一种治理富营养化水体蓝藻水华的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种治理富营养化水体蓝藻水华的装置及方法。
【背景技术】
[0002]蓝藻水华已成为世界性的环境问题，我国的蓝藻水华问题也日趋严重，各类水体频频暴发蓝藻水华，包括大型湖库如太湖、滇池、巢湖和三峡库区、城市供水水库。防治蓝藻水华的发生已成为世界性的热点、难点问题。传统的蓝藻水华治理通常采用大规模杀灭蓝藻的方法，而这些方法往往造成蓝藻细胞破裂，导致藻细胞内容物、藻毒素释放到水中，对水体形成二次污染。这些应急处理方法有效期短，种源清除不彻底，且工艺复杂，能耗高。
[0003]超声技术是近年来发展起来的一种新型环境技术，主要原理是利用超声产生的空化作用、自由基效应等直接去除水中三卤甲烷前体物、消毒后形成的消毒副产物、持久性有机污染物、内分泌干扰物、藻毒素、有毒有害的难降解有机物等，因此，在水处理中的应用越来越广泛。近十多年的有关研宄表明超声波辐照能够破坏细胞结构、抑制藻细胞生长分裂。相关学者的实地研宄结果也表明，超声能在一定程度上抑制蓝藻细胞的增殖。
[0004]随着社会的发展，环境问题日益突出，我国“十一五”规划纲要提出了 “节能减排”的发展要求。节能减排的理念不仅仅体现在日常生活中，而是被提高到国家政策性地位，人们开始重视环境与经济的协调统一发展。解决环境问题同样应当秉承节能减排的宗旨，所采取的干预措施不仅要能解决主要环境问题，还要尽量减小对环境损害程度、降低能源消耗量。
[0005]本发明通过构建浮游式太阳能超声波除藻装置，控制富营养化水体的水华蓝藻，具有良好的学术意义和工程实用价值。该装置利用超声波技术去除藻和抑制藻类生长，防止水华的发生，其成效显著、运行成本低，且不引入其它的化学物质，防止传统方法破坏藻细胞方法所引起的水体二次污染；利用太阳能进行供电，清洁无污染，具有节能减排的优点；借助风能无需动力并附加电动机驱动螺旋桨，使装置实现自动浮游，增大处理面积，操作控制容易，实用性高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对富营养化水体常见的蓝藻水华问题，提供一种治理富营养化水体蓝藻水华的装置及方法，以有效抑制富营养化水体蓝藻的生长；同时利用太阳能发电，以达到节能减排的目的。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案是:一种治理富营养化水体蓝藻水华的装置，包括一以浮游式工作方式在水面上运行的船体，浮游式包括漂浮与游动，所述船体的前部周侧设置有用于发射超声波去除及抑制藻类生长的若干超声波换能器，所述船体的后部相对于水平面倾斜设置有太阳能板，该太阳能板将转换的电能传输给设置于船体上的供电装置，以供整个装置使用，所述船体的尾部设置有实现船体游动的螺旋桨推进器。
[0008]在本发明一实施例中，还包括一与所述超声波换能器连接的超声波发生器，该超声波发生器由所述供电装置供电，所述超声波发生器由信号发生器和功率放大器组成。
[0009]在本发明一实施例中，所述供电装置包括依次连接的太阳能控制器、蓄电池、用于控制蓄电池工作时间的时间控制器和逆变器，所述太阳能控制器和时间控制器分别用于控制太阳能板和蓄电池的工作时间，以保证发电量低于蓄电池电容量，所述逆变器用于将蓄电池输出的直流电转化为220V交流电，输出给所述信号发生器。
[0010]在本发明一实施例中，所述螺旋桨推进器包括与所述时间控制器连接的电机调速开关、电动机和螺旋桨；所述电机调速开关通过控制电动机来控制螺旋桨的转速，以控制船体在水面上的游动速度，进而控制整个装置的除藻作用范围。
[0011]在本发明一实施例中，所述的太阳能板的输出功率为50W~200W，每日产电量能够使装置运行60min~120min ;所述超声波换能器频率范围20kHz~100kHz。
[0012]在本发明一实施例中，所述的装置设计外形采用最宽处置于中间靠后的流线形体；所述装置还包括一用于控制船体游动方向的船帆。
[0013]本发明还提供了一种采用上述所述的治理富营养化水体蓝藻水华的装置的治理富营养化水体蓝藻水华的方法，包括如下步骤，
步骤S1:当太阳能控制器检测到太阳能板的发电量达到预设值时，蓄电池通过时间控制器输出直流电供给逆变器及电机调速开关，经逆变器转换为220V交流电，输出给超声波发生器；
步骤S2:超声波发生器将电能转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，向水体发射特定频率超声波，以利用超声引起的空化作用破坏蓝藻细胞结构，抑制藻细胞分裂增殖；同时，电机调速开关通过电动机来控制螺旋桨的转速，以控制船体在水面上的游动速度，进而控制超声波的作用范围；
步骤S3:当蓄电池的电量低于预定电量值时，停止对超声波发生器及电动机的供电，整个装置停止运行，直至下一次太阳能控制器检测到太阳能板的发电量达到预设值。
[0014]在本发明一实施例中，所述特定频率超声波的频率为40kHz。
[0015]相较于现有技术，本发明具有以下有益效果:
本发明克服传统除藻方法存在的成本高、工艺复杂、存在二次污染风险等问题；本发明构建的除藻装置能将太阳能最终转化成超声波，并浮游于水体表面，大面积高效地除藻抑藻，治理水华以修复水生生态系统，运行成本低，具有以下优点:
一)船帆和螺旋桨推进器，使得本发明装置在水面上游动，扩大了作用面积，增强了实用性；
二)采用清洁能源一太阳能，实现能源自给，不产生任何废气废水，真正“节能环保”;
三)装置设计外形为流线形，结合船帆结构使装置浮游于水面，达到大面积处理表层水华藻类的目的。
【附图说明】
[0016]图1为本发明的结构示意图。
[0017]图2为本发明结构示意图。
[0018]图3为本发明工作原理图。
[0019]图中:1_超声波发生器；2_超声波换能器；3_太阳能板；4_螺旋桨；5_供电装置。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
[0021]本发明的一种治理富营养化水体蓝藻水华的装置，包括一以浮游式工作方式在水面上运行的船体，浮游式包括漂浮与游动，所述船体的前部周侧设置有用于发射超声波去除及抑制藻类生长的若干超声波换能器(还包括一与所述超声波换能器连接的超声波发生器，该超声波发生器由所述供电装置供电，所述超声波发生器由信号发生器和功率放大器组成)，所述船体的后部相对于水平面倾斜设置有太阳能板，该太阳能板将转换的电能传输给设置于船体上的供电装置，以供整个装置使用，所述船体的尾部设置有实现船体游动的螺旋桨推进器(所述螺旋桨推进器包括与所述时间控制器连接的电机调速开关、电动机和螺旋桨；所述电机调速开关通过控制电动机来控制螺旋桨的转速，以控制船体在水面上的游动速度，进而控制整个装置的除藻作用范围)，还包括一用于控制船体游动方向的船帆。所述供电装置包括依次连