CN110356519A - 一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船 - Google Patents

Abstract

一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船。海洋塑料垃圾多级双体回收船，包括双体船船体以及一级回收装置和二级回收装置，其中所述一级回收装置设置在船体前部为倒刺式履带收集装置，二级回收装置设置在船体中部为网拦截式收集装置，还包括三级回收装置，所述三级回收装置设置在船体尾部为微型颗粒多级收集装置，所述微型颗粒多级收集装置包括若干矩形板，所述若干矩形板均安装在自动提升装置上，通过自动提升装置将所述矩形板依次沉入海中或依次提出海面，每个所述矩形板上安装有若干漏斗状过滤装置，所述漏斗状过滤装置内依次填充有海绵吸附体、活性炭吸附体以及天然纤维网，通过所述漏斗状过滤装置来吸附收集塑料颗粒。

Description

一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船

技术领域

本发明属于治理海洋垃圾环境污染领域，详尽说明一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船。

背景技术

海洋垃圾污染已成为国际广泛讨论的重大经济、政治、环境议题。根据UNEP 联合国环境规划署的定义：海洋垃圾是指“海洋和海岸环境中具持久性的、人造的或经加工的固体废弃物”。人类在1907年正式进入塑料时代，大量的塑料垃圾被排入海洋之中，且现代工业中，牙膏、洗面奶也大量运用到了化学性质和物理性质稳定的微小颗粒，而该微型塑料颗粒颗粒小，具有肉眼不可见性，极易被吞入生物体内产生巨大的毒害作用，且该毒害作用可通过食物链进入人类体内，对人类的健康产生巨大的威胁。

针对海洋垃圾问题，已出现多种具有清理回收功能的垃圾回收船，其中实用新型专利“水面垃圾清理船”授权公告号CN201834181 U公开了一种水面垃圾清理船，船体采用双体设计，由侦测导航系统、收集系统、垃圾处理系统、垃圾卸载系统，推进系统构成；分成三种工作模式：自由航行模式，靠岸作业模式，非靠岸作业模式；该种垃圾清理船仅能收集漂浮于水面上的垃圾，对于水底浮沉的垃圾无法进行回收清理，且对于直径较小的塑料颗粒无法有效清理。另外，实用新型专利“水面垃圾清理船授权公告号CN204453856U也公开了一种水面垃圾清理船，包括船体，船体前固定垃圾仓，垃圾仓两端分别延伸出船体，垃圾仓前端设垃圾清理装置，包括长臂、短臂、油缸、清理斗，清理斗位于垃圾仓的前方，清理斗的底部低于垃圾仓的底部，并通过长臂、短臂与垃圾仓铰接，长臂为两个，长臂对称设于垃圾仓两侧，长臂的后端铰接于垃圾仓的上部，长臂的前端铰接于清理斗中部，短臂位于长臂的上方，短臂的后端铰接于垃圾仓的上部，短臂的前端铰接于清理斗的上部，油缸为两个，油缸对称设于垃圾仓两侧分别对应两个长臂，油缸的后端铰接于垃圾仓的下部，油缸的前端铰接于所对应长臂的中部。该清理船通过在船头处设置垃圾清理斗进行水面垃圾清理，而该种清理船并不能很好针对海洋中不同尺寸的垃圾进行分类清理，如果清理斗中滤网网眼设置过大则会漏掉尺寸较小的水面垃圾，如果滤网网眼设置过小则会对水中鱼类造成伤害。

目前国内外研究出的各类垃圾回收处理船，虽然能够很好的清理海面上的垃圾，但是也仅仅限于大垃圾，像很多小垃圾根本无法回收，包括常见的瓶盖和塑料袋，而随着时间的演变，塑料开始分解为微型颗粒，目前世界上对于该微型塑料颗粒的研究仅仅停留在大数据统计阶段，而没有明确的提出解决方案，同时多采用收集垃圾后再船舱或陆地人工方法分类塑料垃圾，这种方法存在安全性能较差、人力资源需求较多和效率低下等问题。同时现有垃圾清理船不能有效识别垃圾聚集区并智能规划最优航线，也存在能源消耗多、多余路径较长等缺点。

现有关于海洋塑料垃圾清理船的相关专利涉及的水面自动清理方式较为单一，且主要为先收集集中后统一分类，因此我们采用三级逐级分类收集装置，再将垃圾分为三类的同时将其分别收集到相应船舱。同时再船头设置自动识别装置，可自动识别海洋主要的垃圾聚集区，优化行驶航线以节省能源，提高效率。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，本发明主要解决三个问题：一是能够收集现有技术难以收集的微型塑料颗粒，净化海洋环境；二是能够解决现有技术中先收集后分类的问题，再收集的同时直接将垃圾分类并运往相应舱室；三是能够自动清理海洋塑料垃圾并采取航线优化以降低无谓的路程行驶，减少能源消耗，便于再海洋中塑料垃圾聚集区使用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，包括双体船船体，其特征在于：所述双体船船体前方安装有识别装置，双体船船体的两片船体之间设置有垃圾自动分类收集装置，收集装置上方是分别对应的塑料垃圾储存舱室，以及集成有各部件控制模块与航线优化模块的控制装置；

所述垃圾自动分类收集装置包括传送带、倒刺、刮离器、电机、拦截网、卷扬机、微塑料收集装置和抬升导轨；所述倒刺以特殊角度安装在传送带上并在电机带动下匀速转动，刮离器布置在传送带顶端的正下方，拦截网在双体船船体中断船体下方，并在卷扬机的带动下升起、下降，布置在双体船船体尾部下方的微塑料收集装置在抬升导轨的作用下定时升起；

所述自动识别模块由位于船头的识别装置和航线优化模块组成，航向优化模块集成在控制装置中。

进一步地，所述的微塑料收集装置由多功能矩形板和漏斗状过滤装置、抬升导轨组成；多功能矩形板分为16*16的相同单元格，每个单元格填充海绵等过滤体，单元格之后连接一端开口大，一端开口较小的漏斗状装置，方格的末端与大开口处紧密连接；漏斗状结构中放置块状活性炭和天然纤维网。

进一步地，所述识别装置为360度摄像头，可实时采集周围图像并识别垃圾聚集区。

进一步地，根据权力要求1或3所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述识别装置采集的数据会实时传输给航线优化模块，并做出最优航线规划。

进一步地，所述倒刺式传送带收集装置包括传送带以及其上的倒刺，所述中的传送带与海平面呈30°夹角，其上设置若干排倒刺，其中奇数排倒刺与相邻奇数排倒刺在纵向呈一一对应格式排列，偶数排倒刺与相邻偶数排倒刺纵向呈一一对应分布，相邻的两个偶数排倒刺和一个奇数排倒刺可以构成一个等腰三角形，即奇数排倒刺与偶数排倒刺呈插缝式交错设计。

进一步地，所述的塑料垃圾储存舱室包括：中型塑料垃圾舱室、大型塑料垃圾舱室、微型塑料颗粒舱室。

进一步地，所述的拦截网的网格孔径大于50*50mm，且采用超高分子量聚乙烯材料。

进一步地，所述的航线优化模块采用蚁群优化算法。

本发明有益效果：

(1)以双体船为载体，采用三种收集装置为一体，可自分类高质量清理回收垃圾。

(2)该装置具有收集微型塑料颗粒的能力。

(3)实现水面垃圾清理的机械化与自动化，提高清理效率，降低人工成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:

图1是本发明提供的垃圾清理船的俯视图

图2是本发明提供的垃圾清理船的侧视图

图3是本发明提供的垃圾清理船自识别分类流程图

图4是本发明提供的垃圾清理船第三级回收装置结构图

图5是本发明提供的垃圾清理船垃圾分类收集装置的侧视图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的程序流程中，提供一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，如图1 所示，本垃圾清理船包括双体船船体1、垃圾自识别装置2、垃圾自动分类收集装置、航线优化模块11、控制装置13、塑料垃圾储存舱室12；海面上漂浮的垃圾被垃圾自识别装置2辨别并将信息传入控制装置13，航线优化模块11自动优化最优航向驶向海洋塑料垃圾聚集区，而垃圾自动分类收集装置将大、中、微型塑料垃圾分类收集并传入储存装置。其中中小型垃圾被第一级倒刺式传送带式收集装置3收集且刮离器5刮掉易粘附垃圾，大型垃圾被第二级拦截网7收集，微型塑料颗粒垃圾被第三级微塑料收集装置9收集。其中船首为深V型，第一级安装在船首下部，二三级分别安装在双体船中、后部。

而由图2所示本清理船垃圾识别装置2安装在船首前端视野开阔处，由360°摄像头与传输电缆组成，可完全识别周围环境并传输给控制装置13，在装置对比之后将数据传输给航线优化模块11做出最优航线的指令。传送带收集装置所述倒刺4以特殊角度安装在传送带3上并在电机6带动下匀速转动，刮离器5布置在传送带顶端的正下方，拦截网7在双体船中断船体下方，并在卷扬机8的带动下升起、下降，布置在双体船尾部下方的微塑料收集装置9在抬升导轨的作用下定时升起，所收集塑料垃圾分别运往塑料垃圾储存舱室12。

由图3所示此垃圾清理船的工作过程如下：

首先针对存在垃圾聚集区的海域，自识别分类海洋塑料垃圾清理船的360°摄像头对船首前方的海域进行垃圾识别，即将画面实时传输给控制装置，再与装置内本身存储的画面相对比，再将塑料垃圾聚集区定位后，航线优化模块运用蚁群优化方法自动规划行驶方向，驱动电推模块使清理船驶向相应方向；并且由分类收集装置自动分类收集塑料垃圾。

分类收集装置由三级收集装置组成，顺次收集中小型塑料垃圾、大型塑料垃圾、微型塑料颗粒。对于漂浮的垃圾聚集区，三级收集装置中的第一级倒刺式传送带收集装置收集漂浮在海面附近的塑料瓶、塑料袋等，且被与海面成30°角的倒刺式传送带固定并随着传送带的转动上升到传送带的顶端，并下落到垃圾槽集中收集再被传送到一级船舱；第二级网拦截式垃圾收集装置将第一级未能收集的大型塑料垃圾通过网的提升收集并传送到二级舱室；第三级微塑料收集装置则再漏斗状过滤装置的作用下高效收集微型塑料颗粒，并随着提升导轨的作用将其收入三级船舱；当对应的塑料垃圾分别收入相应舱室，一级和二级储存舱室地面采取镂空结构以空置垃圾上的水分。

而其中的垃圾分类收集装置如图4所示，其由三级收集装置组成，分别为倒刺式传送带收集装置、网拦截式垃圾收集装置、微塑料收集装置。第一级由传送带3、倒刺4组成。主要针于漂浮在海面附近的塑料瓶、塑料袋等中型垃圾进行收集。本级装置传送带长4m，宽两米，该装置下端部及下端部以上约0.2m的传送段处于海平面以下，整体与海平面成30°角，带有倒刺的传送带经由甲板开口，使得垃圾可被传送至甲板上。传送传送带上设置倾斜方向与传送方向相同的倒刺，其中，倒刺的具体尺寸为：高0.1m，横向间距为0.15m，纵向间距0.2m，其中奇数排倒刺与相邻奇数排倒刺在纵向呈一一对应格式排列，偶数排倒刺与相邻偶数排倒刺纵向呈一一对应分布，相邻的2个偶数排倒刺和1个奇数排倒刺可以构成一个等腰三角形，即奇数排倒刺与偶数排倒刺呈插缝式交错设计。对于塑料瓶的圆柱体中型塑料起到了良好的防下滚和固定作用，其可有效防止容量约为2.5L的圆柱形饮料瓶的滚落；对于塑料袋等柔软塑料，该型倒刺可对其进行刺穿，从而起到良好的固定作用。当塑料垃圾上升到传送带顶端时，由于重力作用，被传送带固定后随其运输到船上的塑料垃圾下落至垃圾槽中进行集中收集。垃圾槽传送至上部船舱。

此外，为避免塑料垃圾被固定后而不能自行下落塑料垃圾储存舱室12中的情况，在传送带3正下方设置一排与传送带同宽的刮离器5，刮离器5对于本级装置需连设三个同型装置，三个装置沿传送带纵向方向间隔0.4m分布，以防止中型垃圾过多时出现的积累而导致的垃圾不能被完全收集而流入下一级收集装置的情况。除此之外，当垃圾进入到本级收集装置时，大型塑料垃圾由于体积过大不能被传送带收集特指体积过大，较为坚硬，其会随水流的下沉作用而下沉至海面以下，由于双体船位于中空部分两侧船体良好的阻挡作用，形成了一个较为封闭的收集环境，下沉至海面以下的大型垃圾和海流中含有的塑料颗粒基本不会发生扩散，经由本级收集装置进入第二级回收装置进行回收。

网拦截式垃圾收集装置位于三道倒刺式传送带收集装置之后，为第二级回收装置，其由拦截网7、卷扬机8构成。拦截网采用超高分子量聚乙烯渔网，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种无支链的线性聚乙烯,其平均分子量在150万以上。拦截网7成竖立状态固定在船上，其三分之二位于海平面以下，且这个深度能保证网的最下端处在第一级传送带3之下，避免有垃圾躲过拦截网7。四个角分别由四条绳子固定在卷扬机上，卷扬机连接船用电机，可实现牵引绳子收缩拦截网。此级装置运行演示：首先投放装置将拦截网投到海里，利用船向前航行的惯性使拦截网7展开，当一定时间后电机工作带动卷扬机8，通过提升拦截网 7下端绳子收束端的方式提升拦截网7，从而使拦截网快速达到水平状态，卷扬机继续提升拦截网的下端，最后将拦截网内的垃圾放在船舱内，待垃圾释放完全，则再将网下放。

微塑料收集收集装置由多功能矩形板14、抬升导轨10、漏斗状过滤装置15 组成。主要收集物为漂浮于海面附近的小型和微型塑料颗粒。辅助设备各部分作用包括多功能矩形板其由两级处理结构组成。如图1、2、4，所述三级回收装置 4包括若干矩形板401，所述矩形板401上设置有纵横均匀排列的开孔，所述开孔处安装有可拆卸的过滤装置406，所述过滤装置406为一端大开口一端小开口的漏斗状结构，其大开口端对应所述开孔，其小开口端封闭，封闭端设置有若干透水孔。所述过滤装置406内部依次填充有海绵吸附体、活性炭吸附体以及天然纤维网，通过所述过滤装置406过滤并收集海水中的微型塑料颗粒。所述三级回收装置4还包括导轨403、提升电机404、提升索405。所述导轨403设置在所述矩形板401两侧，且固定安装在所述船体1中部的船舱侧壁上，所述导轨403 一部分没入海面之下，一部分位于海面之上。所述矩形板401的四角上分别安装有滑轮402，通过所述滑轮402将所述矩形板401滑动安装在所述导轨403上。所述每个矩形板401对应有两个提升电机404，所述提升电机404固定安装在所述船体1底部所述导轨403两侧。所述提升电机404的输出轴上缠绕安装有提升索405，所述提升索405对应连接所述矩形板401，通过所述提升电机404运转，由所述提升索405将所述矩形板401沿导轨403提离海面。优选地，所述三级回收装置4还设置有控制器，用以控制所述矩形板401的进入水中时间。在一个实施例中，所述矩形板401设置有六块，编号依次为1、2、3、4、5、6，当不需要使用时，所述矩形板401全部被提升至海面之上；在需要使用时，所述控制器首先控制对应提升电机404运行，将1、2号矩形板放下至海面以下，当到达控制器设定时间后，1、2号矩形板被提起，同时将3、4号矩形板放下，并清理1、2号矩形板中的过滤装置406；以此类推，每两块矩形板被提升至海面上的同时，它们相邻的两块矩形板被放下继续对微小塑料颗粒进行收集。所述过滤装置406 采用可拆卸设计，优选地其与所述矩形板401上的开孔处采用螺纹连接或是卡扣连接。当所述过滤装置406内部填充发生毁损或是吸附能力下降的时候可及时拆卸更换，保证其稳定的吸附清理能力。且本级装置采用多层结构的设计方案，按顺序抬升已工作一段时间的矩形板至海面以上，对于收集到的塑料颗粒亦起到了良好的固定作用——微型塑料颗粒经过一段时间的静置，没有水流的持续冲击能够更好的保存并固定微型塑料颗粒。经过流体流速分析，为了不影响微型塑料在复杂水流情况下的收集效率，首先将其分为16*16的相同单元格，单元格之后连接一端开口大，一端开口较小的漏斗状装置，方格的末端与大开口处紧密连接。漏斗状结构中放置块状活性炭，经过活性炭的吸附作用对微型塑料颗粒进行收集，最后部分则是天然纤维网，对微型塑料颗粒的收集起最大作用。

Claims (8)

1.一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，包括双体船船体，其特征在于：所述双体船船体前方安装有识别装置，双体船船体的两片船体之间设置有垃圾自动分类收集装置，收集装置上方是分别对应的塑料垃圾储存舱室，以及集成有各部件控制模块与航线优化模块的控制装置；

所述垃圾自动分类收集装置包括传送带、倒刺、刮离器、电机、拦截网、卷扬机、微塑料收集装置和抬升导轨；所述倒刺以特殊角度安装在传送带上并在电机带动下匀速转动，刮离器布置在传送带顶端的正下方，拦截网在双体船船体中断船体下方，并在卷扬机的带动下升起、下降，布置在双体船船体尾部下方的微塑料收集装置在抬升导轨的作用下定时升起；

所述自动识别模块由位于船头的识别装置和航线优化模块组成，航向优化模块集成在控制装置中。

2.根据权利要求1所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述的微塑料收集装置由多功能矩形板和漏斗状过滤装置、抬升导轨组成；多功能矩形板分为16*16的相同单元格，每个单元格填充海绵等过滤体，单元格之后连接一端开口大，一端开口较小的漏斗状装置，方格的末端与大开口处紧密连接；漏斗状结构中放置块状活性炭和天然纤维网。

3.根据权利要求1所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述识别装置为360度摄像头，可实时采集周围图像并识别垃圾聚集区。

4.根据权利要求1或3所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述识别装置采集的数据会实时传输给航线优化模块，并做出最优航线规划。

5.根据权利要求1所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述倒刺式传送带收集装置包括传送带以及其上的倒刺，所述中的传送带与海平面呈30°夹角，其上设置若干排倒刺，其中奇数排倒刺与相邻奇数排倒刺在纵向呈一一对应格式排列，偶数排倒刺与相邻偶数排倒刺纵向呈一一对应分布，相邻的两个偶数排倒刺和一个奇数排倒刺可以构成一个等腰三角形，即奇数排倒刺与偶数排倒刺呈插缝式交错设计。

6.根据权利要求1所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述的塑料垃圾储存舱室包括：中型塑料垃圾舱室、大型塑料垃圾舱室、微型塑料颗粒舱室。

7.根据权利要求1所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于所述的拦截网的网格孔径大于50*50mm，且采用超高分子量聚乙烯材料。

8.根据权利要求4所述的一种自识别分类海洋塑料垃圾清理船，其特征在于：所述的航线优化模块采用蚁群优化算法。