CN110510699A - 一种低温等离子体消除蓝藻的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温等离子体消除蓝藻的装置，包括太阳能供电装置、电控装置、等离子体电极装置、动力装置、散热装置以及悬浮装置；太阳能供电装置用于将吸收的太阳能转换成电能并为整个装置供电；电控装置分别与等离子体电极装置、动力装置和散热装置电连接，用于控制各装置的运行；等离子体电极装置用于对蓝藻水面进行直接放电击穿；散热装置将气流从陶瓷电极棒吹向水面进行散热以及粒子杀菌；动力装置用于整体装置的移动。本发明在高电压的作用下直接击穿破坏蓝藻，等离子体与水面作用的过程直接分解水面上溶解有毒有害成分，其放电产生的大量活性基团使水体具有较高氧化活性，具有杀菌消毒，分解有毒污染物，提高水质的作用。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种低温等离子体消除蓝藻的装置。
背景技术
随着人类对环境资源的开发利用活动日益增加，工业的发展以及城市人口的高度集中，大量含有污染物质的工业废水和生活污水未经适当处理便排入水体，使水体中氨氮、磷以及有机污染物等耗氧物质浓度的升高，增加了水中的营养物质的负荷量；而为了提高农作物的产量，施用化肥逐年增加，经过雨水的冲刷和渗透，有更多的营养物质流失而进入水中，也增加了水中的营养物质的负荷量；在水产养殖方面，为达到渔业高产，一些地区采用投放饵料的方法，这也成为水体接纳氮、磷等营养物质的主要渠道，水质趋向富营养化。
在这些营养丰富的水体中，会导致各种藻类、水草大量滋生，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为“水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮”，导致水体缺氧会使鱼类死亡等现象。更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生毒素（简称MC），大约50%的绿潮中含有大量MC，MC耐热不易被分解。MC除了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。
因此，有效消除水面上的蓝藻，对于城市水面环境美观以及水质改善具有重要意义。一般消除蓝藻的方法有：化学法、物理法以及生态法等，化学法是一种利用化学药品直接处理藻类的方法，目前常用的化学杀藻剂主要包括有机溴、硫酸铜、氯化铜、高锰酸钾等，其中最常用的是硫酸铜，虽然化学方法除藻效率高，但长期使用低浓度的化学药物会使藻类产生抗药性，且化学药品的生物富集和生物放大也会间接影响整个生态系统，其中，对藻类有毒性作用的二价铜离子将直接抑制藻类的光合作用、细胞分裂和固氮等，从而导致对浮游动物和鱼类的二次污染，因此化学法只能被应用于应急措施，且同水域三年内不得使用二次；物理法是利用机械装置直接清除水体中的藻类的方法，主要包括截流、疏浚、稀释和污水分流等措施，同时还发展了机械或人工打捞收藻、等离子体、超声波粘土吸附和遮光技术等除藻方法，减少外源污染物的入湖；生态法是通过生物间的营养竞争和牧食关系来控制蓝藻水华，这种方法不造成二次污染，且具有经济、高效、合理的优点，但是目前主要开展的是微生物防治、食藻生物、水生植物抑制等方法的研究和尝试，因此无法大规模应用。
在上述众多的方法，物理方法中的低温等离子体法由于其具有较高的电子能量、宏观温度低、密度高、活性粒子种类丰富，处理效率高，基本无二次污染等等优点，在环境工程等领域方面有着良好的应用前景。但是由于形成稳定的等离子体放电难度大，因此选用合适的等离子体处理手段去消除蓝藻，在农业、生物工程领域中成为研究的重点，而且低温等离子体杀菌消毒方面的应用大多仅仅应用在空气室内环境的改善，或者仅仅停留在实验室以及普通的水处理工艺中，因此如何利用等离子体专门消除蓝藻的相关应用装备较为空白。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种低温等离子体消除蓝藻的装置。
本发明通过以下技术方案实现：
一种低温等离子体消除蓝藻的装置，包括太阳能供电装置、电控装置、等离子体电极装置、动力装置、散热装置以及悬浮装置；所述悬浮装置包括低压电极板以及固定设于低压电极板四角的浮球，所述浮球将低压电极板托起，使水面刚好淹没所述低压电极板；所述太阳能供电装置位于悬浮装置的上方，太阳能供电装置的电输出端与电控装置的电输入端连接，用于将吸收的太阳能转换成电能并为整个装置供电；所述电控装置设于悬浮装置的上方，包括电器底座以及蓄电池，所述的电器底座固定连接于低压电极板上，电器底座的顶部通过螺纹固定连接蓄电池，所述的蓄电池分别与等离子体电极装置、动力装置和散热装置电连接，用于控制各装置的运行；所述等离子体电极装置设于悬浮装置的上方，位于电控装置的一侧， 包括若干陶瓷电极棒、设于陶瓷电极棒两端的电极边框以及反应器支架，所述的陶瓷电极棒之间通过并联与蓄电池的电输出端连接，每个陶瓷电极棒的两端居中穿过所述电极边框的中部并与其固定，所述电极边框的底部通过螺纹与反应器支架固定连接，所述的反应器支架的底部通过螺纹与低压电极板固定连接；所述散热装置设于等离子体电极装置的上方，包括风扇、风扇框架以及风扇支柱，所述风扇设于风扇框架的中心，位于所述陶瓷电极棒的正上方，所述的风扇通过风扇连接线与蓄电池的电输出端连接，由电控装置控制将气流从陶瓷电极棒吹向水面进行散热以及粒子杀菌，所述风扇框架的底部固定设有风扇支柱，所述的风扇支柱的底部通过螺纹与电极边框的顶部固定连接；所述的动力装置位于悬浮装置的下方，包括两组螺旋桨以及螺旋桨支架，所述的两组螺旋桨相互垂直设置，分别固定设于螺旋桨支架的底部与侧壁，两组螺旋桨通过导线与蓄电池的电输出端连接，由电控装置控制螺旋桨单独或同步运转，所述螺旋桨支架的顶部穿过所述低压电极板以及电气底座与所述蓄电池的外壳固定连接。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的太阳能供电装置包括梯形防雨棚和雨棚支柱，所述雨棚支柱的一端与梯形防雨棚固定连接，另一端通过螺母与低压电极板固定连接；所述的梯形防雨棚顶部贴有多晶硅片，梯形防雨棚通过多晶硅片将太阳能转化成电能，梯形防雨棚的电输出端通过导线与蓄电池的电输入端连接。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的陶瓷电极棒的一端穿至所述电极边框侧壁的一半厚度，陶瓷电极棒的另一端穿过所述电极边框与蓄电池连接；所述的若干陶瓷电极棒之间平行设置且位于同一高度，相邻的陶瓷电极棒之间的间距为5mm，陶瓷电极棒距离所述低压电极板的间距为50mm。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的陶瓷电极棒内部为金属导杆，外部采用刚玉陶瓷外壳，所述外壳的厚度为2mm，陶瓷电极棒的外径为20mm。
本发明进一步解决的技术问题是，所述低压电极板的底部通过螺纹与所述浮球固定连接，所述浮球为空心不锈钢浮球，浮球顶部设有螺纹孔，所述的螺纹孔不贯穿浮球的球体外壳。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的低压电极板采用厚度为1mm的302不锈铁。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的螺旋桨支架为厚中空不锈钢管，管内设有用于连接螺旋桨以及蓄电池的导线。
本发明进一步解决的技术问题是，所述的雨棚支柱、电极边框、风扇支柱、反应器支架以及电气底座均采用聚四氟乙烯材质。
本发明的有益效果为：
1. 本发明通过在水面上的等离子体电极装置直接对水面上的蓝藻和水膜进行直接放电处理，在高电压的作用下直接击穿破坏蓝藻，同时等离子体与水面作用的过程直接分解水面上溶解的恶臭分子和有毒有害成分；等离子体放电产生大量活性基团（臭氧、羟基等）立即与蓝藻水体进行反应，使水体具有较高氧化活性，具有杀菌消毒，分解有毒污染物，提高水质的作用。
2. 本发明中，等离子体电极装置的高压电极采用棒状的陶瓷电极，对水面可以实现单介质阻挡放电，采用棒状可以防止形变，使放电更加稳定；同时，低压电极采用与高压电极固定间距的不锈铁材质，不仅有一定防腐效果可以适当提高电极寿命，避免悬空单电极放电不稳定的问题；同时电解后产生的铁离子，一方面可以形成Fe(OH)3胶体沉降蓝藻尸体，另一方面，分解后水体中的磷酸根离子与铁离子进一步形成FePO4盐，并在蓝藻尸体表面形成铁胶膜对内部起到隔离作用，降低磷酸铁盐的溶解和磷粒子在水中的扩散，从而限制水体中的蓝藻繁殖，并净化水体；此外，铁离子也会形成氧化铁，具有催化作用，在客观上可以起到等离子体协同催化降解水中污染物的效果。本发明在高压电场的作用下，水中的蓝藻丝状体等悬浮物也会被极化，有利于水体近表面的蓝藻悬浮物絮凝聚集，减少蓝藻扩散生长的范围。
3. 本发明在等离子体电极装置上方设有一散热装置，可将气流从等离子体电极吹向蓝藻水面进行散热并进行粒子杀菌；在水下还设有双向螺旋桨动力装置，在电控的作用下控制整体装置可在水中运动，实现动态处理，适应大范围的水域。
附图说明
图1为本发明装置的侧视图。
图2为本发明装置的俯视图。
图3为本发明所述浮球的剖面示意图。
图中序号，1-低压电极板、2-浮球、3-电器底座、4-蓄电池、5-陶瓷电极棒、6-电极边框、7-反应器支架、8-风扇、9-风扇框架、10-风扇支柱、11-风扇连接线、12-螺旋桨、13-螺旋桨支架、14-梯形防雨棚、15-雨棚支柱、21-螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
参见图1-2所示的一种低温等离子体消除蓝藻的装置，包括太阳能供电装置、电控装置、等离子体电极装置、动力装置、散热装置以及悬浮装置；所述悬浮装置包括低压电极板1以及固定设于低压电极板四角的浮球2，所述浮球2将低压电极板1托起，使水面刚好淹没所述低压电极板1；所述太阳能供电装置位于悬浮装置的上方，太阳能供电装置的电输出端与电控装置的电输入端连接，用于将吸收的太阳能转换成电能并为整个装置供电；所述电控装置设于悬浮装置的上方，包括电器底座3以及蓄电池4，所述的电器底座3固定连接于低压电极板1上，电器底座3的顶部通过螺纹固定连接蓄电池4，所述的蓄电池4分别与等离子体电极装置、动力装置和散热装置电连接，用于控制各装置的运行；所述等离子体电极装置设于悬浮装置的上方，位于电控装置的一侧，用于对蓝藻水面进行直接放电击穿，以产生等离子体进行蓝藻处理，其结构包括若干陶瓷电极棒5、设于陶瓷电极棒5两端的电极边框6以及反应器支架7，所述的陶瓷电极棒5之间通过并联与蓄电池4的电输出端连接，每个陶瓷电极棒5的两端居中穿过所述电极边框6的中部并与其固定，所述的电极边框6的长宽高尺寸为80mm×30mm×30mm；所述的陶瓷电极棒5的一端穿至所述电极边框6侧壁的一半厚度，陶瓷电极棒5的另一端穿过所述电极边框6与蓄电池4连接；所述的若干陶瓷电极棒5之间平行设置且位于同一高度，保证了陶瓷电极棒5对水面可以同时实现单介质阻挡放电，相邻的陶瓷电极棒5之间的间距为5mm，陶瓷电极棒5距离所述低压电极板1的间距为50mm；所述电极边框6的底部通过螺纹与反应器支架7固定连接，所述的反应器支架7的底部通过螺纹与低压电极板1固定连接；所述散热装置设于等离子体电极装置的上方，包括风扇8、风扇框架9以及风扇支柱10，所述风扇8设于风扇框架9的中心，位于所述陶瓷电极棒5的正上方，所述的风扇8通过风扇连接线11与蓄电池4的电输出端连接，由电控装置控制将气流从陶瓷电极棒5吹向水面进行散热以及粒子杀菌，所述风扇框架9的底部固定设有风扇支柱10，所述的风扇支柱10的底部通过螺纹与电极边框6的顶部固定连接；所述的动力装置位于悬浮装置的下方，包括两组螺旋桨12以及螺旋桨支架13，所述的两组螺旋桨12相互垂直设置，分别固定设于螺旋桨支架13的底部与侧壁，两组螺旋桨12通过导线与蓄电池4的电输出端连接，由电控装置控制螺旋桨12单独或同步运转，所述螺旋桨支架13的顶部穿过所述低压电极板1以及电气底座3与所述蓄电池4的外壳固定连接。
本实施例中，所述的太阳能供电装置包括梯形防雨棚14和雨棚支柱15，所述雨棚支柱15的一端与梯形防雨棚14固定连接，另一端通过螺母与低压电极板1固定连接；所述的梯形防雨棚14顶部贴有多晶硅片，梯形防雨棚14通过多晶硅片将太阳能转化成电能，梯形防雨棚14的电输出端通过导线与蓄电池4的电输入端连接，导线沿着所述雨棚支柱15布置，这里所述的太阳能供电装置其信号传输方式以及控制连接方式等均属于现有技术，均利用了现有的产品，因此其具体的装置结构与控制连接系统并非本发明的发明点，因此不做详细描述。
本实施例中，所述的陶瓷电极棒5内部为金属导杆，外部采用刚玉陶瓷外壳，所述外壳的厚度为2mm，陶瓷电极棒5的外径为20mm，装配时所述的刚玉陶瓷外壳一端封闭，另一端插入金属导杆（如201310162379.1的专利文件所公开的一种增强型微波液相放电等离子体发生装置中所使用的电极结构）。
本实施例中，所述低压电极板1的底部通过螺纹与所述浮球2固定连接，所述浮球2为空心不锈钢浮球，浮球2顶部设有螺纹孔21，所述的螺纹孔21不贯穿浮球2的球体外壳，这样所述浮球2的球体内部不会因为灌水而沉底淹没，以保证陶瓷电极阵列底部距离蓝藻水面5mm左右。
本实施例中，所述的低压电极板1采用厚度为1mm的302不锈铁，采用不锈铁材质不仅有一定防腐效果可以提高电极寿命，避免悬空单电极放电不稳定的问题；同时电解后产生的铁离子，一方面可以形成Fe(OH)3胶体沉降蓝藻尸体；另一方面，分解后水体中的磷酸根离子与铁离子进一步形成FePO4盐，并在蓝藻尸体表面形成铁胶膜对内部起到隔离作用，降低磷酸铁盐的溶解和磷粒子在水中的扩散，从而限制水体中的蓝藻繁殖，并净化水体。
本实施例中，所述的螺旋桨支架13为厚中空不锈钢管，管内设有用于连接螺旋桨12以及蓄电池4的导线，所述导线可以是电讯号通信线，不锈钢管的材质为304不锈钢。
本实施例中，所述的雨棚支柱15、电极边框6、风扇支柱10、反应器支架7以及电气底座3均采用聚四氟乙烯材质，聚四氟乙烯是优异的绝缘材料，对运行的装置起到绝缘保护作用。
本发明的具体运行过程：
首次使用时根据需要处理的水体范围设定好装置的运行路径，然后将充好电的装置放入待处理的蓝藻水域中，也可适当在设备上增加配重块儿，以确保水面刚好淹没低压电极板1，然后调整陶瓷电极棒与水面水平，并且最终保证陶瓷电极阵列底部距离蓝藻水面5mm左右；之后打开散热装置的开关，风扇8开始运行，确保气流由上往下吹动；接着打开等离子体电极装置的开关，直接对水面上的蓝藻和水膜进行放电处理，同时配合其上方运行的风扇8将气流从陶瓷电极棒5吹向蓝藻水面进行散热和粒子杀菌处理；当等离子体电极装置正常运行约10s后，打开动力装置的开关，控制位于螺旋桨支架13底部的螺旋桨12缓慢运行，此时，整体装置在螺旋桨12的带动下可在水面上移动，当装置接近水体边界时，手动运行位于螺旋桨支架13侧壁的垂直方向的另一个螺旋桨12，并控制底部的螺旋桨12开始反向旋转，此时整体装置开始反向折线漂浮并对蓝藻水面继续进行处理，当装置漂浮达到另一边界后，两组螺旋桨12又开始反向运行，如此循环，使得整个装置在水面上进行“Z”形的漂浮移动，从而可以大范围的处理蓝藻污染的水面。
装置上部的太阳能供电装置可以为整个系统供电，根据污染的情况等离子体电极装置的工作模式可以连续处理或者间歇处理，散热装置的风扇8和动力装置的螺旋桨12相对于等离子体电极装置可以提前开启，延后关闭，有利于节能。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。
Claims (8)
1.一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：包括太阳能供电装置、电控装置、等离子体电极装置、动力装置、散热装置以及悬浮装置；所述悬浮装置包括低压电极板(1)以及固定设于低压电极板四角的浮球(2)，所述浮球(2)将低压电极板(1)托起，使水面刚好淹没所述低压电极板(1)；所述太阳能供电装置位于悬浮装置的上方，太阳能供电装置的电输出端与电控装置的电输入端连接，用于将吸收的太阳能转换成电能并为整个装置供电；所述电控装置设于悬浮装置的上方，包括电器底座(3)以及蓄电池(4)，所述的电器底座(3)固定连接于低压电极板(1)上，电器底座(3)的顶部通过螺纹固定连接蓄电池(4)，所述的蓄电池(4)分别与等离子体电极装置、动力装置和散热装置电连接，用于控制各装置的运行；所述等离子体电极装置设于悬浮装置的上方，位于电控装置的一侧，包括若干陶瓷电极棒(5)、设于陶瓷电极棒(5)两端的电极边框(6)以及反应器支架(7)，所述的陶瓷电极棒(5)之间通过并联与蓄电池(4)的电输出端连接，每个陶瓷电极棒(5)的两端居中穿过所述电极边框(6)的中部并与其固定，所述电极边框(6)的底部通过螺纹与反应器支架(7)固定连接，所述的反应器支架(7)的底部通过螺纹与低压电极板(1)固定连接；所述散热装置设于等离子体电极装置的上方，包括风扇(8)、风扇框架(9)以及风扇支柱(10)，所述风扇(8)设于风扇框架(9)的中心，位于所述陶瓷电极棒(5)的正上方，所述的风扇(8)通过风扇连接线(11)与蓄电池(4)的电输出端连接，由电控装置控制将气流从陶瓷电极棒(5)吹向水面进行散热以及粒子杀菌，所述风扇框架(9)的底部固定设有风扇支柱(10)，所述的风扇支柱(10)的底部通过螺纹与电极边框(6)的顶部固定连接；所述的动力装置位于悬浮装置的下方，包括两组螺旋桨(12)以及螺旋桨支架(13)，所述的两组螺旋桨(12)相互垂直设置，分别固定设于螺旋桨支架(13)的底部与侧壁，两组螺旋桨(12)通过导线与蓄电池(4)的电输出端连接，由电控装置控制螺旋桨(12)单独或同步运转，所述螺旋桨支架(13)的顶部穿过所述低压电极板(1)以及电气底座(3)与所述蓄电池(4)的外壳固定连接。
2.根据权利要求1所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的太阳能供电装置包括梯形防雨棚(14)和雨棚支柱(15)，所述雨棚支柱(15)的一端与梯形防雨棚(14)固定连接，另一端通过螺母与低压电极板(1)固定连接；所述的梯形防雨棚(14)顶部贴有多晶硅片，梯形防雨棚(14)通过多晶硅片将太阳能转化成电能，梯形防雨棚(14)的电输出端通过导线与蓄电池(4)的电输入端连接。
3.根据权利要求1所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的陶瓷电极棒(5)的一端穿至所述电极边框(6)侧壁的一半厚度，陶瓷电极棒(5)的另一端穿过所述电极边框(6)与蓄电池(4)连接；所述的若干陶瓷电极棒(5)之间平行设置且位于同一高度，相邻的陶瓷电极棒(5)之间的间距为5mm，陶瓷电极棒(5)距离所述低压电极板(1)的间距为50mm。
4.根据权利要求3所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的陶瓷电极棒(5)内部为金属导杆，外部采用刚玉陶瓷外壳，所述外壳的厚度为2mm，陶瓷电极棒(5)的外径为20mm。
5.根据权利要求1所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述低压电极板(1)的底部通过螺纹与所述浮球(2)固定连接，所述浮球(2)为空心不锈钢浮球，浮球(2)顶部设有螺纹孔(21)，所述的螺纹孔(21)不贯穿浮球(2)的球体外壳。
6.根据权利要求5所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的低压电极板(1)采用厚度为1mm的302不锈铁。
7.根据权利要求1所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的螺旋桨支架(13)为厚中空不锈钢管，管内设有用于连接螺旋桨(12)以及蓄电池(4)的导线。
8.根据权利要求2所述一种低温等离子体消除蓝藻的装置，其特征在于：所述的雨棚支柱(15)、电极边框(6)、风扇支柱(10)、反应器支架(7)以及电气底座(3)均采用聚四氟乙烯材质。
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