紅光雷射控藻裝置製造方法
2023-07-24 17:24:51 1
紅光雷射控藻裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種紅光雷射控藻裝置，屬於物理方法控藻【技術領域】。它是利用蠕動泵將含有藻類的河水抽到表面鍍銀的石英管內，在石英管兩端開啟大功率紅光雷射器發射650nm波長的紅光雷射，相向照射石英管內流動的含有藻類的河水，從管道另一端將照射後的河水排放到水體。為了提高本發明的控藻能力，還可以串聯多個石英管，提高雷射器功率，同時使用多個雷射器對向照射等。本發明能夠高效、快速抑制藍藻細胞活性，從而控制藍藻水華爆發。
【專利說明】紅光雷射控藻裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及物理控藻領域，涉及一種紅光雷射控藻裝置，尤其是一種利用紅光雷射抑制藍藻細胞活性進而抑制藍藻水華爆發的紅光雷射控藻裝置。
【背景技術】
[0002]近年來，湖泊、水庫的富營養化現象日益突出，由此引發的水華爆發對生態系統和人類健康造成了不良影響。其中，藍藻水華最為常見，藍藻水華爆發會消耗水體溶解氧，降低生物多樣性，產生有毒有害物質，危害人類健康。因此，湖泊、水庫的藍藻水華治理備受關注。
[0003]目前，我國主要的控藻技術包括物理法、化學法和生物方法。物理法主要包括機械或人工打撈、黏土絮凝和遮光技術等方法。針對物理控藻方法，許多學者做出了研究並取得了一系列研究成果。如:中國專利⑶201020508844.4 —種機械除藻裝置、中國專利⑶201120569468.4移動式水面遮光控藻裝置、中國專利⑶200720086439.6 —種紫外線光催化除藻裝置等。機械或人工打撈需要昂貴的費用，因此該方法只能局限於小水體或大水體的局部水域；黏土絮凝技術還局限於海水體系的研究和局部應急處理；遮光技術處理周期長而且覆蓋面有限。而超聲技術、紫外線照射技術的研究相對較少，因此該方法還處於不成熟階段。
【發明內容】
[0004]本發明針對現有物理控藻技術中存在的處理周期長、費用昂貴、控藻效果不顯著和應用局限性等技術問題，進而提供一種不僅能有效抑制藍藻細胞活性，而且能將處理完的河水直接排放到水體，無二次汙染和其他不良影響的紅光雷射控藻裝置。
[0005]本發明是通過以下技術方案來實現的:
[0006]一種紅光雷射控藻裝置，其特徵在於:所述紅光雷射控藻裝置包括蠕動泵、紅光雷射器、電源以及透光管；所述電源分別與蠕動泵以及紅光雷射器相連；所述透光管包括液體進口以及與液體進口相貫通的液體出口 ；所述蠕動泵通過管道與透光管液體進口相連通；所述透光管設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上。
[0007]作為優選，本發明所採用的透光管的側壁或透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上；所述紅光雷射器是一個或兩個；所述紅光雷射器是兩個時，所述兩個紅光雷射器相向設置。
[0008]作為優選，本發明所採用的透光管的側壁設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的兩端。
[0009]作為優選，本發明所採用的透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的側壁上。
[0010]作為優選，本發明所採用的透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的側壁上設置有具有反射作用的遮光膜。
[0011]作為優選，本發明所採用的遮光膜是金屬遮光膜或高分子材料所形成的遮光膜。
[0012]作為優選，本發明所採用的遮光膜是金屬遮光膜時，所述遮光膜包括但不限於鋁膜、銅膜、錫膜、鉬膜以及銀膜；所述遮光膜是高分子材料所形成的遮光膜時，所述遮光膜包括但不限於鍍鋁反光聚脂薄膜。
[0013]作為優選，本發明所採用的透光管是石英管。
[0014]作為優選，本發明所採用的石英管是一個或多個；所述石英管是多個時，所述多個石英管相互並聯或相互串聯；所述多個石英管相互並聯時，所述蠕動泵通過管道分別與多個石英管的液體進口相連通；所述多個石英管相互串聯時，所述多個石英管整體呈3型排布。
[0015]作為優選，本發明所採用的紅光雷射器是固體雷射器，所述固體雷射器所發射的雷射波長是65011111 ；所述電源是可充放電型電源，所述電源的輸出電壓是857—240乂。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]本發明所提供的紅光雷射控藻裝置，包括管道系統、蠕動泵、雷射器和電源；其中，管道系統包括進水管、石英管和出水管，蠕動泵為功率可調節的蠕動泵，雷射器優選是650=0紅光雷射器，電源為可充放電的電源，進水管，蠕動泵，石英管和出水管串聯連接，雷射器從石英管兩端對向照射，電源為本發明供能裝置。具體而言，本發明具有以下優點:
[0018]1、抑藻效率高，處理時間短。本發明利用雷射的熱效應和非熱效應破壞藍藻細胞的？3 II系統，使藍藻細胞喪失生物活性，有效抑制藍藻水華的進一步爆發。與遮光技術等方法相比，本發明將河水抽到石英管道內，雷射照射較短時間，處理完畢直接排放到水體。
[0019]2、無二次汙染。研究發現在適宜的照射時間下，本發明裝置控藻機理主要是使藍藻細胞類囊體受損，破壞？3 II系統，並未完全破壞細胞結構，避免了藍藻毒素的大量釋放，而紫外線則是破壞細胞內部內部遺傳物質使其停止分裂，最後死亡；只需要雷射照射，與粘土絮凝技術相比，未增加外源汙染負荷。
[0020]3、裝置簡單，容易操作。本發明主體由雷射器，石英管和蠕動泵三部分構成，結構簡單，只需將進水管，蠕動泵，石英管和出水管串聯連接後雷射器從兩端照射即可，結構簡單，便於操作。
[0021]4、應用廣泛。傳統機械、人工打撈適用於小型城市河道、湖泊和水庫，而且耗費大量人力和物力，遮光技術只適用於湖泊局部區域控藻，紅光雷射控藻法可廣泛作為湖泊富營養化治理的輔助手段。
[0022]5、便於維護。本發明主要應用於湖泊和水庫控藻，只需放置於野外便可工作數天，由於本身結構簡單，與機械打撈、遮光技術等相比，維護方便。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]此【專利附圖】
【附圖說明】所提供的圖片用來輔助對本發明的進一步理解，作為本發明申請的一部分，並不構成對本發明的不當限定。
[0024]圖1是本發明所提供的紅光雷射控藻裝置的原理圖；
[0025]圖2是本發明所提供的紅光雷射控藻裝置的結構示意簡圖；
[0026]圖3是本發明所提供的紅光雷射控藻裝置的結構示意圖；
[0027]圖4是本發明所提供的紅光雷射控藻裝置的另一實施例的結構示意圖；
[0028]其中:
[0029]1-進水管；2-蠕動泵；3-石英管；4-紅光雷射器；5-出水管；6-電源。
【具體實施方式】
[0030]本發明的工作原理是:雷射是一種能量高度集中的脈衝光，照射藻細胞所產生的熱效應使藻細胞局部升溫，光子撞擊藻細胞表面，非熱效應損傷細胞壁表面，使藻細胞出現質壁分離趨勢，細胞內部光合作用片層間距變大，？3 II系統遭到破壞，從而使藻細胞喪失生物活性。本發明屬於物理控藻，但與傳統的各種控藻有本質的區別:例如，超聲波殺藻的作用機理是利用聲波產生的振動和空化作用破壞細胞內部結構；紫外線殺藻技術是破壞細胞內部的遺傳物質(冊八和使其停止分裂；而本發明所提供的紅光雷射控藻裝置所採用的原理是光子衝量和熱效應破壞細胞壁和類囊體，抑制代謝酶的活性，破壞II系統。
[0031]基於上述原理，本發明提供了一種紅光雷射控藻裝置，該紅光雷射控藻裝置包括蠕動泵2、紅光雷射器4、電源以及透光管；電源分別與蠕動泵2以及紅光雷射器4相連；透光管包括液體進口以及與液體進口相貫通的液體出口 ；螺動泵2通過管道與透光管液體進口相連通；透光管設置在由紅光雷射器4所發射的出射光所在光路上。參見圖1，本發明採用蠕動泵2或其他液體輸送裝置將含有藻類的河水或液體沿液體流入方向泵送至透光管內，含有藻類的河水或液體在透光管內流動的同時，在透光管兩側壁增加紅光雷射照射，在紅光雷射的作用下將透光管內部的含有藻類的河水或液體中的藻細胞殺滅，進而實現控藻的目的；照射完或處理完成的河水直接從透光管的液體出口排出。
[0032]作為本發明的優選實施例，本發明所採用的透光管的側壁(參見圖1結構)或透光管的端部(參見圖2、圖3以及圖4結構)設置在由紅光雷射器4所發射的出射光所在光路上；紅光雷射器4是一個或兩個；紅光雷射器4是兩個時，兩個紅光雷射器4相向設置。無論將透光管的何處設置在由紅光雷射器4所發射的出射光所在光路上時，其目的就是採用紅光雷射對透光管內部含有藻類的液體進行紅光雷射照射，破壞藻細胞細胞壁和光合作用片層，使？3 II系統喪失光合活性。
[0033]參見圖1，當透光管的側壁設置在由紅光雷射器4所發射的出射光所在光路上時，透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的兩端，透光管一般呈直立的方式置於水平面或基準面上，液體進口設置在透光管底部，液體出口設置在透光管頂部，含有藻類的液體從透光管底部緩慢泵送至透光管頂部，在透光管兩側的紅光雷射的作用下，逐漸或全部破壞藻細胞細胞壁和光合作用片層，使II系統喪失光合活性，因此，該結構中，透光管可以製成不同長度、管徑不同的各種透光管管體，只要紅光雷射的功率能夠照射即可。
[0034]參見圖2以及圖3，當透光管的端部設置在由紅光雷射器4所發射的出射光所在光路上時，透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的側壁上。含有藻類的液體從透光管的一端緩慢流向透光管的另一端，透光管兩端的紅光雷射器4開啟並發出紅光雷射，在紅光雷射的作用下，逐漸或全部破壞藻細胞細胞壁和光合作用片層，使II系統喪失光合活性，因此，該結構中，透光管可以採用管徑較粗、長度較小的管體。同時，在本實施例中，為了減少紅光雷射在透光管兩端照射時的能量損失以及漏光造成的傷害，在透光管的側壁上設置有遮光膜；遮光膜可以是金屬遮光膜或高分子材料所形成的遮光膜；當遮光膜是金屬遮光膜時，遮光膜包括但不限於鋁膜、銅膜、錫膜、鉬膜以及銀膜；本發明優選採用銀膜，銀層厚度多少都沒有影響的，銀是較為常見的反光材料，價格相對低廉，鍍銀工藝也相對簡單。當遮光膜是高分子材料所形成的遮光膜時，遮光膜包括但不限於鍍鋁反光聚脂薄膜；該遮光膜既防止漏光造成危害，又可使管內的雷射多次反射利用，避免能量損耗。
[0035]無論上述哪種結構的透光管，紅光雷射器4可以是一個也可以是兩個，當採用一個時，紅光雷射器4從一側或一端照向另一側或另一端，其照射效率相對較低，作用時間相對較長；相反，倘若採用兩個紅光雷射器4時，紅光雷射器4相向照射，所短處理時間，提升處理效率。
[0036]透光管可以是石英管3或其它具有高透光的材料所製成；石英管3長度是根據雷射器發射雷射的光程設計的，內徑是由雷射器光束直徑確定的，流速是由蠕動泵2功率決定的。
[0037]參見圖4，石英管3可以是一個或多個；石英管3是多個時，多個石英管3相互並聯或相互串聯；多個石英管3相互並聯時，蠕動泵2通過管道分別與多個石英管3的液體進口相連通；多個石英管3相互串聯時，多個石英管3整體呈3型排布。
[0038]紅光雷射器4是固體雷射器，固體雷射器所發射的雷射波長優選是650=0(其他波長需要照射較長時間)；紅光雷射器4的型號是1-650-110或1-650-210 ；電源6是可充放電型電源，電源6的輸出電壓是857—240乂。電源6可以是家庭用電電源、蓄電池、可攜式發電機等電源形式，只要對本發明所提供的裝置能夠供電即可。蠕動泵2的功率大小可調節，蠕動泵2將含有藻類的河水從石英管3 —端抽入，另一端出水。
[0039]基於本發明所提供的紅光雷射控藻裝置的處理量是隨著紅光雷射器4的功率和數量、石英管3內徑和長度變化的，而且還與處理水體的水質有關；換言之，可以根據實際需求，有目的的調整紅光雷射器4的功率、數量以及石英管3內徑和長度，使其盡最大程度上滿足生產需要。
[0040]下面結合實施例對本發明所提供的技術方案進行詳細說明:
[0041]實施例1:
[0042]如圖2所示，本發明公開了一種紅光雷射控藻裝置，包括箱體(黑色邊框)和控藻裝置(黑色邊框內部)兩部分。其中，箱體是長2%寬加，高加的長方體木箱，前方設有開關門，兩側有孔作為進水管和出水管通道，箱體的主要作用是保護控藻裝置免受損壞。控藻裝置包括蠕動泵，進水管，雷射器，石英管和出水管，蠕動泵將河水從進水管抽入石英管內，石英管串聯連通，兩端對向放置雷射器，開啟蠕動泵和雷射器，控藻裝置便開始工作，照射完的河水經出水管直接排放入水體。具體實施例如圖3和圖4所示。
[0043]實施例2:
[0044]在圖3中，本發明所提供的紅光雷射控藻裝置放置於船上，所處理水體藻密度在1X1(^6118/1?1X1(^6118/1之間，處理量為11/1111110處理過程是:進水管1和蠕動泵2相連接，通過蠕動泵2將河水抽入石英管3中，利用紅光雷射器4(或者大功率紅光雷射器)照射河水，經出水管5排入河體。其中，進水管1為內徑的矽膠管，蠕動泵2功率241,輸入電壓100-24(^,輸入頻率50/60?，輸入電流0.5八，輸出電壓12乂，輸出電流2八。石英管3內徑20皿，長100皿，石英管3內水力停留時間為608，石英管3外表面鍍銀或其他遮光反射材料，石英管3兩端段斷面不鍍銀作為光入射口，出水管5為內徑的矽膠管。
[0045]實施例3:
[0046]如圖4所示，本實施例是在實施例2的基礎上將3個石英管串聯連接以提高控藻能力。可以在岸上使用，所處理水體藻密度在IX 106⑶118/1?IX 107⑶118/1之間，處理量可達處理過程是:進水管和蠕動泵相連後接到第一個石英管進水口，經兩端的雷射器照射完的河水經出水管流入第二個石英管的進水管，在第二個石英管內照射完的河水流入第三個石英管內，在第三個石英管照射完的河水經出水管排直接放到水體。其中，進水管為內徑20皿的矽膠管，蠕動泵功率為601，石英管外表面鍍銀，兩端不鍍銀作為光入射口，石英管內徑為40臟，長20，出水管為內徑20臟的矽膠管，雷射器功率為21
[0047]需要說明的是，本發明在以上兩種基本方式外，還可以通過改變蠕動泵功率，改變雷射器功率，改變石英管規格和連接方式，增加雷射器和石英管數量等途徑來實現更快速、高效的控藻效果，這些都是本發明的保護範圍，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對本發明保護範圍的限制，儘管參照較佳實施例對本發明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的實質和範圍。
【權利要求】
1.一種紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述紅光雷射控藻裝置包括蠕動泵、紅光雷射器、電源以及透光管；所述電源分別與蠕動泵以及紅光雷射器相連；所述透光管包括液體進口以及與液體進口相貫通的液體出口 ；所述蠕動泵通過管道與透光管液體進口相連通；所述透光管設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上。
2.根據權利要求I所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述透光管的側壁或透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上；所述紅光雷射器是一個或兩個；所述紅光雷射器是兩個時，所述兩個紅光雷射器相向設置。
3.根據權利要求2所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述透光管的側壁設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的兩端。
4.根據權利要求2所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的液體進口以及液體出口分別設置在透光管的側壁上。
5.根據權利要求4所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述透光管的端部設置在由紅光雷射器所發射的出射光所在光路上時，所述透光管的側壁上設置有具有反光作用的遮光膜。
6.根據權利要求5所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述遮光膜是金屬遮光膜或高分子材料所形成的遮光膜。
7.根據權利要求6所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述遮光膜是金屬遮光膜時，所述遮光膜包括但不限於鋁膜、銅膜、錫膜、鉬膜以及銀膜；所述遮光膜是高分子材料所形成的遮光膜時，所述遮光膜包括但不限於鍍鋁反光聚脂薄膜。
8.根據權利要求1-7任一權利要求所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述透光管是石英管。
9.根據權利要求8所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述石英管是一個或多個；所述石英管是多個時，所述多個石英管相互並聯或相互串聯；所述多個石英管相互並聯時，所述蠕動泵通過管道分別與多個石英管的液體進口相連通；所述多個石英管相互串聯時，所述多個石英管整體呈S型排布。
10.根據權利要求9所述的紅光雷射控藻裝置，其特徵在於：所述紅光雷射器是固體雷射器，所述固體雷射器所發射的雷射波長是650nm。
【文檔編號】C02F1/30GK104310526SQ201410568340
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】熊雄, 李天翠, 張凱, 吳辰熙, 劉劍彤 申請人:中國科學院水生生物研究所