一種超聲波除藻設備的製作方法
2023-05-24 14:59:06 3
本實用新型涉及一種超聲波除藻設備。
背景技術：
在現階段，治理藻類水華的方法一般分為三種：物理法、化學法和生物法。物理方法花費大量人力物力，治標不治本。化學方法容易造成二次汙染，直接威脅魚類和浮遊動物的生存，而且使用量大，大水面施工有一定難度，難以達到標本兼治的目的。生物方法雖然效果很好而且也最持久，但見效較慢，而且使用不當有可能引起湖泊生態系統的變化。超聲波除藻技術作為一種環境友好技術，具有操作和控制容易，便於自動化操作，在處理中不引入其他化學物質，反應條件溫和，反應速度快等優點。目前國內外超聲波除藻設備多採用單頻超聲波探頭，作用於部分藻類，因此除藻效果有限。
技術實現要素：
本實用新型的目的就是克服現有技術的不足，提供一種超聲波除藻設備，能同時發射多種頻率的超聲波，作用的藻類全面，除藻效果顯著。
為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：
一種超聲波除藻設備，包括主控器和分別與主控器連接的溫度傳感器、PH值傳感器、溶解氧傳感器和多組超聲波發射裝置，所述多組超聲波發射裝置，其中每一組超聲波發射裝置包含依次串聯的電子開關、超聲波驅動器和超聲波發射器，所述每一組超聲波發射裝置的電子開關和主控器連接，所述多組超聲波發射裝置的超聲波發射器，其發射頻率各異；
所述主控器實時採集溫度傳感器、PH值傳感器和溶解氧傳感器感應的數據，並根據實時採集的數據，輸出多路控制信號分別控制多組超聲波發射裝置的超聲波發射器發射或停止。
為了監測附近是否出現魚類，還可包括與主控器連接的紅外感應模塊。
在一種實施方式中，所述電子開關採用繼電器。所述主控器採用NI myRIO。
所述多組超聲波發射裝置的超聲波發射器，其頻率範圍可為20kHZ-80kHZ。在一種優選實施方式中，所述多組超聲波發射裝置設為三組，第一組超聲波發射裝置的超聲波發射器採用40kHZ的超聲波發射器，第二組超聲波發射裝置的超聲波發射器採用60kHZ的超聲波發射器，第三組超聲波發射裝置的超聲波發射器採用80kHZ的超聲波發射器。
本實用新型的溫度傳感器採集水溫，PH傳感器採集水PH值，溶解氧傳感器採集水中的溶解氧濃度，該溫度傳感器、PH傳感器、溶解氧傳感器將實時採集的數據傳送給主控器，該主控器根據這些數據自動選擇最佳的的超聲波模式，模式包括發射不同頻率的超聲波以及除藻時間。當溶解氧數值過低的時候主控器打開電子開關，開啟超聲波發射，當溶解氧數值達到一定數值的時候主控器關閉電子開關，停止超聲波發射；本實用新型安裝了紅外感應模塊，當紅外感應模塊檢測到本實用新型附近出現魚類時，主控器關閉電子開關，停止超聲波發射。
經過大量實驗表明，發射超聲波能使藻類細胞產生共振，聲波持續發生震動使藻類細胞結構產生破損，先將其細胞壁破壞，超聲波引起的衝擊波、射流、輻射壓可以擠壓、擊穿從而破壞氣胞，在適當的震動頻率下，氣胞成為空化泡而破裂，然後毀滅活性酶，使藻類細胞的內含物逐漸分解，最後使整個細胞死亡並沉澱在水底，經過一段時間的超聲波處理後，水底的壞死細胞沉澱物會自動降解。
對於不同的藻類，處理藻類的最佳頻段是不同的，這是由於各種藻類的耐受能力是不同的。藻類的耐受能力與藻類的細胞結構、細胞壁的成分有關，導致超聲波發生共振的效果不同。實驗數據表明，特定頻率下，超聲波發射器的功率越大，效果越明顯；特定功率下，超聲波發射出的頻率不同，處理藻類的效果也不同。
本實用新型採用多組超聲波發射裝置，針對藻類的不同生長特性，在同一時段使用不同頻率的超聲波交互工作除藻，使得藻類中葉泡更易迅速被壓縮、崩潰、泯滅，達到良好的除藻效果。多種頻率的超聲波同時發射，能使超聲波的能量疊加，波峰與波谷的間距增大，使用多種頻率的超聲波同時除藻，治藻效果顯著。
本實用新型能有效地去除藍藻、綠藻，有效地抑制藻類生長。
附圖說明
圖1是實施例的電路方框示意圖；
圖2是實施例的使用狀態示意圖；
圖3是圖2的俯視圖；
圖4是圖3去掉浮標後的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。
如圖1所示，實施例包括主控器，該主控器採用NI myRIO，還包括分別與NI myRIO連接的溫度傳感器、PH值傳感器、溶解氧傳感器、紅外感應模塊和三組超聲波發射裝置，該三組超聲波發射裝置，其中第一組超聲波發射裝置包含依次串聯的第一電子開關、第一超聲波驅動器和40kHZ的超聲波發射器，第二組超聲波發射裝置包含依次串聯的第二電子開關、第二超聲波驅動器和60kHZ的超聲波發射器，第三組超聲波發射裝置包含依次串聯的第三電子開關、第三超聲波驅動器和80kHZ的超聲波發射器，該第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關分別和NI myRIO連接，該第一電子開關、第二電子開關和第三電子開關均包含繼電器，NI myRIO輸出第一控制信號、第二控制信號和第三控制信號，共三路控制信號分別控制三組超聲波發射裝置的超聲波發射器發射或停止。
溫度傳感器、PH傳感器、溶解氧傳感器將實時數據傳送給NI myRIO，該NI myRIO根據這些數據，自動選擇最佳的的超聲波模式，模式包括發射不同頻率的超聲波以及除藻時間。當溶解氧數值過低的時候，NI myRIO輸出電平控制信號控制電子開關的繼電器觸點吸合，從而打開電子開關，開啟超聲波發射，當溶解氧數值達到一定數值的時候，NI myRIO輸出電平控制信號控制電子開關的繼電器觸點釋放，從而關閉電子開關，停止超聲波發射；當紅外感應模塊檢測到附近出現魚類時，NI myRIO控制電子開關的繼電器觸點釋放，從而關閉電子開關，停止超聲波發射，避免傷害魚類。
如圖2、圖3、圖4所示，本實用新型實施例由浮標1搭載，浮標1的水上部分是防水箱2，防水箱2內裝載NI myRIO主控器、繼電器、超聲波驅動器等各種硬體，浮標1的水下部分是支撐架3，支撐架3上裝載溫度傳感器31、PH傳感器32、溶解氧傳感器33、紅外感應模塊34和40KHZ超聲波發射器351、60kHZ超聲波發射器352、80KHZ超聲波發射器353，該水下的三個超聲波發射器351、352、353，不僅能360°全方位無死角地發射三種頻率的超聲波，還可以很大程度地擴大超聲波的覆蓋區域，提高除藻速率，縮短除藻時間。
本實用新型清除藻類的實驗過程：先把超聲波發射器放入含有藍藻和綠藻樣本的水中，實驗所選擇的超聲波功率為2W，而實際除藻中則為40W-80W，頻率為20kHZ-80kHZ。藍藻綠藻是單細胞生物，發射的超聲波能使藻類細胞產生共振，聲波持續發生震動使藻類細胞結構由外到內產生破裂，先將其細胞壁破壞，超聲波引起的衝擊波、射流、輻射壓可以擠壓、擊穿從而破壞氣胞，細胞膜隨之破壞，在適當的震動頻率下，氣胞成為空化泡而破裂，釋放出自由基，這就是「空化反應」，然後毀滅活性酶，使藻類細胞的內含物逐漸分解，最後導致整個細胞死亡，死亡的細胞殘骸會沉在水底，過一段時間以後死亡的細胞會自動降解。本實用新型選擇最常見最典型的藍藻與綠藻細胞做實驗，超聲波對這兩種藻類有明顯的抑制作用，超聲波在藻類的細胞壁與細胞膜之間來回震動，當達到一定程度時，細胞壁會自動破裂，細胞內的內含物如線粒體等對自動脫落，殘骸會沉澱在水底，一或兩天後會自動降解。根據實驗數據，剛開始處理的時候，細胞的個數增多，但活性細胞的個數大幅度下降。不久之後藻類的治理細胞個數明顯下降，再過六天後藻類幾乎完全清除。本實用新型對比其他除藻方式，顯得更有效率，再者不同頻段的超聲波，可以針對不同藻類進行。由於各種藻類的的耐受能力與藻類的細胞結構、細胞壁的結構成分各有千秋，導致不同頻段的超聲波對不同藻類發生共振的效果不同。多頻率超生波可以同時對兩種或多種藻類進行一次性清除，大大提高除藻的效率，同時相比其他除藻方式，大大節約除藻成本。
藍藻水華頻頻暴發威脅著流域的飲用水安全和灌溉安全，本實用新型可以即時監測水中藻類種類、大小、分布等情況，制定出有效的超聲波發射模式，從而實時控制藻類密度，清除過多藻類，防止藍藻水華的爆發。
實驗證明，本實用新型對鰱魚、鱅魚的日常生活沒有影響；同時本實用新型的超聲波發射器是採用水下向水面斜向上發射的結構，能較大程度減少幹擾水生物。本實用新型可以通過巡航船拖動到指定的除藻區域，可以有效地減少超聲波除藻設備的數量，從而節約處理成本。