基本信息
- 項目名稱：
- 太陽能水體凈化器
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 太陽能水體凈化器以太陽能為電源驅(qū)動電機，通過提升螺旋槳使底層水體以輻射流的形式與表面空氣充分接觸，破壞厭氧層和水溫成層，提高溶解氧含量，從而提高水體的自凈能力。這一裝置利用太陽能這一清潔能源，電力消耗為零，二氧化碳排放為零，節(jié)能環(huán)保。浮體式設(shè)計，操作方便，覆蓋面廣。結(jié)構(gòu)簡單，易于維護，運行成本低。適用于魚池、風景點水池等各種封閉水域的水體凈化。
- 詳細介紹：
- 對于富營養(yǎng)化水體的凈化，提高水體的溶解氧含量至關(guān)重要。為了提高溶解氧含量，促使水體流動，與表面空氣充分接觸成為必要。太陽能水體凈化器充分利用太陽能電池板提供電源驅(qū)動直流電機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，使底層水體通過喇叭管式的構(gòu)造以放射線形狀排放到水體表層，強化水體表面的氧氣向水體中傳遞，破壞水體底部的厭氧層和水溫成層，大幅度提高水體中的溶解氧含量；同時，主體裝置的攪拌動力以系留浮標為中心自行作公轉(zhuǎn)運動，能解決固定式裝置產(chǎn)生的死水部分。水體底部和上部因攪拌而溶解氧增加，水體底部和上部因攪拌而水溫下降，進一步提高了水體的溶解氧，使好氧微生物復活并提高其分解有機物的能力，抑制重金屬鐵、錳的溶解以及磷的溶出，防止富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生。同時，由于水下的藻類物質(zhì)被提升于表面，經(jīng)紫外光照射，還可以抑制藍藻的生長，有效地促使水環(huán)境自然凈化。采用太陽能電池作為主電源，在晝間和晴天對系統(tǒng)供電并對蓄電池充電。采用蓄電池作為備份電源在夜間和陰雨天對系統(tǒng)供電。通過算法實現(xiàn)最大功率點跟蹤，實現(xiàn)太陽能電池的最大功率輸出。單片機檢測太陽能電池的電壓，光照逐漸減弱時，太陽能電池的電壓開始逐漸下降，當?shù)陀谝欢妷褐禃r，切換為蓄電池對直流電機供電；當光照增強時，電壓回升，當檢測到電壓升高到一定電壓值時，自動轉(zhuǎn)換為太陽能電池供電，這時太陽能電池恢復既給直流電機供電又對蓄電池進行充電的狀態(tài)。采用太陽能電池和蓄電池，雙電源保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。系統(tǒng)各項參數(shù)經(jīng)無線傳輸系統(tǒng)在遙控器的液晶顯示屏上顯示，并能通過鍵盤發(fā)出控制信息，控制系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 設(shè)計發(fā)明的目的： 我國水體富營養(yǎng)化問題日益嚴重，嚴重影響著人們的日常生活和經(jīng)濟發(fā)展。本發(fā)明就是要開發(fā)一種環(huán)保節(jié)能、高效實用的水體凈化裝置，增加水體的溶解氧含量，提高水體的自凈能力，改善水環(huán)境的質(zhì)量。 基本思路： 以太陽能為能源驅(qū)動電機帶動螺旋槳，使底層水體通過喇叭管式的構(gòu)造以放射線形狀排放到水體表層，強化水體表面的氧氣向水體中傳遞，破壞厭氧層和水溫成層，提高溶解氧含量。 創(chuàng)新點： （1）以太陽能為能源，無需外加電力，二氧化碳排放為零。 （2）提升螺旋槳（高效率的抽水方式），使水體底部含氧低的深水以輻射流的形式與表面空氣充分接觸，實現(xiàn)了水體的增氧。水體底部和上部因混合而使水溫下降，進一步提高了水體的溶解氧，使水體處于好氧狀態(tài)，提高水體的自凈能力。 （3）利用裝置動力系統(tǒng)的自轉(zhuǎn)慣性，以系留浮標為中心自行在水面作公轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)了水體整體的增氧。 （4）利用相關(guān)數(shù)學模型對操作過程進行程序化設(shè)計，實現(xiàn)裝置的儲能和能量優(yōu)化分配以及智能化控制。 技術(shù)關(guān)鍵： 利用太陽能作為動力源，但在陰雨天由于能量不足影響水處理效果，因此要考慮電源的存儲和切換；由于水體面積較大，如果裝置固定，可能會產(chǎn)生死水部分，因此要考慮裝置的覆蓋面和移動的方便性；裝置漂浮于水上，系統(tǒng)需要無線遙控；為保證電子器件的安全，防水也是本裝置重點考慮的技術(shù)問題。 主要技術(shù)指標： 凈化后的水體自凈能力顯著提高，BOD、COD、濁度、Ｎ、Ｐ等指標滿足國家二級水質(zhì)標準，即可將五級水體水質(zhì)提高到二級水體標準以上。
科學性、先進性
- 太陽能水體凈化器充分利用太陽能電池板提供電源驅(qū)動直流電機帶動螺旋槳轉(zhuǎn)動，使底層水體通過喇叭管式的構(gòu)造以放射線形狀排放到水體表層，強化水體表面的氧氣向水體中傳遞,破壞水體底部的厭氧層和水溫成層，大幅度提高水體中的溶解氧含量；同時，主體裝置的攪拌動力以系留浮標為中心自行作公轉(zhuǎn)運動，能解決固定式裝置產(chǎn)生的死水部分。水體底部和上部因攪拌而水溫下降，溶解氧增加，使好氧微生物復活并提高其分解有機物的能力，抑制重金屬鐵、錳的溶解以及磷的溶出，防止富營養(yǎng)化現(xiàn)象的發(fā)生。同時，由于水下的藻類物質(zhì)被提升于表面，經(jīng)紫外光照射，還可以抑制藍藻的生長，有效地促使水環(huán)境自然凈化。采用太陽能電池和蓄電池雙電源，保證系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定運行。系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉由遙控器控制，操作方便。系統(tǒng)的各項參數(shù)能夠在遙控器的顯示屏上顯示，便于隨時了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)。驅(qū)動螺旋槳使水大容量提升，實現(xiàn)了節(jié)能高效增氧和抑制藍藻生長。利用太陽能這一清潔能源，電力消耗為零，二氧化碳排放為零，節(jié)能環(huán)保。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 當前，我國水環(huán)境富營養(yǎng)化問題日趨嚴重，迫切需要高效的防治技術(shù)和產(chǎn)品，減緩水環(huán)境惡化進程，減少水體富營養(yǎng)化的危害，使水質(zhì)趨向好轉(zhuǎn)。本裝置利用太陽能電池用于水體凈化的先進性、浮體式設(shè)計使用和維護的簡易性以及與過去各種裝置相比所具有的經(jīng)濟性等方面都可以充分保證其很好的市場應用前景。與傳統(tǒng)的水體富營養(yǎng)化治理模式相比，這一研究成果具有治理簡單、工程量小、電力消耗為零，二氧化碳排放為零、操作費用低等優(yōu)勢，并且不會形成二次污染，是環(huán)保型治污模式。太陽能是一種可再生清潔能源，采用太陽能作為水體凈化裝置的能源，可以利用我國在太陽能研究應用領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，同時也符合國家節(jié)能減排的環(huán)保戰(zhàn)略。
同類課題研究水平概述
- 對于富營養(yǎng)化水體的控制，目前的處理工藝主要集中在兩個方面：一是營養(yǎng)物質(zhì)的控制，二是抑藻殺藻。營養(yǎng)物質(zhì)的控制技術(shù)屬于污染源減排，但是即便很好地控制了污染源的排入，水體底泥中已含有營養(yǎng)物質(zhì)氮磷的釋放，仍然會導致長時間的水體富營養(yǎng)化。抑藻殺藻技術(shù)屬于末端治理，無論是藥物除藻，還是生物控制，都有可能帶來不利生態(tài)后果，引起二次污染，更重要的是還需要消耗大量的能源。因此，雖然國家加大力度治理水體富營養(yǎng)化問題，也在一定程度上控制了水體富營養(yǎng)化，但是水體富營養(yǎng)化問題并未從根本上徹底解決，很難得到長久有效的治理效果。 最大限度地提高水體中的溶解氧含量，提高水體的自凈能力，對于富營養(yǎng)化水體的凈化至關(guān)重要。目前常用的增氧凈化裝置包括深層曝氣增氧凈化裝置和葉輪式水循環(huán)增氧凈化裝置，深層曝氣增氧凈化裝置由放置于岸邊的壓縮機和水底的曝氣頭組成，雖然局部充氧效果好，但結(jié)構(gòu)較為復雜，效率低，并很難處理整個水體；而葉輪式水循環(huán)增氧凈化裝置在使用時必須通過電纜輸送電力，這樣不僅增加了電纜的成本投入，而且有限的電纜長度也限制了該裝置在水體中運動的范圍。總之，利用普通的增氧機提高水體含氧量，可以借助自然食物鏈來消耗藻類，但是由于水體面積大，普通增氧機耗電量很大，而利用汽油做動力又容易造成二次污染。因此，開發(fā)新型增氧凈化裝置，推出高效節(jié)能、便捷實用的環(huán)保設(shè)備將具有十分重要的意義。 太陽能是一種重要的可再生清潔能源，有著廣闊的發(fā)展前景，當今世界各國都在大力發(fā)展太陽能產(chǎn)業(yè)。太陽能與常規(guī)能源相比有輸入代價為零、排放污染為零的明顯優(yōu)勢。太陽能水體凈化器以太陽能作為水體凈化的能源，電力消耗為零，二氧化碳排放為零，清潔環(huán)保，而且解決了某些區(qū)域無法供電或供電不方便的問題。
