基本信息
- 项目名称：
- 太阳能水体净化器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 太阳能水体净化器以太阳能为电源驱动电机，通过提升螺旋桨使底层水体以辐射流的形式与表面空气充分接触，破坏厌氧层和水温成层，提高溶解氧含量，从而提高水体的自净能力。这一装置利用太阳能这一清洁能源，电力消耗为零，二氧化碳排放为零，节能环保。浮体式设计，操作方便，覆盖面广。结构简单，易于维护，运行成本低。适用于鱼池、风景点水池等各种封闭水域的水体净化。
- 详细介绍：
- 对于富营养化水体的净化，提高水体的溶解氧含量至关重要。为了提高溶解氧含量，促使水体流动，与表面空气充分接触成为必要。太阳能水体净化器充分利用太阳能电池板提供电源驱动直流电机带动螺旋桨转动，使底层水体通过喇叭管式的构造以放射线形状排放到水体表层，强化水体表面的氧气向水体中传递，破坏水体底部的厌氧层和水温成层，大幅度提高水体中的溶解氧含量；同时，主体装置的搅拌动力以系留浮标为中心自行作公转运动，能解决固定式装置产生的死水部分。水体底部和上部因搅拌而溶解氧增加，水体底部和上部因搅拌而水温下降，进一步提高了水体的溶解氧，使好氧微生物复活并提高其分解有机物的能力，抑制重金属铁、锰的溶解以及磷的溶出，防止富营养化现象的发生。同时，由于水下的藻类物质被提升于表面，经紫外光照射，还可以抑制蓝藻的生长，有效地促使水环境自然净化。采用太阳能电池作为主电源，在昼间和晴天对系统供电并对蓄电池充电。采用蓄电池作为备份电源在夜间和阴雨天对系统供电。通过算法实现最大功率点跟踪，实现太阳能电池的最大功率输出。单片机检测太阳能电池的电压，光照逐渐减弱时，太阳能电池的电压开始逐渐下降，当低于一定电压值时，切换为蓄电池对直流电机供电；当光照增强时，电压回升，当检测到电压升高到一定电压值时，自动转换为太阳能电池供电，这时太阳能电池恢复既给直流电机供电又对蓄电池进行充电的状态。采用太阳能电池和蓄电池，双电源保证系统连续稳定运行。系统各项参数经无线传输系统在遥控器的液晶显示屏上显示，并能通过键盘发出控制信息，控制系统的开启和关闭，实现远程监控。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明的目的： 我国水体富营养化问题日益严重，严重影响着人们的日常生活和经济发展。本发明就是要开发一种环保节能、高效实用的水体净化装置，增加水体的溶解氧含量，提高水体的自净能力，改善水环境的质量。 基本思路： 以太阳能为能源驱动电机带动螺旋桨，使底层水体通过喇叭管式的构造以放射线形状排放到水体表层，强化水体表面的氧气向水体中传递，破坏厌氧层和水温成层，提高溶解氧含量。 创新点： （1）以太阳能为能源，无需外加电力，二氧化碳排放为零。 （2）提升螺旋桨（高效率的抽水方式），使水体底部含氧低的深水以辐射流的形式与表面空气充分接触，实现了水体的增氧。水体底部和上部因混合而使水温下降，进一步提高了水体的溶解氧，使水体处于好氧状态，提高水体的自净能力。 （3）利用装置动力系统的自转惯性，以系留浮标为中心自行在水面作公转运动，实现了水体整体的增氧。 （4）利用相关数学模型对操作过程进行程序化设计，实现装置的储能和能量优化分配以及智能化控制。 技术关键： 利用太阳能作为动力源，但在阴雨天由于能量不足影响水处理效果，因此要考虑电源的存储和切换；由于水体面积较大，如果装置固定，可能会产生死水部分，因此要考虑装置的覆盖面和移动的方便性；装置漂浮于水上，系统需要无线遥控；为保证电子器件的安全，防水也是本装置重点考虑的技术问题。 主要技术指标： 净化后的水体自净能力显著提高，BOD、COD、浊度、Ｎ、Ｐ等指标满足国家二级水质标准，即可将五级水体水质提高到二级水体标准以上。
科学性、先进性
- 太阳能水体净化器充分利用太阳能电池板提供电源驱动直流电机带动螺旋桨转动，使底层水体通过喇叭管式的构造以放射线形状排放到水体表层，强化水体表面的氧气向水体中传递,破坏水体底部的厌氧层和水温成层，大幅度提高水体中的溶解氧含量；同时，主体装置的搅拌动力以系留浮标为中心自行作公转运动，能解决固定式装置产生的死水部分。水体底部和上部因搅拌而水温下降，溶解氧增加，使好氧微生物复活并提高其分解有机物的能力，抑制重金属铁、锰的溶解以及磷的溶出，防止富营养化现象的发生。同时，由于水下的藻类物质被提升于表面，经紫外光照射，还可以抑制蓝藻的生长，有效地促使水环境自然净化。采用太阳能电池和蓄电池双电源，保证系统连续稳定运行。系统的开启和关闭由遥控器控制，操作方便。系统的各项参数能够在遥控器的显示屏上显示，便于随时了解系统的运行状态。驱动螺旋桨使水大容量提升，实现了节能高效增氧和抑制蓝藻生长。利用太阳能这一清洁能源，电力消耗为零，二氧化碳排放为零，节能环保。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 当前，我国水环境富营养化问题日趋严重，迫切需要高效的防治技术和产品，减缓水环境恶化进程，减少水体富营养化的危害，使水质趋向好转。本装置利用太阳能电池用于水体净化的先进性、浮体式设计使用和维护的简易性以及与过去各种装置相比所具有的经济性等方面都可以充分保证其很好的市场应用前景。与传统的水体富营养化治理模式相比，这一研究成果具有治理简单、工程量小、电力消耗为零，二氧化碳排放为零、操作费用低等优势，并且不会形成二次污染，是环保型治污模式。太阳能是一种可再生清洁能源，采用太阳能作为水体净化装置的能源，可以利用我国在太阳能研究应用领域的技术优势，同时也符合国家节能减排的环保战略。
同类课题研究水平概述
- 对于富营养化水体的控制，目前的处理工艺主要集中在两个方面：一是营养物质的控制，二是抑藻杀藻。营养物质的控制技术属于污染源减排，但是即便很好地控制了污染源的排入，水体底泥中已含有营养物质氮磷的释放，仍然会导致长时间的水体富营养化。抑藻杀藻技术属于末端治理，无论是药物除藻，还是生物控制，都有可能带来不利生态后果，引起二次污染，更重要的是还需要消耗大量的能源。因此，虽然国家加大力度治理水体富营养化问题，也在一定程度上控制了水体富营养化，但是水体富营养化问题并未从根本上彻底解决，很难得到长久有效的治理效果。 最大限度地提高水体中的溶解氧含量，提高水体的自净能力，对于富营养化水体的净化至关重要。目前常用的增氧净化装置包括深层曝气增氧净化装置和叶轮式水循环增氧净化装置，深层曝气增氧净化装置由放置于岸边的压缩机和水底的曝气头组成，虽然局部充氧效果好，但结构较为复杂，效率低，并很难处理整个水体；而叶轮式水循环增氧净化装置在使用时必须通过电缆输送电力，这样不仅增加了电缆的成本投入，而且有限的电缆长度也限制了该装置在水体中运动的范围。总之，利用普通的增氧机提高水体含氧量，可以借助自然食物链来消耗藻类，但是由于水体面积大，普通增氧机耗电量很大，而利用汽油做动力又容易造成二次污染。因此，开发新型增氧净化装置，推出高效节能、便捷实用的环保设备将具有十分重要的意义。 太阳能是一种重要的可再生清洁能源，有着广阔的发展前景，当今世界各国都在大力发展太阳能产业。太阳能与常规能源相比有输入代价为零、排放污染为零的明显优势。太阳能水体净化器以太阳能作为水体净化的能源，电力消耗为零，二氧化碳排放为零，清洁环保，而且解决了某些区域无法供电或供电不方便的问题。
