CN111718074B

CN111718074B - 基于生物修复的自巡陀螺仪

Info

Publication number: CN111718074B
Application number: CN202010615107.2A
Authority: CN
Inventors: 谢雨初; 杨泽龙; 胡羽蝶; 陈卓; 周旭东; 于志国
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2020-06-30
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2040-06-30
Also published as: CN111718074A

Abstract

本发明公开了一种基于生物修复的自巡陀螺仪，属于水利工程技术领域，用于湖泊和河流等城市小型水体的黑臭水质的处理。所述陀螺仪对水质进行监测，再通过无线传输到手机电脑终端，做到实时监测与治理并行。利用生物膜板进行治理，结构简单，体积小巧，效率高。同时通过自动跟踪浓度，对污染源进行持续跟进，节省了时间成本，无需人工操作。陀螺仪还装有自动返航系统，以便进行定期检查和装置更换。具有高效率治理、体积小、结构简单、节能、智能化、远程数据传输的优点。本发明克服了现有的处理黑臭水体的不足，并提供了一种可移动性的高效处理装置，能够实现在最小时空范围内，在不对水体生态系统有过大干扰的情况下对黑臭水体进行监控治理。

Description

基于生物修复的自巡陀螺仪

技术领域

本发明属于水处理及监测领域，特别是涉及一种基于生物修复的自巡陀螺仪。

背景技术

城市黑臭水体是一直以来备受关注的污染问题，危及生态环境，人类健康及城市美观。提出必要的治理措施迫在眉睫。传统的治理手段存在以下几个问题：(1)方法过于繁琐，并且不能自动判断某区域是否处于应该清理的状态；(2)污染环境，成本高，需要使用大量药剂进行治理；(3)装置过大，建设麻烦，时间和空间都有一定的浪费。

现有的自动返航系统，即通过GPS确定位置信息和返航路径。例如，公告号为CN205920408U的中国实用新型专利，公开了“一种自动返航控船系统”，其根据遥控船根据自身的位置信息、遥控器的位置信息、以及遥控器发送的控制信号确定返航路径，自动回到用户身边。此种系统的推进器为电气或油气推进气，没有使用太阳能发电等较为环保的能源供应。

现有的水处理装置，即将污水进行净化的装置。例如，公告号为CN208814839U的中国实用新型专利，公开了“一种生物膜柱水处理装置”，其使菌群高效附着在膜柱上，可有效进行脱氮除磷和降解有机物。此种装置只能将已有的收集到的污水进行处理，而不能实时处理黑臭水体或受污染湖泊等自然界中的水体。

现有的水体环境监测装置，即对自然界中水体进行实时监测的装置。例如，公告号为CN203758997U的中国实用新型专利，公开了“浮球式水体环境指标监测装置”，其能实时检测当前水体参数和降低过往船舶对装置的碰撞损坏。但是此装置不能自动返航，很难进行后期的维护，且此装置只能监测，不能同时做到净化的目的，而且此装置不能自动判断比较水体参数受污染指数的大小。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于生物修复的自巡陀螺仪。本装置可做到自主化，智能化判断水域是否需要清理，避免了以往无针对性，全覆盖的清理，实现针对性更强，精准度更高的操作。同时本装置基于生物修复方法，对环境无害，修复成本更低。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于生物修复的自巡陀螺仪，包括控制单元和位于控制单元下方的处理单元；控制单元和处理单元通过杆件连接。

所述控制单元为供能及发动装置，包括主处理器、太阳能板、蓄电池组、电调、转向电机以及推进器；所述太阳能板置于蓄电池组的顶部并与蓄电池组相连，所述主处理器与电调、转向电机以及推进器依次连接，所述主处理器、电调和转向电机均与蓄电池组相连；

所述处理单元为监测及净化功能区，包括外壳、进水口、出水口、监测传感器、过滤膜和生物膜；所述转向电机和推进器分别位于杆件两侧并连接在所述外壳表面；在外壳上设置进水口和出水口，所述进水口和出水口可开合，并与主处理器电连接；所述监测传感器位于进水口内侧，并与主处理器电连接，传感器将监测数据传输到主处理器；在进水口与出水口之间依次设置过滤膜和生物膜。

进一步的，所述控制单元包括遥控器、角速度传感器、气压计、GPS模块、无线模块，所述角速度传感器、气压计、GPS模块、无线模块分别与主处理器连接。

进一步的，所述监测传感器包括：智慧型BOD传感器、智慧型COD传感器、智慧型氨氮传感器、智慧型DO传感器。

进一步的，所述主处理器采用STM32F405VGT6。所述过滤膜采用MBR平板膜和RO膜，平均膜孔0.1微米，产水量540-800(L)，过滤水中大颗粒泥沙进入处理装置中。所述控制单元底部设有充气仓，以满足装置漂浮所需浮力。所述进水口和出水口外侧安装滤网，防止藻类生物进入堵塞装置。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益的技术效果：

本发明的一种基于生物修复的自巡陀螺仪运用生物修复，效率高，无污染；该装置同时运用过滤膜和生物膜进行生物修复，并且持续向污染最严重区域移动，生物修复能快速提高水体溶解氧、透明度及氧化还原电位，溶解氧能维持在8.0mg/L以上，透明度能修复至30cm以上，氧化还原电位能提高至200mV以上；该装置供电系统采用太阳能，环保无污染，运行部分采用角动量守恒，结构新颖；装置结构简单，体积小，无需占地空间；该装置采用智慧型传感器，可将传感器测得数据远程传输到智能设备上，对于监测的水质数据进行传输，无需去往现场；该装置可自动导航，自动去往污染严重的地方并治理，无需人工操控；该装置成本低，且可移动，适应所有水体；该装置治理时无需大规模地对水体进行处理，操作简洁，环境干扰小；该装置携带GPS模块，使得本装置有自动返回系统，使用方便，便于定期检查。

附图说明

图1是本发明装置正视图；

图2是本发明装置侧视图；

图3是本发明装置俯视图；

图4是本发明装置连接图；

图5是本发明装置控制框图；

图6是本发明装置原理图；

图7是本发明运动逻辑示意图；

其中，11-太阳能板、12-蓄电池组、22-遥控器、23-角速度传感器、24-气压计、25-GPS、26-主处理器、27-无线模块、28-电调、29-充气仓、31-转向电机、32-推进器、41-智慧型BOD传感器、42-智慧型COD传感器、43-智慧型氨氮传感器、44-智慧型DO传感器、51-过滤膜、52-生物膜、6-进水口、7-出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

本发明所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，如图1所示，包括控制单元和位于控制单元下方的处理单元；控制单元和处理单元通过杆件连接。

所述控制单元为供能及发动装置，包括供电系统、控制系统、动力系统、主处理器26；所述供电系统包括太阳能板11、蓄电池组12；所述控制系统包括遥控器22，以及分别与主处理器26连接的角速度传感器23、气压计24、GPS模块25、无线模块27；所述动力系统包括电调28、转向电机31以及推进器32；所述太阳能板11置于蓄电池组12的顶部并与蓄电池组12相连，所述主处理器26与电调28、转向电机31以及推进器32依次连接，所述主处理器26、电调28和转向电机31均与蓄电池组12相连。

本实施例中，所述遥控器22采用MC6C；所述气压计24采用LPS22HB；所述主处理器26采用STM32F405VGT6。

所述处理单元为监测及净化功能区，是一个清理球，如图1和图2所示，包括外壳、进水口6、出水口7、水质监测系统、生物膜净化系统；所述水质监测系统包括监测传感器；所述生物膜净化系统包括过滤膜51和生物膜52；所述转向电机31和推进器32分别位于杆件两侧并连接在所述外壳表面；所述外壳为陀螺仪的运动层，设置为球形，在外壳上设置进水口6和出水口7，所述进水口6和出水口7可开合，并与主处理器26电连接；所述监测传感器位于进水口6内侧，并与主处理器26电连接，传感器将监测数据传输到主处理器26；在进水口6与出水口7之间依次设置过滤膜51和生物膜52，两个膜以同一方向平行安装在一起。

所述监测传感器包括：智慧型BOD传感器41、智慧型COD传感器42、智慧型氨氮传感器43、智慧型DO传感器44。所述主处理器26采用STM32F405VGT6。所述过滤膜51采用MBR平板膜和RO膜，平均膜孔0.1微米，产水量540-800(L)，过滤水中大颗粒泥沙进入处理装置中。所述控制单元底部设有充气仓29，以满足装置漂浮所需浮力。所述进水口6和出水口7外侧安装滤网，防止藻类生物进入堵塞装置。

本发明所述的自巡陀螺仪的工作流程如下：

使用时太阳能板11将收集的太阳能存蓄在蓄电池12中。蓄电池12为控制系统、动力系统及水质监测系统进行供电。通过遥控器22操作实现下述功能：调整转向电机31的转动以控制陀螺仪的行进方向，调整推进器32的转速以控制陀螺仪的速度，以及控制装置开关、收集水质监测数据并通过无线模块27传回服务器数据。使用时智慧型BOD传感器41、智慧型COD传感器42、智慧型氨氮传感器43、智慧型DO传感器44可从流入进水口6的水中测得相关水质指标，并将监测数据传输到控制系统中的主处理器26。在主处理器26中对当前位置的有机污染综合评价值(A值)进行计算并存储数据。

如图7所示，装置采取正六边形路径(也可自定路径)进行巡航，每到达一个六边形顶点，陀螺仪逆时针转过六十度，随后继续按照初始设定移动距离值进行移动，依次经过正六边形的六个顶点后，对所记录的6个位置处的A值进行比较，判断出A值为最大值的位置点，并向其移动。当装置向A值最大值对应的位置点进行移动的过程中，每三秒停顿一次，计算并记录所在位置的A值。当A值发生减小时，进行后退，如图6所示，同时每一秒停顿一次。如此运动，直至达到A值最大点处。再次进行如图7六边形运动。

根据净化水域的污染类型，确定所需的微生物菌种，并进行生物膜52培育。通过在MBR组件上培养活性污泥使之生长成膜，形成优势菌群，调控微生物和水环境及其他生物之间的平衡。生物膜52作为二次过滤装置安装在球体内部，通过吸附在MBR组件上的生物活性污泥来过滤水中的杂质，起到净化水质的目的。本实施例中，生物膜52主要吸附氨氮，重金属离子及微生物。使用时，水通过进水口6进入，先经过水质监测系统，随后分别经过过滤膜51和生物膜52进行过滤，最后从出水口7排出。更换内部生物膜52时，从球体最外层的两端进水口6和出水口7处打开，然后将最内层半开式打开，即可取出其中的生物膜52，进行更换。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：该自巡陀螺仪包括控制单元和位于控制单元下方的处理单元；控制单元和处理单元通过杆件连接；

所述控制单元包括主处理器、太阳能板、蓄电池组、电调、转向电机以及推进器、遥控器、角速度传感器、气压计、GPS模块、无线模块；所述太阳能板置于蓄电池组的顶部并与蓄电池组相连，所述主处理器与电调、转向电机以及推进器依次连接，所述主处理器、电调和转向电机均与蓄电池组相连；所述角速度传感器、气压计、GPS模块、无线模块分别与主处理器连接；

所述处理单元包括外壳、进水口、出水口、监测传感器、过滤膜和生物膜；在外壳上设置进水口和出水口，所述进水口和出水口可开合，并与主处理器电连接；所述监测传感器位于进水口内侧，并与主处理器电连接，传感器将监测数据传输到主处理器；在进水口与出水口之间依次设置过滤膜和生物膜；

所述自巡陀螺仪，执行以下操作：

按照自定义路径进行巡航，每到达一个路径顶点，陀螺仪逆时针转过一定角度，随后继续按照初始设定移动距离值进行移动，依次经过所有路径顶点后，记录每个顶点位置处的有机污染综合评价值即A值，存储在主处理器中；

对所记录的各个位置处的A值进行比较，判断出A值为最大值的位置点，并向其移动；当自巡陀螺仪向A值最大值对应的位置点进行移动的过程中，若干秒停顿一次，计算并记录所在位置的A值；当A值发生减小时，进行后退，同时若干秒停顿一次；如此运动，直至达到A值最大点处。

2.根据权利要求1所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：所述监测传感器包括：智慧型BOD传感器、智慧型COD传感器、智慧型氨氮传感器、智慧型DO传感器。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：所述控制单元底部设有充气仓。

4.根据权利要求1-2任一所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：所述进水口和出水口外侧安装滤网。

5.根据权利要求1-2任一所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：所述过滤膜采用MBR平板膜和RO膜。

6.根据权利要求1-2任一所述的一种基于生物修复的自巡陀螺仪，其特征在于：所述主处理器采用STM32F405VGT6。