CN111254896B - 一种针对近海水域的固液污染物一体清理装置及其清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对近海水域的固液污染物一体清理装置及其清理方法，包括船体和固液污染物一体清理系统；船体采用双体船结构；固液污染物一体清理系统包括漂浮垃圾收集装置和污水清理装置；漂浮垃圾收集装置对称设置于船体两侧的软管上，包括桶外壳和安装于桶外壳内的回收篓，桶外壳下端与软管连通；污水清理装置包括依次相连的污水汇集箱、污水反应箱、CCAS反应箱、水质检测箱、污水收集箱，污水汇集箱与软管连通，经漂浮垃圾收集装置过滤后的水通过软管进入污水汇集箱内，污水反应箱内装有活性污泥，CCAS反应箱内置有MBR膜生物反应器，水质检测箱内设有水质检测装置。本发明采用负压原理与CCAS工艺，能有效清理固、液两种污染物，实现固液一体化处理。
Description
技术领域
本发明涉及近海领域的污水处理和漂浮垃圾清理技术领域，具体涉及一种针对近海水域的固液污染物一体清理装置及其清理方法。
背景技术
海洋是生命的摇篮、资源的宝库。人类在飞速发展的同时也导致了海洋环境的日益恶化，据估算，全球每年因海洋生态破坏造成的经济损失高达130亿美元，因此对海洋污染的监测与清理十分重要。当前国内外出现的一批海洋清理机械，船体体积大，排水量大，内燃机驱动，有人驾驶，机动性不佳。无法适应日常的、少量的清理需要。同时复杂的结构导致其造价昂贵，使得很难被广泛应用。另一方面，现有的海洋清理机械只能单一收集海面漂浮垃圾或只能收集污水，无法做到综合、一体化的清理，更严重的是现有的清理装置在清理单一污染物的过程中往往会造成另一污染物的扩散，从而加大清理难度，例如当收集海面漂浮垃圾时，因船只的运动造成水体的加速流动，从而加大污水的扩散；当收集污水时，因船只的运动破坏海面漂浮垃圾的聚集状态，大大增加了清理难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的清理效率低，清理种类少，清理不全面的不足，提供一种针对近海水域的固液污染物一体清理装置，它能有效将污水处理与漂浮垃圾收集相结合，能自主完成漂浮垃圾清理，污水处理作业。
本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：
一种针对近海水域的固液污染物一体清理装置，包括船体和固液污染物一体清理系统；
所述船体采用双体船结构，包括两个片体、连接两个片体的甲板桥、设置于船体两侧的软管；
所述固液污染物一体清理系统包括漂浮垃圾收集装置和污水清理装置；
所述漂浮垃圾收集装置有多个，对称设置于船体两侧的软管上，每个漂浮垃圾收集装置包括桶外壳和安装于所述桶外壳内的回收篓，所述桶外壳下端与所述软管连通；
所述污水清理装置位于甲板桥的下方，包括依次相连的污水汇集箱、污水反应箱、CCAS反应箱、水质检测箱、污水收集箱，所述污水汇集箱与所述软管连通，经所述漂浮垃圾收集装置过滤后的水通过所述软管进入污水汇集箱内，所述污水反应箱内装有活性污泥，所述CCAS反应箱内置有MBR膜生物反应器，所述水质检测箱内设有水质检测装置。
上述方案中，所述固液污染物一体清理装置还包括动力系统，所述动力系统包括两个小型推进器和一个中型推进器，两个小型推进器安装于与软管末端相连的漂浮垃圾收集装置上，用于推进漂浮垃圾收集装置运动，扩大清漂范围；一个中型推进器位于船体尾部，用于给船体提供动力。
上述方案中，所述固液污染物一体清理装置还包括自主控制系统，所述自主控制系统包括安装于所述甲板桥上的微型计算机，所述水质检测装置与所述微型计算机相连。
上述方案中，所述固液污染物一体清理装置还包括图像获取装置，所述图像获取装置包括电荷耦合相机、电动两自由度云台，所述电动两自由度云台安装于所述甲板桥的前端，所述电荷耦合相机安装于所述电动两自由度云台上，所述电荷耦合相机和电动两自由度云台均与所述微型计算机相连。
上述方案中，所述固液污染物一体清理装置还包括污水监测装置，所述污水监测装置设于所述船体前端底部，所述污水监测装置与所述微型计算机相连。
上述方案中，所述回收篓的底端安装有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述微型计算机相连。
上述方案中，所述污水反应箱的外壳底部还设有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述微型计算机相连。
上述方案中，所述回收篓的下方设有机械格栅，所述机械格栅的下方设有导流槽，所述导流槽与所述软管相连。
上述方案中，所述污水反应箱、CCAS反应箱、水质检测箱内各设一个水泵。
本发明还提出一种针对近海水域的固液污染物一体收集方法，包括以下步骤：
S1，本发明装置收到开始作业信号，电荷耦合相机开始收集前方海域的图片信息并将图片进行处理，将漂浮物的位置、体积等信息传送至微型计算机；同时，污水监测装置对作业水域的BOD、COD和氨氮含量进行实时监测，将信息传送至微型计算机；微型计算机接受信息后，确定污染类型并控制装置进行自主清理；
S2，清理工作开始时，在电荷耦合相机的指引下，由船尾的中型推进器提供动力向目标水域前进，行进目标水域附近，中型推进器停止工作，位于漂浮垃圾收集装置的小型推进器工作，带动漂浮垃圾收集装置对目标水域进行清理，通过水泵产生负压，将装置附近的水及垃圾吸入漂浮垃圾收集装置内，中大型漂浮垃圾经第一级清理，留在漂浮垃圾收集装置的回收篓内，经过第一级清理后的污水经机械格栅二次过滤进入污水清理装置，存储于污水汇集箱；
S3，进行第二级清理时，污水汇集箱内的污水首先进入污水反应箱，经一段时间反应后，进入CCAS反应箱进行主反应，主反应进行时，污水在水泵作用下依照“曝气、闲置、沉淀、排水”的程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧-厌氧”的反复中完成除磷、降解有机物及悬浮物等功能，清理后的水进入水质检测箱中，如果水质检测合格，则直接排放；如果不符合排放标准，则进入污水收集箱中收集；
S4，当位于污水反应箱处的第二压力传感器达到临界值时，所有漂浮垃圾收集装置停止工作；当位于所有回收篓处的第一压力传感器达到临界值时，整个清理装置停止工作，本次清理工作完成，无人船返航。
本发明的有益效果在于：
1、采用负压原理与CCAS(Continuous Cycle Aeration System，连续循环曝气系统)工艺，能有效清理固、液两种污染物，实现固液一体化处理。
2、利用电荷耦合相机与污水检测装置实现对于污染程度的自动识别，清理作业过程中不需要操作人员进行控制和监视，降低人力工作强度的同时提高水体清污的效果和节约能源的消耗率，对于缓解海洋环境污染具有重大意义。
3、相对于现有的清理装置，本发明装置具有固液一体化清理、自主巡航的优点，具有高度灵活性、自主性，提高了清理效率，减少了人力与物力的投入，解决了海洋漂浮垃圾清理行业的运维难题。
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是本发明固液污染物一体清理装置的结构示意图；
图2是图1所示固液污染物一体清理装置的另一角度结构示意图；
图3是图1所示固液污染物一体清理装置的漂浮垃圾收集装置的结构示意图；
图4是图1所示固液污染物一体清理装置的污水清理装置的结构示意图。
图中：11、片体；12、甲板桥；13、格栅；14、软管；20、漂浮垃圾收集装置；21、桶外壳；22、回收篓；23、机械格栅；24、导流槽；30、污水清理装置；31、污水汇集箱；32、污水反应箱；33、CCAS反应箱；34、水质检测箱；35、污水收集箱；36、水泵；41、微型计算机；51、图像获取装置；52、污水监测装置；53、第一压力传感器；54、第二压力传感器；55、水质检测装置；61、中型推进器；62、小型推进器；71、太阳能电池组件；72、蓄电池。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-2所示，为本发明一较佳实施例的针对近海水域的固液污染物一体清理装置，包括船体、固液污染物一体清理系统、自主控制系统、监测系统、动力系统、供电系统。
船体采用双体船结构，包括两个片体11和连接两个片体11的甲板桥12，两个片体11的前端分别安装有弧形的格栅13，两侧格栅13形成括弧状，用于聚拢漂浮垃圾。该无人船采用双体船结构，船身宽、稳性好，在风浪中航行安全、舒适，不会有翻船的危险。船体两侧对称设有软管14，软管14从船尾延伸至船首，作为漂浮垃圾收集装置20的安装载体，并将经漂浮垃圾收集装置20过滤后的水输送至污水清理装置30中。
固液污染物一体清理系统包括漂浮垃圾收集装置20和污水清理装置30。
如图3所示，漂浮垃圾收集装置20有多个，对称设置于船体两侧的软管14上，每个漂浮垃圾收集装置20包括桶外壳21和安装于桶外壳21内的回收篓22，回收篓22的下方设有机械格栅23，机械格栅23的下方设有导流槽24，导流槽24与软管14相连。漂浮垃圾收集装置20的主要作用为清理并收集中大型漂浮垃圾。当装置运行时，附近漂浮垃圾随水流在负压作用下进入漂浮垃圾回收篓22内，污水从回收篓22上的小孔流入导流槽24，漂浮垃圾则留在回收篓22内。流入导流槽24内的污水经过机械格栅23进行二次过滤确保漂浮垃圾完全清理。
如图4所示，污水清理装置30位于甲板桥12的下方，包括依次相连的污水汇集箱31、污水反应箱32、CCAS反应箱33、水质检测箱34、污水收集箱35。污水汇集箱31与软管14连通，经漂浮垃圾收集装置20过滤后的水通过软管14进入污水汇集箱31内。污水反应箱32内装有活性污泥，用于吸收水中的有机污染物，减小水体的COD、BOD数值，完成污水预反应，经过预反应的污水以0.03～0.05m/min的流速进入CCAS反应箱33。CCAS反应箱33内置有MBR膜生物反应器，采用一体化形式放置的MBR膜生物反应器，装置工作时依照“曝气、闲置、沉淀、排水”的程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧-厌氧”的反复中完成除磷、降解有机物及悬浮物等功能，清理完成后进入水质检测箱34内。水质检测箱34内设有水质检测装置55，CCAS反应箱33中处理后的水首先进入水质检测箱34中进行检测，如果合格则直接排放，如果不符合排放标准则进入污水收集箱35中收集。污水收集箱35设置于污水汇集箱31、污水反应箱32、CCAS反应箱33、水质检测箱34四个箱体的底部。污水反应箱32、CCAS反应箱33、水质检测箱34中各设一个水泵36。
自主控制系统包括安装于甲板桥12上的微型计算机41，水质检测装置55与微型计算机41相连，将检测到的信号传送给微型计算机41。
监测系统包括图像获取装置51、污水监测装置52、第一压力传感器53、第二压力传感器54和水质检测装置55。其中，图像获取装置51包括电荷耦合相机、电动两自由度云台，电动两自由度云台安装于甲板桥12的前端，电荷耦合相机安装于电动两自由度云台上，电荷耦合相机和电动两自由度云台均与微型计算机41相连，作业过程中电动两自由度云台自动摆动，由电荷耦合相机采集前方水域的图像，通过图像处理单元在图像处理软件的支持下将图像中的漂浮物位置，体积等信息传送至微型计算机41。污水监测装置52设于船体前端底部，并与微型计算机41相连，污水监测装置52对途经水域的BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)、氨氮含量等数值进行检测，并将数据传送至微型计算机41。第一压力传感器53安装于回收篓22的底端，并与微型计算机41相连，用于监测回收篓22的压力情况，并将数据传送至微型计算机41，当所有回收篓22内的第一压力传感器53均达到临界值时，整个清理装置停止工作。第二压力传感器54设置于污水反应箱32的外壳底部，并与微型计算机41相连，用于监测污水反应箱32的压力情况，并将数据传送至微型计算机41，活性泥随着清理的有机污染物增多而质量增加，当第二压力传感器54达到临界值时，活性泥无法承担清理工作，所有漂浮垃圾收集装置20停止工作，即水泵36停止运行。水质检测装置55检测清理后的水质情况，若达到标准值时，水质检测箱34的漏孔打开，将水排出；如果未达标则存入污水收集箱35中。
动力系统包括两个小型推进器62和一个中型推进器61，两个小型推进器62安装于与软管14末端相连的漂浮垃圾收集装置20上，用于末端的两个推进漂浮垃圾收集装置20运动，并进一步带动软管14摆动，从而改变各个漂浮垃圾收集装置20的位置，扩大清漂范围；一个中型推进器61位于船体尾部，用于给船体提供动力。
供电系统包括太阳能电池组件71和蓄电池72，位于甲板桥12上方，太阳能电池组件71将太阳能转化成化学能储存于蓄电池72中，为清理装置上的各个设备供电。
本发明装置的使用方法：
本发明还提出利用上述固液污染物一体清理装置进行近海水域固液污染物清理的方法，具体包括以下步骤：
S1，本发明装置收到开始作业信号，电荷耦合相机开始收集前方海域的图片信息并将图片进行处理，将漂浮物的位置、体积等信息传送至微型计算机41；同时，污水监测装置52对作业水域的BOD、COD和氨氮含量进行实时监测，将信息传送至微型计算机41；微型计算机41接受信息后，确定污染类型(漂浮垃圾污染、水体污染、固液混合污染)并控制装置进行自主清理。
S2，清理工作开始时，由蓄电池72供电，在电荷耦合相机的指引下，由船尾的中型推进器61提供动力向目标水域前进，行进目标水域附近，中型推进器61停止工作，位于漂浮垃圾收集装置20的小型推进器62工作，带动漂浮垃圾收集装置20对目标水域进行清理，通过水泵36产生负压，将装置附近的水及垃圾吸入漂浮垃圾收集装置20内，中大型漂浮垃圾经第一级清理，留在漂浮垃圾收集装置20的回收篓22内，经过第一级清理后的污水经机械格栅23二次过滤进入污水清理装置30，存储于污水汇集箱31。
S3，进行第二级清理时，污水汇集箱31内的污水首先进入污水反应箱32，经一段时间反应后，进入CCAS反应箱进行主反应。主反应进行时，污水在水泵36作用下依照“曝气、闲置、沉淀、排水”的程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧-厌氧”的反复中完成除磷、降解有机物及悬浮物等功能，清理完成后进入水质检测箱34内。清理后的水进入水质检测箱34中，如果水质检测合格，则直接排放；如果不符合排放标准，则进入污水收集箱35中收集。
S4，当位于污水反应箱32处的第二压力传感器54达到临界值时，所有漂浮垃圾收集装置20停止工作；当位于所有回收篓22处的第一压力传感器53达到临界值时，整个清理装置停止工作，本次清理工作完成，无人船返航。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (9)
1.一种针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，该方法采用固液污染物一体清理装置进行，所述固液污染物一体清理装置包括船体和固液污染物一体清理系统；所述船体采用双体船结构，包括两个片体、连接两个片体的甲板桥、设置于船体两侧的软管；所述固液污染物一体清理系统包括漂浮垃圾收集装置和污水清理装置；所述漂浮垃圾收集装置有多个，对称设置于船体两侧的软管上，每个漂浮垃圾收集装置包括桶外壳和安装于所述桶外壳内的回收篓，所述桶外壳下端与所述软管连通；所述污水清理装置位于甲板桥的下方，包括依次相连的污水汇集箱、污水反应箱、CCAS反应箱、水质检测箱、污水收集箱，所述污水汇集箱与所述软管连通，经所述漂浮垃圾收集装置过滤后的水通过所述软管进入污水汇集箱内，所述污水反应箱内装有活性污泥，所述CCAS反应箱为连续循环曝气系统反应箱，CCAS反应箱内置有MBR膜生物反应器，所述水质检测箱内设有水质检测装置；
该方法包括以下步骤：
S1，固液污染物一体清理装置收到开始作业信号，电荷耦合相机开始收集前方海域的图片信息并将图片进行处理，将漂浮物的位置、体积信息传送至微型计算机；同时，污水监测装置对作业水域的BOD、COD和氨氮含量进行实时监测，将信息传送至微型计算机；微型计算机接受信息后，确定污染类型并控制装置进行自主清理；
S2，清理工作开始时，在电荷耦合相机的指引下，由船尾的中型推进器提供动力向目标水域前进，行进目标水域附近，中型推进器停止工作，位于漂浮垃圾收集装置的小型推进器工作，带动漂浮垃圾收集装置对目标水域进行清理，通过水泵产生负压，将装置附近的水及垃圾吸入漂浮垃圾收集装置内，中大型漂浮垃圾经第一级清理，留在漂浮垃圾收集装置的回收篓内，经过第一级清理后的污水经机械格栅二次过滤进入污水清理装置，存储于污水汇集箱；
S3，进行第二级清理时，污水汇集箱内的污水首先进入污水反应箱，经一段时间反应后，进入CCAS反应箱进行主反应，主反应进行时，污水在水泵作用下依照“曝气、闲置、沉淀、排水”的程序周期运行，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，和在“好氧-厌氧”的反复中完成除磷、降解有机物及悬浮物功能，清理后的水进入水质检测箱中，如果水质检测合格，则直接排放；如果不符合排放标准，则进入污水收集箱中收集；
S4，当位于污水反应箱处的第二压力传感器达到临界值时，所有漂浮垃圾收集装置停止工作；当位于所有回收篓处的第一压力传感器达到临界值时，整个清理装置停止工作，本次清理工作完成，无人船返航。
2.根据权利要求1所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述固液污染物一体清理装置还包括动力系统，所述动力系统包括两个小型推进器和一个中型推进器，两个小型推进器安装于与软管末端相连的漂浮垃圾收集装置上，用于推进漂浮垃圾收集装置运动，扩大清漂范围；一个中型推进器位于船体尾部，用于给船体提供动力。
3.根据权利要求1所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述固液污染物一体清理装置还包括自主控制系统，所述自主控制系统包括安装于所述甲板桥上的微型计算机，所述水质检测装置与所述微型计算机相连。
4.根据权利要求3所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述固液污染物一体清理装置还包括图像获取装置，所述图像获取装置包括电荷耦合相机、电动两自由度云台，所述电动两自由度云台安装于所述甲板桥的前端，所述电荷耦合相机安装于所述电动两自由度云台上，所述电荷耦合相机和电动两自由度云台均与所述微型计算机相连。
5.根据权利要求3所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述固液污染物一体清理装置还包括污水监测装置，所述污水监测装置设于所述船体前端底部，所述污水监测装置与所述微型计算机相连。
6.根据权利要求3所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述回收篓的底端安装有第一压力传感器，所述第一压力传感器与所述微型计算机相连。
7.根据权利要求3所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述污水反应箱的外壳底部还设有第二压力传感器，所述第二压力传感器与所述微型计算机相连。
8.根据权利要求1所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述回收篓的下方设有机械格栅，所述机械格栅的下方设有导流槽，所述导流槽与所述软管相连。
9.根据权利要求1所述的针对近海水域的固液污染物一体收集方法，其特征在于，所述污水反应箱、CCAS反应箱、水质检测箱内各设一个水泵。
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