CN111827227B - 一种智能蓝藻打捞收集无人船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能蓝藻打捞收集无人船，属于蓝藻处理领域，包括船体，所述船体内设有藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱和中央控制室，所述藻水分离舱的后方设有过滤舱，所述过滤舱的后方设有干燥舱，所述干燥舱与聚热舱相连，所述干燥舱的后方设有储藻舱，所述中央控制室分别与藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱相连。本发明能自动识别处理蓝藻，处理效率高，船体可远程控制。

Description

一种智能蓝藻打捞收集无人船

技术领域

本发明涉及蓝藻处理领域，具体涉及一种智能蓝藻打捞收集无人船。

背景技术

湖泊蓝藻水华是一个世界性难题，近年来，淡水湖泊水体富营养化以及随之而来的蓝藻水华暴发和藻毒素浓度升高已经成为全世界关注的重大环境问题之一，巢湖、太湖、滇池等重要湖库每年遭受蓝藻侵蚀，导致水体透明度下降，溶解氧减少，水生动植物死亡，生物多样性下降，水体散发异味，蓝藻毒素通过食物链损害人类健康等，引发一系列严重的生态环境问题，对生态和人类健康产生威胁并造成重大经济损失。当前常用的清除蓝藻水华的方法主要是物理打捞法，通过打捞船吸取藻液，经藻水分离成藻泥，运至岸上进行处置。物理打捞方法除蓝藻存在一些问题：一是需要耗费大量人力物力，清除速度远远低于水华生长速度，难以实现标本兼治，只能应急处置；二是蓝藻等藻类粒径细小，常规滤网过滤易导致过滤网堵塞，过滤效率低下，难以满足大量藻水分离的需求；三是产生的大量含水的藻泥（含水率85-90%），难以找到经济有效的无害化处理方法，填在田间地头，容易形成二次污染，比如，江苏每年打捞太湖蓝藻180多万吨，2019年，滇池处理藻水约554万吨，生产藻泥约7876吨。2019年浙江湖州吴兴区全年蓝藻打捞及处置总投入超过1000万元，全年共计打捞蓝藻10.3万吨、水草3645吨，产出藻泥3707吨。为此，经济高效的藻水分离技术及装备亟待开发利用。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种智能蓝藻打捞收集无人船。

本发明的技术方案如下：一种智能蓝藻打捞收集无人船，包括船体，所述船体内设有藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱和中央控制室，所述藻水分离舱的后方设有过滤舱，所述过滤舱的后方设有干燥舱，所述干燥舱与聚热舱相连，所述干燥舱的后方设有储藻舱，所述中央控制室分别与藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱和储藻舱相连，所述船体侧面设有一圈浮圈。

所述藻水分离舱内设有水泵，所述水泵进水与进水管相连，所述进水管连有定位泵；所述水泵出水与射流管相连，所述射流管与旋液分离器相连；所述旋液分离器上端通过加热套管与过滤舱相连接；所述旋液分离器下端通过出水控制阀及管道与喷射系统以及驱动出水管相连。

所述过滤舱设有锥形过滤筒、过滤布、动力托辊、无动力托辊、刮板和伺服电机，所述锥形过滤筒与射流管相连，射流管抽真空保持负压，所述锥形过滤筒上端覆盖有过滤布，所述过滤布通过一个动力托辊和两个无动力托辊与锥形过滤筒连接，所述过滤布在动力托辊带动下，紧紧包围过滤筒逆时针转动，所述过滤布在动力托辊上方设有刮板，所述刮板与干燥舱相连，刮板将过滤布上的藻泥刮下输送到干燥舱。所述锥形过滤筒与过滤布下方设有鼓风机，将滤网反吹，从而恢复过滤性能，过滤室下有一定倾斜面，跑冒滴漏的藻水聚集在低处，通过管道抽回过滤网上过滤。

所述聚热舱内设有聚热凸透镜、导热管、热媒和循环泵，所述聚热凸透镜将太阳能聚集到焦点，所述导热管分布在聚热凸透镜的焦点上，所述导热管内设有热媒，所述导热管上连有循环泵，所述导热管与干燥舱相连将热量传到干燥舱。

所述干燥舱内设有干燥滚筒、排风机、HEPA过滤网、吸藻刷和导热管，所述干燥滚筒与刮板相连接，干燥滚筒位于刮板的下方，过滤后的藻泥被刮板均匀地涂抹在干燥滚筒表面，所述干燥滚筒在伺服电机带动下逆时针转动，所述干燥滚筒与导热管相连接，所述干燥滚筒右下方与吸藻刷相连接，所述吸藻刷将干燥好的藻粉刷出，所述吸藻刷通过管道与储藻室相连接，刷出的藻粉被吸至储藻舱，所述干燥舱的壁上设有HEPA过滤网，热空气经所述HEPA过滤网过滤后，通过排风机排出至加热套管后排入空气。

所述储藻舱内设有吸藻尘管、过滤网、集藻袋、止逆阀、鼓风机、连接鼓风机管、压力感应天平和压力触动按钮，所述集藻袋一头连接吸藻尘管，另一头通过连接鼓风机管与鼓风机相连；所述集藻袋与吸藻尘管相连处设有止逆阀，所述集藻袋下方设有压力感应天平，所述压力感应天平与压力触动按钮相连接，藻集满后信号反馈控制器及微处理器，并通知手机终端。

所述中央控制室包括微处理器、蓄电池、控制器、定位系统和太阳跟踪系统，所述微处理器与控制器双向连接；所述控制器分别与定位系统、太阳跟踪系统、红外识藻仪、定位锚电机、压力传感天平、伺服电机、压力触动按钮、支撑杆和定位泵通过数据线信号连接，所述太阳跟踪系统与所述定位系统信号连接，将太阳跟踪系统数据传给定位系统；所述定位系统通过控制驱动出水管以及船舵，调节定位锚起落，实现船体智能定位；所述红外识藻仪安装在中央控制室，红外识藻仪有摄像头可以捕捉水面蓝藻；所述定位泵安装在吸水管前段，红外识藻仪识别蓝藻富集区域，通过定位泵的驱动定位，确保水泵精确吸藻，或者可以按照程序设计，按定位不间断吸藻。

所述微处理器、控制器、定位系统、太阳跟踪系统、伺机电机、水泵、鼓风机、压力传感天平、压力触动按钮、红外识藻仪、支撑杆和定位泵分别与蓄电池与通过导线连接，所述蓄电池与太阳能板通过导线连接，所述支撑杆设在船体的上方，所述支撑杆撑起太阳能板的一端。

所述微处理器通过无线连接模块与移动终端信号连接。控制器根据太阳能强弱信号、集藻袋压力感应天平信号，控制干燥筒转速、动力托辊转速、导热管循环水泵转速、进水泵转速等，确保收集的藻液被过滤、干燥，得到蓝藻粉末。

所述船体的侧面设有船舵和定位锚，所述定位锚与定位锚电机相连接，所述船舵和定位锚电机和定位系统相连，所述驱动出水管设在船体的侧面。

本发明具有以下特点：

1、利用太阳能为无人除藻船供能供电，既节约能源，又减少阳光对湖水的加热；

2、通过快速的离心分离、过滤、干燥，高效实现藻水分离，并利用太阳热辐射干燥得到含水率低于10%的藻粉，大大减少了藻泥体积，并更便于藻泥资源化利用；

3、藻水经过过滤布在负压下过滤，藻泥经刮板刮至干燥滚筒后，过滤网经鼓风机反吹得以恢复过滤性能，提升过滤效率；

4、射流管既对进水进行曝气，有利于藻水分离，又对过滤筒抽真空，提高过滤速率；

5、藻水经过滤布在负压下过滤，藻泥经刮板刮至干燥滚筒后，过滤布经鼓风机反吹避免过滤布上的网孔堵塞，从而恢复过滤性能，提升过滤效率；

6、藻水分离排出的清水，可以向上喷泉形式排出或者向水面下排出，水压迫使蓝藻细胞内的气囊干瘪失去上浮能力，同时加强水面搅动，从而突破蓝藻水华对水面的封锁，增加与空气接触，利于其他水生生物吸氧维持生存；

7、智能除藻无人船和移动终端通过无线模块连接，可对船体远程控制，方便智能化调控。可见光近红外传感器、定位系统，可帮助识别蓝藻集聚区，实现定点清藻。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明内部的结构示意图；

图3为本发明内部的结构示意图；

图4为本发明内部的结构示意图；

图5为本发明内部的结构示意图；

图中：1-船体、2-太阳能板、3-支撑杆、4-聚热凸透镜、5-驱动出水管、6-螺旋桨、7-旋液分离器、8-水泵、9-进水管、10-排水管、11-出藻管、12-锥形过滤筒、13-动力托辊、14-无动力托辊、15-过滤布、16-刮板、17-射流管口、18-过滤筒出水管、19-导热管、20-干燥滚筒、21-吸藻刷、22-储藻舱、23-压力感应天平、24-定位系统、25-太阳跟踪系统、26-微处理器、27-红外识藻仪、28-控制器、29-无线模块、30-蓄电池，31-出水管，32-浮圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：

如图1-5所示，一种智能蓝藻打捞收集无人船，包括船体1，所述船体1内设有藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱和中央控制室，所述藻水分离舱的后方设有过滤舱，所述过滤舱的后方设有干燥舱，所述干燥舱与聚热舱相连，所述干燥舱的后方设有储藻舱，所述中央控制室分别与藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱相连。所述船体1侧面设有一圈浮圈32，浮圈32能增加船体的浮力，防止船中部太重难浮起来，同时增加稳定性。

所述藻水分离舱内设有水泵8，所述水泵8进水与进水管9相连，所述进水管9连有定位泵；所述水泵8出水与射流管相连，所述射流管与旋液分离器7相连；所述旋液分离器7上端通过出藻管11与过滤舱相连接，所述出藻管11上套设有加热套管；旋液分离器7分离出的藻液通过加热套管进行热交换后通往过滤舱；所述旋液分离器7下端通过排水管10分离出清水，所述旋液分离器7下端通过出水控制阀及管道与喷射系统及驱动出水管5相连。

所述过滤舱内设有锥形过滤筒12、过滤布15、动力托辊13、无动力托辊14、刮板16、伺服电机，所述锥形过滤筒12的侧面设有射流管口17，所述锥形过滤筒12与射流管相连，射流管抽真空保持负压，所述锥形过滤筒12的下端通过过滤筒出水管18与出水管31相连，所述锥形过滤筒12上端覆盖有过滤布15；所述过滤布15通过一个动力托辊13、两个无动力托辊14与锥形过滤筒12连接；所述过滤布15在动力托辊13带动下，紧紧包围锥形过滤筒12逆时针转动，所述过滤舱内固定有刮板16，所述刮板16的一侧与过滤布15相接触，所述刮板16与干燥舱的干燥滚筒20相接触，刮板16将过滤布15上藻泥刮下输送到干燥舱的干燥滚筒20。所述锥形过滤筒12与过滤布15下方设有鼓风机，藻水经过滤布在负压下过滤，藻泥经刮板刮至干燥滚筒后，鼓风机将过滤布16反吹，避免过滤布16上的网孔堵塞，从而恢复过滤性能，提升过滤效率。过滤舱下部有一定倾斜面，跑冒滴漏的藻水聚集在低处，通过管道抽回过滤布15上过滤。射流管可对进水进行曝气，有利于藻水分离，另一方面对锥形过滤筒12抽真空，提高过滤速率。

所述干燥舱内设有干燥滚筒20、排风机、HEPA过滤网、吸藻刷21和导热管19，所述干燥滚筒20与刮板16相连接，干燥滚筒20位于刮板16的下方，经过滤布15过滤后的藻泥被刮板16刮下后均匀地涂抹在干燥滚筒20表面，所述干燥滚筒在伺机电机带动下逆时针转动，所述干燥滚筒20与导热管19相连接，聚热舱的热量通过导热管19输送至滚筒内壁，再传导到滚筒外壁，再传导给藻泥，使藻泥水分蒸发得到干燥藻粉。所述干燥滚筒右下方与吸藻刷21相连接，所述吸藻刷21将干燥好的藻粉刷出，所述吸藻刷21通过管道与储藻舱相连接，刷出的藻粉被吸至储藻舱。所述干燥舱的壁上设有HEPA过滤网，热空气经HEPA过滤网过滤后，通过排风机排出至加热套管后排入空气。

所述聚热舱内设有聚热凸透镜4、导热管19、热媒、循环泵，所述聚热凸透镜将太阳能聚集到焦点（线）上，所述导热管19分布在焦点（线）上吸收太阳能，导热管与干燥舱内的干燥滚筒20相连，所述热媒为CaCl₂水溶液，导热管19内的热媒将热量传到干燥舱。

所述储藻舱内设有吸藻尘管、过滤网、集藻袋、止逆阀、连接鼓风机管、压力感应天平23和压力触动按钮，所述集藻袋的一头连接吸藻尘管，另一头通过连接鼓风机管与鼓风机相连；所述吸藻尘管的管口设有过滤网，所述集藻袋与吸藻尘管相连处设有止逆阀，防止藻尘反向逸出；所述集藻袋下方设有压力感应天平23，所述压力感应天平23与压力触动按钮连接，集藻袋装满时通过蓝牙发送信息到中央控制室，藻集满后信号反馈中央控制室的控制器28及微处理器26，并通知手机终端。

所述中央控制室设置在船体1中央，包括微处理器26、蓄电池30、控制器28、红外识藻仪27、定位系统24和太阳跟踪系统25，所述微处理器26与控制器28双向连接，所述控制器与定位系统、太阳跟踪系统25、红外识藻仪27、定位锚电机、压力传感天平23、三个伺服电机、压力触动按钮、以及定位泵，通过数据线信号连接，实现对上述设备的控制。所述太阳跟踪系统25与定位系统24信号连接，将太阳跟踪系统25数据传给定位系统24；定位系统24控制驱动出水管5，船舵以及调节定位锚起落，实现船体智能定位。所述红外识藻仪27安装在中央控制室内，红外识藻仪27带有摄像头可以捕捉水面蓝藻；所述定位泵安装在吸水管前段；红外识藻仪27识别蓝藻富集区域，通过定位泵的驱动定位，确保水泵能精确吸藻，或者按定位不间断吸藻。三个伺服电机分别驱动旋液分离器7，鼓风机鼓风和驱动循环泵进行热媒循环。所述蓄电池30与微处理器26、控制器28、定位系统24、太阳跟踪系统25、鼓风机、压力传感天平23、压力触动按钮、红外识藻仪27、定位锚电机、各伺服电机、水泵8和定位泵通过导线连接。所述蓄电池30与太阳能板2通过导线连接，所述支撑杆设在船体1的上方，所述支撑杆3撑起太阳能板2的一端，太阳能板2为蓄电池30充电，利用太阳能为无人除藻船供能供电，既节约能源，又减少阳光对湖水的加热。所述船体1的侧面设有船舵和定位锚，所述定位锚与定位锚电机相连接，所述船舵和定位锚电机和定位系统24相连，所述驱动出水管5设在船体1的侧面。所述船体1的侧面设有螺旋桨6。藻水分离排出的清水，可以向上喷泉形式排出或者向水面下排出，水压迫使蓝藻细胞内的气囊干瘪失去上浮能力，同时加强水面搅动，从而突破蓝藻水华对水面的封锁，增加与空气接触，利于其他水生生物吸氧维持生存。

所述微处理器26通过无线连接模块29与移动终端信号连接，移动终端通过所述无线连接模块29可对船体1进行无线控制，方便智能化调控。智能除藻无人船和移动终端通过无线模块29连接，可对船体远程控制，方便智能化调控。可见光近红外传感器和定位系统24可帮助识别蓝藻集聚区，实现定点清藻。控制器28根据太阳能强弱信号、集藻袋压力感应天平信号，控制干燥滚筒20转速、动力托辊13转速、导热管19循环水泵转速、进水泵转速等，确保收集的藻液被过滤、干燥，得到蓝藻粉末。

所述红外识藻仪27采用可见光近红外传感器，参考蓝藻的特征光谱，可见光近红外传感器采用主流的波段区间及成像方法，由于在近红外波段水体的吸收率很高，水面反射率非常小，所以湖水呈暗黑色；叶绿素含量增加使水体反射光谱发生变化，叶绿素a会导致蓝藻区的反射率高，所以蓝藻区亮度较湖水区高而显亮白色。选择可见光近红外的0.80μm左右，0.65μm左右，以及0.55μm左右三波段合成RGB。由于所含高叶绿素a的作用，蓝藻区在绿波段具有较高的反射率，在红波段反射率略降但仍比湖水高，在近红外波段反射率达到最大，在合成图像上，蓝藻区呈绯红色。选取该色区域为工作区域，将其分割成网格，无人船的吸藻管可以在该区域内按照网格进行游走，吸取液面蓝藻。

Claims (8)

1.一种智能蓝藻打捞收集无人船，包括船体（1），其特征在于：所述船体（1）内设有藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱、储藻舱和中央控制室，所述藻水分离舱的后方设有过滤舱，所述过滤舱的后方设有干燥舱，所述干燥舱与聚热舱相连，所述干燥舱的后方设有储藻舱，所述中央控制室分别与藻水分离舱、过滤舱、干燥舱、聚热舱和储藻舱相连，所述藻水分离舱内设有水泵（8），所述水泵（8）进水与进水管（9）相连，所述进水管（9）连有定位泵；所述水泵（8）出水与射流管相连，所述射流管与旋液分离器（7）相连；所述旋液分离器（7）上端通过出藻管（11）与过滤舱相连接，所述出藻管（11）上套设有加热套管；所述旋液分离器（7）下端通过出水控制阀及管道与喷射系统及驱动出水管（5）相连。

2.如权利要求1所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述过滤舱内设有锥形过滤筒（12）、过滤布（15）、动力托辊（13）、无动力托辊（14）、刮板（16）和伺服电机，所述锥形过滤筒（12）与射流管相连，射流管抽真空保持负压，所述锥形过滤筒（12）上端覆盖有过滤布（15），所述过滤布（15）通过一个动力托辊（13）和两个无动力托辊（14）与锥形过滤筒（12）连接，所述过滤布（15）在动力托辊（13）带动下，紧紧包围锥形过滤筒（12）逆时针转动，所述过滤舱内固定有刮板（16），所述刮板（16）的一侧与过滤布（15）相接触，所述刮板（16）与干燥舱相接连，刮板（16）将过滤布（15）上的藻泥刮下输送到干燥舱，所述锥形过滤筒（12）与过滤布（15）下方设有鼓风机。

3.如权利要求1所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述聚热舱内设有聚热凸透镜（4）、导热管（19）、热媒和循环泵，所述聚热凸透镜（4）将太阳能聚集到焦点，所述导热管（19）分布在聚热凸透镜（4）的焦点上，所述导热管内设有热媒，所述导热管（19）上连有循环泵，所述导热管（19）与干燥舱相连将热量传到干燥舱。

4.如权利要求2所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述干燥舱内设有干燥滚筒（20）、排风机、HEPA过滤网、吸藻刷（21）和导热管（19），所述干燥滚筒（20）与刮板（16）相连接，干燥滚筒（20）位于刮板（16）的下方，所述干燥滚筒（20）在伺服电机带动下逆时针转动，所述干燥滚筒（20）与导热管（19）相连接，所述干燥滚筒（20）右下方与吸藻刷（21）相连接，所述吸藻刷（21）通过管道与储藻舱（22）相连接，所述干燥舱的壁上设有HEPA过滤网。

5.如权利要求2所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述储藻舱（22）内设有吸藻尘管、过滤网、集藻袋、止逆阀、连接鼓风机管、压力感应天平（23）和压力触动按钮，所述集藻袋一头连接吸藻尘管，另一头通过连接鼓风机管与鼓风机相连；所述集藻袋与吸藻尘管相连处设有止逆阀，所述集藻袋下方设有压力感应天平（23），所述压力感应天平（23）与压力触动按钮相连接。

6.如权利要求5所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述中央控制室包括微处理器（26）、蓄电池（30）、控制器（28）、定位系统（28）、红外识藻仪（27）和太阳跟踪系统（25），所述微处理器（26）与控制器（28）双向连接；所述控制器（28）分别与定位系统（24）、太阳跟踪系统（25）、红外识藻仪（27）、定位锚电机、压力传感天平（23）、伺服电机、压力触动按钮和定位泵通过数据线信号连接，所述太阳跟踪系统（25）与所述定位系统（24）信号连接，将太阳跟踪系统（25）数据传给定位系统（24）；所述定位系统（24）通过控制驱动出水管（5）以及船舵，调节定位锚起落，实现船体智能定位；所述红外识藻仪（27）安装在中央控制室内，定位泵安装在吸水管前段，红外识藻仪（27）识别蓝藻富集区域，通过定位泵的驱动定位，实现精确吸藻。

7.如权利要求6所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述微处理器（26）通过无线连接模块（29）与移动终端信号连接。

8.如权利要求1所述的一种智能蓝藻打捞收集无人船，其特征在于：所述船体（1）的侧面设有船舵和定位锚，所述定位锚与定位锚电机相连接，所述船舵和定位锚电机和定位系统（24）相连，所述驱动出水管（5）设在船体（1）的侧面，所述船体（1）侧面设有一圈浮圈（32）。

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