CN206666206U - 一种自驱式超声絮凝水体净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自驱式超声絮凝水体净化装置，包括壳体、太阳能电池板、蓄电池、以及超声波发生装置，所述壳体通过两块隔板分为上中下三部分腔体，所述太阳能电池板设于壳体顶部，蓄电池和超声波发生装置设于壳体的上部腔体内，太阳能电池板所发电量储存在蓄电池内，蓄电池为超声波发生装置供电，壳体的中部腔体为絮凝剂储存腔体，絮凝剂储存腔体的侧壁上设有絮凝剂投放口，壳体的下部腔体为配重腔体，所述配重腔体用于安装配重来保持整个装置在水中竖直漂浮。本装置摆脱电缆及电网，同时将超声波除藻与絮凝剂聚合藻类相结合，弥补了两者的缺陷，既可有效将藻细胞破坏，又可达到较好的清除范围，达到了更节能、更高效的水体净化效果。

Description

一种自驱式超声絮凝水体净化装置

技术领域

本实用新型属于节能减排与水生态修复技术领域，涉及一种藻类清除装置，具体涉及一种自驱式超声絮凝水体净化装置。

背景技术

我国是一个水资源极为缺乏的国家。据统计，我国淡水资源总量为28000亿m³，占全球总量的6%，居世界第四位，人均只有2300m³。然而扣除难以利用的洪水径流和分部在偏远地区的水资源后，人均可利用的水资源总量约为900m³，并且水资源空间分布很不均衡。影响水资源不均匀分部的主要原因是降水，由于季风气候的影响，东部、南部和西南大部分地区降水较多，而西北内陆干旱少雨。据统计，全国降水量小于400mm地区的面积占全国总面积的42.2%，降水量仅占全国的11.1%；降水量400—800mm之间的地区占全国总面积的27.5%，降水量占全国的23.5%；降水量大于800mm的地区占全国总面积的30.3%，降水量却占全国的65.4%。同时，水资源较为丰富的地区也往往伴随的水环境安全的问题。

根据 2011年的《中国环境状况公报》显示，我国长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和内陆诸河十大水系监测的 469 个国控断面中，Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质断面比例分别为 61.0%、25.3%和 13.7%。2012年的水质断面比例为68.9%、20.9%、10.2%。2013年的水质情况相比2012年无明显变化，将三年的水质情况取平均值得断面比例为67.2%、21.8%、11%。由此可见，我国的淡水环境问题突出。同样，海洋环境形势也十分严峻。近岸海域监测点位代表面积共 281012 平方千米。其中，一类、二类、三类、四类和劣四类海水面积分别为 64809 平方千米、120739 平方千米、39127 平方千米、18008 平方千米和 38329 平方千米。

水体富营养化是指水体中氮、磷等有机盐增加，在湖泊引起藻类大量生长繁殖形成水华，在近海藻类与微生物相结合大量繁殖形成赤潮的现象。赤潮、水华的产生会破坏水体功能，降低水中溶解氧的含氧量，使水生动植物死亡。此外，大量油状水华产生还会降低水体透明度及影响光线照射入水体，导致水体生态系统破坏，丧失自我修复及净化功能。表征水体富营养化的指标有溶解氧、碳源和营养盐类（氮和磷）等。目前一般采用的指标是：水体中氮含量超过0.2~0.3 ppm，生化需氧量大于10 ppm，磷含量大于0.01~0.02 ppm，pH值7~9的淡水中细菌总数每毫升超过10万个，表征藻类数量的叶绿素a含量大于10 μmg/L。水体富营养化常导致藻类暴发性生长，形成水华或赤潮（H. Kenneth et al，2010） 水华指的是在富营养化的水体中，藻类（尤其是蓝藻）的异常繁殖，某些藻种生物量（一般超过0.1mg/L）远超过其它藻种的平均水平的现象。

湖库富营养化的最直接结果是导致水中蓝藻、绿藻等藻类大量生长，最终形成赤潮、水华等现象，造成水中动植物因缺少光照和氧气死亡，水生生态系统遭到破坏。据2010年《中国海洋环境质量公报》显示，2010年全年全海域发现赤潮69次，累计面积10892 km2，赤潮发现次数与2009年（68次）基本持平，但对比过去二十年我国近岸赤潮发生频次，明显发现近十年比20世纪90年代十年间发生的频次增加。赤潮的发生不仅会对人类健康产生危害，而且会影响近海区域鱼、贝等海洋生物的繁殖，造成巨大的经济损失。所以说，对赤潮、水华等现象的治理与防治是维持和保护水体生态平衡的重要措施。

水华发生时，藻类大量聚集在水体表层，不仅影响水体景观，而且会阻碍水生植物的光合作用，影响水-气界面间氧气的交换，而同时水体中的浮游生物则会大量消耗氧气，使得水体溶解氧急剧下降，最终导致水中生物如鱼类等因缺氧而窒息死亡，水生生物种类减少、水生生态系统紊乱、水生生物多样性遭到破坏（徐大伟等，2007；陈水勇等，1999；Diego-McGlone et al，2008）。此外很多藻类还会产生藻毒素、异味物质（土腥素、硫醇、吲哚、胺类、酮类等）和其它次生代谢的有毒有害物质，影响各种水生和半水生动物或通过食物链传递威胁人类的健康（Bury et al，2007；Chorus et al，1999），在 1996 年，巴西就发生了一起因藻毒素污染肾透析用水导致 52 人死亡的严重事件（Azevedo et al，2002）。还有一些藻类直接或间接对人类的健康产生严重威胁，世界卫生组织报告表明水华暴发时采集的水样 60%都含有毒素，而当饮用水源水中藻密度大于 105个/mL 时，人类将产生长期的疾病（Bartram et al，2003）。

现阶段除藻方法主要分为三大类：物理除藻、化学除藻、生物除藻。物理方法主要包括以下几种：机械去除法、紫外线照射法、超声波除藻、γ射线照射法、遮光法、过滤法、水体曝气等。水体曝气无二次污染，是现阶段较为理想的方法。

机械除藻大多采用人工打捞的方式，而人工打捞不仅会耗费大量的人力、物理、财力、还是是治标不治本的，不能从根本上解决水体富营养现象。

化学方法包括投加药剂法、粘土絮凝法、预氧化法及活性炭法等，但其对水生生态的破坏较大。虽然活性炭法的效果较好，但因成本过高不适宜大范围使用。

生物方法包括水生生物法和水生植物法两种，但均会造成其它物种入侵，最终破坏生态平衡。

现阶段三类水体富营养化处理措施的优缺点为：物理法可避免二次污染，但物理法的去除效果相对较低，且易受到外界条件的干扰。物理法还需耗费大量人力物力，往往需要依赖人工电网等。化学法可有效将藻类去除，但化学法存在试剂昂贵且易给水体带来二次污染物，破坏水生态环境的特点。生物法除藻效果也较为明显，但生物法有可能带来外来物种入侵，从而影响水生态平衡。

现有技术中，絮凝剂投放麻烦，此外絮凝剂无法较好破坏藻细胞，往往絮凝好的藻团还需人工打捞，不能大范围使用，会耗费人力物力。现阶段物理方法中的超声波除藻法效果较为明显，但超声波除藻法主要利用人工电缆电网，此外超声波除藻范围也是有待考虑的问题之一。范围过大将无法将藻类进行有效去除，范围过小又很难实现大面积除藻。

实用新型内容

本实用新型的目的是将超声波除藻法和絮凝剂除藻法相结合，通过太阳能发电来为整个装置供电，既摆脱了超声波装置需要依赖人工电缆及电网的，又可使絮凝剂达到自动投放，省时省力。装置整体可漂浮在水面，随水流动进行藻类清理。装置工作时，首先通过太阳能电池板为蓄电池供电，由蓄电池将电能传递给絮凝剂投放口，控制絮凝剂投放的开闭，将絮凝剂投放入水体，达到将藻类絮凝的结果。同时，蓄电池通过将电能传递给超声波发生器，由超声波发生器将信号传递给超声波换能器，产生超声波，对絮凝好的藻团进行清理。通过絮凝剂将藻团絮集，克服超声波除藻范围有限，通过超声波将藻类清除，克服絮凝剂无法完全破坏藻细胞，二者相互结合，效率更高。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：包括壳体、太阳能电池板、蓄电池、以及超声波发生装置，所述壳体通过两块隔板分为上中下三部分腔体，所述太阳能电池板设于壳体顶部，蓄电池和超声波发生装置设于壳体的上部腔体内，太阳能电池板所发电量储存在蓄电池内，蓄电池为超声波发生装置供电，壳体的中部腔体为絮凝剂储存腔体，絮凝剂储存腔体的侧壁上设有絮凝剂投放口，壳体的下部腔体为配重腔体，所述配重腔体用于安装配重来保持整个装置在水中竖直漂浮。

作为改进，所述超声波发生装置包括超声波发生器和超声波换能器，所述蓄电池通过交直流转换器给超声波发生器供电，所述超声波发生器用于产生超声波信号，并将信号传递给超声波换能器产生超声波。

作为改进，所述絮凝剂投放口上设有盖板，所述盖板顶部与壳体之间通过销轴铰接，所述盖板在超声波振动下能间歇开合。

作为改进，所述壳体上设有驱动销轴旋转的伺服电机，通过伺服电机精确控制絮凝剂投放口开度大小。

作为改进，所述壳体的中部腔体储存的絮凝剂为硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、三氯化铁、以及硫酸铜任意一种或几种组合。

作为改进，所述壳体外设有防水层。

本实用新型的有益效果是：

本装置摆脱电缆及电网，同时将超声波除藻与絮凝剂聚合藻类相结合，弥补了两者的缺陷，既可有效将藻细胞破坏，又可达到较好的清除范围，达到了更节能、更高效的水体净化效果。本实用新型自驱式超声絮凝水体净化装置，除藻率高，絮凝剂将藻类絮凝后，可减小水体浊度，增大水体的透明度，使光照能到达水体中下层，有利于植物进行光合作用促进水体中原有植物的生长，从而会使整个生态系统逐渐恢复。并且超声波不会对水中的其他生物产生较大影响，即可以节省大量的人力、物理、财力，还可以极大的促进生态系统的恢复，能够较为有效解决水体富营养化现象，生态效益十分明显。

附图说明

图1为本实用新型剖切结构示意图。

附图标记：1-太阳能电池板，2-导线，3-蓄电池，4-交直流转换器，5-超声波发生器，6-絮凝剂投放口，7-超声波换能器，8-配重，9-上部腔体，10-中部腔体，11-下部腔体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行举例说明，

如图1所示，一种自驱式超声絮凝水体净化装置，包括壳体、太阳能电池板1、蓄电池3、以及超声波发生装置，所述壳体为上大下小的桶状结构，壳体内部通过两块隔板分为上中下三部分腔体，所述太阳能电池板1设于壳体顶部，蓄电池3和超声波发生装置设于壳体的上部腔体9内，太阳能电池板1所发电量储存在蓄电池3内，蓄电池3为超声波发生装置供电，壳体的中部腔体10为絮凝剂储存腔体，絮凝剂储存腔体的侧壁上设有絮凝剂投放口6，壳体的下部腔体11为配重腔体，所述配重腔体用于安装配重8来保持整个装置在水中竖直漂浮。

所述超声波发生装置包括超声波发生器5和超声波换能器7，所述蓄电池3通过交直流转换器4给超声波发生器5供电，所述超声波发生器5用于产生超声波信号，并将信号传递给超声波换能器7产生超声波。

所述絮凝剂投放口6上设有盖板，所述盖板顶部与壳体之间通过销轴铰接，所述盖板在超声波振动下能间歇开合。

作为改进型，为了便于精确控制絮凝剂投放口6开度大小，实现絮凝剂精准定量投放，所述壳体上设有驱动销轴旋转的伺服电机，所述蓄电池3通过导线2与伺服电机相连为其供电。

所述壳体的中部腔体10储存的絮凝剂为硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、三氯化铁、以及硫酸铜任意一种或几种组合。

为了提高放水效果，所述壳体外设有防水层。

本实施例使用方法：

1、所需设备

装置所需设备为：太阳能电池板1、超声波发生器5、超声波换能器7、蓄电池3、防水层、絮凝剂聚合氯化铝等。

2、超声波换能器7的选取

具体参数：

谐振频率（KHZ）	外形尺寸（直径*高）（mm）	功率（W）	谐振阻抗（Ω）	静态电容（PF）
						59*99	60	28

3、太阳能电池板1面积

根据换能器参数计算太阳能板面积：

已知太阳能电池板1发电效率约为15%左右，采用单位面积最大输出功率为135W的太阳能电池板1，其所需面积公式：

4、絮凝剂的选择

首先对不同絮凝剂絮凝效果等参数进行归纳分析，分析如下：

1）硫酸铝（化学式Al2(SO4)3，式量342.15）：铝盐作为除藻絮凝剂，其中硫酸铝对于藻类的去除率较高。硫酸铝吸附经历了三个阶段：快速吸附阶段、饱和吸附阶段和解吸阶段。硫酸铝对于自然水体中总磷的最大去除率可达到94.12%，平均去除率为77.46%；对于藻类的最大去除率为96.73%，平均去除率为95.29%。

2）明矾：明矾在自然水体中也有一定除藻作用。明矾对于自然水体中总磷的最大去除率为78.22%，对于藻类的去除率最大可以达到91.86%。

3）聚合氯化铝（PAC）：PAC在自然水体中除藻时最大去除率为87.46%，浊度去除率为92.74%。

4）聚合氯化铝铁（PAFC）：PAFC在自然水体中除藻时最大去除率为86.61%；浊度去除率为 87.46%。

5）聚合硫酸铝铁（PAFS）：PAFS在自然水体中除藻时最大去除率为82.94%；浊度去除率为85.90%

6）三氯化铁：三氯化铁对于自然水体中的总磷的最大去除率为94.23%，平均去除率为80.11%；对于藻类最大去除率为94.78%，平均去除率为87.62%。

7）硫酸铜：硫酸铜对于水中藻类的去除效果也非常好，去除率最高可以达到82.79%。

本实施例主要采用絮凝剂为聚合氯化铝，以下是聚合氯化铝的净水原理：

聚合氯化铝的使用方法及净水原理：

聚合氯化铝通过压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥作用和沉淀物网捕机理达到水体净化的目的。聚合氯化铝稳定性高，经相关实验分析得到，聚合氯化铝的浊度去除率与除藻率分别为92.74%和87.46%

使用时，按照上述结构组装好本自驱式超声絮凝水体净化装置，在絮凝剂储存腔体内预先放置聚合氯化铝，在壳体的下部腔体11内添加配重8，然后将自驱式超声絮凝水体净化装放入待净化的水体中，太阳能电池板1发电存储在蓄电池3中，蓄电池3为超声波发生器5和超声波换能器7供电产生超声波，通过絮凝剂将藻类絮凝，超声波对絮凝好的藻团进行清理，通过超声波和絮凝剂双作用实现大面积有效的清除藻类。当水体中藻类富营养化不是很严重时，通过超声波振动来使絮凝剂投放口6上的盖板间歇开合投放絮凝剂，当水体中藻类富营养化严重时，通过盖板的销轴上设置的伺服电机准确控制制絮凝剂投放口6开度大小，实现絮凝剂精准定量投放。

Claims (6)

1.一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：包括壳体、太阳能电池板、蓄电池、以及超声波发生装置，所述壳体通过两块隔板分为上中下三部分腔体，所述太阳能电池板设于壳体顶部，蓄电池和超声波发生装置设于壳体的上部腔体内，太阳能电池板所发电量储存在蓄电池内，蓄电池为超声波发生装置供电，壳体的中部腔体为絮凝剂储存腔体，絮凝剂储存腔体的侧壁上设有絮凝剂投放口，壳体的下部腔体为配重腔体，所述配重腔体用于安装配重来保持整个装置在水中竖直漂浮。

2.根据权利要求1所述一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：所述超声波发生装置包括超声波发生器和超声波换能器，所述蓄电池通过交直流转换器给超声波发生器供电，所述超声波发生器用于产生超声波信号，并将信号传递给超声波换能器产生超声波。

3.根据权利要求2所述一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：所述絮凝剂投放口上设有盖板，所述盖板顶部与壳体之间通过销轴铰接，所述盖板在超声波振动下能间歇开合。

4.根据权利要求3所述一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：所述壳体上设有驱动销轴旋转的伺服电机，通过伺服电机精确控制絮凝剂投放口开度大小。

5.根据权利要求1至4任意一项所述一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：所述壳体的中部腔体储存的絮凝剂为硫酸铝、明矾、聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、聚合硫酸铝铁、三氯化铁、以及硫酸铜任意一种或几种组合。

6.根据权利要求5所述一种自驱式超声絮凝水体净化装置，其特征在于：所述壳体外设有防水层。