WO2023115894A1 - 一种藻华快速收集的装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种藻华快速收集的装置，包括载物船、收藻系统、藻水分离系统，收藻系统包括吸藻口（6）、拦藻绳（17）、牵引船（12）、牵引船固定装置（18）、拦藻绳收卷装置，拦藻绳（17）的一端与牵引船（12）连接，拦藻绳（17）的另一端与拦藻绳收卷装置连接。调节吸藻口（6），使其上沿没过水面；载物船运行至藻华爆发水域，牵引船牵引拦藻绳（17）对藻华进行圈集，之后，牵引船固定装置（18）固定牵引船（12），拦藻绳收卷装置收卷拦藻绳（17），藻华快速向吸藻口（6）汇集；高压泵（20）将来自吸藻口（6）的藻华输送至藻水分离系统，藻水分离系统对藻华和水进行分离。该装置结构简单、小巧灵便，适用于各种环境下水体藻华的快速收集和快速高效藻水分离。
Description
本发明涉及环保技术领域，具体蓝绿藻的治理。
随着流域内工农业的快速发展和人类活动强度的增加，大量氮、磷营养盐向河道、湖泊水域输入，导致一些湖泊由中营养状态向富营养状态过度，富营养状态的日趋加剧，最终导致藻类爆发，藻类凋亡分解时产生的藻毒素对水生生物和人类健康造成潜在危害。近些年云南滇池、无锡太湖、合肥巢湖等大型的湖泊均发生过藻华爆发事件，这些湖泊往往作为所在地区的饮用水水源地，藻华的爆发对饮用水水资源造成极大破坏，对居民生活造成严重的影响。藻类大量凋亡后在水面聚集形成粘稠的絮状物，清理难度较大，目前华藻收集船或收集装置的形式多种多样，包括采用抽吸泵方式的藻华收集船、采用带有过滤布传送带方式的藻华收集船、岸上遥控式小型华藻收集船、水面固定式吸藻口装置等，但这些华藻收集船和收集装置存在着或操作复杂、或能耗高、或狭浅水域受限、或作业范围小、或收集效率低等缺点。
现有的多功能藻华收集船主要靠安置在收藻舱的带有过滤布的传送带和安装抽吸泵两种方式对藻华进行收集，但操作简单智能化、能耗降低、扩大作业水域范围、提高收集效率等问题需要解决。根据李胜军等人公布的专利号为CN103754983A的《船载式微过滤除藻系统及除藻方法》中描述，该装置安置于多功能除藻船上，能够对水面 和水中的藻华进行收集和藻水分离，并且作业范围大；郑正等人公布的专利号为CN107761685A的《一种水体藻华的快速去除装置及方法》中描述，该装置通过牵引绳连接固定旋转轴和收藻船，在牵引绳的牵引力和收藻船驱动力的作用下，使收藻船在水面做圆周运动，实现对藻华的快速收集；胡明明等人公布的专利号为CN202688064U的《沉浸式藻水分离装置》中描述，该装置由固定在水上的吸藻装置和安置在岸上的藻水分离装置，能够实现藻华的收集和藻水分离。
《船载式微过滤除藻系统及除藻方法》专利中描述该装置主要由吸藻口装置和微滤装置组成，安置于多功能除藻船上，船上需人为操作控除藻船对藻华爆发水域进行作业，由于船体较大，故在狭浅水域的除藻作业受到约束，并且多功能除藻船能耗较高，长时间在水面运行会对水体造成一定的污染；《一种水体藻华的快速去除装置及方法》专利中描述该除藻船通过牵引绳绕固定旋转轴在水面做圆周运动来实现对藻华的收集，操作简单，但水体中的藻华往往呈不规则的片区存在，而该装置在收藻过程中无效耗能较多，不能做到有的放矢，节约能耗；《沉浸式藻水分离装置》专利中描述该装置通过水上固定吸藻口系统和岸上藻水分离系统实现对水体造化的收集和藻水分离，该装置自动化程度高、操作简单，藻水分离效率高，但由于吸藻口为固定式，故其收藻范围小，收藻效率较低，并且该设备中用电机械设备较多，藻水分离过程中需要投加试剂，存在着能耗高，处理成本高的缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题：现有技术中除藻设备，除藻效率低、除藻范围受到局限、运行成本高。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种藻华快速收集的装置，包括载物船、与载物船连接的收藻系统、设置在载物船上且与收藻系统连接的藻水分离系统，收藻系统包括位于载物船外侧的吸藻口和拦藻绳，收藻系统还包括牵引船、牵引船固定装置、拦藻绳收卷装置，拦藻绳的一端与牵引船连接，拦藻绳的另一端与拦藻绳收卷装置连接，牵引船固定装置能够固定、分离牵引船，使拦藻绳包围吸藻口。
载物船运行至藻华爆发水域，调整吸藻口方位和高度，吸藻口的上沿稍没过水面，载物船停止。启动牵引船，牵引船牵引拦藻绳对藻华进行圈集，与吸藻口连通的高压泵启动。牵引船完成对藻华的圈集后，行进至牵引船固定装置处，牵引船固定装置固定牵引船，然后启动拦藻绳收卷装置，拦藻绳收卷装置对拦藻绳进行收纳，藻华在拦藻绳的拦集作用下快速向吸藻口汇集。高压泵将来自吸藻口的藻华输送至藻水分离系统，藻水分离系统对藻华和水进行分离。
本发明所述的装置结构简单、小巧灵便，尤其是牵引船，配合拦藻绳和吸藻口实现对水面藻华的快速汇聚收集，并能实现对狭浅水域藻华的收集，不受除藻范围局限，适用于各种环境下水体藻华的快速收集和快速高效藻水分离。
作为一种改进，拦藻绳为中空密闭充气带，拦藻绳一端的充气口 与高压充气泵连接，高压充气泵设置在牵引船上。
一种运用藻华快速收集的装置的方法，包括如下步骤：
第一，调节吸藻口高度，使吸藻口上沿没过水面；
第二，载物船运行至藻华爆发水域，调整吸藻口方位，停止载物船；
第三，启动牵引船，牵引船牵引拦藻绳对藻华进行圈集，与吸藻口连通的高压泵启动，同时启动高压充气泵对拦藻绳进行充气，使其膨胀，牵引船完成对藻华的圈集后，行进至牵引船固定装置处，牵引船固定装置固定牵引船，然后启动拦藻绳收卷装置，拦藻绳收卷装置对拦藻绳进行收纳，拦藻绳内空气被排除，藻华在拦藻绳的拦集作用下快速向吸藻口汇集；
第四，高压泵将来自吸藻口的藻华输送至藻水分离系统，藻水分离系统对藻华和水进行分离。
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为俯视一种藻华快速收集的装置所得的示意图；
图2为载物船支架的示意图；
图3为一种藻华快速收集的装置内部构造示意图；
图4为图1的仰视图；
图5为图1的左视图。
图中符号说明：
1、浮筒；2、支架；3、螺旋桨；4、隔水板；5、连接杆；6、吸藻口；7、圈套；8、孔槽板；9、卡扣；10、电动转轴；11、排气滚轴；12、牵引船；13、普通蓄电池；14、无线接收器；15、高压充气泵；16、恒压机械阀；17、拦藻绳；18、牵引船固定装置；19、摄像头；20、高压泵；21、高压罐；22、过滤袋；23、太阳能板；24、太阳能蓄电池；25、无线接收电控柜。
如图3，一种藻华快速收集的装置，包括载物船、与载物船连接的收藻系统、设置在载物船上且与收藻系统连接的藻水分离系统，收藻系统包括位于载物船外侧的吸藻口6和拦藻绳17，收藻系统还包括牵引船12、牵引船固定装置18、拦藻绳收卷装置，拦藻绳的一端与牵引船连接，拦藻绳的另一端与拦藻绳收卷装置连接，牵引船固定装置能够固定、分离牵引船，使拦藻绳包围吸藻口。
实际操作中，吸藻口6的上沿稍没过水面。牵引船12牵引拦藻绳17对藻华进行圈集，与吸藻口连通的高压泵20启动。牵引船完成对藻华的圈集后，行进至牵引船固定装置18处，牵引船固定装置固定牵引船，然后启动拦藻绳收卷装置，拦藻绳收卷装置对拦藻绳进行收纳，藻华在拦藻绳的拦集作用下快速向吸藻口6汇集。高压泵将来自吸藻口的藻华输送至藻水分离系统，藻水分离系统对藻华和水进行分离。
作为一种改进，拦藻绳17为高分子材质中空密闭充气带，内置金属配重量链，拦藻绳一端的充气口与高压充气泵15连接，高压充 气泵设置在牵引船12上。牵引船牵引拦藻绳对藻华进行圈集时，同时启动高压充气泵对拦藻绳进行充气，使其膨胀，膨胀的拦藻绳在水面上能够实现部分露于水面以上，部分浸入水面以下，能够充分对水面表层的的藻华进行拦截收集，以提升拦藻绳对藻华的拦截效率。牵引船12完成对藻华的圈集后，牵引船固定装置18固定牵引船，然后启动拦藻绳收卷装置，拦藻绳收卷装置对拦藻绳以卷绕的方式进行收纳，拦藻绳内空气被排除，藻华在拦藻绳的拦集作用下快速向吸藻口汇集。
作为一种改进，拦藻绳17一端的充气口设有恒压机械阀16，能够实现当拦藻绳内部达到一定气压后，高压充气泵的气流将不再进入拦藻绳。
吸藻口6所在的本体通过连接杆5与载物船连接，牵引船固定装置18和拦藻绳收卷装置分别设置在连接杆的两侧。如此设计，在拦藻绳收卷装置收纳拦藻绳17的过程中，拦藻绳的收口越来越小，并将收口内的藻华向吸藻口汇集。
作为一种选择，牵引船固定装置18包括电控磁贴，牵引船12为不锈钢材质。电控磁贴能够吸附或释放牵引船。电控磁贴外围设有防水罩。
作为一种选择，拦藻绳收卷装置包括电动转轴10、位于电动转轴旁侧的排气滚轴11，排气滚轴与电动转轴平行并列设置。在集藻作业过程中，牵引船12牵引拦藻绳17，同时高压充气泵15对拦藻绳进行充气。当牵引船和拦藻绳完成对特定水域藻华的圈集，牵引船 与电控磁贴18贴合，拦藻绳电动转轴10启动，拦藻绳卷绕在电动转轴上，拦藻绳17被收短，同时，电动转轴配合排气滚轴11，使拦藻绳内气体排出，方便拦藻绳收容的同时，降低拦藻绳收卷后所占空间，最终将藻华汇集于吸藻口6，完成对藻华的高效快速收集。
吸藻口6为一圆桶的顶部开口，圆桶为吸藻口的本体。圆桶的两侧焊接有孔槽板8，孔槽板上的孔位上下分布，圈套上开设定位孔，圆桶位于圈套7中，孔槽板上的孔位与定位孔通过卡扣9连接。圆桶选用2mm厚不锈钢板制作而成，上部开口底部封底，且上宽下窄。圆桶下部分设有高压泵连接口。卡扣9通过调整孔槽板的孔位和圈套的定位孔的上下对应位置，来调整吸藻口的上下位置，以达到收藻的最佳效果。圈套7与所述连接杆5的一端连接，连接杆的另一端与载物船连接。
牵引船12优选不锈钢材料，内设普通蓄电池13和引擎。普通蓄电池外部设有防水罩，对牵引船引擎和高压充气泵15进行供电。
收藻系统还包括设置在连接杆5上的摄像头19，摄像头能够180°旋转，外围设有透明树脂材质防水罩，能够将水面大范围藻华情况呈现于终端显示屏上。
藻水分离系统包括高压罐21、设置在高压罐内的过滤袋22，吸藻口6通过管道与高压泵20的进水口连接，高压泵的出水口与高压罐的进水口连接。其中，高压泵外壳优选不锈钢材质，高压泵的进水口具体与吸藻口所在圆桶的下部连接。
高压罐21优选优选不锈钢材质，顶部设有盖板，盖板闭合时， 实现高压罐顶部密封，进水口设于高压罐上部，出水口设于高压罐下部。
作为一种选择，过滤袋22采用高分子亲水性材料，孔径为5～10微米，具有强度高、孔径不易堵塞、过滤出水稳定性高的特性，在高压泵20和高压罐21共同作用产生高水压条件下，过滤袋22能够实现对藻水的快速分离。与混凝沉淀、重力流过滤等传统藻水分离工艺相比，分离效率和成本有了显著提高。
结合图1、图3，所述的藻华快速收集的装置还包括设置在载物船上的太阳能供电系统，太阳能供电系统包括太阳能板23和太阳能蓄电池24。太阳能板将太阳能转化为电能储存于太阳能蓄电池24内，太阳能蓄电池向所述的藻华快速收集的装置中的各用电装置提供稳定电能，太阳能蓄电池24外围设有防水罩。其中，太阳能板23通过钢材质支架架空于载物船之上，太阳能蓄电池24固定于载物船上。
如图3，所述的藻华快速收集的装置还包括无线电控系统，无线电控系统包括设置在载物船上的无线接收电控柜25、设置在牵引船12上的无线接收器14，以及，能够手持的无线可视遥控器。通过无线可视遥控向无线接收电控柜发射运行指令来遥控所述的藻华快速收集的装置的各装置的运行，从而实现除藻作业。例如，牵引船12内设有无线接收器14，无线接收器与牵引船的引擎、高压充气泵15连接，无线接收器通过接受无线可视遥控器的指令，来实现对牵引船12的操控。再如，无线可视遥控器通过无线接收电控柜25控制电控磁贴实现与牵引船的贴合和分开。再如，摄像头19能够将水面大范 围藻华情况的高清视频图像呈现于无线可视遥控器的显示屏上，从而实现对肉眼不可视范围内的藻华情况进行观察。通过无线可视遥控器对所述的藻华快速收集的装置进行可视智能化操控，实现大范围水域除藻作业。
结合图2、图3，所述载物船包括半椭圆形浮筒1、支架2、螺旋桨3和隔水板4。支架选用不锈钢方钢，通过螺丝固定于浮筒之上。螺旋桨设于不锈钢支架下方，电控系统通过分别控制两个螺旋桨的启停和叶轮正反转来控制载物船的前进、旋转和倒退，螺旋桨选用锈钢叶轮，用于驱动螺旋桨的电机为高速螺旋防水电机。隔水板选用2mm厚不锈钢钢板，置于不锈钢支架卡槽内，对高压泵20、高压罐21、太阳能蓄电池23和无线接收电控柜25起到承重和隔水作用。
一种运用所述的藻华快速收集的装置的方法，包括如下步骤：
第一，将所述的藻华快速收集的装置置于水面，通过调节卡扣9对应位置来调节吸藻口6深度，使吸藻口上沿稍没过水面，开启太阳能蓄电池24供电开关、牵引船12启动开关和无线可视遥控器开关；
第二，在岸上通过操控无线可视遥控器控制载物船行进至藻华爆发水域，根据摄像头19拍摄的藻华情况，调整吸藻口6方位，然后停止载物船螺旋桨3；
第三，通过操控无线可视遥控器，控制牵引船12牵引拦藻绳17对藻华进行圈集，启动高压泵20，同时启动高压充气泵15对拦藻绳17进行充气，使其膨胀，牵引船完成对藻华的圈集后，行进至连接杆5与电控磁贴贴合，然后，通过无线可视遥控器启动拦藻绳电动转 轴10对拦藻绳17进行收纳，同时，在排气滚轴11的挤压作用下，拦藻绳内空气进行排除，藻华在拦藻绳的拦集作用下快速向吸藻口6汇集，在此过程中能够实现对藻华的快速收集，同时也能够对狭窄、浅水域的藻华进行收集；
第四，高压充气泵15开启后，大量藻水进入高压罐21，过滤袋22在高水压作用下，能够实现藻水快速高效分离，藻被截留在过滤袋内，水透过过滤袋排出高压罐外；
第五，完成特定水域藻华收集后，载物船行进至其他藻华爆发水域，重复第三、第四步骤；
第六，完成除藻作业后，载物船行至岸边，将过滤袋22中截留的藻清理它用。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (9)
- 一种藻华快速收集的装置，包括载物船、与载物船连接的收藻系统、设置在载物船上且与收藻系统连接的藻水分离系统，收藻系统包括位于载物船外侧的吸藻口(6)和拦藻绳(17)，其特征在于：收藻系统还包括牵引船(12)、牵引船固定装置(18)、拦藻绳收卷装置，拦藻绳的一端与牵引船连接，拦藻绳的另一端与拦藻绳收卷装置连接，牵引船固定装置能够固定、分离牵引船，使拦藻绳包围吸藻口。
- 如权利要求1所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：拦藻绳(17)为中空密闭充气带，拦藻绳一端的充气口与高压充气泵(15)连接，高压充气泵设置在牵引船(12)上。
- 如权利要求1所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：吸藻口(6)所在的本体通过连接杆(5)与载物船连接，牵引船固定装置(18)和拦藻绳收卷装置分别设置在连接杆的两侧。
- 如权利要求3所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：牵引船固定装置(18)包括电控磁贴，牵引船(12)为不锈钢材质。
- 如权利要求3所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：拦藻绳收卷装置包括电动转轴(10)、位于电动转轴旁侧的排气滚轴(11)。
- 如权利要求3所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：吸藻口(6)为一圆桶的顶部开口，圆桶的两侧焊接有孔槽板(8)，孔槽板上的孔位上下分布，圈套上开设定位孔，圆桶位于圈套中，孔槽板上的孔位与定位孔通过卡扣(9)连接。
- 如权利要求1所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于： 藻水分离系统包括高压罐(21)、设置在高压罐内的过滤袋，吸藻口(6)通过管道与高压泵(20)的进水口连接，高压泵的出水口与高压罐的进水口连接。
- 如权利要求1所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：还包括设置在载物船上的太阳能供电系统，太阳能供电系统包括太阳能板(23)和太阳能蓄电池(24)。
- 如权利要求4所述的一种藻华快速收集的装置，其特征在于：还包括无线电控系统，无线电控系统包括设置在载物船上的无线接收电控柜(25)，以及，能够手持的无线可视遥控器。
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