CN113023894A - 一种太阳能智能曝气净水生物结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能智能曝气净水生物结构，它包括智能牵引船、改善水质的水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远程智控终端、太阳能光伏结构，所述太阳能光伏结构为智能牵引船、水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远程智控终端提供电能，所述智能牵引船带动水生植物种植区移动，所述智能喷水曝气装置设置在水生植物种植区内，所述智能喷水曝气装置改善水生植物种植区内的水质。本发明的优点：维护简单、净水效率高、使用周期长的。
Description
技术领域
本发明涉及水质净化技术领域，具体是指一种太阳能智能曝气净水生物结构。
背景技术
常用的水体净化方法有物理化学法、物理机械法以及生态修复法。物理方法包括：定期 换水或清淤疏浚，处理效果明显，但是人力、动力、财力、水资源等消耗量较大。化学方法 通过添加CuSO4(硫酸铜)和FeCl3(氯化铁)等化学药剂或者活性炭、硅藻土等吸附剂，改变水中的氧化还原电位、pH值(酸碱度)，吸附沉淀水中的悬浮物质和有机质，由于需要投加大量的化学药剂，成本较高，只能暂时改善或缓解水质恶化的作用，并易引起二次污染；生态修复法包括：种植沉水植物吸收并富集水中和底质中的营养盐；通过投放水生动物调控 食物链，从而改善水质；但是沉水植物种植受水深限制不适用于深水湖库，且在开放性水体 中受水系内草食性鱼类的牧食影响，维护难度较高，容易出现水生植被消退现象；在水体当 中投放水生动物可能造成牧食水草，或搅动底泥造成水体浑浊，导致水体透明度下降，影响 沉水植物光合作用，造成沉水植物逐渐消亡。
发明内容
本发明要解决的技术问题是解决上述问题，提供一种维护简单、净水效率高、使用周期 长的一种太阳能智能曝气净水生物结构。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种太阳能智能曝气净水生物结构， 它包括智能牵引船、改善水质的水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远程智控终端、太阳 能光伏结构，所述太阳能光伏结构为智能牵引船、水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远 程智控终端提供电能，所述智能牵引船带动水生植物种植区移动，所述智能喷水曝气装置设 置在水生植物种植区内，所述智能喷水曝气装置改善水生植物种植区内的水质。
作为改进，所述智能牵引船包括船体，所述船体的船尾一侧转动设有螺旋桨，所述船体 内且与螺旋桨位置对应处设有电机，所述电机输出端延伸出船体与螺旋桨配合连接，所述船 体的船头外侧设有图像传感器，所述船体上设有水质在线自动监测仪，所述船体下面设有通 过导线与水质在线自动监测仪电性连接的水质在线自动监测仪探头，所述船体上设有接收和 处理水质在线自动监测仪、图像传感器检测信息的控制电路板。
作为改进，所述水生植物种植区包括水生植物种植框，所述水生植物种植框下面设有使 水生植物种植框漂浮在水面上的漂浮板，所述漂浮板下面设有网兜，所述网兜内设有净水鱼 类和净水贝类，所述水生植物种植框内均布设有若干个水生植物种植单元，所述水生植物种 植单元包括若干个花盆，所述花盆内均布设有穿孔，所述花盆内设有水生植物。
作为改进，所述智能喷水曝气装置包括浮体外壳，所述浮体外壳内环形设有进水格栅， 所述进水格栅下端设有防垢格栅，所述进水格栅内设有潜水泵，所述潜水泵输出端联通设有 输水管，所述输水管上端设有喷头。
作为改进，所述远程智控终端包括电脑端和手机端，所述远程智控终端自动储存智能牵 引船、智能喷水曝气装置的运行参数以及控制智能喷水曝气装置自动启、闭的溶解氧限值设 置进行调整，并对智能牵引船运动的航线、航速进行以及智能喷水曝气装置的启、闭进行实 时控制。
作为改进，所述太阳能光伏结构包括浮体，所述浮体上面设有太阳能光伏支架，所述太 阳能光伏支架上设有太阳能电池板，所述浮体上面设有太阳能蓄电池和太阳能逆变器，所述 太阳能电池板、太阳能蓄电池和太阳能逆变器相互之间分别通过导线电性连接。
作为改进，所述漂浮板包括若干个浮板单体，所述浮板单体上面四角处均设有拼接孔， 相邻的拼接孔之间设有扎绳，所述浮板单体上设有固定花盆的插孔。
作为改进，所述船体的船尾处设有牵引环，所述牵引环设有牵引绳，所述牵引绳另一端 与水生植物种植单元固定连接。
作为改进，所述花盆内底面设有微生物附着载体填料，所述微生物附着载体填料上设有 微生物菌种。
采用以上结构后，本发明具有如下优点：本发明主要依靠水生植物、净水鱼类、净水贝 类、微生物菌种组成的微型生态系统进行水体生态净化，同时通过智能喷水曝气装置进行复 氧提高水体溶解氧、促进水体能量交换与物质循环，提升水体的自净能力。本发明采用太阳 能光伏结构进行供电；智能牵引船与水生植物种植框通过牵引绳进行连接牵引，在智能牵引 船的牵引下太阳能智能曝气净水生物岛能够在水面上实现全水域巡航，其服务范围能够覆盖 全水域。
附图说明
图1是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的主视结构示意图。
图2是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的俯视结构示意图。
图3是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的智能牵引船主视结构示意图。
图4是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的智能喷水曝气装置主视结构示意图。
图5是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的太阳能光伏结构结构示意图。
图6是本发明一种太阳能智能曝气净水生物结构的浮板单体、花盆结构结构示意图。
如图所示：1、智能牵引船，2、生植物种植区，3、智能喷水曝气装置，4、远程智控终端，5、太阳能光伏结构，6、船体，7、螺旋桨，8、电机，9、图像传感器，10、水质在线自 动监测仪，11、水质在线自动监测仪探头，12、控制电路板，13、水生植物种植框，14、漂 浮板，15、网兜，16、净水鱼类,17、净水贝类，18、水生植物种植单元，19、花盆，20、穿 孔，21、水生植物，22、浮体外壳，23、进水格栅，24、防垢格栅，25、潜水泵，26、输水 管，27、喷头，28、浮体，29、太阳能光伏支架，30、太阳能电池板，31、太阳能蓄电池， 32、太阳能逆变器，33、插孔，35、浮板单体，36、拼接孔，37、扎绳，38、牵引环，39、 牵引绳。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
结合附图1、图2、图4、图5、图6，一种太阳能智能曝气净水生物结构，它包括智能牵引船1、改善水质的水生植物种植区2、智能喷水曝气装置3、远程智控终端4、太阳能光 伏结构5，所述太阳能光伏结构5为智能牵引船1、水生植物种植区2、智能喷水曝气装置3、 远程智控终端4提供电能，所述智能牵引船1带动水生植物种植区2移动，所述智能喷水曝 气装置3设置在水生植物种植区2内，所述智能喷水曝气3装置改善水生植物种植区2内的 水质。
所述智能牵引船1包括船体6，所述船体6的船尾一侧转动设有螺旋桨7，所述船体6内 且与螺旋桨7位置对应处设有电机8，所述电机8输出端延伸出船体6与螺旋桨7配合连接， 所述船体6的船头外侧设有图像传感器9，所述船体6上设有水质在线自动监测仪10，所述 船体6下面设有通过导线与水质在线自动监测仪10电性连接的水质在线自动监测仪探头11， 所述船体6上设有接收和处理水质在线自动监测仪10、图像传感器9检测信息的控制电路板 12。
所述水生植物种植区2包括水生植物种植框13，所述水生植物种植框13下面设有使水 生植物种植框13漂浮在水面上的漂浮板14，所述漂浮板14下面设有网兜15，所述网兜15 内设有净水鱼类16和净水贝类17，所述水生植物种植框13内均布设有若干个水生植物种植 单元18，所述水生植物种植单元18包括若干个花盆19，所述花盆19内均布设有穿孔20， 所述花盆19内设有水生植物21。
所述智能喷水曝气装置3包括浮体外壳22，所述浮体外壳22内环形设有进水格栅23， 所述进水格栅23下端设有防垢格栅24，所述进水格栅23内设有潜水泵25，所述潜水泵25 输出端联通设有输水管26，所述输水管26上端设有喷头27。
所述远程智控终端4包括电脑端和手机端，所述远程智控终端4自动储存智能牵引船1、 智能喷水曝气装置3的运行参数以及控制智能喷水曝气装置3自动启、闭的溶解氧限值设置 进行调整，并对智能牵引船1运动的航线、航速进行以及智能喷水曝气装置3的启、闭进行 实时控制。
所述太阳能光伏结构5包括浮体28，所述浮体28上面设有太阳能光伏支架29，所述太 阳能光伏支架29上设有太阳能电池板30，所述浮体28上面设有太阳能蓄电池31和太阳能 逆变器32，所述太阳能电池板30、太阳能蓄电池31和太阳能逆变器32相互之间分别通过导 线电性连接。
所述漂浮板14包括若干个浮板单体35，所述浮板单体35上面四角处均设有拼接孔36， 相邻的拼接孔36之间设有扎绳37，所述浮板单体35上设有固定花盆19的插孔33。
所述船体6的船尾处设有牵引环38，所述牵引环38设有牵引绳39，所述牵引绳39另一 端与水生植物种植单元18固定连接。
所述花盆19内底面设有微生物附着载体填料，所述微生物附着载体填料上设有微生物菌 种。
本发明在具体实施时，智能牵引船1与水生植物种植框13通过牵引绳36进行连接牵引； 水生植物种植框13与智能喷水曝气装置3采用固定绳进行相对位置固定；水生植物种植单元 18间及水生植物种植单元18与水生植物种植框13采用尼龙绳或扎带进行绑扎固结连成整体。
智能牵引船1：通过智能牵引船牵1本发明产品按预设或实时控制的航线及航速在水体当 中进行移动。智能牵引船1安装有“自动避障”功能，在行驶的过程中遇到障碍物(或浅滩) 时，通过在线测量的方式自动识别、有效规避障碍物(或浅滩)，防止发生碰撞(或搁浅)。 “自动避障”功能采用“双目立体视觉”，利用图像传感器9获取周边物体的图形，然后通过 控制电路板12计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息，并进行自动避障。
智能牵引船1通过太阳能光伏结构5进行供电，通过电机8将太阳能光伏结构5供给的 电能转换成机械能，带动螺旋桨7在水中旋转，为智能牵引船1的航线提供推进力。
在智能牵引船1上安装有水质在线自动监测仪10，利用船体6下部的水质在线自动监测 仪探头11采集水样，对水体进行在线自动检测，主要检测项目为溶解氧(可根据需求增加 COD、NH-N3、TP等检测项目)，当水体中的溶解氧低于预设的数值时，自动开启智能喷水 曝气装置3对水体进行曝气复氧提高水体的溶解氧含量，当水体中的溶解氧达到饱和状态时， 控制关闭智能喷水曝气装置3节省能源。水质在线自动监测仪10监测的数据可实施反馈至远 程智控终端4(电脑端和手机端)，控制智能喷水曝气装置3自动启、闭的溶解氧限值设置可 在远程智控终端4(电脑端和手机端)进行调整，智能牵引船1运动的航线、航速可在远程 智控终端4(电脑端和手机端)进行实时控制。
水生植物种植区2：由水生植物种植单元18拼接而成，并采用水生植物种植框13(水生 植物种植框13材质可采用：PE管、PVC管、纤维增强塑料、楠竹等)固定以增加整体的稳 定性，水生植物种植区2的拼接与固定可采用绑扎固结的方式。
水生植物种植区2可为正六边形，也可为三角形、矩形、五边形等形状，或根据景观需 求制作为特殊造型。同时水生植物种植区2可作为水鸟的栖息地，丰富水体的生物多样性， 提升水体的生态和观赏效果。
水生植物种植单元18：漂浮板14以浮体拼格方式(材质可采用：EVA泡沫浮板、合成树脂板、XPS挤塑板、聚乙烯塑料等)为基底，为水生植物种植区2提供浮力，使其漂浮在 水面上。
浮板单体35周边预留有拼接孔36，扎绳37(可用尼龙绳或扎带)穿过浮板单体35拼接 孔36将水生植物种植单元绑扎固定拼接成片。
浮板单体35中间放置花盆19(塑料材质)，花盆19内填充微生物附着载体填料(材质可 采用：椰壳纤维、棕榈纤维、多孔陶粒、网状聚氨酯泡沫塑料、PVA-海藻酸钠等)，在本发 明产品投放使用前需根据水体情况投加特定微生物菌种(如：芽孢杆菌、光合细菌、硝化细 菌、益生菌等)使其在微生物附着载体填料上附着挂膜，并通过吸附水体中的悬浮物、鱼虾 排泄物，给微生物生长提供充分的营养物，并不断消耗水体中的有机物和营养盐，形成一个 可自我维持的微生态系统。形成的生物膜是由高密度的好氧菌、厌氧菌、兼性好氧(厌氧) 菌、原生动物以及藻类组成的微观A/O复合系统，其形成是一个层递的过程：微生物起始的 附着、细胞与细胞之间的吸附与增殖、生物膜的成熟、以及老化生物膜的脱离。
花盆19内栽植有净水效果显著、观赏效果较好的水生植物21(如：蒲苇、芦苇、水生美 人蕉、旱伞草、再力花、菖蒲、香蒲、黄菖蒲、溪荪、茭白、千屈菜、雨久花、梭鱼草、泽 泻、花蔺、狐尾藻、菱、萍蓬草、睡莲等)。水生植物21可根据植物的高低及花色进行景观 效果搭配种植。
网兜15：将网兜15的四周与水生植物种植框13的外框以绑扎固结的方式固定在一起， 网兜15内部作为净水鱼类16、净水贝类17的生长活动区，防止水生动物全水域扩散，牧食 水草、搅浑水体，增加维护工作量及管护费用。
净水鱼类16：鱼类是生态系统食物网的一部分，有些直接以进行光合作用的藻类为食， 称为初级消费者，有些则以浮游动物为食，称为食浮游生物鱼类，而浮游动物则摄食浮游藻 类，当然有些鱼类通过鳃粑过滤食物，包括藻类、浮游动物以及有机碎屑等等，净水鱼类16 如鲢、鳙。依据生态学原理通过投放鱼类调整水体当中原有的食物网结构使水质得到改善， 实现的方式包括经典的生物操纵技术和非经典的生物操纵技术。经典的生物操纵技术，如果 水体的N、P水平较低，一般是小型藻类占优势，这时滤食性鱼类难以直接摄食藻类，而浮 游动物则能有效地摄食小型藻类，因此，合理的渔业方式应该是保护浮游动物(特别是枝角 类)，为此，应适当增大凶猛鱼类的放养，降低食浮游生物鱼类的密度，以增加大型枝角类的 密度，以便有效降低藻类的密度，改善水质。非经典的生物操纵技术，如果水体的营养水平 很高，体积大的蓝藻水华发生严重，这时可利用鲢、鳙这样的滤食性鱼类直接牧食蓝藻，消 除蓝藻水华的堆积与危害。
在水体治理过程中，水体藻类、浮游动物的群落组成处于动态变化过程中，可根据现场 水体的实际情况，通过捕捞、重新投放，及时调整净水鱼类16的品种及数量。
净水贝类17：在食物链中，贝类(尤其是螺蛳和河蚌)食性很广，其食物包括水生高等 植物、藻类、细菌和小型动物及其死亡后的尸体或腐屑，部分贝类以浮游动物为食。这些贝 类对水体中的TP有较强的净化作用，主要通过自身的絮凝、滤食和刮食方式除磷，最终改 善水质。
智能喷水曝气装置3：浮体外壳22为智能喷水曝气装置3的壳体，可采用合成树脂、聚 乙烯塑料、纤维增强塑料等材质，为装置提供外层保护、固定及浮力；进水格栅网23用于隔 离进水当中夹带的杂质，保护智能喷水曝气装置3的正常运行；潜水泵25抽取水体进行加压； 防护格栅网24对潜水泵起到防护作用；输水管26为钢管，输送带压水流；喷头27将水流扩 散喷射而成，可结合景观需求采用不同喷水造型(如：扇形水雾、锥形水雾、复合型等)的 喷头。
通过潜水泵25将大量的水体提升后通过喷头27向上喷射抛出，在空中形成水雾，并在 空中将空气裹入水雾中，进行充氧，形成富氧活水，改善水体微生态环境，强化水体自净能 力，同时由于水体的提升、喷射，水体不断更替、交换循环，完成对水体的搅拌混合作用， 促进水体的能量交换与物质流动，从四周汇流经过网兜15的藻类、浮游动物及营养物质经过 净水鱼类16、净水贝类17的絮凝、捕食，使水体得到净化。
水生植物种植单元18内微生物附着载体填料上老化脱离生物膜，在水体的流动下扩散在 水体中，吞食藻类及悬浮物，促进水体中有机污染物的降解和转化，减少氨氮和硝氮、提高 溶解氧水平，有效改善水质。
智能喷水曝气装置3可根据预设的溶解氧数值及水质在线自动监测仪10监测的溶解氧数 值的差异进行自动启闭，也可根据远程智控终端4(电脑端和手机端)进行实时控制。
智能喷水曝气装置3通过太阳能光伏结构5进行供电。
太阳能光伏结构5：在光照条件下，太阳能电池板30、太阳能光伏支架29即太阳电池组 件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入 电压的要求，再通过充放电控制器对太阳能蓄电池31进行充电，将由光能转换而来的电能贮 存起来。太阳能光伏结构5主要为智能牵引船1、智能喷水曝气装置3进行供电。
浮体28：设置在太阳能光伏结构5下部作为浮体基础为系统设备提供浮力。
太阳能光伏支架29：摆放、安装、固定太阳能电池板30的支架，一般材质可采用铝合金、 碳钢、不锈钢等。
太阳能电池板30：通过吸收太阳光，将太阳辐射能通过光电效应或者光化学效应直接或 间接转换成电能。
太阳能蓄电池31：在有光照时将太阳能电池板30所发出的电能储存起来，到需要的时候 再释放出来。
太阳能逆变器32：将太阳能光伏结构5所发出的直流电能转换成交流电能。
防水电缆：各单元间采用防水电缆进行供电。
采用太阳能光伏结构5节省了供电线路的安装成本，同时其运动位置不受供电线路的限 制，可结合智能牵引船1实现全水域巡航，且运行成本低、维护简单，可实现无人值守。
远程智控终端4：设有电脑端和手机端，自动储存智能牵引船1、智能喷水曝气装置3的 运行参数以及水质在线自动监测仪10的监测数据，并能进行实时、历史数据查询；同时可对 控制智能喷水曝气装置3自动启、闭的溶解氧限值设置进行调整，可对智能牵引船1运动的 航线、航速进行以及智能喷水曝气装置3的启、闭进行实时控制。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于 此。总而言如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经 创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：它包括智能牵引船、改善水质的水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远程智控终端、太阳能光伏结构，所述太阳能光伏结构为智能牵引船、水生植物种植区、智能喷水曝气装置、远程智控终端提供电能，所述智能牵引船带动水生植物种植区移动，所述智能喷水曝气装置设置在水生植物种植区内，所述智能喷水曝气装置改善水生植物种植区内的水质。
2.权利要求1所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述智能牵引船包括船体，所述船体的船尾一侧转动设有螺旋桨，所述船体内且与螺旋桨位置对应处设有电机，所述电机输出端延伸出船体与螺旋桨配合连接，所述船体的船头外侧设有图像传感器，所述船体上设有水质在线自动监测仪，所述船体下面设有通过导线与水质在线自动监测仪电性连接的水质在线自动监测仪探头，所述船体上设有接收和处理水质在线自动监测仪、图像传感器检测信息的控制电路板。
3.权利要求1所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述水生植物种植区包括水生植物种植框，所述水生植物种植框下面设有使水生植物种植框漂浮在水面上的漂浮板，所述漂浮板下面设有网兜，所述网兜内设有净水鱼类和净水贝类，所述水生植物种植框内均布设有若干个水生植物种植单元，所述水生植物种植单元包括若干个花盆，所述花盆内均布设有穿孔，所述花盆内设有水生植物。
4.权利要求1所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述智能喷水曝气装置包括浮体外壳，所述浮体外壳内环形设有进水格栅，所述进水格栅下端设有防垢格栅，所述进水格栅内设有潜水泵，所述潜水泵输出端联通设有输水管，所述输水管上端设有喷头。
5.权利要求1所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述远程智控终端包括电脑端和手机端，所述远程智控终端自动储存智能牵引船、智能喷水曝气装置的运行参数以及控制智能喷水曝气装置自动启、闭的溶解氧限值设置进行调整，并对智能牵引船运动的航线、航速进行以及智能喷水曝气装置的启、闭进行实时控制。
6.权利要求1所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述太阳能光伏结构包括浮体，所述浮体上面设有太阳能光伏支架，所述太阳能光伏支架上设有太阳能电池板，所述浮体上面设有太阳能蓄电池和太阳能逆变器，所述太阳能电池板、太阳能蓄电池和太阳能逆变器相互之间分别通过导线电性连接。
7.权利要求3所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述漂浮板包括若干个浮板单体，所述浮板单体上面四角处均设有拼接孔，相邻的拼接孔之间设有扎绳，所述漂浮板包括若干个浮板单体，所述浮板单体上面四角处均设有拼接孔，相邻的拼接孔之间设有扎绳，所述浮板单体上设有固定花盆的插孔。
8.权利要求2所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述船体的船尾处设有牵引环，所述牵引环设有牵引绳，所述牵引绳另一端与水生植物种植单元固定连接。
9.权利要求3所述的一种太阳能智能曝气净水生物结构，其特征在于：所述花盆内底面设有微生物附着载体填料，所述微生物附着载体填料上设有微生物菌种。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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