CN204369726U

CN204369726U - 一种用于水体修复的多功能太阳能船

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Publication number: CN204369726U
Application number: CN201420791371.1U
Authority: CN
Inventors: 利锋; 沈凯旋; 龙小林; 温家声; 李敏健
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2024-12-12

Abstract

本实用新型公开了一种用于水体修复的多功能太阳能船。所述多功能太阳能船包括主船体和太阳能供电船坞；所述主船体由轻质浮水结构、船身和垃圾收集器组成，其中船身位于轻质浮水结构上表面，垃圾收集器连接于轻质浮水结构正前方。太阳能船坞包括船坞主体、太阳能棚和三级阶梯式造流瀑布。本实用新型中独立的太阳能供电船坞,实现发电装置与主体的分离,从而有效利用船体空间，为实现功能多样化打下基础。生态处理功能与曝气功能的耦合：通过曝气装置，为生物飘带提供氧气，提高其处理效果。本实用新型兼具景观美化、垃圾收集及水面监控的功能：位于船头的垃圾收集器，可以自动收集水面垃圾，驾驶室顶部的全方位摄像头用于水面实时监控。

Description

一种用于水体修复的多功能太阳能船

技术领域

本实用新型属于水体环境修复技术领域，特别涉及一种用于水体修复的多功能太阳能船。

背景技术

随着城市化进程的加快和工业化程度的提高，水污染程度日益加剧，许多水体如城市河流、湖泊、水库出现季节性或终年黑臭现象等严重问题，进行水体修复刻不容缓。曝气复氧技术是水体治理的重要手段之一，通过曝气复氧，增强水体的自净功能，最终达到消除黑臭污染的目的。

传统技术一般采取人工曝气复氧措施，存在高能耗及运行管理不便等问题，实际上难以持续运行，处理范围也有一定限制，因而曝气方式和曝气设备的改进对受污染水体的治理具有重要意义。近年来有工程技术人员采用太阳能作为绿色能源来给曝气设备供能，但此类专利大多是固定曝气装置，难以移动，对于范围较大或流动性不大的水体，无法保证水体供氧。为解决这个问题，部分学者已研制出了净化船和曝气船，通过充氧与船的巡航对大面积的水体进行处理，这些船体一般采用柴油作为能源，也有极少部分采用太阳能作为能源(太阳能曝气船)。虽然相关专利考虑到了能耗问题，但大面积的太阳能板与电池占据了船体空间，导致水体曝气处理装置不足，只具备单一的垃圾收集功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，解决上述现有装置存在的不足，提供一种兼具景观美化、垃圾收集及水面监控功能的用于水体修复的新型多功能太阳能船。

一种用于水体修复的多功能太阳能船，所述多功能太阳能船包括主船体和太阳能供电船坞；所述主船体由轻质浮水结构、船身和垃圾收集器组成，其中船身位于轻质浮水结构上表面，垃圾收集器连接于轻质浮水结构正前方；所述主船体还包括太阳能蓄电池，筛网硬板，支撑杆，垃圾回收篮，曝气增氧器，喷射推进器，水泵，软水管，喷嘴和生物飘带；其中所述太阳能蓄电池位于船身上；所述水泵位于轻质浮水结构下底面，并通过软水管与位于轻质浮水结构上表面的喷嘴相连接；所述的曝气增氧器和生物飘带均位于轻质浮水结构下底面；所述垃圾收集器由筛网硬板、支撑杆和垃圾回收篮组成，其中筛网硬板与垃圾回收篮连接，且通过支撑杆支撑；所述增氧器，喷射推进器和水泵分别通过导线与太阳能蓄电池连接；

太阳能船坞包括船坞主体、太阳能棚和三级阶梯式造流瀑布；其中所述三级阶梯式造流瀑布由腈纶棉，过滤棉，滤网，菌床和活性炭组成，按照水流先后顺序，第一级阶梯由腈纶棉，过滤棉，滤网组成，第二级阶梯由菌床组成，第三级阶梯由活性炭组成；太阳能棚位于第一级阶梯上方；所述船坞主体还包括一个以上的供电停靠区，所述供电停靠区与造流瀑布间隔布置，所述供电停靠区设置有输电线路区域和船体充电接口，供电停靠区设置围护栏并供太阳能船停靠。防止在无动力状态下船被水流带离停靠区，同时停靠区作为太阳能船日常维护的地点，方便管理与维护。三级阶梯式造流瀑布中第一级阶梯可将水体中可过滤的固体物质进行分离；第二级阶梯将经过一级处理后水体中的有机物，在菌种的分解作用下分解为无机物，从而进一步净化水体；第三级阶梯的作用是将经过两级处理后的水体中的异色和异味吸附除去以及消毒。

上述多功能太阳能船中，所述主船体还包括全方位摄像头，所述全方位摄像头6位于太阳能蓄电池上方。对水面进行全方面实时监控，可用于预警及救援。

上述多功能太阳能船中，所述曝气复氧装置包括曝气增氧器、水泵、软水管和喷嘴；所述水泵的功率为2.2～3.5KW，水泵出口连接的软水管延伸环绕船边缘，软水管上设有一个以上的喷嘴,所述喷嘴间隔距离为50～80cm，分上下两段，下半段与轻质浮水结构所在平面垂直，上半段与轻质浮水结构所在平面之间的夹角为25～30°。

上述多功能太阳能船中，所述的生物飘带的比表面积为100-200m²/m³，通过支架与水流垂向固定，每排间隔30～50mm；所述曝气增氧器在生物飘带前方,与船的前进方向一致(多功能船的前进方向前方)。

上述多功能太阳能船中，所述筛网硬板的孔径尺寸为20～25mm，设置于船的前方。

上述多功能太阳能船中,所述太阳能棚包括太阳能板和泄雨棚,设于船坞上方，覆盖部分水面，大电容与输电线路设于船坞中。

上述多功能太阳能船中，各个供电停靠区之间设置有围护栏，供太阳能船停靠。

上述多功能太阳能船中,所述三级阶梯瀑布为三级水体净化装置，高度范围3～5m；所述滤网的孔径为12～16目。

一种用于水体修复的多功能太阳能船的使用方法，包括如下步骤：

(1)太阳能蓄电池蓄好电后，带动喷射推进器使船在水面运动；

(2)在船运动的同时，水通过水泵的进口管道由水泵抽入，经过软水管，从船侧的喷嘴斜向上喷出，呈抛物线落回水中；

(3)在船运动的同时，曝气增氧器给生物飘带供氧，生物飘带发挥微生物菌群的高效净化功能；

(4)在船运动的同时，当船接触垃圾时，水流通过筛网硬板2，垃圾因惯性附于筛网硬板上，累积后进入垃圾回收篮，垃圾将在船驶回停靠区后统一处理；

(5)在船运动的同时，全方位摄像头对水面进行监控；

(6)当船航行一段时间后返回船坞主体，在船体充电接口处为太阳能蓄电池充电以及船的日常维护；

(7)船坞在在整个过程中都在利用太阳能对水体进行净化，同时将多余的电能储存在大电容中，为太阳能船供电。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和效果：

1、本实用新型通过优化船体结构,设置独立的太阳能供电船坞,实现了发电装置与主体的分离,从而有效利用船体空间，提高了曝气复氧装置的工作效率。

2、本实用新型通过曝气装置，为生物飘带净化水体提供氧气，实现了生态处理功能与曝气功能的耦合。

3、本实用新型实现了水处理功能多样化，兼具景观美化、垃圾收集及水面监控的功能。

4、本实用新型中的生物飘带、喷嘴参数对于太阳能船的曝气效果产生了关键性的影响。

附图说明

图1为太阳能船的俯视结构图；

图2为太阳能船的侧视结构图；

图3为三级阶梯瀑布侧视结构图；

图4为太阳能棚的结构图；

图5太阳能船坞的俯视结构图。

其中，太阳能蓄电池1、筛网硬板2、支撑杆3、垃圾回收篮4、曝气增氧器5、全方位摄像头6、喷射推进器7、船身8、水泵9，轻质浮水结构10、软水管11、喷嘴12、生物飘带13、船坞主体14、腈纶棉15、过滤棉16、滤网17、输电线路区域18、船体充电接口19、菌床20、活性炭21、太阳能棚22、太阳能板23、泄雨棚24。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步地具体详细描述，但本实用新型的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

如图1～图5所示，本实用新型中一种用于水体修复的多功能太阳能船，所述多功能太阳能船包括主船体和太阳能供电船坞；所述主船体由轻质浮水结构10(由玻璃钢纤维制备而成)、船身8和垃圾收集器组成，其中船身8位于轻质浮水结构10上表面，垃圾收集器连接于轻质浮水结构10正前方；所述主船体还包括太阳能蓄电池1，筛网硬板2，支撑杆3，垃圾回收篮4，曝气增氧器5，喷射推进器7，水泵9，软水管11，喷嘴12和生物飘带13；其中所述太阳能蓄电池1位于船身8上；所述水泵9位于轻质浮水结构10下底面，并通过软水管11与位于轻质浮水结构10上表面的喷嘴12相连接；所述的曝气增氧器5和生物飘带13均位于轻质浮水结构10下底面；所述垃圾收集器由筛网硬板2、支撑杆3和垃圾回收篮4组成，其中筛网硬板2与垃圾回收篮4连接，且通过支撑杆3支撑；所述增氧器5，喷射推进器7和水泵9分别通过导线与太阳能蓄电池1连接；太阳能船坞包括船坞主体14、太阳能棚22和三级阶梯式造流瀑布；其中所述三级阶梯式造流瀑布由腈纶棉15，过滤棉16，滤网17，菌床20和活性炭21组成，按照水流先后顺序，第一级阶梯由腈纶棉15，过滤棉16，滤网17组成，第二级阶梯由菌床20组成，第三级阶梯由活性炭21组成；太阳能棚22位于第一级阶梯上方；所述船坞主体14还包括一个以上的供电停靠区，所述供电停靠区与造流瀑布间隔布置，所述供电停靠区设置有输电线路区域18和船体充电接口19。所述主船体还包括全方位摄像头6，所述全方位摄像头6位于太阳能蓄电池1上方。所述曝气复氧装置包括曝气增氧器5、水泵9、软水管11和喷嘴12；所述水泵9出口连接的软水管11延伸环绕船边缘，软水管11上设有一个以上的喷嘴12,所述喷嘴12分上下两段。所述曝气增氧器5在生物飘带13前方,与船的前进方向一致。所述筛网硬板2设置于船的前方。所述太阳能棚22包括太阳能板23和泄雨棚24,设于船坞上方，大电容与输电线路18设于船坞中。各个供电停靠区之间设置有围护栏。所述三级阶梯瀑布为三级水体净化装置。

实施例1

本实施例中的太阳能船结构如上所述，其中三级阶梯的各级高度为：5m、4m、3m；其使用方法如下：太阳能蓄电池蓄好电后，带动喷射推进器使船在水面运动；在船运动的同时，水通过进口管道由功率为3KW的水泵抽出，经过软水管，并通过出口管道从船侧的喷嘴(间隔距离为60cm)喷出，与水平夹角为28°，呈抛物线落回水中，以便使水更充分接触空气，并通过落入水体的冲击过程增强流动。同时在船底部生物飘带前设有曝气增氧器，为微孔曝气，加大复氧效率，并随船的运动为生物飘带处理提供氧气；在船运动的同时，生物飘带与曝气功能耦合；在船运动的同时，当船接触垃圾时，水流通过25mm筛网硬板，而垃圾因惯性附于筛网硬板上，累积后进入垃圾回收篮，垃圾将在船驶回停靠区后统一处理；在船运动的同时，全方位摄像头对水面进行监控。

该太阳能船对水体进行修复时，采用比表面积为150m²/m³生物飘带，通过曝气增氧器，提高了处理效率，悬浮固体(SS)、化学需氧量(COD_Cr)、生物需氧量(BOD₅)、总磷(TP)、氨氮(NH₃-N)去除率较常规固定式曝气装置，高15％，间距为60cm的喷嘴，通过向空气中射流，可以使水中的溶解氧为7g/L，加速水体底部的氨氮、亚硝酸盐、硫化氢等有害物质的氧化功能，抑制水体过度富养化，改善水体环境。处理前后各项指标及去除率如表1所示。

表1水体处理前后各项指标实测值及去除率/(mg/L)

实施例2

太阳能电板将光能转换成电能,并存储在大电容中，通过设在船坞中相关的输电线路区域,为水泵提供电能。水泵将水抽提至第一级阶梯,第一级阶梯包括腈纶棉、过滤棉、滤网，滤网孔径为14目，可将水体中可过滤的固体物质进行分离。所述的第二级阶梯包括菌床，将经过一级处理后水体中的有机物，在菌种的分解作用下分解为无机物，进一步净化水体。所述的第三级阶梯包括活性炭，将经过两级处理后的水体中的异色和异味吸附除去以及消毒。通过三级阶梯的处理,从而达到净化水体的效果。

太阳能船在电量不足时，返回船坞主体，在船体充电接口进行充电。在所述供电停靠区设置围护栏并供太阳能船停靠，防止在无动力状态下被水流带离停靠区；同时停靠区可作为太阳能船日常维护的地点，方便管理与维护。

该太阳能船坞通过分离发电装置与主体，使得太阳能船体空间的利用率，较一体化太阳能船，提高了25％，并且降低了船体负荷，电池的续航时间提高了18％。该太阳能船坞还具备净水装置，有效补充了太阳能船的净水效果。

本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种用于水体修复的多功能太阳能船，其特征在于，所述多功能太阳能船包括主船体和太阳能供电船坞；所述主船体由轻质浮水结构（10）、船身（8）和垃圾收集器组成，其中船身（8）位于轻质浮水结构（10）上表面，垃圾收集器连接于轻质浮水结构（10）正前方；所述主船体还包括太阳能蓄电池（1），筛网硬板（2），支撑杆（3），垃圾回收篮（4），曝气增氧器（5），喷射推进器（7），水泵（9），软水管（11），喷嘴（12）和生物飘带（13）；其中所述太阳能蓄电池（1）位于船身（8）上；所述水泵（9）位于轻质浮水结构（10）下底面，并通过软水管（11）与位于轻质浮水结构（10）上表面的喷嘴（12）相连接；所述的曝气增氧器（5）和生物飘带（13）均位于轻质浮水结构（10）下底面；所述垃圾收集器由筛网硬板（2）、支撑杆（3）和垃圾回收篮（4）组成，其中筛网硬板（2）与垃圾回收篮（4）连接，且通过支撑杆（3）支撑；所述增氧器（5），喷射推进器（7）和水泵（9）分别通过导线与太阳能蓄电池（1）连接；

太阳能船坞包括船坞主体（14）、太阳能棚（22）和三级阶梯式造流瀑布；其中所述三级阶梯式造流瀑布由腈纶棉（15），过滤棉（16），滤网（17），菌床（20）和活性炭（21）组成，按照水流先后顺序，第一级阶梯由腈纶棉（15），过滤棉（16），滤网（17）组成，第二级阶梯由菌床（20）组成，第三级阶梯由活性炭（21）组成；太阳能棚（22）位于第一级阶梯上方；所述船坞主体（14）还包括一个以上的供电停靠区，所述供电停靠区与造流瀑布间隔布置，所述供电停靠区设置有输电线路区域（18）和船体充电接口（19）。

2.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船，其特征在于，所述主船体还包括全方位摄像头（6），所述全方位摄像头（6）位于太阳能蓄电池（1）上方。

3.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船，其特征在于，所述曝气增氧器（5）、水泵（9）、软水管（11）和喷嘴（12）组成曝气复氧装置;所述水泵（9）的功率为2.2~3.5KW，水泵（9）出口连接的软水管（11）延伸环绕船边缘，软水管(11)上设有一个以上的喷嘴(12), 所述喷嘴（12）间隔距离为50~80cm，分上下两段，下半段与轻质浮水结构（10）所在平面垂直，上半段与轻质浮水结构（10）所在平面之间的夹角为 25~30°。

4.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船，其特征在于，所述的生物飘带的比表面积为100-200m²/m³，通过支架与水流垂向固定，每排间隔30~50mm；所述曝气增氧器(5)在生物飘带(13)前方, 与船的前进方向一致。

5.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船，其特征在于，所述筛网硬板（2）的孔径尺寸为20~25mm，设置于船的前方。

6.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船, 其特征在于,所述太阳能棚（22）包括太阳能板（23）和泄雨棚（24）, 设于船坞上方，大电容与输电线路（18）设于船坞中。

7.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船, 其特征在于，各个供电停靠区之间设置有围护栏。

8.根据权利要求1所述的用于水体修复的多功能太阳能船, 其特征在于, 所述三级阶梯瀑布为三级水体净化装置，高度范围3~5m；所述滤网（17）的孔径为12~16目。