CN111533343A - 一种伸缩臂式净水清淤装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伸缩臂式净水清淤装置，电动机驱动伸缩臂上滚轮使装置在管道内自由移动，并通过沉积物探测器控制装置牵引柔性双层套管、纳米曝气盘、紫外光灯环在管道内精准移动和锁定。装置利用臭氧‑紫外光催化耦合技术氧化污水管道内的污染物，并通过高压水枪对管道内的沉积物进行冲刷，净水清淤副产物较小。本发明可通过伸缩臂的长度和支撑臂角度进入不同管径的管道，具有很强的适应性。同时，本发明操作灵活，通过远程控制完成任务，从而避免人员在污水管道内维护清淤的风险。

Description

一种伸缩臂式净水清淤装置

技术领域

本发明属黑臭河道治理技术领域，涉及一种伸缩臂式净水清淤装置，具体地涉及一种通过臭氧-紫外光催化耦合技术和高压水枪实现排水管道内污水净化和沉积物去除的装置。

背景技术

近年来，虽然城镇化建设的飞速发展，城市人口密度节节攀升，但由于城市基础建设不足，城市污水排放量也随之不断增长，导致大量的有机污染物排入水体，城市水环境收到严重的破坏。虽然在一些一线城市，污水直排已经通过城市管网的优化被大部分取代，但合流制管道内污水和市政管道中雨污汇合积存的污水中COD、氨氮、总磷等常规指标依然较高。随着管道内底物基质浓度增加，微生物繁殖加剧，易产生生物膜造成管道沉积物的生成和臭气散发。在雨天时，汇合积存的污水会通过泵站放江进入城市河道，混合污水中的有机物和氨氮进入水体后会产生富营养化现象，导致藻类或浮游类生物大量增殖，进而造成水中溶解氧消耗殆尽，使鱼类或其他水生生物大量死亡。同时水体中厌氧微生物种群的相对丰度也开始升高，造成污染物及腐烂物质发生厌氧水解，在水解过程中不仅会产生硫化氢和氨气等恶臭气味，大量的S^2-与Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺会形成深黑色硫化物，这些硫化物易附着于悬浮物上使水体发黑。因此，越来越多的水体逐渐出现季节性或终年黑臭现象，对河道周边居民生活产生重大的影响。

黑臭水体的治理中，主要分为水体原位修复和控源截污两种技术路线。在水体原位修复方面，目前主要有增氧曝气、清淤疏浚、生物化学药剂修复、水生植物技术等工艺。虽然国内外对黑臭水体的原位水体修复技术已有诸多的研究，但大部分原位水体修复技术成本高、施工周期长、修复效果不稳定。经常会发生在大雨或者一段时间后，修复好的河道再次出现黑臭现象。因此，治理黑臭水体的核心还是要截污控源。现阶段截污管网的改造已取得长足的进步，从截污纳管的角度优化管线完成了很多技术研究，但从根源上直接削减管道内污水中净水清淤的技术研究仍有不足。我国主要城市排水管道的净水清淤工作依然还是采用人工下井的模式，这种模式不仅时间和金钱成本高，还对作业人员的身体健康产生威胁。对于一些较小管径的管道，人工下井的模式就无法实行。同时，人工清淤的方式只能对管道内的沉积物进行去除，但由于沉积物长时间淤积而导致管道内污水的有机物污染物浓度上升问题无法解决。

高级氧化技术，原理是以产生具有强氧化性的羟基自由基(·OH)的方式，在高温高压、电极、超声、催化剂等反应条件下，使大分子难降解有机物氧化成低毒小分子有机物。由于高级氧化处理效率高、对有机污染物的选择性广、操作条件易于控制等优点，已广泛应用于污水处理领域。光催化臭氧氧化技术主要是以紫外光为能源、臭氧为氧化剂。O3在紫外光作用下产生具有强氧化性的羟基自由基进一步氧化降解有机污染物，该方法能有效提高臭氧氧化复杂有机物的效率。UV/O3复合时，第一步产生H2O2，所产生H2O2在紫外光辐射下进一步产生羟基自由基，机理如式(1.1～1.3)：

目前可放置在管道内的小型高效同时完成净水和清淤的装置极少，相关领域的发明主要围绕管道内沉积物的清除，而没有针对管道内污染物质的去除的发明。为了解决黑臭水体这一问题，本发明将高级氧化技术与管道移动设备结合，实现长距离管道内污水净化和沉积物去除。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种伸缩臂式净水清淤装置，利用臭氧-紫外光催化耦合技术实现长距离管道内污水净化和沉积物的去除。通过减少污水管道内的有机物浓度和沉积物，降低泵站放江进入水体的污染物总量，根源上保护河道和自然水体，减少黑臭河道发生概率。

本发明的技术方案如下：一种伸缩臂式净水清淤装置，包括主机身，其特征在于所述主机身的前端设有锥形的头部，主机身设有用于在污水管道内爬行的伸缩臂模块，主机身外设有高压水枪，主机身采用耐腐蚀双层套管结构，内层套管内填充冲洗清水供给到高压水枪中，外层套管内为密封舱体，主机身的后部设有与主机身对应的柔性双层套管，柔性双层套管外层套管与地面臭氧发生器和变频空压机连接，内层套管与地面水泵连接，柔性双层套管外层套管上安装有若干个纳米曝气盘，纳米曝气盘通过纳米曝气盘支架与柔性双层套管外层套管相连，同时纳米曝气盘内设有布气管球阀，通过纳米曝气盘上纳米曝气孔向污水管道内曝臭氧气体分子，所述双层柔性曝气管上每两个纳米曝气盘中间安装有一个紫外光灯环。

进一步地，所述伸缩臂模块包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂包括伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂限位滑杆伸入伸缩臂锁紧套管内，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。

进一步地，伸缩臂限位滑杆的底端设有压力传感器，实时监测导轮所受压力，并上传数据至信息收集控制服务器，沉积物探测器固定在装置主机身上，用以实时检测管道内沉积物厚度，同时反馈所在位置至信息收集控制服务器，导轮上方装有制动单元。制动单元与信息收集控制服务器相连，使装置停止在指定位置。

其中，主伸缩臂主要是用来调整伸缩臂的长度，在进入管道前就需要调整，以适应管道大小的需要，辅助支撑臂即液压伸缩支撑臂是用来控制主伸缩臂的展开角度，将主机身支撑在管道中央，产生和管道垂直的竖向支撑力。主机身的移动是通过从动齿轮驱动导轮旋转前进，导轮上方设有导轮刹车钳，导轮刹车钳与信息收集控制服务器相连，可远程操控驱动模块的移动和停止。液压控制器将液压循环油管内的油输送至液压伸缩支撑臂套管内，液压伸缩支撑臂伸长，增加主伸缩臂的和主机的夹角，从而增加驱动模块的伸展直径。液压控制器将液压伸缩支撑臂套管内的油输送至液压循环油管内，液压伸缩支撑臂缩短，减少主伸缩臂的和主机的夹角，从而减小驱动模块的伸展直径。

进一步地，伸缩臂限位滑杆上有与伸缩臂锁紧套管相配合的若干个卡槽，通过锁紧的位置用适应不同管径。

进一步地，伸缩臂限位滑杆为可更换零件，滑杆长度范围为50～3000cm。

进一步地，所述紫外光灯环通固定在柔性双层套管外层套管上，紫外光灯环两侧安装有反光镜片，反光镜片呈对称的外扩的锥面，反光镜片和紫外光灯环的夹角为50～70度，利用反光镜片折射紫外光，提高紫外光灯环辐射面积。

进一步地，电动机、电机齿轮组、备用电池通过固定支架焊接在主机身外层套管舱体内壁上，电动机通过电缆和地面电源相连，并与备用电池并联。发生突发意外时，备用电池可为装置提供返航电源，确保无需工作人员下井操作的情况下使装置自动返回始发点。

进一步地，为防止污水管道被金属材质导轮破坏，导轮轮胎材质为可更换耐腐性橡胶，橡胶种类包括丁基胶、氯丁胶、和氟橡胶，在装置进入管道前对污水内酸性物质的种类进行检测，匹配相应的轮胎材料。

进一步地，伸缩臂材质为耐腐蚀不锈钢316，同时对金属材料外层进行镀膜。

进一步地，柔性双层套管材质可用耐腐蚀PVDF、聚丙烯腈、聚砜等、氟碳树脂等。柔性双层套管的长度根据需要净化的污水管道长度可进行调整，柔性双层套管每间隔相同距离设有曝气孔或小型微纳米曝气盘，可通过阀门控制曝气强度。

进一步地，柔性双层套管上安装有检修阀，在每次启动纳米曝气盘时都会对臭氧气管的气压进行检测，避免漏气的可能性。

进一步地，反光镜片镀有氟硅纳米膜，防止污水中的颗粒物粘附在反光镜片上，影响紫外光折射效率。

进一步地，紫外灯环的紫外线波长设定范围是100～300nm，紫外灯环的辐照强度范围是100～4000μW/cm²，辐照强度通过所述信息收集控制服务器调控。

进一步地，纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80～200nm，纳米曝气盘的材料可用陶瓷、钛板或EPDM。

变频高压水泵将地面冲洗清水输送至柔性双层套管的内层水管中。柔性双层套管内层水管与高压水枪相连，连接处安装有水管阀门。在连通管道内安装止回阀，防止污水管道内污水进入双层套管中引起堵塞。高压水枪转轴焊接在装置主机身上，通过销轴和高压水枪相连，控制高压水枪的喷射角度。高压水枪转轴、水管阀门与信息收集控制服务器电气相连。

进一步地，所述高压水枪的设定水压为800～1000bar，出口流速为20～40m/s,通过地面变频水泵和水管阀门进行控制。

进一步地，本发明的管道机器人包括检测模块和信息收集控制服务器，检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、水质检测仪和红外检测仪；沉积物探测器固定在装置主机身上，用以实时检测管道内沉积物厚度；压力传感器安装在伸缩臂导轮上，在行驶过程中实时检测管道内壁对装置伸缩臂导轮的压力影响；水质检测仪对污水管道内的水质进行间歇性监测；红外探测器通过红外检测仪转动轴安装在红外支架上，红外支架焊接在装置主机身上，在运行过程中完成影像采集；所述信息收集控制服务器通过电气收集压力传感器、沉积物探测器、水质检测仪和红外CCTV上传的数据，根据压力传感器实时监测的压力数据与设定参数比较，调节液压支撑臂的长度；根据沉积物探测器实时监测的数据与设定参数比较，计算行走路线及高压水枪喷射频率、角度；根据实时监测的水质数据与设定参数比较，调整高级氧化模块的紫外光强度和臭氧气体的流量。

当完成沉积物厚度探测后会将数据上传至信息收集控制服务器进行计算，根据信息收集控制服务器计算结果调整机械臂的伸展半径，并对高压水枪的喷射范围和角度进行设定。压力传感器安装在伸缩臂导轮上，在行驶过程中实时检测管道内壁对装置伸缩臂导轮的压力影响，若沉积物厚度过厚，则会调整支撑臂转轴角度，从而使装置平稳通过障碍物。水质检测仪单独对污水管道内的水质进行间歇性监测，监测指标包括COD、氨氮、硝态氮、pH等。所述水质检测结果将会上传至所述信息收集控制器。红外CCTV通过红外CCTV转动轴安装在红外CCTV支架上，红外CCTV支架焊接在装置主机身上，在运行过程中完成影像采集。

本发明的伸缩臂式装置，在长距离管道内进行污水净化和去除沉积物时包含以下步骤：

步骤1，选择需要净化的管道，伸缩臂式净水清淤装置主机身牵引柔性双层套管放入污水检查井内，信息收集控制服务器远程控制主机身从污水检查井移动至污水管道中；

步骤2，打开伸缩臂式净水清淤装置主机身上的沉积物探测器和水质监测仪，对污水管道内的沉积物厚度和污染物浓度进行检测，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端，开启管道移动设备红外检测仪，采集管道内实时图像；

步骤3，根据测得管道内沉积物的厚度和分布规划伸缩臂式装置的移动路径和水枪喷射频率和角度，规划方式采用人工规划和自动辅助模式，由地面上的操作人员通过信息收集控制服务器远程操作主机身携带柔性双层套管和纳米曝气盘和紫外光灯环在管道内移动，同时打开主机身上的高压水枪对管壁进行喷水冲刷。信息收集控制服务器会在显示器上显示厚度超过10cm的沉积物的定位坐标，辅助操作人员对重点区域进行冲洗清淤，当沉积物探测器显示沉积物厚度降低后，信息收集控制服务器会提示操作人员继续遥控装置前进；同时打开主机身上的高压水枪对管壁进行喷水冲刷；

步骤4，根据测得管道内污染物质的浓度配置纳米曝气盘的开启数量和紫外光灯环参数和数量(对于污染物浓度较低管道，将会减少纳米曝气盘数量和紫外光环的辐射强度)，利用主机身牵引纳米曝气盘和紫外光灯环至指定位置，在长距离管道内均匀布置若干个高级氧化模块和柔性双层套管，打开纳米曝气盘阀门和紫外光灯环；

步骤5，对污水完成净化后，通过信息收集控制服务器远程操作伸缩臂式净水清淤装置移动至初始位置，并将所有设备从检查井内取出。

目前，用于污水管道内有机物降解方装置极少，本发明提供的一种伸缩臂式净水清淤装置具有以下优点：

(1)该发明利用长距离管道作为反应池体，利用高级氧化技术对污水管道中有机物进行原位降解，污染物最终转化为二氧化碳和水，不形成二次污染，减少污染物质进入自然水体的可能性。

(2)该发明可同时去除污水管道内的沉积物，利用高压水枪对沉积物较厚的区域集中处理，处理效率高。

(3)该发明无需对现有管道进行改造，操作简单，能够适应不同管径大小的管道，具有很高的灵活性和机动性，方法应用面广。

(4)该发明无需人员井下作业，同时利用信息收集控制服务器远程对设备进行控制，具有很高的安全性。

附图说明

图1为本发明中伸缩臂式装置主机身、高压水枪、柔性双层套管、纳米曝气盘和紫外光灯环的结构示意图。

图2为本发明用于排水管道的净水清淤的运行示意图。

图3为本发明中伸缩臂式装置轴测图。

图4为本发明中伸缩臂的结构示意图。

图5本发明中沉积物探测器、红外CCTV和柔性双层套管的剖面图。

图6为本发明中纳米曝气盘和柔性双层套管的剖面图。

图7为本发明中紫外光灯环和柔性双层套管的剖面图。

图8为本发明中高压水枪和柔性双层套管的剖面图。

图9为本发明中伸缩臂导轮和主机身的剖面图。

图10为本发明中信息收集控制服务器控制电路示意图

1-变频空压机；2-变频水泵；3-污水检查井；4-纳米曝气盘；41-纳米曝气孔；42-纳米曝气托盘；43-纳米曝气盘支架；44-布气管球阀；5-紫外光灯环；51-紫外光灯组支架；52-紫外光LED灯带；53-反光镜片；6-柔性双层套管；7-高压水枪；71-高压水枪喷射头；72-高压水枪转轴；73-止回阀；74-水管阀门；8-主机身；81-红外CCTV；811-红外CCTV转动轴；812-红外CCTV支架；82-沉积物探测器；83-柔性双层套管检修阀；84-伸缩臂模块；841-导轮；842-伸缩臂限位滑杆；843-支撑臂转轴；844-导轮压力传感器；845-伸缩臂转轴；846-伸缩臂锁紧套管；847-主伸缩臂支架；848-液压伸缩支撑臂；849-从动齿轮；850-液压循环油管851-辅助支撑臂支架；852-电动机齿轮组；853-电动机；854-液压控制器；855-备用电池；86-主伸缩臂；87-辅助支撑臂。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合以下具体实施例和附图，对发明方法作进一步的详细说明。

一种伸缩臂式净水清淤装置，包括主机身，其特征在于所述主机身的前端设有锥形的头部，主机身设有用于在污水管道内爬行的伸缩臂模块，主机身外设有高压水枪，主机身采用耐腐蚀双层套管结构，内层套管内填充冲洗清水供给到高压水枪中，外层套管内为密封舱体，主机身的后部设有与主机身对应的柔性双层套管，柔性双层套管外层套管与地面臭氧发生器和变频空压机连接，内层套管与地面水泵连接，柔性双层套管外层套管上安装有高级氧化模块。

所述伸缩臂模块包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂包括主伸缩臂支架，主伸缩臂支架的一端设有从动轮，所述从动轮通过设在主机身上的电动机齿轮组与电动机传动连接，主伸缩臂支架的另一端则通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管形成转动连接，伸缩臂限位滑杆的一端伸入伸缩臂锁紧套管内与之形成滑动连接，伸缩臂限位滑杆的另一端设导轮；伸缩臂锁紧套管的中部设转轴与液压伸缩支撑臂连接，辅助支撑臂包括焊接在主机身上的辅助支撑臂支架，所述液压伸缩支撑臂通过限位销轴与辅助支撑臂支架相连，液压伸缩支撑臂设液压循环油管，液压控制器嵌在外层套管中，并与液压伸缩支撑臂、液压循环油管电气连接，液压伸缩支撑臂通过支撑臂转轴和伸缩臂锁紧套管相连，可进行多轴向伸缩。伸缩臂限位滑杆上有与伸缩臂锁紧套管相配合的若干个卡槽，通过锁紧的位置用适应不同管径。伸缩臂限位滑杆为可更换零件，滑杆长度范围为50～3000cm。

高级氧化模块包括臭氧发生器、变频空压机、柔性双层套管、柔性双层套管检修阀、纳米曝气盘、纳米曝气盘支架、布气管球阀、紫外光灯环、紫外光灯组支架、反光镜片。柔性双层套管为耐腐蚀双层套管结构，内层套管填充冲洗清水，外层套管填充臭氧气体，柔性双层套管与地面臭氧发生器和变频空压机连接。柔性双层套管与装置主机身法兰密封连接，冲洗水管与装置高压水枪连接，臭氧气管不与主机身相连，即柔性双层套管的外层套管到主机身这里和主机身的外层套管之间设隔断隔开，主机身的外层套管中间是密封舱体，安装电动机、电机齿轮组、备用电池等。双层柔性曝气管上安装有若干个纳米曝气盘，纳米曝气盘通过纳米曝气盘支架与臭氧气管相连，同时臭氧纳米曝气盘内设有布气管球阀。通过纳米曝气盘上纳米曝气孔向污水管道内曝臭氧气体分子。所述双层柔性曝气管上每两个纳米曝气盘中间安装有一个紫外光灯环。紫外光灯环通过紫外光灯组支架固定在双层柔性曝气管上，同时反光镜片也安装在紫外光灯组上，提高紫外光灯环照射面积。

为防止污水管道被金属材质导轮破坏，导轮轮胎材质为可更换耐腐性橡胶，橡胶种类包括丁基胶、氯丁胶、和氟橡胶，在装置进入管道前对污水内酸性物质的种类进行检测，匹配相应的轮胎材料。伸缩臂材质为耐腐蚀不锈钢316，同时对金属材料外层进行镀膜。柔性双层套管材质可用耐腐蚀PVDF、聚丙烯腈、聚砜等、氟碳树脂等。柔性双层套管的长度根据需要净化的污水管道长度可进行调整，柔性双层套管每间隔相同距离设有曝气孔或小型微纳米曝气盘，可通过阀门控制曝气强度。柔性双层套管上安装有检修阀，在每次启动高级氧化模块时都会对臭氧气管的气压进行检测，避免漏气的可能性。反光镜片镀有氟硅纳米膜，防止污水中的颗粒物粘附在反光镜片上，影响紫外光折射效率。紫外灯环的紫外线波长设定范围是100～300nm，紫外灯环的辐照强度范围是100～4000μW/cm²，辐照强度通过所述信息收集控制服务器调控。纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80～200nm，纳米曝气盘的材料可用陶瓷、钛板或EPDM。

变频高压水泵将地面冲洗清水输送至柔性双层套管的内层水管中。柔性双层套管内层水管与高压水枪相连，连接处安装有水管阀门。在连通管道内安装止回阀，防止污水管道内污水进入双层套管中引起堵塞。高压水枪转轴焊接在装置主机身上，通过销轴和高压水枪相连，控制高压水枪的喷射角度。高压水枪转轴、水管阀门与信息收集控制服务器电气相连。所述高压水枪的设定水压为800bar～1000bar，通过地面变频水泵和水管阀门进行控制。

检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、水质检测仪和红外CCTV。沉积物探测器固定在装置主机身上，用以实时检测管道内沉积物厚度。当完成沉积物厚度探测后会将数据上传至信息收集控制服务器进行计算，根据信息收集控制服务器计算结果调整机械臂的伸展半径，并对高压水枪的喷射范围和角度进行设定。压力传感器安装在伸缩臂导轮上，在行驶过程中实时检测管道内壁对装置伸缩臂导轮的压力影响，若沉积物厚度过厚，则会调整支撑臂转轴角度，从而使装置平稳通过障碍物。水质检测仪单独对污水管道内的水质进行间歇性监测，监测指标包括COD、氨氮、硝态氮、pH等。所述水质检测结果将会上传至所述信息收集控制器。红外CCTV通过红外CCTV转动轴安装在红外CCTV支架上，红外CCTV支架焊接在装置主机身上，在运行过程中完成影像采集。

本发明的伸缩臂式装置，信息收集控制服务器通过电气收集压力传感器、沉积物探测器、水质检测仪和红外CCTV上传的数据。信息收集控制器安装在地面移动设备上，可以受工作人员控制。

所述信息收集控制器可通过Python、Java等软件进行编程和修改，实现装置的自动化控制。根据压力传感器实时监测的压力数据与提前设定的参数比较，自动调节液压支撑臂的长度。根据沉积物探测器实时监测的数据与提前设定的参数比较，自动计算行走路线及高压水枪喷射频率、角度。根据实时监测的水质数据与提前设定的参数比较，自动调整高级氧化模块的紫外光强度和臭氧气体的流量。

实例1：

本实例中污水管道长度1500m，初始直径为300cm，存在变径接口，末端管径为400cm。管道内混合污水COD_Cr浓度为65mg/L，氨氮浓度为12mg/L，沉积物平均厚度为10cm。如图1所示，本发明通过污水检查井3进入污水管道，装置的单个伸缩臂限位滑杆842为800cm，伸缩臂的伸展半径范围为100～500cm。主机身与柔性双层套管6相连，柔性双层套管6材料为耐腐蚀PVDF，同时柔性双层套管6末端与地面臭氧发生器、变频水泵2、变频空压机1相连。纳米曝气盘4安装在柔性双层套管6上，间隔60cm。纳米曝气孔41直径为120nm，单个纳米曝气盘4的充臭氧能力为0.15Kg-O₃/m³·h，纳米曝气托盘42使用陶瓷制成。紫外光灯环5安装在柔性双层套管6上，每两个纳米曝气盘4中间安装一个紫外灯环5。装置形式为紫外光灯环5，单个紫外灯LED灯带52的功率为80W，设定波长为185nm，紫外光辐照剂量为2000μW/cm²。

上述实施例中的一种通过臭氧-紫外光催化耦合技术的装置实现长距离管道内污水净化和沉积物去除的方法包括以下步骤：

步骤一：将伸缩臂式装置和水质检测仪从地面降至污水检查井3内。启动伸缩臂装置自检模块，对导轮压力传感器844、沉积物探测仪82、红外CCTV81、水管阀门74、布气管球阀44和紫外光灯环5进行检查。打开水质检测仪，对污水管道内污染物浓度进行检测，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端。

步骤二：使用信息收集控制服务器远程操控伸缩臂式装置，使其携带柔性双层套管6、纳米曝气盘4、紫外光灯环5缓慢驶入污水管道内。

步骤三：打开伸缩臂装置上的沉积物探测器82，对污水管道内的沉积物厚度进行检测，利用服务器内计算机分析数据，根据计算结果对伸缩臂装置的移动路线和高压水枪7喷射频率、角度进行设定。

步骤四：根据测得管道内污染物质的浓度配置紫外光灯环5辐照剂量，使伸缩臂式装置移动至距离管道起点1500m的位置，装有紫外光灯环5的柔性双层套管6的长度为1498m，打开紫外光灯环5和纳米曝气盘4的布气管球阀44进行曝气。根据污染物浓度测算曝气时间，本实例中开启曝气12小时。

步骤五：打开水质检测仪和沉积物探测器82，分析曝气后的污水水质参数和沉积物厚度。若污水水质不符合设定值，则继续打开紫外光灯环5和纳米曝气盘4的布气管球阀44。若某处沉积物未被去除，则移动高压水枪6至该位置，重新冲洗。当水质和沉积物厚度符合设定值后，通过信息收集控制服务器远程操控伸缩臂式装置返回至初始位置，并将所有设备从污水检查井3内取出。

数据显示，在监测时间段12小时内1500m管道内污水COD的平均去除率超过了82.4％，氨氮的平均去除率超过了70.6％，沉积物的平均厚度降低了78.9％。同时通过纳米曝气盘4产生的富余臭氧气泡对管道内的硫化氢和氨气去除率也达到了31.5％。

实例2：

本实例中污水管道长度1000m，直径为1200cm，管道内混合污水COD_Cr浓度为40mg/L，氨氮浓度为12mg/L，沉积物平均厚度为28cm。如图1所示，本发明通过检查井进入污水管道，伸缩臂式装置的单个伸缩臂限位滑杆为1500cm，伸缩臂的伸展半径范围为1300～400cm。主机身与柔性双层套管6相连，柔性双层套管6材料为耐腐蚀PVDF，同时柔性双层套管6末端与地面臭氧发生器、变频高压水泵2、可变频空压机1相连。纳米曝气盘4安装在柔性双层套管6上，间隔80cm。曝气孔41直径为120nm，单个纳米曝气盘4的充臭氧能力为0.15Kg-O₃/m³·h，纳米曝气托盘42使用陶瓷制成。高级氧化模块安装在柔性双层套管6上，间隔50cm。装置形式为紫外光灯环5，单个紫外灯LED灯带52的功率为80W，设定波长为185nm，紫外光照射剂量为1800μW/cm²。

上述实施例中的一种通过臭氧-紫外光催化耦合技术实现长距离管道内污水净化和沉积物去除的方法包括以下步骤：

步骤一：将伸缩臂式装置和水质检测仪从地面降至污水检查井3内。启动伸缩臂装置自检模块，对导轮压力传感器844、沉积物探测仪82、红外CCTV81、水管阀门74、布气管球阀44和紫外光灯环5进行检查。打开水质检测仪，对污水管道内的沉积物厚度和污染物浓度进行检测，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端。

步骤二：使用信息收集控制服务器远程操控伸缩臂式装置，使其携带柔性双层套管6、纳米曝气盘4、紫外光灯环5缓慢驶入污水管道内。

步骤三：打开伸缩臂装置上的沉积物探测器82，对污水管道内的沉积物厚度进行检测，利用服务器内计算机分析数据，根据计算结果对伸缩臂装置的移动路线和高压水枪7喷射频率、角度进行设定。

步骤四：根据测得管道内污染物质的浓度配置紫外光灯环5照射剂量，使伸缩臂式机器人移动至距离管道起点1000m的位置，装有紫外光灯环5的柔性双层套管6的长度为998m，打开紫外光灯环5和纳米曝气盘4的布气管球阀44进行曝气。根据污染物浓度测算曝气时间，本实例中开启曝气16小时。

步骤五：打开水质检测仪和沉积物探测器82，分析曝气后的污水水质参数和沉积物厚度。若污水水质不符合设定值，则继续打开紫外光灯环5和柔性双层套管6阀门。若某处沉积物未被去除，则移动高压水枪6至该位置，重新冲洗。当水质和沉积物厚度符合设定值后，通过信息收集控制服务器远程操控伸缩臂装置返回至初始位置，并将所有设备从污水检查井3内取出。数据显示，在监测时间段16小时内1000m管道内污水COD的平均去除率超过了72.8％，氨氮的平均去除率超过了70.1％，沉积物的厚度降低了88.1％。同时通过纳米曝气盘4产生的富余臭氧气泡对管道内的硫化氢和氨气去除率也达到了24％左右。

本发明方法无需对管道和检查井进行改造和施工，通过伸缩臂式装置和臭氧-紫外光催化偶合技术对任意位置的污水管道内的污染物和沉积物进行原位削减，尤其对管道内污染物质浓度较低的污水具有优异的净化效率。

尽管本发明内容已经通过上述优选实施做了详细阐述，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制，本领域技术人员在查阅了上述内容后能够想到的变化和修改都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种伸缩臂式净水清淤装置，包括主机身，其特征在于所述主机身的前端设有锥形的头部，主机身设有用于在污水管道内爬行的伸缩臂模块，主机身外设有高压水枪，主机身采用耐腐蚀双层套管结构，内层套管内填充冲洗清水供给到高压水枪中，外层套管内为密封舱体，主机身的后部设有与主机身对应的柔性双层套管，柔性双层套管外层套管与地面臭氧发生器和变频空压机连接，内层套管与地面水泵连接，柔性双层套管外层套管上安装有若干个纳米曝气盘，纳米曝气盘通过纳米曝气盘支架与柔性双层套管外层套管相连，同时臭氧纳米曝气盘内设有布气管球阀，通过纳米曝气盘上纳米曝气孔向污水管道内曝臭氧气体分子，所述双层柔性曝气管上每两个纳米曝气盘中间安装有一个紫外光灯环。

2.根据权利要求1所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：所述伸缩臂模块包括主伸缩臂和辅助支撑臂，主伸缩臂包括伸缩臂限位滑杆，伸缩臂限位滑杆的端部设有导轮与导轮相配合的导轮压力传感器，伸缩臂限位滑杆伸入伸缩臂锁紧套管内，主伸缩臂支架的一端与伸缩臂锁紧套管之间通过伸缩臂转轴进行相连，主伸缩臂支架的另一端与驱动模块的从动齿轮相连；辅助支撑臂包括一组与对应主伸缩臂平行设置的液压伸缩支撑臂，液压伸缩支撑臂的一端通过伸缩臂转轴与伸缩臂锁紧套管相连，另一端通过辅助支撑臂支架、和设在辅助支撑臂支架一侧的液压循环油管与液压控制器相连，液压控制器固定于外层套管内壁上，液压控制器与信息收集控制服务器相连。

3.根据权利要求2所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：伸缩臂限位滑杆上有与伸缩臂锁紧套管相配合的若干个卡槽，通过锁紧的位置用适应不同管径。

4.根据权利要求1所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：所述紫外光灯环通固定在柔性双层套管外层套管上，紫外光灯环两侧安装有反光镜片，反光镜片呈对称的外扩的锥面，反光镜片和紫外光灯环的夹角为50~70度，利用反光镜片折射紫外光，提高紫外光灯环辐射面积。

5.根据权利要求4所述的高级氧化模块，其特征在于，紫外灯环的紫外线波长设定范围是100~300 nm，所述紫外灯环的辐照强度范围是100~4000μW/cm²，所述纳米曝气盘上的曝气孔孔径为80~200nm。

6.根据权利要求1所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：电动机、电机齿轮组、备用电池通过固定支架焊接在主机身外层套管舱体内壁上，电动机通过电缆和地面电源相连，并与备用电池并联。

7.根据权利要求1所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：导轮轮胎材质采用可更换耐腐性橡胶，柔性双层套管材质采用耐腐蚀PVDF、聚丙烯腈、聚砜等、或氟碳树脂。

8.根据权利要求1所述的伸缩臂式净水清淤装置，其特征在于：本发明的管道机器人包括检测模块和信息收集控制服务器，检测模块包括沉积物探测器、压力传感器、水质检测仪和红外检测仪；沉积物探测器固定在装置主机身上，用以实时检测管道内沉积物厚度；压力传感器安装在伸缩臂导轮上，在行驶过程中实时检测管道内壁对装置伸缩臂导轮的压力影响；水质检测仪对污水管道内的水质进行间歇性监测；红外探测器通过红外检测仪转动轴安装在红外支架上，红外支架焊接在装置主机身上，在运行过程中完成影像采集；所述信息收集控制服务器通过电气收集压力传感器、沉积物探测器、水质检测仪和红外CCTV上传的数据，根据压力传感器实时监测的压力数据与设定参数比较，调节液压支撑臂的长度；根据沉积物探测器实时监测的数据与设定参数比较，计算行走路线及高压水枪喷射频率、角度；根据实时监测的水质数据与设定参数比较，调整高级氧化模块的紫外光强度和臭氧气体的流量。

9.根据权利要求1所述的一种伸缩臂式净水清淤装置的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤1，选择需要净化的管道，伸缩臂式净水清淤装置主机身牵引柔性双层套管放入污水检查井内，信息收集控制服务器远程控制主机身从污水检查井移动至污水管道中；

步骤2，打开伸缩臂式净水清淤装置主机身上的沉积物探测器和水质监测仪，对污水管道内的沉积物厚度和污染物浓度进行检测，并将监测数据上传至信息收集控制服务器终端，开启管道移动设备红外检测仪，采集管道内实时图像；

步骤3，根据测得管道内沉积物的厚度和分布规划伸缩臂式装置的移动路径和水枪喷射频率和角度，规划方式采用人工规划和自动辅助模式，由地面上的操作人员通过信息收集控制服务器远程操作主机身携带柔性双层套管和纳米曝气盘和紫外光灯环在管道内移动，同时打开主机身上的高压水枪对管壁进行喷水冲刷；

信息收集控制服务器会在显示器上显示厚度超过10cm的沉积物的定位坐标，辅助操作人员对重点区域进行冲洗清淤，当沉积物探测器显示沉积物厚度降低后，信息收集控制服务器会提示操作人员继续遥控装置前进；；

步骤4，根据测得管道内污染物质的浓度配置纳米曝气盘的开启数量和紫外光灯环参数，利用主机身牵引纳米曝气盘和紫外光灯环至指定位置，在长距离管道内均匀布置若干个高级氧化模块和柔性双层套管，打开纳米曝气盘阀门和紫外光灯环；

步骤5，对污水完成净化后，通过信息收集控制服务器远程操作伸缩臂式净水清淤装置移动至初始位置，并将所有设备从检查井内取出。

Images