接船体或岸基上 的电力实现动力供给，本装置利用漂浮装置与船体的结合进行浮藻的收集和集中处理，具 有藻类水域收集范围广，收集量大的特点，且有别于传统打捞式治理藻类水华的方式，为 藻类水华治理提供一条新思路。

本发明在无论是专业化还是自动化都获得极大提升，针对内陆水域发生的浮华乃至海 水中发生的赤潮的初期等防治工作进行了有益的探索，因此，具有较大的应用领域和前景。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解；

图1是一种浮式除藻系统的结构示意图；

图2是图1中A-A`剖视示意图；

图3是图1系统中浮藻提取装置局部示意图；

图4是图1系统中水位感应器局部放大示意图；

图5是图1系统中电气原理示意图；

其中:101.水泵，102.支腿，103.泥浆泵，104.水槽，105.水平辊筒，106.第一电机，107.斜劈板，108.船体，109.溢流管，110.管道，111.汇流管，112.紫外线灯，113.漏斗 本体，114.固定托架，115.浮筒，116.水位下限电触点，117.公共端，118.水位上限电触 点，119.水平托板，120.控制箱，121.太阳能电池板；

201.汲水管；

301.针状刺，302.通孔，303.辊筒轴；

401.溢流孔，402.连通管；

501.充电控制器，502.蓄电池，503.第一PLC控制器，504.第一无线通讯模块，505.遥控器，506.第二无线通讯模块，507.手动急停按钮，508.手动启动按钮，509.第二PLC 控制器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同 或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描 述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。下面结合附 图进一步说明；

图1至图5中提供一种浮式除藻系统，包括漂浮装置和船载装置，所述漂浮装置通过 管道110与所述船载装置连接，所述漂浮装置包括太阳能电池板121，所述太阳能电池板121的下表面水平间隔120度角度设置有支腿102，各个所述支腿102的下端分别安装在浮筒装置的上部，所述浮筒装置上部还安装有水平托板119，在水平托板119的上表面安装 有控制箱120和浮筒配重装置，所述浮筒配重装置通过连通管402与所述浮筒装置连接， 所述浮筒装置上设有水位感应器，所述浮筒装置与浮藻收纳装置靠接，所述太阳能电池板 121、浮筒配重装置、水位感应器分别与所述控制箱120电连接，所述控制箱120中设有第 一无线通讯模块504；所述船载装置包括浮藻传送设备以及浮藻提取装置，所述浮藻传送 设备以及浮藻提取装置分别与船体108上设有的第二PLC控制器509的输出端电连接，所 述第二PLC控制器509上的输入端连接有第二无线通讯模块506，所述第二无线通讯模块 506和所述控制箱120中设有的第一无线通讯模块504分别与遥控器505无线通讯。

所述船载装置中的浮藻传送设备包括与所述管道110连接的泥浆泵103，所述泥浆泵 103安装在船体108上，所述泥浆泵103与位于船体108上的所述第二PLC控制器509输 出端电连接。

所述浮藻提取装置包括在泥浆泵103的输出管下方设有的水槽104，还包括位于水槽 104内泥浆泵103输出管旁边通过支架安装的水平辊筒105，所述水平辊筒105露出所述水 槽104槽帮的辊筒轴303上连接有第一电机106，沿水平辊筒105的径向方向上，在所述水平辊筒105的筒面上设有若干针状刺301，在远离所述泥浆泵103的输出管，且与所述 水平辊筒105的轴向轴线平行的水槽104槽帮上连接有斜劈板107，所述斜劈板107的劈 刃部与所述水平辊筒105的筒面靠接且外切于筒面，所述斜劈板107上靠近所述劈刃的板 面上设有若干通孔302，所述斜劈板107远离所述劈刃的一端朝向船舱，所述第一电机106 与第二PLC控制器509输出端电连接，所述第二PLC控制器509、所述泥浆泵103以及所 述水槽104均安装在船体108首部的基座上。

所述浮筒装置包括三个水平间隔呈120度角度的柱状的浮筒115，各个浮筒115顶端 除与所述支腿102的下底面连接外还分别与所述水平托板119的下表面相连接，各个浮筒 115的相面对的筒身中段侧壁上在同一水平高度上分别设置固定托架114，各个所述固定托 架114与浮藻收纳装置固定连接，所述水位感应器安装在一个浮筒115且靠近该浮筒115 上所述固定托架114的偏上方的筒身侧壁上；水位感应器与固定托架114高度偏差在5～ 10毫米左右即可满足要求。所述水位感应器包括由上到下依次设有水位上限电触点118、 公共端117、水位下限电触点116，至少一个所述浮筒115在靠近所述水位上限电触点118 所在筒身侧壁表面的偏上方设置溢流孔401。溢流孔401与所述水位上限电触点118基本 同一水平标高，偏差在5～10毫米左右即可满足要求。

所述浮筒配重装置包括设置在所述水平托板119上表面上的水泵101，所述水泵101 与所述第一PLC控制器503的输出端电连接，所述水泵101的汲水管201连接在水体中，所述水泵101的出水口与连通管402连接，所述连通管402为水平安装在靠近三个所述浮 筒115的筒身顶端侧壁位置上的环管，且连通三个所述浮筒115。

所述浮藻收纳装置包括与各个浮筒115的所述固定托架114连接的漏斗本体113，所 述漏斗本体113的下端连接有汇流管111，在所述漏斗本体113的斗内设有悬置在水平托板119的下表面上的紫外线灯112，所述紫外线灯112呈柱状，紫外线灯112的轴向轴线 通过所述汇流管111轴向轴线且位于所述汇流管111的上方。

所述控制箱120中还包括电连接在太阳能电池板121与蓄电池502之间的充电控制器 501，所述第一PLC控制器503与所述蓄电池502电连接，所述水位感应器中的水位上限电触点118、公共端117、水位下限电触点116分别与所述第一PLC控制器503输入端电连接， 所述第一PLC控制器503的输出端还与所述紫外线灯112电连接。

所述太阳能电池板121为圆形，紫外线灯112可采用每只12V/30W的灯管，使用两只集束安装，总功率大概在60W左右。除第二无线通讯模块506外，所述第二PLC控制器509 的输入端还连接有手动急停按钮507、手动启动按钮508。

所述水槽104靠近泥浆泵103的输出管一侧的槽帮上沿设有溢流管109，所述溢流管 109的自由管端位于船体108外侧并朝向水体。

在实施中，还提供了一种浮式除藻系统的除藻方法，包括的步骤是：

步骤一，利用遥控器505遥控控制箱120中第一PLC控制器503，启动位于漂浮装置中的紫外线灯112；利用遥控器505或利用与第二PLC控制器509的输入端连接的手动启 动按钮508，启动泥浆泵103和第一电机106；

步骤二，第一PLC控制器503实时监测水位感应器中的水位下限电触点116、水位上限电触点118与公共端117之间的电位，当仅有水位下限电触点116浸没在水中时，第一 PLC控制器503依照程序逻辑判断，通过输出端向水泵101发出启动指令，水泵101汲取 水体中的水并通过连接各个浮筒115的连通管402向各个浮筒115中注水，当安装在浮筒 115上的公共端117、水位下限电触点116直至水位上限电触点118三者都浸没在水中时， 第一PLC控制器503向水泵101发出停止运行指令；浮筒115内被注入的多余水，将从位 于浮筒115上的与所述水位上限电触点118基本同一水平标高的溢流孔401中排入水体中， 实现浮筒115连同漏斗本体113的漂浮深度不再变化，同时形成水体表面浸没所述漏斗本 体113的斗口的状态，在泥浆泵103的抽动下，富集在水表面的浮藻连同水跌落式流入漏 斗本体113的斗口并向汇流管111汇集，再通过管道110经泥浆泵103输送到船载装置中 的浮藻提取装置的水槽104内；

步骤三，经泥浆泵103输送到水槽104内的浮藻中多余的水分，通过设置在水槽104上沿的溢流管109排入水体中，于此同时，浮藻提取装置中的水平辊筒105在第一电机106的驱动下顺时针旋转，利用水平辊筒105表面上设置的若干针状刺301将浮藻过滤在水平辊筒105表面，辊筒继而转至相切与筒面的斜劈板107的劈刃部，在斜劈板107的劈刃刮 蹭下，过滤在水平辊筒105表面针状刺301上的浮藻被刮到斜劈板107上，斜劈板107靠 近劈刃位置设有若干通孔302，有韧性的针状刺301随斜劈板107被刮倒而后随着水平辊 筒105的继续旋转，又再次挺直，并通过通孔302对位于斜劈板107上被刮下的浮藻团进 行弹拨，减少被过滤的浮藻团积聚在所述斜劈板107表面，被刮蹭下来的浮藻团在重力以 及针状刺301的弹拨下，陆续落入斜劈板107下方的船舱内实现集中收纳；

步骤四，船舱内装满浮藻后，利用船体108拖拽漂浮装置一起停靠岸边的码头卸下收 纳的浮藻，以便后期在岸上对浮藻进行集中处理；船舱清空后，继续拖拽漂浮装置到浮藻 富集的水域，继续重复进行步骤一至步骤四进行浮藻的收纳及清理工作。

为了防止有类似树枝、水草等较大飘浮物进入漏斗本体113的斗内，可以在漏斗本体 113的斗口边沿设置拦污栅栏，所述拦污栅栏包括垂直于由所述漏斗本体113的斗口边沿 且彼此之间相互平行的钢筋棍，所述钢筋棍之间保持有间隙，相当于篦子效果，这样既可 以满足体积较小的飘浮藻类进入槽形涵洞内，又可以避免大型漂浮物进入喇叭口即斗内影 响漏斗本体113以及后续泥浆泵103在内的设备正常工作。

在实际应用中，漂浮装置在泥浆泵103的抽动以及浪的作用下发生摇晃，会有部分瞬 间出现仅有水位下限电触点116浸没在水中或由上到下依次设有水位上限电触点118、公 共端117、水位下限电触点116的水位感应器包三者触点都暴露在空气中的情况，除通过给第一PLC控制器503设置使之延时接收相应的电平信号外，为减少出现水泵101的频繁 启动的情况，还可以增大水位上限电触点118与水位感应器的公共端117之间间距，这样， 相当于使漏斗本体113的喇叭口的上缘多浸没在水面以下，使喇叭口的上缘大概位于水面 下150至160毫米的深度，虽然稍稍违背了尽量使漏斗本体113的斗口边沿靠近水面做的 少吸收水的初衷，但这样的牺牲，适当的使漏斗本体113下端的汇流管111以及整个漂浮 装置的重心下移，有利于减少装置的摇晃幅度，从而减少出现仅有水位下限电触点116浸 没在水中或水位上限电触点118、公共端117、水位下限电触点116三者都暴露在空气中的 情况发生。

此外，为使漂浮装置更加稳定，还可以通过在三个浮筒115底部分别连接上锚的方式， 在系统工作时，抛锚，提高系统抵御浪等对装置的扰动；系统工作结束时，起锚，仍可以使漂浮装置随船转战下一处藻类富集水域继续进行浮藻治理。由于漂浮装置上的锚具有定位作用，这样，当船舱内装满浮藻后，可采取将连接在船体108上的泥浆泵103进口管上 的导管解开，船体108单独返回码头卸下收纳的浮藻后，再次回到漂浮装置所在水域并将 泥浆泵103进口管与所述导管连接好后，继续按清理方法中步骤一至四的过程进行浮藻清 理工作，相比之前的船体108拖曳漂浮装置一起返回码头卸货再转场的情况，这样做有利 于对同一富集浮藻的水域进行连续作业，节约转运时间和成本，提高作业效率。

为实现多种方式的浮藻治理，还可在控制箱120中的第一PLC控制器503输出端电连 接超声波发生器，将超声波发生器的发射端设置在水下漏斗本体113的喇叭口的外壁上， 遥控器505通过第一无线通讯模块504与第一PLC控制器503通讯，利用第一PLC控制器503开启超声波发生器，发射端发出的超声波在漏斗本体113内的水体中以一系列疏密相间的纵波传播，使水体存在正、负压强的快速交替变换，负压时形成空化泡，正压时空化 泡破裂，空化泡的形成与破裂会形成冲击波，对周围质点产生破坏作用。输入功率相同时， 频率越高、振幅越小，振动速度越快，较高的频率能更加快速地形成正负压交替变换，形 成有效的空化作用，导致蓝藻气囊破裂，频率相同时，能量越大，振幅越大，越容易使蓝 藻气囊破裂。但根据现有有关技术研究，超声波对蓝藻水处理具有正反两方面的作用，一 方面能使蓝藻气囊破裂，失去浮力而下沉，另一方面能破坏藻细胞壁，尤其在狭小水域， 由于水域边壁处的反射作用，使靠近边壁处的超声波发生了叠加、共振造成幅值强度不均 匀，致使局部水域藻细胞壁破裂，胞内藻毒素和有机物随即释放到水中，污染水质；大大 限制了超声波在富集藻类的水质尤其是饮用水等治理中的应用。

通过进一步研究，蓝藻的气囊壁比蓝藻细胞壁薄，两者存在结构强度上的差异，因此 可以找到一个超声波频率或强度区间，其破坏力介于气囊壁和藻细胞壁之间，实现只会使 气囊壁破裂而细胞壁不破裂的效果，这样就可以大大减少毒素产生，改善超声波处理水域 中藻类的可靠性。

因此，借鉴相关研究成果，考虑到在湖泊、河流等相对广阔的水域，忽略岸堤对超声 波的振幅的叠加作用。

首先，利用泥浆泵103的抽吸力，使漏斗本体113的喇叭口内的水体产生流动性，并且在水下漏斗本体113的喇叭口的内壁上设置吸声棉，避免局部出现叠加的高强度超声波的发生。配合使用混凝剂，采用混凝剂为硫酸铝[Al2(SO4)₃·18H₂O]分析纯，配制成5.0 g·L^-1使用液。采用超声波发生器在水中发出频率120kHz、能量密度64W·L^-1以上、 作用时间10s以上的超声波，实现混凝沉淀后藻类去除率达97％良好效果；而试验表明， 超声波发生器动态采用能量密度38.5～196.6W·L^-1，超声作用时间7.5～30s，还能去 除藻毒素18.7％～30.7％，并对DOC具有一定的去除效果。由此，可根据具体水域情况，将 静态和动态两种方式相结合，既实现避免藻毒素释放的除藻，又能去除水中藻毒素和其它 溶解性有机物的良好除藻效果。泥浆泵可采用管道式无堵塞排污型，能满足输送含有固体 物和长纤维的功能。

水位上限电触点118、公共端117、水位下限电触点116可采用铜质触点。

第一电机106可采用交流异步电机或直流电机。

第一PLC控制器503和第二PLC控制器509可选用三菱FXon或西门子S200等系列，第一、第二无线通讯模块506可选用与PLC控制器配套的无线RS485或RS232通讯模块。

太阳能电池板121采用长X宽(1200mmX550mm单位毫米)外形尺寸，开路电压21.5V,工作电流5.4A,100瓦单晶18V太阳能电池板121,蓄电池502为12V/32AH,充电控制 器501采用18V/100W/200w/20A光伏太阳能充电控制器501。

第一PLC控制器503的工作电源可利用漂浮装置中控制箱120中的蓄电池502供电，第二PLC控制器的工作电源可采用船体108上的电力供给。分别对应第一PLC控制器503， 第二PLC控制器输出端连接的水泵101，紫外线灯112，超声波发生器，泥浆泵103以及 辊筒轴303上连接的第一电机106；第一、第二无线通讯模块506与遥控器505等相应外 围电气器件，这些均属于本领域技术人员常规技术应用，因此不再赘述。混凝后的浮藻浆 液经管道110由泥浆泵103泵至船体108水槽104中，在水平辊筒105和斜劈板107刮蹭 下收纳到船舱中，后续集中运至岸上进行综合处理，如提取天然色素、提取藻胆蛋白、提 取多糖、藻毒素研究及利用、生物固氮及生产沼气等其他方面的应用，

本系统和方法除应用在内陆河道、水库等水域，还可以大量投放在近海用于赤潮发生 初期的治理中，减少水底的蓝藻的富集，维护成本低，不足之处尚多，对如长丝绦状的藻 类爆发处理需要进一步完善，有针对性的开展相应的治理研究，相信终有一日，人们深感 头疼的水中浮藻将变废为宝，成为造福人类的资源之一。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描 述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明 书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特 征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽 管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明 的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范 围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种浮式除藻系统，其特征在于，包括漂浮装置和船载装置，所述漂浮装置通过管道与所述船载装置连接，所述漂浮装置包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的下表面水平间隔120度角度设置有支腿，各个所述支腿的下端分别安装在浮筒装置的上部，所述浮筒装置上部还安装有水平托板，在水平托板的上表面安装有控制箱和浮筒配重装置，所述浮筒配重装置通过连通管与所述浮筒装置连接，所述浮筒装置上设有水位感应器，所述浮筒装置与浮藻收纳装置靠接，所述太阳能电池板、浮筒配重装置、水位感应器分别与所述控制箱电连接，所述控制箱中设有第一无线通讯模块；所述船载装置包括浮藻传送设备以及浮藻提取装置，所述浮藻传送设备以及浮藻提取装置分别与船体上设有的第二PLC控制器的输出端电连接，所述第二PLC控制器上的输入端连接有第二无线通讯模块，所述第二无线通讯模块和所述控制箱中设有的第一无线通讯模块分别与遥控器无线通讯。

2.根据权利要求1所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述船载装置中的浮藻传送设备包括与所述管道连接的泥浆泵，所述泥浆泵安装在船体上，所述泥浆泵与位于船体上的所述第二PLC控制器输出端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述浮藻提取装置包括在泥浆泵的输出管下方设有的水槽，还包括位于水槽内泥浆泵输出管旁边通过支架安装的水平辊筒，所述水平辊筒露出所述水槽槽帮的辊筒轴上连接有第一电机，沿水平辊筒的径向方向上，在所述水平辊筒的筒面上设有若干针状刺，在远离所述泥浆泵的输出管，且与所述水平辊筒的轴向轴线平行的水槽槽帮上连接有斜劈板，所述斜劈板的劈刃部与所述水平辊筒的筒面靠接且外切于筒面，所述斜劈板上靠近所述劈刃的板面上设有若干通孔，所述斜劈板远离所述劈刃的一端朝向船舱，所述第一电机与第二PLC控制器输出端电连接，所述第二PLC控制器、所述泥浆泵以及所述水槽均安装在船体首部的基座上。

4.根据权利要求3所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述浮筒装置包括三个水平间隔呈120度角度的柱状的浮筒，各个浮筒顶端除与所述支腿的下底面连接外还分别与所述水平托板的下表面相连接，各个浮筒的相面对的筒身中段侧壁上在同一水平高度上分别设置固定托架，各个所述固定托架与浮藻收纳装置固定连接，所述水位感应器安装在一个浮筒且靠近该浮筒上所述固定托架的偏上方的筒身侧壁上；所述水位感应器包括由上到下依次设有水位上限电触点、公共端、水位下限电触点，至少一个所述浮筒在靠近所述水位上限电触点所在筒身侧壁表面的偏上方设置溢流孔。

5.根据权利要求4所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述浮筒配重装置包括设置在所述水平托板上表面上的水泵，所述水泵与所述第一PLC控制器的输出端电连接，所述水泵的汲水管连接在水体中，所述水泵的出水口与连通管连接，所述连通管为水平安装在靠近三个所述浮筒的筒身顶端侧壁位置上的环管，且连通三个所述浮筒。

6.根据权利要求5所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述浮藻收纳装置包括与各个浮筒的所述固定托架连接的漏斗本体，所述漏斗本体的下端连接有汇流管，在所述漏斗本体的斗内设有悬置在水平托板的下表面上的紫外线灯，所述紫外线灯呈柱状，紫外线灯的轴向轴线通过所述汇流管轴向轴线且位于所述汇流管的上方。

7.根据权利要求6所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述控制箱中还包括电连接在太阳能电池板与蓄电池之间的充电控制器，所述第一PLC控制器与所述蓄电池电连接，所述水位感应器中的水位上限电触点、公共端、水位下限电触点分别与所述第一PLC控制器输入端电连接，所述第一PLC控制器的输出端还与所述紫外线灯电连接。

8.根据权利要求7所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述太阳能电池板为圆形，除第二无线通讯模块外，所述第二PLC控制器的输入端还连接有手动急停按钮、手动启动按钮。

9.根据权利要求8所述的一种浮式除藻系统，其特征在于，所述水槽靠近泥浆泵的输出管一侧的槽帮上沿设有溢流管，所述溢流管的自由管端位于船体外侧并朝向水体。

10.如权利要求9所述的一种浮式除藻系统的除藻方法，其特征在于，包括的步骤是：

步骤一，利用遥控器遥控控制箱中第一PLC控制器，启动位于漂浮装置中的紫外线灯；利用遥控器或利用与第二PLC控制器的输入端连接的手动启动按钮，启动泥浆泵和第一电机；

步骤二，第一PLC控制器实时监测水位感应器中的水位下限电触点、水位上限电触点与公共端之间的电位，当仅有水位下限电触点浸没在水中时，第一PLC控制器依照程序逻辑判断，通过输出端向水泵发出启动指令，水泵汲取水体中的水并通过连接各个浮筒的连通管向各个浮筒中注水，当安装在浮筒上的公共端、水位下限电触点直至水位上限电触点三者都浸没在水中时，第一PLC控制器向水泵发出停止运行指令；浮筒内被注入的多余水，将从位于浮筒上的与所述水位上限电触点基本同一水平标高的溢流孔中排入水体中，实现浮筒连同漏斗本体的漂浮深度不再变化，同时形成水体表面浸没所述漏斗本体的斗口的状态，在泥浆泵的抽动下，富集在水表面的浮藻连同水跌落式流入漏斗本体的斗口并向汇流管汇集，再通过管道经泥浆泵输送到船载装置中的浮藻提取装置的水槽内；

步骤三，经泥浆泵输送到水槽内的浮藻中多余的水分，通过设置在水槽上沿的溢流管排入水体中，于此同时，浮藻提取装置中的水平辊筒在第一电机的驱动下顺时针旋转，利用水平辊筒表面上设置的若干针状刺将浮藻过滤在水平辊筒表面，辊筒继而转至相切与筒面的斜劈板的劈刃部，在斜劈板的劈刃刮蹭下，过滤在水平辊筒表面针状刺上的浮藻被刮到斜劈板上，斜劈板靠近劈刃位置设有若干通孔，有韧性的针状刺随斜劈板被刮倒而后随着水平辊筒的继续旋转，又再次挺直，并通过通孔对位于斜劈板上被刮下的浮藻团进行弹拨，减少被过滤的浮藻团积聚在所述斜劈板表面，被刮蹭下来的浮藻团在重力以及针状刺的弹拨下，陆续落入斜劈板下方的船舱内实现集中收纳；

步骤四，船舱内装满浮藻后，利用船体拖拽漂浮装置一起停靠岸边的码头卸下收纳的浮藻，以便后期在岸上对浮藻进行集中处理；船舱清空后，继续拖拽漂浮装置到浮藻富集的水域，继续重复进行步骤一至步骤四进行浮藻的收纳及清理工作。