一种集群超声波藻华灭活装置

本发明涉及水环境修复装置，特别涉及一种集群超声波藻华灭活装置。

背景技术：

1、城市快速扩张，这一发展造成的水体氮磷(n、p)等营养物质浓度过高，加速了初级生产及富营养化的进程，一些自养生物如蓝藻、绿藻等，会吸收这些高营养物质，并随着湖泊、河流等水体富营养化程度的加深，这几类自养生物大量繁殖形成优势类群，漂浮在水体表面形成肉眼可见的堆积群体，从而形成藻类水华，这些藻类水华如果没有得到有效处理，会导致水体动植物大量死亡，更会恶臭加剧，影响居民用水。

2、现有的除藻技术包括生物法、化学法及物理法，生物法虽然能够达到控制藻类生长的目的，但周期较长，不适于突发性水华的治理；化学法虽能够快速杀藻，但不能保证化学试剂对水体不产生二次污染；传统的物理法即超声波除藻工艺中，采用超声波藻类灭活装置，利用超声波的机械能使藻细胞产生脉动，从而导致细胞介质中的气泡和细胞器等破裂损伤，实现低功率超声控制和杀灭蓝藻的目的。

3、这种传统的超声波藻类灭活装置针对性不强，仅仅是粗略的对水体中的藻类进行灭活，而受污染水体藻类分布情况往往是多样化的，因此传统的超声波藻类灭活装置并不适合高效的多场景作业。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种集群超声波藻华灭活装置，可达到大面积和快速灭活藻类物质，让其失去浮力和光合活性，进而死亡并下沉到水底。

2、本发明提供一种集群超声波藻华灭活装置，包括：除藻船，设置在除藻船上的集群式超声波震板组，以及与集群式超声波震板组电性连接的控制模块，集群式超声波震板组包括多块集群超声波震板，多块集群超声波震板布设于除藻船的船体两侧，集群超声波震板与船体之间通过翻转部件连接，以使集群超声波震板能够相对于水面转动，控制模块根据藻类分布的面积及生物量，控制翻转部件带动集群超声波震板转动相应的角度，以及控制各集群超声波震板的启/闭。

3、可选的，集群超声波震板包括外壳以及阵列平布在外壳内的多个震子，外壳与翻转部件连接，多个震子串联，每块集群超声波震板的震子数量为30-50个，相邻的两个震子的方向正反交错。

4、可选的，震子的材质为陶瓷晶片。

5、可选的，单个震子的频率为15khz-35khz。

6、可选的，位于船体同一侧的相邻两块集群超声波震板之间的间距为0.5m-1m。

7、可选的，集群超声波震板的转动角度为90°。

8、可选的，翻转部件包括固定在除藻船船体上的电机，电机的输出轴水平设置，电机的输出轴固连有连杆，连杆与集群超声波震板固连。

9、可选的，集群超声波藻华灭活装置还包括无人机以及搭载在无人机上的多光谱水质数据获取模块，多光谱水质数据获取模块用于获取水面数据，控制模块包括：超声波控制系统和处理器，超声波控制系统与集群式超声波震板组和处理器电性连接，处理器与多光谱水质数据获取模块通讯连接，处理器用于根据水面数据分析得到藻类分布的面积及生物量从而控制翻转部件带动集群超声波震板转动相应的角度，并触发超声波控制系统启动对应的工作模式，超声波控制系统用于根据工作模式控制各集群超声波震板的启/闭。

10、可选的，超声波控制系统包括三种工作模式，第一种工作模式对应启/闭靠近船头和船尾的集群超声波震板，第二种工作模式对应启/闭除藻船两侧间隔设置的多块集群超声波震板，第三种工作模式对应启/闭所有的集群超声波震板。

11、可选的，当生物量小于20mg/l时，选择第一种工作模式，当生物量在20mg/l-80mg/l之间时，选择第二种工作模式，当生物量大于80mg/l时，选择第三种工作模式，当选择第一种工作模式时，集群超声波震板垂直于水面方向，当选择第二种工作模式或第三种工作模式，若藻类分布面积小于等于1000平方米，集群超声波震板平行于水面方向，若藻类分布面积大于1000平方米，集群超声波震板垂直于水面方向，当生物量大于50mg/l时，集群超声波震板先平行于水面方向作业后再垂直于水面方向作业。

12、本发明实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

13、本发明实施例提供的本发明提供一种集群超声波藻华灭活装置，根据水体环境，通过控制模块选择集群超声波震板的使用数量，从而调节集群超声波震板的间距，多波束发射可以同时处理多个目标区域，且能够优化声场分布，消除传统单波束难以覆盖的区域，同时通过翻转部件调整集群超声波震板的角度与不同数量的集群超声波震板配合起来，使得集群超声波震板的板面与水面可呈现多角度布设，根据藻类分布的面积及生物量，将集群超声波震板调整至与水面平行，声波会在垂直方向进行除藻作业，将集群超声波震板调整至与水面垂直，声波会在水平方向进行除藻作业，通过船体的移动可结合水体流动性和藻类分布情况实时调整路径，改变超声波的作用范围，针对性更强，移动式作业模式能够优化资源利用，避免重复作用于同一位置，降低能耗，提高超声波的使用效率和控藻效率，合理利用超声波能量，并将能量改进为移动式，可达到大面积和快速灭活藻类物质，让其失去浮力和光合活性，进而死亡并下沉到水底。通过集群超声波震板的集群式设计和布设改进，将传统超声波单波束改为多波束，作业模式由原位式处置改为移动式处置，集群超声波震板方位由固定式改为可灵活调节，作业面更为自由，使得超声波能量更为集中，可显著提升除藻效率。

技术特征：

1.一种集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，包括：除藻船(3)，设置在除藻船(3)上的集群式超声波震板组(4)，以及与所述集群式超声波震板组(4)电性连接的控制模块；

2.如权利要求1所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述集群超声波震板(40)包括外壳(400)以及阵列平布在所述外壳(400)内的多个震子(401)，所述外壳(400)与翻转部件连接，多个所述震子(401)串联，每块所述集群超声波震板(40)的震子(401)数量为30-50个，相邻的两个所述震子(401)的方向正反交错。

3.如权利要求2所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述震子(401)的材质为陶瓷晶片。

4.如权利要求2所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述震子(401)的频率为15khz-35khz。

5.如权利要求1所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，位于船体同一侧的相邻两块所述集群超声波震板(40)之间的间距为0.5m-1m。

6.如权利要求1所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述集群超声波震板(40)的转动角度为90°。

7.如权利要求6所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述翻转部件包括固定在除藻船(3)船体上的电机，所述电机的输出轴水平设置，所述电机的输出轴固连有连杆(41)，所述连杆(41)与集群超声波震板(40)的中部固连。

8.如权利要求1所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述集群超声波藻华灭活装置还包括无人机(1)以及搭载在无人机(1)上的多光谱水质数据获取模块(2)，所述多光谱水质数据获取模块(2)用于获取水面数据；

9.如权利要求8所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，所述超声波控制系统(5)包括三种工作模式，第一种工作模式对应启/闭靠近船头和船尾的所述集群超声波震板(40)，第二种工作模式对应启/闭除藻船(3)两侧间隔设置的多块所述集群超声波震板(40)，第三种工作模式对应启/闭所有的集群超声波震板(40)。

10.如权利要求9所述的集群超声波藻华灭活装置，其特征在于，

技术总结
本发明提供一种集群超声波藻华灭活装置，包括除藻船，设置在除藻船上的集群式超声波震板组，以及与集群式超声波震板组电性连接的控制模块，集群式超声波震板组包括多块集群超声波震板，多块集群超声波震板布设于除藻船的船体两侧，集群超声波震板与船体之间通过翻转部件连接，以使集群超声波震板能够相对于水面转动，控制模块根据藻类分布的面积及生物量，控制翻转部件带动集群超声波震板转动相应的角度，以及控制各集群超声波震板的启/闭，可达到大面积和快速灭活藻类物质，让其失去浮力和光合活性，进而死亡并下沉到水底。

技术研发人员：虞功亮,高瑾,陈友信
受保护的技术使用者：中国科学院水生生物研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/4/10