CN112919753A - 一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保设备技术领域，特别是一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，包括能量转换与供给单元、自动巡航单元、搅拌重力分离单元、离心固液分离单元、污染物吸附净化单元。本发明利用重力作用沉淀大颗粒，使易吸附污染物的细小颗粒物和悬浮物上浮，离心固液分离单元应用离心作用，对富含污染物细小颗粒和悬浮物的上层液进行离心分离去除，污染物吸附及净化单元对离心分化后的水体进行净化。本发明适用于野外富营养化或重金属污染湖泊底泥修复，具有智能化程度高，能量来源绿色方便，清理面积广、洗脱效率高等特点，使底泥洗脱和生态修复更为经济、智能。
Description
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，特别是一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台。
技术背景
河湖底泥是污染物的天然收集库，为解决这些污染问题，催生了很多修复环境的方法和装置。现阶段国内的底泥修复装置也有了众多发明设计。
中国发明专利201822218082.3公开了“一种对水体底部清淤的底泥洗脱船”该洗脱船集合了清淤疏浚和脱水干化于一体，节省土地；中国发明专利201510581106.X，该装置的分离式设计保障了底泥清理工作的连续性，具有较小吃水深度，可在近岸和浅水水域发挥优势。中国发明专利202010872099.X巡航式微/富营养化河湖底泥表层清淤与水质修复装置，通过曝气、生化反应沉淀等工序，实现水体TN、TP、SS等颗粒物的高效去除。
上述的专利通过改善技术和配置可满足一些要求，但仍然存在短板，不能摆脱人力对底泥洗脱过程的控制，不能满足不同指定区域自动工作，对于能源要求要求较高，智能化程度较低，需要人工进行装置的调整与安装，所花费的人工和时间成本都较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，旨在解决现有装置智能化程度低，人工成本高，洗脱效率不高的问题。
本发明可根据能源存储情况自行启动或关闭底泥处理装置，无需人工现场控制，节约人力成本；平台对底泥污染物的去除范围更广，离心装置去除速率更快。
本发明所提出的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台包括能量转换与供给单元、巡航智控单元、搅拌重力分离单元、离心固液分离单元、污染物吸附净化单元，其中能量转换与供给单元包括蓄电池、太阳能电板、风力发电机、升压器、电源控制器；巡航智控单元包括红外感应器、GPS通信器、风力感应器、PLC控制器；搅拌重力分离单元包括抽泥泵、输泥管、搅拌棒、机械控制器、风力叶片转轮、洗脱凹槽、槽底闸门、铰链、滑轮；离心固液分离单元包括离心机、抽水管、离心底座、刮泥器、残余物收集桶；污染物吸附净化单元包括固氮植物、吸附材料、排水管、净化池。
所述的能量转换与供给单元中太阳能电池板、风力发电机通过电线于蓄电池相连接，蓄电池上安装有电路控制器，电路控制器可对蓄电池是否对搅拌重力分离单元中搅拌棒供电进行控制，电路控制器接受来自PLC控制器的命令，通过数据线与PLC控制相连接，升压逆变器可在蓄电池供电时，将电源升压，为各种设备供能。
所述的巡航智控单元中红外感应器安装与平台两侧，可发现平台周围一定范围内的障碍物，并通过数据线对PLC控制器发送信号，PLC控制器可发送指令改变前行方向，GPS通信器可向工作室发送所在位置，或者接受来自工作室发送的修复区域位置，风力感应器用于监测平台所处环境风速大小，并向PLC控制器反馈信息，PLC控制接受来自各控件的信号反馈，并基于这些信息发送对应指令。
所述的搅拌重力分离单元搅拌棒安装于洗脱凹槽中，可插入或伸出，当风力较低时，搅拌棒通过机械控制器咬合，进行工作，当风力达到设定值时，搅拌棒由风力驱动的齿轮进行咬合，抽泥泵安装于平台尾部，通过输泥管将底泥灌入洗脱凹槽中，洗脱凹槽先对底泥进行搅拌，搅拌可加速底泥中污染物向液体中释放，由重力作用沉淀的大颗粒物，上层液体由来自离心固液分离单元的抽水管抽出，下层由重力沉淀的颗粒物通过槽底闸门释放进行原位覆盖，输泥管通过铰链穿过滑轮可以提起或放下。
所述的离心固液分离单元中抽水管将洗脱凹槽中的上层悬浊液抽入离心机中，利用离心力使悬浊液中的小颗粒与水固液两相分离，再由抽水管将上层清液抽入污染物吸附净化单元，位于离心底座上的小颗粒污染物质则由刮泥器去除，汇入旁边的残余物收集池中。
所述的污染物吸附净化单元中，主要是固氮植物与吸附材料，固氮植物与吸附材料一同放置于处理池中，固氮植物主要进行氮元素的去除，吸附材料去除其余污染物，净化池前端为来自离心固液分离单元的水管进水，水管深入池底，后端由排水管排水，排水管口略低于池平面，可保障湖水在净化池中长期净化。
本发明原理：能量转换与供给单元主要进行能量的转化存贮和对各单元进行动力供给，自动巡航单元进行修复位置的确定和修复路线的更改，搅拌重力分离单元对底泥进行搅拌，加速底泥中污染物向上层液中释放,利用重力作用沉淀大颗粒，使易吸附污染物的细小颗粒物和悬浮物上浮，离心固液分离单元应用离心作用，对富含污染物细小颗粒和悬浮物的上层液进行离心分离去除，污染物吸附及净化单元对离心分化后的水体进行净化。
有益效果
1、是底泥洗脱平台自由化，可根据指令自动行驶至洗脱位置，只需要向其发送修复位置，平台可自动进行修复路线的确定，智能化程度高。
2、是洗脱平台能量来源简便，能量供应来源为太阳能和风能，对自然能源的充分利用更环保高效。
3、是通过底泥的搅动加速底泥污染物的释放，并对搅拌沉淀后的表层泥和上覆水独立进行污染物削减，先利用重力进行分层，后利用离心进行高效去除污染物。
4、本发明适用于野外富营养化或重金属污染湖泊底泥修复，具有智能化程度高，能量来源绿色方便，清理面积广、洗脱效率高等特点，使底泥洗脱和生态修复更为经济、智能。
附图说明
图1为本发明所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台的整体正面图；
图2为本发明所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台的整体俯视图；
图3为本发明所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台的底泥洗脱单元与离心分化单元剖面图；
其中：能量转换与供给单元1、巡航智控单元2、搅拌重力分离单元3、离心固液分离单元4、污染物吸附净化单元5，蓄电池6、太阳能电板7、风力发电机8、升压逆变器9、电路控制器10、红外感应器11、GPS通信器12、风力感应器13、PLC控制器14、抽泥泵15、输泥管16、搅拌棒17、机械控制器18、风力叶片转轮19、洗脱凹槽20、槽底闸门21、铰链22、滑轮23、离心机24、抽水管25、刮泥器26、残余物收集池27、离心底座28、固氮植物29、吸附材料30、排水管31、净化池32。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
本发明提出的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台包括能量转换与供给单元1、巡航智控单元2、搅拌重力分离单元3、离心固液分离单元4、污染物吸附净化单元5，其中能量转换与供给单元1包括蓄电池6、太阳能电板7、风力发电机8、升压逆变器9、电路控制器10；巡航智控单元2包括红外感应器11、GPS通信器12、风力感应器13、PLC控制器14；搅拌重力分离单元3包括抽泥泵15、输泥管16、搅拌棒17、机械控制器18、风力叶片转轮19、洗脱凹槽20；槽底闸门21、铰链22、滑轮23；离心固液分离单元4包括离心机24、抽水管25、刮泥器26、残余物收集池27、离心底座28；污染物吸附净化单元5包括固氮植物29、吸附材料30、排水管31、净化池32。
所述的能量转换与供给单元1由蓄电池6、太阳能电板7、风力发电机8、升压器9、电源控制器10组成。蓄电池6安装在平台侧下方，风力发电机8和太阳能电池板7安装于平台上侧，太阳能电池板7和风力发电机8均通过电线与蓄电池6连接，进行能量存贮。开始运行时，当所处环境风力较小时，蓄电池6对组件供能电路为先通过升压逆变器9，再进行电能传输，蓄电池6单独通过一条电路对搅拌重力分离单元3中的搅拌棒17的供能，且在蓄电池6于电线连接处安装有电路控制器10。当所处环境风力达到设定值时，则电路控制器10自动切断对搅拌重力分离单元中的搅拌棒17的供能，其余低功耗设备供能不受影响。
所述的巡航智控单元2中，红外感应器11、GPS通信器12、风力感应器13均通过数据线直接连接到PLC控制器14中，其中红外感应器11安装于平台前后两端，GPS通信器12安装与平台内部，风力感应器13安装于平台上端，PLC控制器14基于接受到的信息，进行反馈。设备启动后，当红外感应器11感应到前方有障碍物时，将信息反馈给PLC控制器14，PLC控制器14发出顺时针旋转90°改变方向的指令，则平台前行方向得到改变，风力感应器13接受到环境风力大于设定值时，向PLC控制器14发送信号，PLC控制器14则向能量转换与供给单元1中电路控制器10发送停止供电的命令，搅拌重力分离单元2中的搅拌棒17停止被供电，同时PLC控制器对洗脱单元中机械控制器18发送命令，将搅拌棒17轴承转由风力叶片转轮19控制，GPS通信器12向工作人员实时定位当前所在位置，当工作人员指定修复区域时，GPS通信器12向PLC控制器14发送信号，PLC控制器14发送相关指令引导平台向指定区域前进。
所述的搅拌重力分离单元3中，修复平台到达指定修复位置后，开启抽泥泵15进行工作，抽泥泵15安装于平台尾部下方，输泥管16与抽泥泵15相连接，将抽取的底泥运送至洗脱凹槽20中，输泥管16通过穿过滑轮23的铰链22放入底泥抽取位置，底泥抽取完毕后，铰链22通过轮滑23裹起来，将输泥管16提起来。巡航智控单元2中PLC控制器14基于风力感应器13发出相应指令，风力未达到设定值即指定机械控制器18带动搅拌棒17进行搅拌操作，风力达到设定值时即通过风力叶片转轮19带动搅拌棒17进行搅拌，搅拌时间结束后，让悬浊液进行重力沉淀，搅拌时长和沉淀时间通过PLC控制器预先设定，通过搅拌作用，底泥中的污染物向水体中释放，大颗粒较重悬浮物因重力而沉积于底部，上层水体由离心分化单元4中抽水管22抽入离心机24，抽水管25伸入洗脱凹槽20中的深度为洗脱凹槽深度一半，上层液体抽取完毕后，PLC控制器14则发送指令给槽底闸门21，将下层沉积物原位覆盖于抽取处。
所述的离心固液分离单元4中，通过抽水管25穿过离心机24顶部将搅拌重力分离单元3中洗脱凹槽20上层的悬浊液注入机内，当注入量达到系统设定值后，即停止抽水管25工作，开启离心机24，离心后，原悬浊液含有的污染物质沉淀于离心机24下方离心底座28上，上层清液由另外一根抽水管抽排入污染物吸附净化单元5中的净化池32内，待上层清液抽取完毕后，离心底座28由外界轴承从离心机下部旋转90°取出，刮泥器26自动开始往前推动，原附着于离心底座表面沉积物则被刮泥器26去除，落入末尾的残余物收集池27内。
所述的污染物吸附净化单元中，来自离心固液分离单元4的抽水管25深入净化池32，管头距离池底50cm，排水管31位于进化池上部，距离顶端20cm，抽水管25通过向上排空法向进化池中注入液体，进化池中培养固氮29植物，池中填充吸附材料30为多孔材料，注入的液体浸没吸附材料后，逐渐上升，水位高度达到排水管后，直接排出。
以下结合图1、图2、图3，进一步说明本发明的具体操作步骤：
本发明提出的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台
步骤一：打开平台所有装置仪器后，工作人员向其发送修复区域位置指令，所述的GPS通信器12接收到信号后，反馈给PLC控制器14，PLC控制器14基于信号，拟定路线。其中电路控制器10、红外感应器11、GPS通信器12、风力感应器13、机械控制器18均通过数据线与PLC控制器14相连接。
步骤二：平台到达修复区域后，PLC控制器14发送指令，输泥管16通过铰链22和滑轮23放入水底，随后抽泥泵15开始工作，抽取的底泥通过输泥管16送入洗脱凹槽20中，抽取达到设定量后，抽泥泵15即停止工作。
步骤三：底泥进入洗脱凹槽20后，搅拌棒17开始工作。PLC控制器14基于风力感应器13反馈信息为搅拌棒17分配机械控制器18驱动或者风力叶片转轮19驱动，搅拌进行到设定时长后(如设置1小时，便搅拌1小时，静置1小时)。静置后底泥分层，上层液体中混杂的悬浮物和细小颗粒由抽水管(入)25抽入离心机24内(抽水管管头位于洗脱凹槽深度三分子二高度处)，抽取完毕后，槽底闸门21打开，原位释放大颗粒物质。
步骤四：抽水管(入)25停止工作后，离心机24启动，通过离心作用将带污染物的颗粒悬浮物收集于离心底座28上，离心结束后，抽水管(出)取走上层清液(抽水管深入离心机深度五分之四处)离心底座可旋转90°，然后刮泥器26贴合离心底座28表面推进，污染物推除于残余物收集池27内。
步骤五：抽水管25深入净化池32底部，距离底部50cm，抽取的上层清液注入净化池32后，由吸附材料30和固氮植物29对清液进行吸附处理净化，净化池32内水位高度达到排水管31高度后，自动流出。
Claims (6)
1.一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：该平台包括能量转换与供给单元、巡航智控单元、搅拌重力分离单元、离心固液分离单元、污染物吸附净化单元；
其中能量转换与供给单元包括蓄电池、太阳能电板、风力发电机、升压器、电路控制器；巡航智控单元由红外感应器、GPS通信器、风力感应器、PLC控制器组成；搅拌重力分离单元包括抽泥泵、输泥管、搅拌棒、机械控制器、风力叶片转轮、洗脱凹槽、槽底闸门、铰链、轮滑组成；离心固液分离单元包括离心机、离心底座、抽水管、刮泥器、残余物收集池；污染物吸附净化单元包括挺水植物、吸附材料、排水管、净化池。
2.根据权利要求1所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：能量转换与供给单元中蓄电池通过太阳能电板、风力发电机进行能量存贮，通过升压逆变器为工作部件进行电能供给，蓄电池上有接受PLC控制命令的电路控制器。
3.根据权利要求1所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：巡航智控单元中红外感应装置安装于平台前端和后端，用于感应航行路上的障碍物，GPS通信器用于接收和发送位置指令，安装于平台内部，可向指定区域进行修复工作，风力感应器安装于平台侧方，对环境情况进行监测，红外感应器、GPS通信器、风力感应器均通过数据线与PLC控制器相连接，PLC控制器安装于平台尾部下方。
4.根据权利要求1所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：搅拌重力分离单元中输泥管通过抽泥泵将底泥输送至洗脱凹槽中，抽泥泵安装于洗脱凹槽旁，搅拌棒可选择性与机械控制器或者风力叶片齿轮链接，机械控制器接受来自PLC控制器的命令。
5.根据权利要求1所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：离心固液分离单元中抽水管按功能分为进水管和出水管。
6.根据权利要求1所述的一种自巡航的底泥洗脱与生态修复平台，其特征在于：污染物吸附净化单元中是固氮植物与吸附材料，固氮植物与吸附材料一同放置于处理池中，净化池前端为来自离心固液分离单元的水管进水，水管深入池底，后端由排水管排水，排水管口略低于池平面。
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| US20120055856A1 (en) * | 2010-06-25 | 2012-03-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Aqua-robotic pollutant removing systems and devices, and methods of removing pollutants from bodies of water |
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2021
- 2021-01-14 CN CN202110048219.9A patent/CN112919753B/zh not_active Expired - Fee Related
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