一种对深层水体曝气扰动的巡航除藻抑藻浮岛装置

本发明涉及一种对深层水体曝气扰动的巡航除藻抑藻浮岛装置，属于水华治理。

背景技术：

1、进入二十一世纪以来，城镇化与工业化的发展，促使自然水体的污染负荷持续增长，氮磷的日益积累，为藻类的繁殖提供了充足的物质基础，使得藻类在适宜生长条件下过量繁殖，俨然成为水华暴发的重要因素之一。在发生水华的自然水体中，过量的藻类聚集隔绝了阳光与氧气，加速了水体营养物质和氧气的消耗，致使水体生态系统被破坏，物种多样性降低。另一方面，某些藻类的生长与死亡会向水体中释放藻毒素，且腐败过程加重水体污染。目前，全球半数以上的水体面临着过量氮磷输入的现象，导致水体富营养化，因此极易发生水华，此类水体往往具有较低的消耗氮磷的能力，具有的代表性的就是湖泊、水库以及城市水体一类的缓流水体。

2、目前，水华治理所采用的方法中，物理方法都有着效率低或者费时费力的情况。化学方法遗留的化学药剂会对水环境和水生物造成难以逆转的损伤。生物方法对待治理水域的初始生态状况要求较高，见效慢。若能在水华暴发前改善水环境的污染状况，做到提前预防，可以将水华带来的损失降到最低。

技术实现思路

1、本发明提供一种对深层水体曝气扰动的巡航除藻抑藻浮岛装置，通过设置浮岛机构并根据重量均匀分布原则将所述曝气除藻功能模块以及供能模块安装在所述浮岛机构上，使得所述浮岛机构承载所述自吸式螺旋曝气机在待治理水域上巡航并对水体进行曝气除藻，能够实现能对深层水体进行曝气除藻且扩大所述浮岛装置的作用水域范围。

2、为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的。

3、一种对深层水体曝气扰动的巡航除藻抑藻浮岛装置，包括：浮岛机构以及根据重量均匀分布原则设置在浮岛机构上的曝气除藻功能模块及供能模块；

4、所述浮岛机构用于承载所述曝气除藻功能模块在待治理水域上巡航，包括：浮岛机构以及根据重量均匀分布原则设置在浮岛机构上的曝气除藻功能模块及供能模块；

5、所述浮岛机构用于承载所述曝气除藻功能模块及供能模块在待治理水域上巡航，包括：浮岛框架、以及设置在浮岛框架内部的浮筒，所述浮岛框架用于构成以同一条轴为中心轴的多层圆环空腔容置腔结构；

6、所述曝气除藻功能模块设置在所述多层圆环空腔容置腔结构内部，所述曝气除藻功能模块包括多个自吸式螺旋曝气机；

7、所述供能模块用于为所述曝气除藻功能模块提供能源。

8、以上技术方案中，通过构建结构对称的空腔容置腔结构并在所述空腔容置腔结构内部设置所述浮筒为所述浮岛机构提供浮力来实现浮岛机构的漂浮，所述浮岛机构承载所述曝气除藻功能模块在待治理水域上巡航进行水域治理，所述自吸式螺旋曝气机自水面向深层水体的射流并曝气，在起到除藻作用的同时为所述浮岛机构的巡航提供了动力，能够对深层水体进行曝气除藻且实现较大的水域治理范围。

9、可选地，所述浮岛框架包括主体框架、浮筒框架以及连接所述主体框架与浮筒框架的连接组件；

10、所述主体框架包括第一层主体环形架和第二层主体环形架；

11、所述第一层主体环形架包括以点一点一为相同圆心依次向外套设的环一环一、环二环二、以及环三环三，所述第二层主体环形架包括以点二点二为相同圆心依次向外套设的环五、环六、环七，所述第二层主体环形架设置在所述第一层主体环形架下方并在水平面上与所述第一层主体环形架相互对称；

12、所述浮筒框架包括第一层浮筒环形架、第二层浮筒环形架和第三层浮筒环形架；

13、所述第一层浮筒环形架包括套设在所述环三环三外圈的环四环四，所述环四环四的圆心为点一点一，所述第二层浮筒环形架包括套设在所述环七外圈的环八，所述环八的圆心为点二点二，所述第三层浮筒环形架包括环九，所述环九的圆心与所述点一点一和点二点二在同一条轴上，所述第三层浮筒环形架设置在所述第二层浮筒环形架下方，所述第二层浮筒环形架以及第三层浮筒环形架分别在水平面上与所述第一层浮筒环形架相互对称；

14、所述主体框架及其连接组件构成依次向外套设的第一层圆柱空腔第一层圆柱容置腔、第二层及第三层圆环空腔容置腔，所述浮筒框架及其连接组件构成套设在所述第三层圆环空腔容置腔之外的第四层圆环空腔第四层圆环容置腔；

15、所述第二层圆环空腔容置腔与第三层圆环空腔容置腔下部设置有气体截留罩，所述气体截留罩外周面与所述第二层浮筒环形架和第三层浮筒环形架及其连接组件构成所述第五层圆环空腔第五层圆环容置腔；

16、所述多个自吸式螺旋曝气机等距设置在所述第四层环形空腔容置腔内，所述浮筒设置在空闲的所述第四层圆环空腔第四层圆环容置腔内和第五层圆环空腔第五层圆环容置腔内。

17、通过在主体框架底部设置所述气体截留罩，利用截留曝气上浮气体产生的浮力减少设备整体的吃水深度，为所述浮岛装置提供浮力，降低能耗提升巡航，减少巡航阻力。

18、可选地，所述连接组件包括：连接所述第一层主体环形架与所述第二层主体环形架的外壳覆盖层、分别连接所述环一环一、环二环二、环三环三和环四环四的第一层条形骨架组件、分别连接所述环五、环六、环七和环八的第二层条形骨架组件以及连接所述第一层浮筒环形架、第二层浮筒环形架和第三层浮筒环形架的连接杆组件；

19、所述外壳覆盖层覆盖所述第二层圆环空腔容置腔以及第三层圆环空腔容置腔的外表面；

20、所述第一层条形骨架组件包括以所述点一点一为起点向外呈放射状的多条条形骨架，相邻所述条形骨架之间夹角相同；

21、所述第二层条形骨架组件包括以所述点二点二为起点向外呈放射状的多条条形骨架，所述第二层条形骨架组件与所述第一层条形骨架组件在水平面上相互对称。

22、以上技术方案中，所述外壳覆盖层将所述第二层圆环空腔容置腔与第三层圆环空腔容置腔围成了不透水的密闭空腔容置腔，为所述曝气除藻功能模块以及供能模块的防水设置提供了条件。

23、可选地，其特征是，所述浮岛框架还包括安装框架和滑杆；

24、所述安装框架设置在所述第四层圆环空腔第四层圆环容置腔内，用于安装所述自吸式螺旋曝气机，所述安装框架包括安装杆组件以及角度调节杆组件；

25、所述安装杆组件包括两条上横杆以及两条下横杆；

26、所述自吸式螺旋曝气机的上部固定在两条所述上横杆之间；

27、两条所述下横杆上等距设置有至少三个插孔，两条所述下横杆上的插孔位置相互对称，所述角度调节杆组件包括两条角度调节杆，所述两条角度调节杆分别穿过两条下横杆中相互对称的任意两个相邻插孔，所述自吸式螺旋曝气机的下部固定在两条所述下横杆的任意两个相邻插孔之间；

28、所述滑杆滑动设置在所述浮筒顶部，所述滑杆连接所述环三环三与环四环四，用于控制所述浮筒取放。

29、所述安装框架的设置可调节所述自吸式螺旋曝气机的安装角度，能够根据水域情况将所述自吸式螺旋曝气机调节为合适的安装角度。

30、可选地，所述曝气除藻功能模块还包括：增氧曝气设备和全自动加药装置；

31、所述增氧曝气设备包括风机、输气管和微孔曝气膜片；

32、所述输气管的进风口连接所述风机送风口，所述输气管出风口连接所述微孔曝气膜片，所述风机产生的风经由所述输气管输送至微孔曝气膜片形成发散的微型气泡由水面下向上浮散，扰动深层水体；

33、所述全自动加药装置包括：药剂箱、加药管和控制系统；

34、所述药剂箱用于存放预制的除藻剂以及释放药剂给所述加药管，所述药剂箱的出药口连接所述加药管的进药口，所述加药管的出药口用于释放药剂至水体；

35、所述增氧曝气设备和全自动加药装置设置在所述第二层圆环空腔容置腔内，所述增氧曝气设备和全自动加药装置上部的外壳覆盖层为活动开盖；

36、所述第一层圆柱空腔第一层圆柱容置腔下端开口，所述输气管出风口和所述加药管出药口通过所述第一层圆柱空腔第一层圆柱容置腔下端进入水体；

37、所述控制系统被配置为：调节所述药剂箱药剂释放的加药周期和加药量，记录药剂量剩余药剂量。

38、以上技术方案中，所述增氧曝气设备由输气管连接微孔曝气膜片放入一定深度的水体中，通过风机鼓风，经由软管输送和微孔曝气膜片形成发散的微型气泡由水面下向上浮散，可以起到扰动深层水体的作用，同时强化曝气，为水体增氧；所述全自动加药装置根据需求向药剂箱添加不同除藻剂，并由加药管注入水底喷洒加药，进一步提升深层除藻效果，其施加的除藻剂同时被增氧曝气设备产生的微型气泡上浮带到水面，加药范围覆盖多种水深层级。

39、可选地，所述曝气除藻功能模块还包括：主控制器、水质检测探头和在线水质监测系统；

40、所述水质检测探头用于检测待治理水域的水质数据；

41、所述在线水质监测系统用于周期性地采集所述水质数据并发送给所述主控制器；

42、所述主控制器以及在线水质监测系统设置在所述第二层圆环空腔容置腔内，所述主控制器和在线水质监测系统上部的外壳覆盖层为活动开盖；

43、所述水质检测探头通过所述第一层圆柱空腔第一层圆柱容置腔下端进入水体；

44、所述主控制器被配置为：用于接收并对比所述水质数据与指标数据的大小，根据所述对比结果分别采取预设的三级除藻抑藻响应体系；当采取一级除藻抑藻响应时，所述主控制器控制所述自吸式螺旋曝气机启动；当采取二级除藻抑藻响应时，所述主控制器控制所述自吸式螺旋曝气机和增氧曝气设备启动；当采取三级除藻抑藻响应时，所述主控制器控制所述自吸式螺旋曝气机、增氧曝气设备以及全自动加药装置启动，所述主控制器控制所述控制系统调节药剂释放的加药周期和加药量，周期性记录药剂箱剩余药剂量。

45、所述三级除藻抑藻响应体系适用于不同的实际情况，当存在大面积轻微水体富营养和抑制水华爆发需求时，可启动一级抑藻巡航响应；当水华即将爆发，水体富营养化严重时，启动三级全面抑藻响应；当存在小范围水体富营养化和水华爆发时，可关闭一级巡航抑藻，启动二、三级抑藻响应，根据水质检测情况实施相适应的除藻措施，通过多样化的程序响应设计，实现多样化需求的满足。

46、可选地，所述浮岛装置还包括：牵引巡航模块；

47、所述牵引巡航模块包括锚机、锚链和锚，所述锚链的首端和尾端分别连接所述锚机和锚；

48、所述锚机设置在所述第二层主体环形架的圆心处，所述锚链沿所述第二层条形骨架组件的任意一条条形骨架固定至所述环八，所述锚与剩余部分锚链沿所述环八固定点延伸至水底。

49、可选地，所述供能模块包括：蓄电池组，所述蓄电池组设置在所述第三层环形空腔容置腔内，所述蓄电池组供能给所述曝气除藻功能模块的设备；

50、所述蓄电池组上部的外壳覆盖层为活动开盖；

51、所述主控制器还被配置为：周期性采集所述蓄电池组能源储备。

52、可选地，所述供能模块还包括：太阳能极板组件；

53、所述浮岛机构顶部设置有可升降支架组件，所述太阳能极板组件架设在所述可升降支架组件上，所述太阳能极板组件包括多块太阳能极板，用于遮挡所述浮岛主体以及用于将收集的太阳能转化为电能输入所述蓄电池组中储存。

54、所述太阳能极板组件可升降设置在所述浮岛装置顶部，当需要设备安装和调试时，将所述太阳能极板组件高度提升，当所述浮岛装置运行前，将所述太阳能极板组件高度下降对所述浮岛装置进行遮挡，减少风对于所述浮岛装置整体在运行过程的影响，同时在巡航过程中减少风阻带来的能耗。

55、可选地，所述浮岛装置还包括：定位装置和操作终端；

56、所述定位装置设置在所述第二层圆环空腔容置腔内，所述定位装置用于反馈所述浮岛装置的位置信息给操作终端；

57、所述自吸式螺旋曝气机、增氧曝气设备、全自动加药装置、在线水质监测系统、定位装置、蓄电池组以及主控制器按照重量均匀分配原则设置在所述浮岛机构内，使得所述浮岛机构保持平衡状态；

58、所述定位装置上部的外壳覆盖层为活动开盖；

59、所述主控制器还被配置为：将所述水质数据、设备运行状态、药剂箱剩余药剂量以及蓄电池组能源储备反馈给所述操作终端。

60、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

61、1. 所述浮岛机构承载所述曝气除藻功能模块在待治理水域上巡航，所述自吸式螺旋曝气机在待治理水域的水体垂向方向上进行扰动曝气，自吸式螺旋曝气机产生的射流和曝气气泡可以作用到处理深度上不同层级深度的水层，在起到除藻作用的同时为所述浮岛机构的巡航提供了动力，能够实现对深层水体进行曝气且治理范围较大的除藻效果；

62、2. 独特的采用锚固定和动力推进的方式实现固定水域大面积的巡航抑藻，在待治理水域定点锚固定的情况下，装置在水面巡航游动，治理范围覆盖锚点周围大面积水域，避免了在装置运行时固定不动的情况下，由缓流水体交换能力低下，不能很好的完成物质交换，使得整体的运行效率低，装置附近水体治理效果好，稍远距离的水体依旧高污染的情况；

63、3. 通过引入全自动加药装置，使其与增氧曝气设备和自吸式螺旋曝气机共同组成三级除藻抑藻响应系统，能够根据水质检测情况实施相对应的除藻措施，自动调整装置运行状态，在降低能源损耗的同时能够针对不同水质状况合理应对；

64、4.通过设置太阳能极板组件在增强装置续航能力的同时能够对所述浮岛装置进行遮挡，减少风对于所述浮岛装置整体在运行过程的影响，同时在巡航过程中减少风阻带来的能耗。