本發(fā)明涉及泥沙過(guò)濾領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于南海疏浚工程的懸浮物凈化裝置。

技術(shù)背景

隨著經(jīng)濟(jì)全球化及世界貿(mào)易的快速發(fā)展，為適應(yīng)集裝箱及油輪運(yùn)輸大型化發(fā)展的需求，各國(guó)大量興建港口、拓寬并加深航道以增加航運(yùn)能力，海洋基建工程得到迅速發(fā)展。而南海作為我國(guó)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略的重要組成部分，其以疏浚工程為代表的基礎(chǔ)建設(shè)正如火如荼的進(jìn)行。

在南海疏浚工程中，由于挖泥船挖泥機(jī)具，如絞刀頭及抓斗對(duì)水下泥土持續(xù)不斷的攪動(dòng)作用使底泥懸浮；同時(shí)，吹填工程泄水口溢流產(chǎn)生懸浮沙以及挖泥船疏浚土傾倒懸浮物擴(kuò)散等，造成水體渾濁、水質(zhì)大幅度下降；此外，由于大量含有重金屬的污染物向海水中排放，短時(shí)間內(nèi)造成海水中重金屬含量急劇增長(zhǎng)，其中一部分重金屬隨水體運(yùn)動(dòng)稀釋?zhuān)€有一部分會(huì)進(jìn)入底泥之中。疏浚施工會(huì)將底泥掀起，使重金屬隨泥沙懸浮擴(kuò)散，泥沙及重金屬懸浮物最終沉積，覆蓋在海底水生植物上，而海底水生植物如海草和海藻等通過(guò)葉片將重金屬元素吸收，使其體內(nèi)重金屬劇增，嚴(yán)重危害其正常生長(zhǎng)。作為近海水域初級(jí)生產(chǎn)力的重要提供者，海底水生植物不僅是海洋生物的重要棲息地和食物來(lái)源，還可以凈化水質(zhì)、固著底質(zhì)、減緩波浪和潮水侵襲，是近海岸的天然屏障，在全球碳循環(huán)中也起著重要作用。故有必要采取有效措施防止疏浚工程產(chǎn)生的泥沙及重金屬混合懸浮物擴(kuò)散。

此外，由于南海處于印度洋、太平洋及亞歐大陸三大板塊的聚合地帶，使得南海海底的地質(zhì)構(gòu)造和地形起伏極其復(fù)雜，一般機(jī)械難以在海底保持持續(xù)穩(wěn)定狀態(tài)工作；且南海離陸地距離遠(yuǎn)，輸電設(shè)施布置困難且成本高。這都是制約采取有效措施減少南海疏浚工程產(chǎn)生的泥沙及重金屬混合懸浮物擴(kuò)散的重要因素。

針對(duì)以上問(wèn)題，考慮到南海豐富的風(fēng)力資源，并結(jié)合利用電極吸附重金屬離子的研究背景，提出一種適用于南海疏浚工程的懸浮物凈化裝置，該裝置利用風(fēng)能發(fā)電提供動(dòng)力，利用濾沙網(wǎng)形成電容吸附重金屬離子及過(guò)濾泥沙，可達(dá)到凈化水體以及減少疏浚工程所產(chǎn)生的混合懸浮物對(duì)南海片區(qū)海洋生態(tài)系統(tǒng)的破壞的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種適用于南海疏浚工程的懸浮物凈化裝置，該裝置由上部過(guò)濾空箱、下部集沙漏斗以及底部可伸縮支架組成。其特征在于：下部集沙漏斗與上部過(guò)濾空箱底部相接，上部過(guò)濾空箱將水流中的泥沙及重金屬混合物過(guò)濾吸附，下部集沙漏斗則用于收集過(guò)濾下的泥沙，底部可伸縮支架安裝在集沙漏斗頂部四角，使裝置在不同地形條件下均能保持穩(wěn)定。

過(guò)濾空箱沿來(lái)流方向依次布置圓形柵欄、進(jìn)水口葉輪、濾沙網(wǎng)、出水口葉輪。其中圓形柵欄及進(jìn)水口葉輪分別置于進(jìn)水口圓管4的進(jìn)口及管中；濾沙網(wǎng)置于過(guò)濾空箱內(nèi)部，垂直于來(lái)流方向布置，且網(wǎng)徑依次減小，其數(shù)量依實(shí)際水域需求來(lái)確定；出水口葉輪置于排水孔中；其中，進(jìn)水口葉輪及出水口葉輪連接同一轉(zhuǎn)軸，該轉(zhuǎn)軸與渦輪機(jī)相連，渦輪機(jī)由風(fēng)力發(fā)電驅(qū)動(dòng)。其特征在于：風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)提供電能驅(qū)使渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，兩端葉輪隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)水口葉輪高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水受到離心力作用被甩出葉輪，在葉輪中心形成負(fù)壓，使得高含沙水流在壓差作用下進(jìn)入過(guò)濾空箱內(nèi)，在通過(guò)若干層濾沙網(wǎng)過(guò)濾后，在另一端葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的力的作用下排出過(guò)濾空箱。

過(guò)濾空箱內(nèi)的多層濾沙網(wǎng)交叉分別連接不同電極，相鄰濾沙網(wǎng)兩兩形成電容，當(dāng)水流通過(guò)濾沙網(wǎng)時(shí)，重金屬離子會(huì)朝著電極性與自身電荷極性相反的濾沙網(wǎng)一側(cè)移動(dòng)，并吸附在濾沙網(wǎng)上。

下部集沙漏斗呈四棱臺(tái)狀，其底部閥門(mén)連接壓力傳感器。當(dāng)下部集沙漏斗內(nèi)泥沙沉積量達(dá)到一定重量時(shí)，壓力感應(yīng)器控制閥門(mén)打開(kāi)，將沉積泥沙排出，當(dāng)泥沙全部排出后，閥門(mén)再關(guān)閉。

底部可伸縮支架的每個(gè)支架由上、下半段支架主體及固定裝置組成，通過(guò)調(diào)節(jié)上下半段支架主體重疊部分的長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)支架的長(zhǎng)度，再由固定裝置固定。從下部集沙漏斗中排出的泥沙將在裝置下方堆積成沙丘，由于泥沙堆積存在休止角，即泥沙堆積體的高度與堆積面積呈正比關(guān)系，而休止角的大小則與當(dāng)?shù)啬嗌车牧郊?jí)配、水體的粘滯性以及海洋潮汐作用相關(guān)；因此，應(yīng)根據(jù)施工地段泥沙懸浮物濃度、當(dāng)?shù)啬嗌车牧郊?jí)配、水體的粘滯性以及海洋潮汐作用等參數(shù)大小對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)底部可伸縮支架的高度，其高度應(yīng)使下部集沙漏斗的閥門(mén)的垂直高度大于泥沙堆積體。

附圖說(shuō)明

圖一為本發(fā)明所述的一種適用于南海疏浚工程的懸浮物凈化裝置示意圖。

圖二為本發(fā)明所述的一種適用于南海疏浚工程的懸浮物凈化裝置底部支架示意圖。

圖中，本發(fā)明的各組成部分為：1、上部過(guò)濾空箱；2、下部集沙漏斗；3、底部可伸縮支架；4、進(jìn)口管道；5、圓形柵欄；6、進(jìn)水口葉輪；7、出水口葉輪；8、濾沙網(wǎng)；9、轉(zhuǎn)軸；10、渦輪機(jī)；11、閥門(mén)；12、壓力傳感器；13、滑槽；14、固定裝置；15、進(jìn)水孔；16、出水孔；17、末層濾沙網(wǎng)；18、風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

如圖一所示，該懸浮物過(guò)濾裝置通過(guò)連接風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)18來(lái)持續(xù)獲取電能，底部可伸縮支架3可根據(jù)地形及需要，通過(guò)改變滑槽13及固定裝置14的位置來(lái)調(diào)節(jié)其長(zhǎng)度及角度，使裝置穩(wěn)定固定于海底；在過(guò)濾空箱1內(nèi)設(shè)置若干層濾沙網(wǎng)8并將相鄰濾沙網(wǎng)連接不同電極，使其兩兩形成電容，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高含沙水流中泥沙和重金屬懸浮物的過(guò)濾和凈化。過(guò)濾下來(lái)的泥沙在下部集沙漏斗處沉積，集沙漏斗底部閥門(mén)11連接壓力傳感器12，使沉積泥沙二次擴(kuò)散量減少并能及時(shí)排出。將渦輪機(jī)10直接放置于上部過(guò)濾空箱1頂部，渦輪機(jī)工作產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的同時(shí)，過(guò)濾空箱內(nèi)濾沙網(wǎng)也會(huì)振動(dòng)，這種振動(dòng)使得濾沙網(wǎng)不易被泥沙顆粒堵塞。

第一步，風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)24為渦輪機(jī)10的工作提供電能，渦輪機(jī)10與進(jìn)、出水口葉輪6、7通過(guò)轉(zhuǎn)軸9實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)；同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電裝置給過(guò)濾空箱1內(nèi)濾沙網(wǎng)8供電，使濾沙網(wǎng)交叉帶不同電性，相鄰過(guò)濾網(wǎng)兩兩形成電容。

第二步，進(jìn)水口葉輪6高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水體受到離心力作用被甩出葉輪，在葉輪中心形成負(fù)壓，使得高含沙水流在壓差的作用下進(jìn)入過(guò)濾空箱內(nèi)。水流首先經(jīng)過(guò)管口圓形柵欄5，可將體積較大的物體攔截，避免損壞濾沙網(wǎng)；隨后水流經(jīng)過(guò)濾沙網(wǎng)逐級(jí)過(guò)濾泥沙，泥沙在下部集沙漏斗2內(nèi)沉積；與此同時(shí)在濾沙網(wǎng)所形成的電容內(nèi)，重金屬離子會(huì)朝著電極性與自身電荷極性相反的濾沙網(wǎng)一側(cè)移動(dòng)，并吸附在濾沙網(wǎng)上，使水中重金屬離子大大減少；最后，水流隨出水口葉輪7轉(zhuǎn)動(dòng)從過(guò)濾空箱內(nèi)排出；從而達(dá)到凈化水體中泥沙及重金屬混合懸浮物的目的。

第三步，當(dāng)下部集沙漏斗內(nèi)泥沙沉積量達(dá)到一定重量，影響到泥沙正常沉積時(shí)，壓力傳感器12控制閥門(mén)打開(kāi)，將泥沙沉積物排出。將過(guò)濾下來(lái)的泥沙首先沉積于集沙漏斗內(nèi)隨后再集中排出的做法，一方面能保證裝置整體的密封性，使內(nèi)部水流必須經(jīng)過(guò)濾沙網(wǎng)后才可排出，提高水體凈化的質(zhì)量和效率，另一方面，大大減少了泥沙沉積物與水體的接觸面積、降低了泥沙二次擴(kuò)散污染的可能；若過(guò)濾下來(lái)的泥沙量較少，下部集沙漏斗則不需要排沙，可完全避免泥沙二次污染。

在進(jìn)水口處設(shè)置圓管的做法，一方面是為了防止體積較大的物體被卷入，損壞濾沙網(wǎng)，另一方面，由于進(jìn)水口葉輪的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，水體受到離心力作用被甩出葉輪，此種情況下，水流會(huì)以一定速度向四周運(yùn)動(dòng)，對(duì)周?chē)w產(chǎn)生較大沖擊，不利于下部集沙漏斗內(nèi)沉積泥沙的穩(wěn)定，而圓管的存在迫使被甩出的水流只能沿圓管出流，可達(dá)到消除此種不利影響的目的。

從下部集沙漏斗中排出的泥沙將在裝置下方堆積成沙丘，由于泥沙堆積存在休止角，即泥沙堆積體的高度與堆積面積呈正比關(guān)系，而休止角的大小則與當(dāng)?shù)啬嗌车牧郊?jí)配、水體的粘滯性以及海洋潮汐作用相關(guān)；因此，應(yīng)根據(jù)施工地段泥沙懸浮物濃度、當(dāng)?shù)啬嗌车牧郊?jí)配、水體的粘滯性以及海洋潮汐作用等參數(shù)大小對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)底部可伸縮支架3的高度，其高度應(yīng)使下部集沙漏斗的底板11的垂直高度大于泥沙堆積體，以免影響懸浮物凈化裝置的正常使用。